门式刚架

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》

CECS 102:2002介绍提纲（2004年10月）

蔡益燕

1.结构的技术特点

轻屋面；

有蒙皮效应；

轻型刚架(变截面构件,腹板薄, 摇摆柱)；

轻型支撑（隅撑、圆钢支撑）；

冷弯轻型檩条、墙梁

2.形式和尺寸

单层，单跨或多跨，双坡、单坡或多坡，常用屋面坡度小于10°；

屋面应为压型钢板（夹心板很少用），外墙除压型板外也可用砌体；

跨度宜为9～36m（不是限定），国内最大83m；

高度不应大于18m（指屋面平均高度）；

柱距常用6、7.5、9m，经济柱距应与跨度匹配；

常用梁端截面尺寸：

单跨无吊车或Q＜5t: 加腋端高L/（30～35）；

单跨Q≥5t吊车：加腋端高度L/（25～30）。

单元运输长度≤12m。

温度区间：纵向不大于300m，横向不大于150m；

主结构：横向为门式刚架（含摇摆柱），纵向为带支撑框架；

次结构：包括檩条、墙梁、面板、墙架等。

刚架构件腹板宽厚比允许不超过250，常用150左右，厚度不小于5mm；

刚架为变截面构件，单元间采用高强度螺栓端板连接；Q≥3t时宜采用等截面柱，柱脚刚接。

砌体墙与框架柱应采用贴砌。

3.适用范围

1) Q≤20t的轻中级（A1～A5）桥式吊车，或Q≤3t悬挂式起重机。

2）不适用于有强烈侵蚀性介质的环境。

3) 多层钢结构房屋的顶层采用了门式刚架及其屋盖时可参照，但应作整体分析，并作抗震计算。

4）关于排架的应用。

①钢梁与砼柱一般铰接（固定铰）；

②应按双铰直线拱分析，为有推力结构；

③柱顶位移和横梁挠度应符合GB50017。

④应设柱间支撑和柱顶刚性系杆。

4．调整结构重要性系数

设计使用年限为50年时,重要性系数取1.0;

为25年时,重要性系数取不小于0.95，但宜慎用。

5．结构抗震验算规定

1）因自重轻，低矮型，蒙皮效应，端板连接，抗震性能好。国外报导了强震时的表现。GB50011规定，单层钢结构厂房的规定，“不适用于单层轻型钢结构厂房”。

2）抗震设计不考虑蒙皮效应，偏于安全较多。

3）地震对单层钢结构厂房有时控制有时不控制，试设计表明，跨高比大于3.5时一般不控制。地震不控制时宽厚比可按《门规》，地震控制时翼缘和柱长细比应适当减小，斜梁檐口部位和柱的翼缘宽厚比应特别注意，本规程对不同烈度时的要求未作具体规定。

4）试设计表明，无吊车时横向和纵向框架7度可不作抗震验算，但有吊车时，和无吊车8度时，一律应作抗震验算。

5）横向刚架和纵向框架应分别进行抗震计算

6）抗震计算宜采用底部剪力法；反应谱计算时阻尼比取0.05；

7）大跨度结构应按规定考虑竖向地震作用。

8) 当有局部多于一层并与门式刚架相连接的附属房屋时,应按有关规范进行抗震验算（重型楼盖尤其应重视）；

9）当设计由抗震控制时，应采取相应的抗震构造措施。构件之间应尽量采用螺栓连接；斜梁下翼缘与刚架柱连接处的腋部宜加强，承载力宜留有余地；该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小；柱间支撑的连接是关键部位，角钢连接要考虑单面连接和净截面对承载力影响，按高于支撑屈服承载力设计；柱脚

锚栓充分考虑抗剪和抗拔要求等。

6．调整钢材设计指标

1）承重结构原则上应采用Q235B级或Q345B级以上钢材制作。

受静荷载的小跨构件，允许用Q345A；

2）对Q345强度设计值进行了调整；

3）高强度螺栓连接应为摩擦型，承压型很少用。

7．屋面活荷载标准值

由0.3kN/m2提高到0.5 kN/m2，荷载面积＞60m2的构件取0.3 kN/m2。

两级荷载的必要性。

8．补充檩条风荷载体型系数规定

1）低矮型和非低矮型房屋风荷载的划分和适用条件

2）低矮型房屋风荷载的特点

3）两套荷载不能混用

4）《门规》采用MBMA规定得到荷载规范组支持

5）对檩条受风面积小于10m2风荷载的体型系数作了补充。

例如，角部檩条受风面积A＞10 m2时为-1.4, A＜1m2时为-2.9。

墙面风载对受风面积不敏感。

6）风荷载改用50年一遇,基本风压调整系数由1.1改为1.05。

7）风荷载附录简介

·封闭式房屋

·部分封闭式房屋

·敞开式房屋

9．调整结构刚度指标

1）刚架柱顶位移限值，无吊车且采用轻型钢墙板时由1／50改为1/60，有桥式吊车且有驾驶室时由1／240改为1/400，有桥式吊车由地面操作时仍取

1/180。

1)斜梁竖向挠度表3.4.2－2注1有误,应采用GB50018如下规定：

“对单跨山形门式刚架,L系一侧斜梁的坡面长度”,而不是构件跨度.此外,由于柱顶位移和构件挠度产生的屋面坡度改变值,不应大于坡度设计值的1/3。

2) 跨度大于30m 的斜梁宜起拱。

3) 表3.4.2-2应为刚架柱顶位移(计算值)的限值。

10. 支撑布置要求

1）圆钢支撑仅能用于无吊车厂房，直径应由计算确定，考虑净截面要求，不得小于10mm 。圆钢支撑与构件腹板的连接处，t ≤5mm 时应腹板补强。宜采用专用楔形连接件，宜设置花兰螺丝。

2)有5t 及以上吊车时，柱间支撑应采用型钢支撑。

3)有15t 以上吊车时,应设置屋盖纵向支撑和增加吊车梁的侧向刚度。

4) 无吊车时柱间支撑间距不大于30～45米，应与屋盖横向支撑位于同一开间。

5）建筑物宽度大于60米时，在内柱宜适当设置柱间支撑。（在外柱支撑相应位置设置）。内柱不能设置交叉支撑时，可改用角撑或纵向刚架。

6）有吊车时，下柱支撑设在温度区间中部或三分点处，端部不设。

7）保证房屋纵向刚度的措施。

11. 刚架构件计算主要规定

1）弹性设计，不能考虑塑性。

2）板件最大宽厚比，翼缘为15/y f 235，腹板250/y f 235。

3）通常改变腹板高度，不改变翼缘。

4）刚架的稳定归结为楔形柱的稳定，注意计处公式特点，摇摆柱和柱脚连接对计算长度的影响。

5）腹板受弯时的有效宽度计算，受剪时的屈后强度计算方法和加劲肋设置。 稳定计算详见陈绍蕃著：《钢结构稳定设计指南》（第二版），建筑工业出版社，

2004年4月。

6）刚架柱的平面外稳定计算能否以隅撑为侧向支承点。

7）斜梁平面内只计算强度，不计算稳定。平面外稳定归结为下翼缘的隅撑设置。

8）考虑屈后抗剪强度时，变截面构件楔率应小于60mm/m 。

9）无吊车时柱脚铰接，下部最小宽度200mm ，注意抗剪计算。有桥吊时柱脚刚接，宜用等截面柱。

1. 檩条计算

1）受力特点，风吸力使下翼缘受压，上翼缘为弹性嵌固。

2）截面有冷弯C 形和Z 形，高频电焊H 型钢；构件有简支、搭接连续、悬臂式几种。仅斜卷边Z 形檩条才能搭接，此时可采用上下翼缘不等宽，相差5～6m ；

3）檩条与斜梁的连接应采用檩托板。

4）简支檩条不同情况的几种计算方法：1）搭接板可考虑面板约束；5）浮动式面板不考虑面板约束，3）有可靠檩间支撑可仅计算强度。

6）附录E 的计算特点。

算例勘误：P.113，末行①应为②。

P.115,第1行，公式根号中的“＋”应为“－”。

7） 搭接连续柃条的计算建议

·搭接长度（两侧总长）达到跨度10%时较经济；

·支座处基本上具有双柃承载力，因连接松动可考虑支座弯矩降低10%； ·风吸力作用下可仅计算跨中反弯点间的梁段稳定。

8）悬臂式檩条隔跨布置，悬臂端部设铰接段，弯矩可比简支减少一半，有计算建议，尚无应用经验。

9）拉条可减少平面外弯矩，提高檩条整体稳定。檩条上翼缘有螺钉与面板连接时，可仅设在下翼缘附近。双层板且上下均有螺钉可靠连接时，下层拉条可不设，但应在图纸上注明施工要求。可在相邻檩条上下翼缘间斜拉，此时应在邻条两侧设螺帽；也可采用刚性冷弯截面系杆，可约束檩条扭转。

13．隅撑计算规定

1）用隅撑代替通长系杆，减小受压翼缘侧向自由长度。

2）仅在斜梁下翼缘和柱内翼缘翼缘受压区布置。

3） 斜梁下翼缘与刚架柱内侧相交处为关键点，此点附近应确保设置隅撑。

4) 在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑，其间距不应大于相应受压翼缘宽度的16y f /235倍。沿柱高应适当设置。

5）业主不愿设隅撑时，应采取保证刚架稳定的其它可靠措施，如设置刚性撑杆或加大截面等。

6）隅撑允许单面设置，但承载力应符合下式要求。

7）隅撑轴力N 按下式计算，A 为斜梁被支撑翼缘的截面面积。

235f 60cos Af N y q

＝ 14．柱脚锚栓抗拔抗剪设计

1）存在只重视上部结构，不重视锚栓设计现象。

2）锚栓上拔力计算应计入柱间支撑产生拉力的竖向量。

3）柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。

4）柱肢抗剪键的设置。

5）日本柱脚设计规定。

15．工形截面构件T 形连接单面焊

1) 补充了单面焊的规定，列入附录。

2) 单面焊的应用条件和适用范围:

·在设备和其它技术条件具备时才能采用。

·仅可用于承受静荷载和间接动荷载、非露天和无强腐蚀性介质的结构构件。

·底板的连接、柱与牛腿的连接、梁端板的连接、吊车梁及支承局部悬挂荷载的吊架等，不得采用单面焊。

·单面焊适用于腹板厚度不大于8mm 的板件，经工艺评定合格后方可采用。

3）业界对单面焊的看法

16．高强度螺栓端板连接的设计规定

1）端板优点安装方便。超过设计承载力时为半刚性连接。不建议用普通拼接形式代替。

2）厚度计算公式简述。

3）端板的三种布置形式。

4）外伸式和齐平式，后者是半刚性连接。

5）当端板连接只受轴力和弯矩，或剪力小于其实际抗滑移承载力（此时抗滑移系数取0.3）时, 表面可不作专门处理。

6）端板连接不得采用普通螺栓代替高强度螺栓。

7) 端板厚度应由计算确定, 但不小于16mm 。

8）端板连接抗弯计算的中和轴位置。

9）构件与端板的连接焊缝。

计算疲劳的对接焊缝,受拉横向焊缝应为一级;

不要计算疲劳的结构中,对接焊缝受拉不应低于二级。

角焊缝只能达到三级,不能要求一或二级；

要验算疲劳的对接焊缝,只能规定外观质量符合二级。

17．摇摆柱设计

1）在构造上通常采用圆管，也有采用H型钢的。

2）摇摆柱为负刚度，在多跨厂房不宜连续三根以上。

3）不应用于支承托架或托梁。不宜设置牛腿支承吊车。

4）设计轴力应适当增大，考虑端部嵌固引起的次应力。

18．删除结构构件制作的具体规定

参见《门式刚架轻型房屋钢构件》JG144－2002。

19．补充结构工程安装允许偏差

表8.2.7《支承面地脚螺栓允许偏差》,8.2.8《刚架柱安装允许偏差》，8.2.9《刚架斜梁安装允许偏差》，8.2.10《吊车梁安装允许偏差》，8.2.11《压型钢板安装允许偏差》。主要参考GB50205－2002。

20．与施工有关的几个问题

1）刚架在施工中应及时安装支撑，严格执行规定的安装顺序，必要时应增设临时支撑，并用缆风绳充分固定（强制性规定）。

2）柱脚底板下面的每根锚栓，应设置调整螺母，校准后进行二次灌浆。底板上要留注浆孔。

3）压型钢板搭接长度范围，可根据屋面坡度和所用胶条情况确定。宜采用丁基橡胶胶条。面板与檩条和面板与墙梁连接的最大钉距不得大于300。房屋端部风吸力较大，屋面板端头搭接的钉距应适当减小。

4）在房屋的檐口、角部等部位，应设置具有良好密封性能和外观的泛水板或包边板。

门式刚架常见问题

1、吊车梁上翼缘宽度偏小，不满足轨道安装的尺寸要求，且存在

晃动问题。此问题较普遍。

2、吊车10吨以上时，吊车梁受压翼缘的侧向既不加强截面，也不

设置水平制动桁架，造成晃动。

3、多跨不等高或带天窗多跨厂房，风荷载体型系数使用混乱。

4、厂房为混凝土柱，屋面为钢梁，柱顶为铰接，此种结构是排架

不是门式刚架，却按门式刚架设计。

5、许多工程电算资料或手算资料不全，檩条、墙梁、墙架柱、柱

间支撑、屋面支撑等，特别是节点连接，相当一部分未进行计算。

6、檩条兼作纵向支撑桁架竖杆时，并未对其承载力和作为压杆的

长细比进行计算。

7、有的厂房檩条间不设拉条，影响结构安全。

8、个别工程将交叉支撑仅设置在相邻刚架间的边柱附近，未形成

水平桁架。

9、工程设计无限制地使用A级钢材。

10、绝大部分项目未进行柱底板的水平力验算。

11、有的厂房温度区段内未形成独立的空间稳定的支撑体系，不能

保证结构刚度。

12、部分项目图纸未注明焊缝形式和质量级别要求，质量无保证。

13、屋面横向支撑和竖向支撑不设置在同一个柱距内，不能形成刚

性体系。

14、有些项目刚架转折处不设置通长刚性系杆，檐口仅有普通檩条，

不能保证房屋纵向刚度。

15、有的二层以上厂房不进行整体分析，存在安全问题。

16、有的工程刚架端板连接板厚度小于16mm。

17、厂房有吊车，中柱采用摇摆柱。

18、有的项目不设置隅撑。

19、抗风柱位置设置不当，未设置在屋面水平支撑的节点处。