钢结构 门式刚架结构设计
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门式刚架结构设计
济南大学 土木建筑学院
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
• 主承重骨架 • 檩条、墙梁 • 屋面、墙面 • 支撑
柱距
1.1.2 单层门式刚架结构的特点
质量轻 工业化程度高，施工周期短 综合经济效益高 柱网布置比较灵活
一般10-30kg/m2，基础费用低。地震反应小，注意风吸力
冷弯构件 ≥1.5mm
压型钢板 ≥0.4mm
1.1.3 我国工程应用情况
始于20世纪60年代，屋面用瓦材。 20世纪70年代在工程上极少应用； 20世纪80年代在经济特区引进国外门式刚架轻钢房屋，压 型钢板始见用于屋面和墙面；
20世纪90年代初外国轻钢企业进入中国大陆，带动了内资 轻钢企业的发展。中期以来，采用门式刚架轻型房屋钢结
wk s z w0
wk——风荷载标准值（kN/m2）； w0——基本风压，按《建筑结构荷载规范》的规定采用；
z——风荷载高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》的规定采用；
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，考虑内、外风压最大值的组合，含阵风系数。
其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定采用。
主要构件工厂制作，现场高强螺栓安装
门式刚架整体性可以依靠檩条、墙梁和隅撑来保证，支
撑数量可减少，且多用张紧的圆钢
※梁柱多用变截面，省材
梁、柱腹板利用屈曲后强度
塑性设计不再适用（多个塑性铰 ） 摇摆柱 柱脚约束 应力蒙皮效应 图1.2 变截面门式刚架
※板件较薄
焊接板件 ≥3mm
注 ： ① 表 中 正 号 (压 力 )表 示 风 力 由 外 朝 向 表 面 ， 负 号 (吸 力 )表 示 风 力 自 表 面 向 外 离 开 ， 下 同 ；
(a)Βιβλιοθήκη Baidu
(b )
图 5 刚 架的风荷载体型系数分区 图 1.5 刚架的风载体型系数分区
(a) 双 坡 刚 架 ； (b) 单坡刚架
荷载效应组合: 应符合以下原则 ⑴ 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中 的较大值；
设置伸缩缝的方法：双柱；檩条和屋面板构造 有吊车时设置双柱，加插入距
图1.4 有吊车时的插入距
﹡檩条布置
一般等间距布置，间距由计算确定； 屋脊附近双檩（距屋脊≤200mm ）； 天沟附近布置一根以固定天沟； 考虑天窗、采光带等的具体情况。
﹡ 墙梁布置
考虑门窗、挑檐、雨棚等的具体情况； 压型钢板墙面宜布置在柱外；
1.2.1 门式刚架的结构形式
按跨度：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的形式 按屋面坡脊数：单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡
图1.3 门式刚架形式示例（一）
常做成一个大双坡屋面，避免渗漏和堆雪
图1.3 门式刚架形式示例（二）
单脊双坡多跨刚架
无桥式吊车：中柱多为摇摆柱 有桥式吊车：中柱宜两端刚接
间距由计算确定。
﹡支撑和刚性系杆布置
布置原则：
温度区段 柱间支撑与屋面横向支撑同时设置 位置、间距(30～45;60)
高度大时分层设，宽度大时内柱设
刚架转折处 支撑交叉点
支撑形式：
十字交叉圆钢支撑，夹角30°-60°型钢支撑
1.3 刚架设计
1.3.1 荷载及荷载组合
除《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102) 有专门规定外，按《建筑结构荷载规范》(GB50009)采用 永久荷载 结构自重：按《建筑结构荷载规范》GB50009采用 悬挂荷载：按实际情况
吊车
悬挂吊车：起重量不大于3吨 桥式吊车：不大于20吨，轻、中级工作制
1.2.2 结构布置
﹡刚架的建筑尺寸和布置
跨度：9~36m；高度：4.5~9m（室内净空）； 柱轴线：下端中心线或柱外皮 梁轴线：最小截面中线，与上表面平行 柱距：6m，7.5m或9m 挑檐：0.5~1m 温度区段：纵向≤300m，横向≤150m。
可变荷载
屋面活荷载：对压型钢板屋面，按水平投影计，取 0.5kN/m2，常取0.3kN/m2
施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：1kN ，按
最不利位置
屋面雪荷载和积灰荷载 ：按GB50009 采用，考虑荷载
增大系数和不均匀系数。
吊车荷载：竖向和水平荷载，按GB50009采用。 地震作用：按《建筑抗震设计规范》 GB50011采用。 风荷载：按《规程》，垂直于建筑物表面的风荷载：
⑵ 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值
同时考虑； ⑶ 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外 的其它荷载同时考虑； ⑷ 多台吊车的组合应符合GB50009的规定；
⑸ 风荷载不与地震作用同时考虑。
在进行刚架内力分析时，需要考虑的荷载效应组合有： ⑴ 1.2× 永久荷载＋0.9× 1.4× [积灰荷载＋max｛屋面均 布活荷载、雪荷载｝＋（风荷载＋吊车竖向荷载＋吊车 水平荷载）］；
构的工程数量越来越多，工程规模越来越大，充分展示了
这种结构的优越性。
国家标准的制订情况
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
1966年版本未颁布；
TJ18-75 GBJ18-87 GB50018-2002
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》
CECS102:98 CECS102:2002
1.2 结构形式 和结构布置
表 1 刚架的风荷载体型系数 分 建筑 类型 1E 封闭式 部分封闭式 2E 端 3E 区 4E 5E 6E 1 2 中 3 间 4 区 5 6 区
＋ 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
摇摆柱
截面形式
无桥式吊车：梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接 有桥式吊车：柱宜采用等截面形式
变截面门式刚架
工字形截面或轧制H形截面
柱脚形式
无桥式吊车：多按铰接支承设计，通常为平板支座
有桥式吊车：刚接
坡度 1/20~1/8 运输单元
柱子单独一个，梁可为多个。单元内焊接，单元间可 通过端板用高强螺栓连接
济南大学 土木建筑学院
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
• 主承重骨架 • 檩条、墙梁 • 屋面、墙面 • 支撑
柱距
1.1.2 单层门式刚架结构的特点
质量轻 工业化程度高，施工周期短 综合经济效益高 柱网布置比较灵活
一般10-30kg/m2，基础费用低。地震反应小，注意风吸力
冷弯构件 ≥1.5mm
压型钢板 ≥0.4mm
1.1.3 我国工程应用情况
始于20世纪60年代，屋面用瓦材。 20世纪70年代在工程上极少应用； 20世纪80年代在经济特区引进国外门式刚架轻钢房屋，压 型钢板始见用于屋面和墙面；
20世纪90年代初外国轻钢企业进入中国大陆，带动了内资 轻钢企业的发展。中期以来，采用门式刚架轻型房屋钢结
wk s z w0
wk——风荷载标准值（kN/m2）； w0——基本风压，按《建筑结构荷载规范》的规定采用；
z——风荷载高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》的规定采用；
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，考虑内、外风压最大值的组合，含阵风系数。
其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定采用。
主要构件工厂制作，现场高强螺栓安装
门式刚架整体性可以依靠檩条、墙梁和隅撑来保证，支
撑数量可减少，且多用张紧的圆钢
※梁柱多用变截面，省材
梁、柱腹板利用屈曲后强度
塑性设计不再适用（多个塑性铰 ） 摇摆柱 柱脚约束 应力蒙皮效应 图1.2 变截面门式刚架
※板件较薄
焊接板件 ≥3mm
注 ： ① 表 中 正 号 (压 力 )表 示 风 力 由 外 朝 向 表 面 ， 负 号 (吸 力 )表 示 风 力 自 表 面 向 外 离 开 ， 下 同 ；
(a)Βιβλιοθήκη Baidu
(b )
图 5 刚 架的风荷载体型系数分区 图 1.5 刚架的风载体型系数分区
(a) 双 坡 刚 架 ； (b) 单坡刚架
荷载效应组合: 应符合以下原则 ⑴ 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中 的较大值；
设置伸缩缝的方法：双柱；檩条和屋面板构造 有吊车时设置双柱，加插入距
图1.4 有吊车时的插入距
﹡檩条布置
一般等间距布置，间距由计算确定； 屋脊附近双檩（距屋脊≤200mm ）； 天沟附近布置一根以固定天沟； 考虑天窗、采光带等的具体情况。
﹡ 墙梁布置
考虑门窗、挑檐、雨棚等的具体情况； 压型钢板墙面宜布置在柱外；
1.2.1 门式刚架的结构形式
按跨度：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的形式 按屋面坡脊数：单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡
图1.3 门式刚架形式示例（一）
常做成一个大双坡屋面，避免渗漏和堆雪
图1.3 门式刚架形式示例（二）
单脊双坡多跨刚架
无桥式吊车：中柱多为摇摆柱 有桥式吊车：中柱宜两端刚接
间距由计算确定。
﹡支撑和刚性系杆布置
布置原则：
温度区段 柱间支撑与屋面横向支撑同时设置 位置、间距(30～45;60)
高度大时分层设，宽度大时内柱设
刚架转折处 支撑交叉点
支撑形式：
十字交叉圆钢支撑，夹角30°-60°型钢支撑
1.3 刚架设计
1.3.1 荷载及荷载组合
除《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102) 有专门规定外，按《建筑结构荷载规范》(GB50009)采用 永久荷载 结构自重：按《建筑结构荷载规范》GB50009采用 悬挂荷载：按实际情况
吊车
悬挂吊车：起重量不大于3吨 桥式吊车：不大于20吨，轻、中级工作制
1.2.2 结构布置
﹡刚架的建筑尺寸和布置
跨度：9~36m；高度：4.5~9m（室内净空）； 柱轴线：下端中心线或柱外皮 梁轴线：最小截面中线，与上表面平行 柱距：6m，7.5m或9m 挑檐：0.5~1m 温度区段：纵向≤300m，横向≤150m。
可变荷载
屋面活荷载：对压型钢板屋面，按水平投影计，取 0.5kN/m2，常取0.3kN/m2
施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：1kN ，按
最不利位置
屋面雪荷载和积灰荷载 ：按GB50009 采用，考虑荷载
增大系数和不均匀系数。
吊车荷载：竖向和水平荷载，按GB50009采用。 地震作用：按《建筑抗震设计规范》 GB50011采用。 风荷载：按《规程》，垂直于建筑物表面的风荷载：
⑵ 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值
同时考虑； ⑶ 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外 的其它荷载同时考虑； ⑷ 多台吊车的组合应符合GB50009的规定；
⑸ 风荷载不与地震作用同时考虑。
在进行刚架内力分析时，需要考虑的荷载效应组合有： ⑴ 1.2× 永久荷载＋0.9× 1.4× [积灰荷载＋max｛屋面均 布活荷载、雪荷载｝＋（风荷载＋吊车竖向荷载＋吊车 水平荷载）］；
构的工程数量越来越多，工程规模越来越大，充分展示了
这种结构的优越性。
国家标准的制订情况
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
1966年版本未颁布；
TJ18-75 GBJ18-87 GB50018-2002
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》
CECS102:98 CECS102:2002
1.2 结构形式 和结构布置
表 1 刚架的风荷载体型系数 分 建筑 类型 1E 封闭式 部分封闭式 2E 端 3E 区 4E 5E 6E 1 2 中 3 间 4 区 5 6 区
＋ 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
摇摆柱
截面形式
无桥式吊车：梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接 有桥式吊车：柱宜采用等截面形式
变截面门式刚架
工字形截面或轧制H形截面
柱脚形式
无桥式吊车：多按铰接支承设计，通常为平板支座
有桥式吊车：刚接
坡度 1/20~1/8 运输单元
柱子单独一个，梁可为多个。单元内焊接，单元间可 通过端板用高强螺栓连接