钢结构教材
钢结构设计书籍
钢结构设计书籍钢结构设计是建筑学和土木工程领域的一个重要专业方向，涉及到钢材的选择、结构的稳定性、安全性以及经济性等多个方面。
以下是一些钢结构设计领域的经典书籍：《钢结构设计原理》（作者：陈绍蕃）：该书系统介绍了钢结构设计的基本原理和方法，包括钢材的性能、连接设计、轴心受力构件、受弯构件、压弯构件和桁架等内容。
该书内容全面，理论性强，适合作为钢结构设计方面的专业教材或参考书。
《钢结构》（作者：王元清、石永久、陈宏）：该书主要介绍了钢结构的基本知识和设计方法，包括钢材的性能、连接设计、轴心受力构件、受弯构件、压弯构件、平面刚架以及钢结构的疲劳和稳定等内容。
该书结合实例进行讲解，易于理解和应用。
《钢结构稳定理论与设计》（作者：陈骥）：该书主要介绍了钢结构稳定理论的基本原理和设计方法，包括轴心受压构件、受弯构件、压弯构件以及钢结构的整体稳定等内容。
该书内容深入，理论性强，适合作为钢结构稳定设计方面的专业教材或参考书。
《现代钢结构设计手册》（作者：陈绍蕃、顾强）：该书是一本大型工具书，全面介绍了现代钢结构设计的相关知识和技术。
内容涵盖了钢结构设计的基本原理、计算方法、设计实例、材料选用等方面，具有很高的实用性和参考价值。
《建筑钢结构设计》（作者：沈祖炎、陈扬骥）：该书主要介绍了建筑钢结构设计的基本原理和方法，包括钢材的性能、连接设计、轴心受力构件、受弯构件、压弯构件以及建筑钢结构的节点设计等内容。
该书注重实践应用，适合作为建筑钢结构设计方面的专业教材或参考书。
以上是一些钢结构设计领域的经典书籍，它们涵盖了钢结构设计的基本原理、计算方法、设计实例、材料选用等方面，具有很高的学术价值和实用价值。
对于从事钢结构设计、施工、管理等方面工作的人员来说，这些书籍都是不可或缺的参考资料。
《钢结构设计》参考教材
《钢结构设计》参考教材
关于《钢结构设计》的参考教材，以下是一些可供选择的书籍：
《钢结构设计（第二版）》，姚谏主编，中国建筑工业出版社，2021年2月1日。
《钢结构设计手册（第四版）(上、下册）》，王燕、李军、刁延松，中国建筑工业出版社，2019年10月14日。
《钢结构设计─方法与例题（第二版）》，姚谏、夏志斌编著，中国建筑工业出版社，2019年11月29日。
《钢结构设计原理》，胡习兵、张再华，北京大学出版社，2023年1月1日。
《钢结构设计原理(第2版普通高等教育十一五规划教材)》，丁阳著，天津大学出版社，2020年9月1日。
这些书籍可以作为钢结构设计领域的重要参考资料。
具体选择哪一本要根据您的需求和实际情况来决定。
6-钢结构基本原理—压弯构件
求解过程：p.197
方程解：
(1 −
一、单向压弯构件的平面内失稳
参阅 §7.4.1
不对称实腹式截面，弯矩使较大翼缘受压时的 补充计算公式
N A
−
β mx M x
γ xWx2 (1 − 1.25N
/ NE)
≤
fd
§3 压弯构件的整体稳定
二、单向压弯构件的平面外失稳
平面外失稳的特征
参阅 §7.4.2
Mx
N
y
v
Mx zN
N
x u,θ
zN
与受弯构件整体失稳的相似点：
边缘屈服准则
N A
+
Nv 0m
≤
W x (1 − N / N E )
fy
M max
=
Nv0m 1-N / N E
2阶效应放大因子（弹性范围）
整理为 p.103（5-30）
σ cr
=
fy + (1+ ε0 )σEx 2
−
[
fy
+ (1+ ε0 )σEx 2
]2
−
fyσ Ex
1 1-N / N E
ε0
=
则 N + Mx ≤1 N p M ex
N An
+ Mx Wxn
≤
fd
§2 单向压弯（拉弯）构件截面强度
三、全截面屈服准则
准则描述：
参阅 §4.2
截面各点应力（拉、压）都达到钢材屈服点
截面强度公式
y σ1 = fy
x
记 屈服轴力 N p = Af y 塑性弯矩 M px = Wpx fy
N 经推导可得
Av 0m Wx
钢结构教材
C、优、缺点
优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接； 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。
6
2.埋弧焊（自动或半自动）
送丝器
45
（二）螺栓的排列 1.并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大； 2.错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
46
3.螺栓排列的要求
（1）受力要求:
垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、 截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不 能太小； 顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距 不能太小； 对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不 能太大。
9
二、焊接连接形式和焊缝形式 1.焊接连接形式 单击图片3-2播放
对接
10
单击图片3-3播放
搭接
11
2.焊缝形式 （1）对接焊缝
正对接焊缝 （2）角焊缝
斜对接焊缝
T型对接焊缝
12
3. 焊缝位臵
13
三、焊缝缺陷及焊缝质量检查
1.焊缝缺陷
14
2.焊缝质量检查 外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；
3 1.1 f t
2 1 2 1
w
( 3 31)
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。28
3.4 角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式和受力分析 1、角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝
（1）直角角焊缝
钢结构钢结构快速入门教材第一、二章
第一章概论第一节钢结构的特点和应用钢结构的特点：钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，便于装拆、扩建。
适用于跨度大、高度高，承载重的结构。
1.钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；2.钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；3.钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快；4.钢结构抗震性能好；5.耐腐蚀和耐火性差。
第二节钢结构的应用范围一、大跨度结构：体育场、馆、会展中心、会堂、剧场、飞机库、机车库等。
二、高层建筑：纽约的西尔斯大厦共110层，总高443m；深圳的地王商业大厦总高368m；上海金茂大厦共88层，总高420.5m。
三、工业建筑设有大吨位吊车，炼钢车间，船体车间，水压机车间。
四、轻钢结构后面重点讲解。
五、高耸结构(塔桅结构)高压输电塔，微波站，雷达站，火箭发射塔，海洋石油平台。
随着现代建筑技术发展，塔桅结构由单一功能向多功能方向发展，如加拿大多伦多的电视塔为全钢结构，我国黑龙江省336m高的全钢结构多功能电视塔。
六、活动式结构水工钢闸门，升船机，三峡的升船机120×18×3.5m，最大提升高度113m，重11800T。
七、可拆卸或移动的结构钢栈桥、移动式平台，发挥钢结构重量轻，便于运输和安装的优点。
加拿大已建成120多万吨，可容纳5000多人的海上采油平台。
八、高压容器和大直径管道三峡水利枢纽工程中的发电机组压力钢管内径达12.4m，钢管壁厚60mm。
九、抗震要求高的结构十、特种结构钢烟囱、钢水塔，纪念性建筑（北京的中华世纪坛）城市大型雕塑（南海大佛）。
第三节现代建筑钢材的发展一、高强度钢材随着人们对结构性能要求的提高，研制和应用高强度钢材、优质钢和各种低合金钢，如Q345（16锰钢）、Q390（15锰钒钢）、Q420（15锰钒氮钢），有些西方国家已把钢材的屈服强度为700～800Mpa或更高强度的低合金钢列入设计规范。
钢结构设计原理本科教材
钢结构设计原理本科教材
以下是一些被广泛使用的钢结构设计原理本科教材：
1.《钢结构设计》（第五版）- 林奕彤、苏向东、叶荣辉等著。
这本教材是中国建筑学会编写的，对钢结构设计的基本理论和方法进行全面介绍，内容包括结构力学、材料力学、构件设计、连接设计等。
2.《钢结构基本原理与设计》（第二版） - 韩德民、罗绍元等著。
这本教材着重介绍了钢结构设计中的基本原理及其应用，内容包括结构分析、构件设计、连接设计、稳定性分析等。
3.《钢结构设计》（第四版） - 王淑敏、毛两榕等著。
这本教材在介绍钢结构设计的基本理论和方法的同时，特别强调了设计实践的应用，内容包括结构力学、构件设计、连接设计、工程应用等。
4.《现代钢结构设计》（第四版） - 郭炳双、贺安邦等著。
这本教材对现代钢结构设计的发展和应用进行了全面介绍，内容包括构件设计、连接设计、结构分析、设计规范等。
5.《钢结构设计》（第四版） - 程杰、沈啸等著。
这本教材结合了国内外的设计规范和标准，对钢结构设计的基本理论和实践进行了系统讲解，内容包括结构力学、构件设计、连接设计、施工优化等。
这些教材均包含了钢结构设计的基本原理和方法，并且结合了实际的工程应用，非常适合本科学习和教学使用。
第七章平台钢结构设计
件(栏杆、楼梯等）组成，形成一个空 间不变体系。 二、用途 操作平台、检修平台、走道平台等 主要用于工业建筑
面 板
次梁 主梁
柱
支撑
上海东卫消防钢结构平台
上海奉贤电厂钢结构平台
上海贝莎时装钢结构平台
第7－1节 平台钢结构布置
qb/s 22.013 1.2 0.435 22.535 kN / m
M
/
x ,max
1 8
qb/s
l2
1 22.535 62 8
101.41kN.m
V 22.5356/ 2 67.61kN.m max
第7-3节 平台梁设计
2.截面验算：
M x,max
f
101 .41106 1.05 508 .2103
M x,max
f
99.056 106 1.05 215
438 .8mm3
查型钢表试选I28a
Wx 508.2mm3, 43.47kg / m, Ix 7115cm4
Sx 292.7cm3,tw 8.5mm
第7-3节 平台梁设计
2.截面验算：
qbsk 6.338 1.5 / 0.6 0.435 16.28kN / m
一）确定截面尺寸 1.截面高度 容许最大高度hmax 容许最小高度hmin 经济高度he
he 7 3 Wx 30 (cm)
hmin≤h≤hmax, h≈he
焊接梁截面
第7-3节 平台梁设计
7.3.2（2） 焊接组合梁设计步骤总结
均布荷载作用下简支梁的最小高度hmin
第7-3节 平台梁设计
第7－2节 平台铺板设计
基于BIM的Tekla钢结构设计案例教程
成书过程
编辑背景
出版工作
曾经中国国内图书市场上仅有一两本Tekla图书，其内容比较简单，而且缺乏项目案例，于是**编写了该书。 该书介绍了将Tekla导入Revit的一般流程，这样在进入Revit之后就可以进行专业之间的碰撞了。东莞厚街体育 馆就是将Tekla与Revit相结合而完成设计的。在这个项目中，用Tekla进行钢结构设计，用Revit进行建筑与机 电设计，并对这些设计进行碰撞检查。
2.双屏幕操作，提高作图效率
该教材配套教学视频是使用一主一副两个屏幕进行录制的。主屏幕显示平面视图与立面视图，副屏幕显示自 定义视图与三维视图。这样在操作时不用来回频繁地切换视图，可提高作图效率。设置与操作双屏幕的方法可参 考该书姊妹篇《基于BIM的Tekla钢结构设计基础教程》一书的附录D。
3.选用经典案例进行教学
该书以天宝公司旗下的Tekla Structures 2020简体中文版为讲解软件，以一个自行车棚为案例，详细介绍 “建立钢结构模型→碰撞检查→输出到Revit中→统计工程量→出图”的一般流程。
2021年7月1日，《基于BIM的Tekla钢结构设计案例教程》由清华大学出版社出版发行。
内容简介
第1章介绍项目的设置、操作界面的定制、零件与构件的命名等前期设置工作，以及绘制轴网与标高、保存视 图样板、根据样板生成平面和立面视图等相关操作。第2章介绍承台、垫层、基础梁等现浇部分的绘制步骤，以及 预制排水沟、排水算子和地脚锚栓等预制部分的绘制步骤。第3章介绍如何使用SketchUp制作调节螺母、垫圈、 波形采光板、支架、自攻螺钉等特殊造型的零件。第4章介绍钢梁和钢柱等主体构件的绘制，以及钢梁与钢柱之间 的两种连接方法。第5章介绍X型柱间支撑与钢柱的连接方法，以及X型柱间支撑的内部连接方法，如断开支撑杆 件、绘制连接板、绘制端板及螺栓连接方法等。第6章介绍檩条、斜拉杆、直拉杆、套管及隅撑等屋面主要零件的 绘制与连接方法，以及形减自定义组件的设置步骤。第7章介绍支架、马鞍扣、垫圈、自攻螺钉等支架组的绘制过 程及形成自定义组件的设置方法，另外还会介绍波形采光板的插入与固定方法。第8章介绍柱脚部分的完善，以及 如何用花篮螺栓连接两轴间的钢柱等模型修饰方面的操作，另外还会介绍碰撞检查以及如何将模型导入Revit等 相关操作。第9章介绍零件编号的方法与注意事项，以及如何创建合计型和记录型等类型的报告，并介绍创建报告 模板的一般方法。第10章介绍生成图纸与管理图纸的方法，并介绍如何修改图纸的三个层级，以及零件图、构件 图、现场装配图和多件图的生成与修改方法。附录A介绍Tekla常用快捷键的用法。附录B提供与本书配套的钢结 构设计图纸。
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接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接处宜加腋以提高该处的承载 力，该处附近翼缘受压区的宽厚比宜适当减小；柱脚的抗剪、 抗拔承载力宜适当提高，柱脚底板宜设置抗剪键，锚栓应采 取提高抗拔力的构造措施；支撑的连接应按屈服承载力的 1.2倍设计等。
-9-
参数输入中结构类型的选择与抗震 规范的规定如何对应？
如何考虑“地震作用效应增大系数”？
• 根据《抗震规范》第5.2.3条规定，规则结 构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作 用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘 以增大系数，来估计水平地震作用的扭转 影响。
• 一般情况下，短边可按1.15采用，长边可 按1.05采用。
如何考虑“地震作用效应增大系数”？
• 该参数仅在二维结构设计软件中设置，原 因是在三维空间分析软件例如SATWE中，程 序在计算时已默认考虑扭转耦联的影响， 所以不需再考虑此参数。
• 当有桥式吊车时，上柱和下柱的平面外计 算长度应分别取本段内支撑与柱连接点的 距离，即本段的柱长度。
如何选取风荷载的计算规范
•《荷载规范》：
wk = βzμsμzw0 wk = βgzμsμzw0
《门规》： wk = μ s μ z w0
βz ：风振系数，高度小于30m的单层工业房屋
可按以往实践经验不考虑。
适用范围更广。
Ųz :风荷载高度变化系数,当高度小于10m时， 应按10m高度处的数值采用。
w0 ：基本风压，《门规》中是按现行《荷载
规范》规定值乘以1.05采用。
-8-
《荷载规范》与《门规》比较
以一坡度为1/10，双坡封闭式厂房为例：
荷载规范：
门规：
-0.6
-0.5
-1.0
-0.65
h 0.8
-0.5 0.25
如何确定“钢梁还要按压弯构件验算 平面内稳定性”？
• 当设计规范选取《门规》时，此参数被激活。 • 《门规》第6.1.6-1：实腹式刚架斜梁在平面内
可按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构 件计算稳定。 • 当屋面坡度较大时,轴力对稳定性的影响在刚架 平面内外都不容忽视。当屋面坡度较小时, （坡度<1:2.5），可按GB50018的规定在刚架平 面内按压弯构件计算其强度。
“摇摆柱设计内力放大系数”如何确定?
• 当设计规范选取《门规》验算时才需要选 取，该项的作用是：对于摇摆柱（即两端 铰接柱），在计算其强度和稳定性时，将 柱的轴力设计值乘以该系数进行计算，用 于考虑摇摆柱并非理想铰接的不利影响 （1.5）。
- 10 -
“净截面和毛截面比值”如何确定？
此项是计算构件强度时用到的一个参数。 钢结构的连接，多为螺栓连接，螺栓孔对 构件的强度会有削弱作用，此参数既是为 了考虑这个削弱作用而设置。它只针对强 度计算，对稳定计算没有影响。
结构平面图
整体建模－立面编辑
☺建立二维模型： • 输入几何信息 • 输入荷载信息 • 输入补充信息 ☺截面优化 ☺二维计算
-3-
建立二维模型
☺ 如何合理确定门式刚梁的单坡分段数与分段比? ☺ 自动生成构件截面与铰接信息的原则 ☺ 焊接工形截面轴压截面分类如何选用 ☺ 软件对荷载的方向是如何规定的 ☺ 为何刚架与檩条的活荷载分别定义 ☺ 如何确定门式刚架柱、梁的平面外计算长度? ☺ 如何选取风荷载的计算规范 ☺ 参数输入中结构类型的选择与抗震规范的规定如
参数输入中结构类型的选择与抗震规 范的规定如何对应？
《抗震规范》第9.2.1条明确“单层钢结构厂 房”一节“不适用于单层轻型钢结构厂房”。所 以当结构类型选择为“门式刚架轻型房屋钢结 构”时程序不按抗震的要求控制。但当抗震控 制结构设计时，尚应注意按门规3.1.4条条文 说明规定的采取抗震构造措施。
二 维 设 计 操 作 流 程
-2-
【例题1】：某单跨双坡门式刚架厂房，跨度 36m，总长度90m，刚架柱距7.5 m，檐口高 度9m，屋面坡度1/10，平面图如下图。钢 材采用Q345。恒荷载0.3kN/m2，活荷载 （取屋面活荷载和雪荷载中较大值） 0.3kN/m2，基本风压0.35kN/m2，地面粗糙 度为B类。檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边 Z形钢檩条。
- 11 -
附加重量与恒荷输入有何区别？
• 恒荷：永久作用在结构上 的荷载；
• 附加重量：正常使用情况 下不作用于结构上，但是 在地震作用下，其水平剪 力需要由刚架来承担。
组合1：1.2恒+1.4活+0.6x1.4风 组合2：1.2（恒+0.5活）+1.3地
附加重量 仅此项力的计算
如何正确设计两种类型的抗风柱?
钢结构设计软件STS实例解析
软件咨询部 郭丽云
中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所
主要内容
门式刚架结构设计 框架结构设计
第一部分 门式刚架结构设计
☺《门规》的适用范围 • 《门规》1.0.2 本规程适用于主要承重结构
为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋 盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不 大于20T的A1~A5工作级别桥式吊车或3T 悬挂式起重机的单层房屋钢结构的设计、 制作和安装。
• 门式刚架当跨度较大或房屋较高时，为适 应弯矩变化，节约材料，通常采用变截面 构件来设计，变截面时根据需要可改变腹 板的高度、厚度及翼缘的宽度。在“门式刚 架网格输入向导”中需输入梁的分段数和分 段比例，它应根据构件弯矩的反弯点位置 来确定。即通过在各分段内布置不同截面 的梁来适应弯矩的变化。
-4-
当结构类型选择“单层钢结构厂房” 时程序按 抗震规范“9.2 单层钢结构厂房” 控制。当结 构类型选择“多层、高层框架” 时程序按抗震 规范“8 多层和高层钢结构房屋” 控制。 对于选择不同的结构类型结构阻尼比取规范的 相应值：
单层结构：0.05； 多层（<=12）0.035； 高层（>12）0.02。
-5-
焊接工形截面轴压截面分类的选用
• 当定义截面选取了焊接工形截面时，在截 面参数中会有“轴压对Y轴截面分类”的一 个参数选项，如下图所示。该参数主要用 于验算实腹式轴心受压构件的稳定性。用 它来确定计算稳定性时所需的轴心受压构 件的稳定系数。
接工形截面轴压截面分类的选用
•根据构件的长细比、钢材的屈服强度和表 5.1.2-1、表5.1.2-2的截面分类按附录C采用。 •截面分类由软件根据GB50017自动确定，当存 在多个选择时，一般取低的（偏安全） •只有少数截面用户可以干预，例如焊接H形截 面 •修改截面分类要有根据，对材料要求在施工 图中要进行明确说明！
如何确定门式刚架柱、梁的平面外 计算长度?
• 刚架梁的平面外计算长度按《门规》第 6.1.6中规定:实腹式刚架斜梁的出平面计 算长度,应取侧向支承点间的距离;当斜梁 两翼缘侧向支承点间的距离不等时,应取最 大受压翼缘侧向支承点间的距离。
-7-
如何确定门式刚架柱、梁的平面外
计算长度?
• 对于边柱和屋面梁，当采用压型钢板屋面、 墙面，且压型钢板与檩条有可靠连接时， 墙梁和檩条设置隅撑的情况下，隅撑能起 到边柱和屋面梁的平面外支撑作用，则边 柱和屋面梁的平面外计算长度可以取设置 隅撑的间距（3000mm）。
-1-
第一部分 门式刚架结构设计
☺依据《门规》进行门式刚架设计需满足哪 些条件？
• 跨度宜为9~36m • 柱距宜为6~9m • 柱高宜为4.5~12m • 桥式吊车宜为起重量<=20t、轻级工作制
（A1~A5）；悬挂吊车宜为起重量<= 3t • 屋面坡度宜为1/8~1/20
三 维 设 计 操 作 流 程
如何选取风荷载的计算规范
μs
:体型系数，《门规》中的体型系数是采用 美国金属房屋制造商协会 MBMA《低层房屋
体系手册》（1996）中的规定。本规定适合
于低层钢结构房屋。屋面坡度不大于10°、
屋面平均高度不大于18m，房屋高宽比不大
于1 、檐口高度不大于房屋的最小水平尺
寸；《荷载规范》第7.3节规定的体型系数
按一段等截面梁输入时，优化后计算结果如 下： 标准截面类型
(1)27,300,300,550,950,6.0,10.0,10.0, 5 (2)16,250,250,950,6.0,10.0,10.0,5 所有钢柱的总重量 (Kg)= 1222. 所有钢梁的总重量 (Kg)= 2504. 钢梁与钢柱重量之和 (Kg)= 3726. 由上图可知反弯点大致在1/3点处，所以设梁的分段数为两段，分段比 为1：2。 优化计算后结果如下： 标准截面类型 (1)27, 320, 320, 450, 850, 6.0,12.0,12.0, 5 (2)27, 300, 300, 850, 600, 6.0,10.0,10.0, 5 (3)27, 160, 160, 600, 650, 6.0,8.0, 8.0, 5 (4)27, 300, 300, 600, 850, 6.0,10.0,10.0, 5 (5)27, 160, 160, 650, 600, 6.0,8.0, 8.0, 5 所有钢柱的总重量 (Kg)= 1347. 所有钢梁的总重量 (Kg)= 1788. 钢梁与钢柱重量之和 (Kg)= 3134
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截面优化
☺如何通过优化设计带来经济效益？ ☺截面优化程序使用时应注意的事项
如何通过优化设计带来经济效益？
• 确定优化的目标：用钢量 • 截面形式 ：人为指定 • 确定相对经济的截面大小：程序自动计算
-0.55
l
柱脚铰接l/h<2.3, 柱脚刚接l/h<３.0, 荷载规范 计算偏安全，其他情况比门规结果小０～６０％
《荷载规范》与《门规》比较
• 由于 μs 的取值不同，所算得的风荷载组 合弯矩设计值也有较大差别。按《门规》 算得的值多数情况下都要比按《荷载规范》 计算的值偏小很多。《全国民用建筑工程 设计技术措施-结构》中规定在大多数 （L/h）≤4的门式刚架采用《荷载规范》 的体型系数，当（L/h）>4、风荷载较大、 屋面荷载较轻的门式刚架按《门规》中的 体型系数采用。