门式刚架的一些基本设计知识
门式钢架结构设计
（a）单质点
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门式钢架结构设计
学习目标
学习难点
第一节 结构形式和布置
一、门式刚架特点及适用范围（一）结构特点刚架梁、柱采用轻型H型钢（等截面或变截面）组成；刚架梁与柱刚接，柱脚与基础宜采用铰接；当设有桥式吊车、檐口标高较高或对刚度要求较高时，柱脚和基础可采用刚接；构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，安装方便快捷，土建工作量小。在非地震区可采用张紧的圆钢作为支撑；用C形、Z形薄壁型钢做檩条、墙梁，以彩钢板或夹芯板做屋面、墙面。
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xy——杆件轴心受压稳定系数，楔形柱轴心受压稳定系数，计算长细比时取小头的回转半径；y——为轴心受压构件弯矩作用平面外的稳定系数，以小头为准；by——为均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数；
mx、
t——为等效弯矩系数；
——计算 时回转半径i0以小头为准。
对双轴对称、均匀弯曲的工字形楔形截面杆件
（a）
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（b）
屋面水平支撑布置
柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向荷载的支撑桁架；屋面交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆应按压杆设计；刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足对压弯构件的刚度和承载力要求；屋盖横向水平支撑可仅设在靠近上翼缘处；交叉支撑可采用圆钢，按拉杆设计；屋面横向水平支撑内力，应根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，对于交叉支撑可不计压杆的受力。
门式刚架设计经验知识
一知识点：门式刚架一般多采用变截面构件，当有吊车时，柱多采用等截面。
常用的柱截面高度一般为300~700mm。
截面定义时考虑的原则有：（1）翼缘必须满足宽厚比要求，腹板满足高厚比要求。
对于腹板，当不满足要求时，程序按考虑屈曲强度计算。
所以说，截面翼缘满足宽厚比，显得很重要。
（2）截面选择要考虑常用的板型，结合市场上常用的材料规格选择比较好。
对于翼缘，常选用的规格有180、200、220、250等。
（3）选择截面还要考虑节点螺栓布置的实际情况，满足规范对于螺栓的容许距离要求。
（4）对于腹板截面，考虑的往往是制作问题，以及和翼缘截面厚度的协调问题。
腹板的厚度一般以比翼缘的小些为宜，其高厚比用到150左右比较合适。
这样，制作中的变形也比较小，板件厚度不宜低于6mm，否则焊穿。
（5）常用的门式刚架翼缘截面一般为：180x8, 180x10, 200x8, 200x10, 220x10, 220x12, 240x10, 240x12, 250x10, 250x12, 260x12, 260x14, 270x12, 280x12, 300x12, 320x14等。
（6）常用的腹板截面一般为6mm和8mm厚。
对6mm的其高度范围一般为300~750mmzui最大可到900mm;对8mm厚的腹板高度范围一般为300~900mm,最大可到1200mm。
二知识点：梁的平面外计算长度通常情况下对于下翼缘取隅撑作为其侧向支撑点，计算长度取隅撑之间的距离。
对于上翼缘，一般也可以取有隅撑的檩条之间的距离。
檩距，隅撑隔一个檩条布置。
所以，梁的平面外计算长度取3m。
柱的平面外长度取决于其平面外支点距离，本刚架在牛腿位置设置面外支撑。
由于设置了吊车，程序在此把柱分为2段，柱子平面外长度取各段柱实际长度即可。
对于平面内计算长度，在通常情况下不需要修改。
但有时平面内长度需要根据实际修改。
当有夹层时，对于按框架设计的柱的平面内计算长度需要修改。
门式刚架基础理论知识简介
涂装工艺
制定合理的涂装工艺流程，确保 涂装质量符合要求，包括涂装前 的表面处理、涂装施工和涂层厚
度控制等。
涂层维护
对涂层进行定期维护和保养，确 保其长期有效性和美观性。
04 门式刚架的安装与维护
安装流程
安装主梁
按照设计图纸确定主梁位置， 并使用高强度螺栓连接主梁。
安装支撑系统
按照设计要求安装水平支撑和 垂直支撑，确保整体结构的稳 定性。
焊接工艺
焊接方法
根据材料和设计要求，选择合适 的焊接方法，如手工电弧焊、气 体保护焊等。
焊接质量
确保焊接质量符合相关标准和设 计要求，对焊缝进行外观检查和 无损检测。
焊接变形控制
采取有效措施控制焊接变形，如 选择合适的焊接顺序、预热和后 热处理等。
防腐与涂装工艺
防腐涂料选择
根据使用环境和设计要求，选择 合适的防腐涂料，如防锈漆、面
准备工作
检查基础、清理现场、准备材 料和工具。
安装次梁
根据主梁的位置和设计图纸， 安装次梁并确保其与主梁连接 牢固。
安装附件
包括屋面板、墙面板、门窗等， 确保其与主体结构的连接牢固。
维护与保养
定期检查
清洁保养
定期对门式刚架进行检查，包括结构连接 、支撑系统、屋面和墙面等。
定期清理门式刚架表面，保持其外观整洁 ，同时对金属表面进行防锈处理。
结构变形
如发现结构变形，应立即停止使用 并进行修复或更换。
04
05 门式刚架的未来发展
新材料的应用
高强度钢材
随着冶金技术的进步，高强度钢材具 有更高的屈服强度和抗拉强度，能够 减少用钢量，降低结构自重。
耐候钢材
耐候钢材能够抵抗腐蚀、氧化等环境 因素，提高门式刚架的使用寿命，适 用于各种恶劣环境下的建筑结构。
门式钢架结构设计要点
1.1 门刚结构体系基本情况门式刚架轻型钢结构主要指承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、可以设置起重量不大于 20t 的中、轻级工作制桥式吊车或 3t 悬挂式起重机的单层厂房钢结构。
在轻型门式刚架结构体系中，屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可以采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的外墙。
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。
主刚架间的交叉支撑可采用角钢或张紧的圆钢。
单层门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层，也可以采用带隔热层的板材作屋面。
门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取 1/8~1/20，在雨水较多的地区宜取其中较大值。
门式刚架尺寸应符合下列规定：(1)、门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。
(2)、门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。
门式刚架的高度，应根据使用要求的室内净高确定，设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定。
(3)、柱的轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。
工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。
斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。
(4)、门式刚架轻型房屋的建筑尺寸：其檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条下缘的高度；其最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；其宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；其长度，应取两端山墙墙梁外皮之间的距离。
(5)、门式刚架的跨度，宜为 9~36m，以 3m 为模数。
边柱的宽度不相等时，其外侧要对齐。
5(6)、门式刚架的高度，宜为 4.5~9.0m，必要时可适当加大。
当有桥式吊车时不宜大于 12m。
(7)、门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为 6m，也可采用 7.5m 或 9m，最大可用 12m。
跨度较小时可用 4.5m。
(8)、挑檐长度可根据使用要求确定，宜采用 0.5~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
门式钢架的知识学习
门式刚架的一些规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2010《钢结构设计规范》GB50017-2003《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002实腹式、空腹式、以及格构式的区别：实腹式就是腹板是不开洞的，如工字钢、C型钢等空腹式就是腹板是开洞的，如蜂窝梁等格构式，就是中间腹板使用缀板或缀条将两个或多个构件联系在一起成为一个整体门式刚架轻型房屋由主体承重结构、围护结构和辅助结构三部分组成。
主体承重结构包含钢结构承重系统和基础。
钢结构系统一般由主钢架、支撑系统（屋面水平支撑和柱间支撑）、系杆组成。
基础一般是钢筋混凝土独立基础。
维护系统包括屋面和墙面两部分。
屋面维护结构由彩色压型钢板和檩条共同组成，檩条多采用C型或Z型冷弯薄壁型钢制作，一般在檩条间顺屋面方向设置拉条，檩条和刚架斜梁之间设有隅撑；墙面维护结构由彩色压型钢板墙板和墙骨架组成辅助结构为平台、楼梯、气楼和雨棚等。
门式刚架轻型房屋的竖向荷载作用传力路径：屋面荷载作用于屋面板→檩条→刚架斜梁→（托架）→刚架柱→基础。
水平荷载分为横向水平作用和竖向水平作用。
横向水平作用主要有横向刚架承受，刚架依靠自身的的刚度抵抗外部作用，传力路径为：维护结构→主钢架→基础纵向水平作用通过屋面水平支撑和柱间支撑系统传递，纵向风荷载作用的传递路径：风荷载作用于山墙墙面板→墙梁→墙架柱→屋盖水平支撑→柱顶系杆→柱间支撑→基础。
门式刚架结构的柱和基础的连接可采用铰接和刚接两种连接方式。
相同条件下采用刚接连接时基础的费用将增加，但在外荷载作用下柱顶的侧移将有所减小。
一般情况下，门式刚架的柱脚采用铰接的形式。
结构的脆性破坏表现为节点的脆性破坏和构件的脆性破坏。
门式刚架轻型房屋钢结构一般采用碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
门式刚架的的构件设计由强度、稳定和变形共同控制。
钢材的构件厚度由构件的稳定性和变形（挠度）常起控制作用。
对于以强度控制为主的构件，可采用低合金高强度结构钢，而已变形控制为主的构件，则采用碳素结构钢较为经济、合理。
第03讲-门式刚架结构设计
《抗震规范》第9.2.5条 单层厂房钢结构：根据围护结构情况，取0.045~0.05
2.6 风荷载
《门钢规程》第3.2.3条、附录A
wk szw0
wk——风荷载标准值（kN/m2）； w0——基本风压，按《建筑结构荷载规范》的规定值乘1.05；
z——风荷载高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》规定；
2.6 风荷载
【算例01】柱距6m，檐高6m，跨度20m，上海。
《门刚规程》
《荷载规范》
最大弯矩：Mmax=111.07 kN*m 总剪力Vx：Vx=15.419 kN 总吸力Nz：Nz=57.172 kN
最大弯矩：Mmax=100.8 kN*m 总剪力Vx：Vx=26.680 kN 总吸力Nz：Nz=38.115 kN
当截面全部受压
he12he 5
he2 hehe1
当截面部分受拉
he1 0.4he
he2 0.6he
3.4 腹板的屈曲后强度
(C) 受剪腹板的有效宽度：
(1) 计算板件受剪时 的局部稳定系数
(2) 参数
当 ahw1时， k45.34 (ahw)2 当 ahw1， k5.3 44(ahw)2
w
37
hw k
当高度小于10m时，应按10m高度处的数值采用；
s——风荷载体型系数。
2.6 风荷载
表 1刚架的风荷载体型系数
分
区
建筑
端
区
类型
中间区
1E 2E 3E 4E 5E 6E 1
2
3
4
5
6
封闭式 部分封闭式
＋ 0.50 － 1.40 － 0.80 － 0.70 ＋ 0.90 － 0.30 ＋ 0.25 － 1.00 － 0.65 － 0.55 ＋ 0.65 － 0.15 ＋ 0.10 － 1.80 － 1.20 － 1.10 ＋ 1.00 － 0.20 － 0.15 － 1.40 － 1.05 － 0.95 ＋ 0.75 － 0.05
门式刚架设计要点,新手必看
O.5 0.75
1.0
2.0 ≥10.0
0.0l 0.428 O.368 O.349 0.331 0.320 0.318 0.315 0.310
0.02
0.600 0.502 0.470 0.440 0.428 0.420 O.411 O.404
0.03 O.729 0.599 O.558 0.520 0.50l 0.492 0.483 0.473
▪ 当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷
载作用下的侧移刚度K：H／u时，柱计算长度 系数可由下列公式计算：
▪ 对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图1-
11a) 当柱脚铰接时
当柱脚刚接时
▪ 中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1--11b)
当柱脚铰接时
当柱脚刚接时
图1-11 一阶分析时的柱顶位移
➢二阶分析法
和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。
➢ 侧移计算原则：
▪ 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确
定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。
▪ 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要
采用下列措施之一进行调整：
▪ 放大柱或梁的截面尺寸； ▪ 改铰接柱脚为刚接柱脚； ▪ 把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点
▪ 公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，
小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大 轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运 算比按大头运算安全。
➢ 变截面柱在刚架平面内的计算长度 截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计
算长度应取为 h0 h ，式中 h为柱的几何高
度， 为计算长度系数。 可由下列三种方法确定：
1.3 刚架设计
❖ 1.3.1 荷载及荷载组合 ❖ 1.3.2 刚架的内力和侧移计算 ❖ 1.3.3 刚架柱和梁的设计
门式刚架的设计
第五课门式刚架设计1、钢结构单层厂房的组成由柱和屋架（屋面梁）构成的若干榀横向框架用纵向构件和支撑连接而成的空间稳定骨架。
根据各承重结构的不同功能，可划分为下列四大系统：屋盖系统：包括天窗、檩条、屋架（屋面梁）、托架（托梁）以及屋盖系统的支撑和系杆等。
柱子系统：柱及柱间支撑。
吊车梁系统：含吊车梁（吊车桁架）、辅助桁架、制动结构以及支撑等。
墙架系统：包括墙架柱、墙架横梁、抗风桁架以及支撑、系杆。
2、横向框架常见的类型A：铰接排架。
优点：计算简单，受力明确，对桩基沉降的适应性强，且安装方便。
缺点：下段柱弯矩较大，厂房横向刚度差。
B：刚接框架特点：a:对减小下柱弯矩，增加厂房横向刚度有利。
b:下柱截面高度较小，从而减少厂房建筑面积。
c:屋架受力复杂化，连接构造亦麻烦，且对桩基的沉降较为敏感。
d:适用于桩基沉降差较小，对横向刚度要求较高的单跨厂房。
C：上刚架下悬壁式框架3、单层厂房计算A：单层厂房的横向框架通常采用一阶弹性分析。
B：横向框架一般按平面结构计算，必要时可按空间结构进行计算，按平面结构计算时，要先划分计算单元并假定屋盖在计算单元内为刚体，即不考虑其变形，各刚架顶部的水平位移相同4、单层刚架设计基本规则轻钢结构厂房适用范围如何界定？有关规定：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015中规定：（1）适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型外墙、无桥式吊车或有起重重量不大于20t的A1～A5工作制级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构；（2）房屋高宽度小于1（2）跨度宜12～48m，有根据时可用于更大跨度。
5.2.2（3）门架高度不大于18m；（4）柱距宜6～9m。
A：实腹式刚架横梁的高跨比宜取为1/25~1/35;变截面构件最小最大高度之比为0.3~0.6.B:刚架梁柱连接节点应具有足够的强度和刚度，以及适当变形的能力，同时要求构造简单、加工、制作、安装方便，其形式和特点见下表C：实腹式刚架一般仅设单片柱间支撑。
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门式刚架的一些基本设计知识
1.跨度：宜9-36米。
2.高度：宜4.5-9米。
3.挑檐长度：宜0.5-1.2米。
4。
吊车：可设置起重量3吨的悬挂起重机，起重量20吨的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式车。
一、如何既保证强度，稳定性等指标，又兼顾结构的刚度
在设计中，人们常常比较重视强度，稳定性等指标，
由于大部分程序不对结构的刚度进行比较，而忽略了结构的刚度。
提高结构的刚度的方法：
a.构件的翼缘，腹板不要太厚（6-12mm)
b.翼缘的宽度不要太宽（150-220），尽量用高度
二、如何确定梁的分段比：
为了降低用钢量，对梁进行分段是个有效的措施之一。
分段比的确定：
1、分段点的确定
2、一般比率：1：2：1或1：2
3、参照弯距图调整
三、如何定义梁、柱的平面外计算长度：
梁、柱平面外计算长度应取侧向支撑点的距离；当两翼缘侧向支撑点间
的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。
一般取隅撑的间距。
注意：边柱的平面外计算长度
中柱的平面外计算长度
四、支撑的布置：
无吊车门刚的支撑布置：
1、在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置
能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
2、在设置柱间支撑的开在同时设计屋盖横向水平支撑，以组成几何不变体系。
3、有托架，托架处应局部加强时，有较大振动设备，
且对结构产生一定影响时或对厂房有较大空间刚度
要求时，可设置纵向水平支撑。
4、柱间支撑的间距一般取30米40米，且不大于60米。
5、当房屋较高时，柱间支撑应分层设置。
6、当端部支撑设在第二开间时，在第一开间的相应位
置应设刚性系杆
7、在刚架转折处（柱顶和屋脊）应设刚性系杆。
8、由支撑斜杆、竖杆组成的水平桁架和柱间竖向平面
内的桁架，其直腹杆应按刚性系杆考虑，可由檩条
兼作。
9、门式刚架的支撑宜采用张的十字交叉圆钢支撑，常
用Ф18～Ф22或更大。
10、圆钢支撑与刚架构件的连接，一般不设连接板，
可直接在刚架构件上靠外侧设孔连接。
当腹板厚度
5mm时，应对支撑孔周边进行加强。
有吊车门刚的支撑布置：
1、当柱较高或有较大吨位（5吨）的桥式吊车时宜采
用型钢作为支撑。
2、刚性系杆不宜用檩条代替，可用钢管、H型钢、十
字型角钢等截面形式的构件。
3、柱间支撑的间距一般40米,应尽量取下限.
五、刚接柱脚的节点设计：
1、当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为
刚性。
2、刚性柱脚应注意以下问题：
基础施工单位应有一定的技术水平
应设置抗剪件
六、抗风柱的节点设计：
目前的抗风柱与刚架连接的节点形式较多。
有些节点连接形式不符合抗风柱计算的力学模型。
抗风柱计算的力学模型为受弯构件。
若抗风柱计算的力学模型不对，主刚架也要分两次计算。
七、檩条的设计：
檩条设计往往忽视，对于不同跨度，不同荷载的檩条一定要计算。
墙面檩条容易忽视拉条的设计
隅撑的作用，关系到刚架的安全，一定要引起重视。
檩条按单跨简支构件还是连续梁构件考虑.
调整强度，稳定性等指标。