门式刚架常见问题及其改进措施

中国建筑标准设计研究院培训（成都）门式刚架常见问题及其改进措施

中国建筑标准设计研究院

张运田教授级高工

门式刚架常见问题及其改进措施

本措施适用于：

• 主刚架适于实腹式，格构式刚架或其他组合刚架不适用。

• 屋面檩条和围护结构的墙梁适于采用冷弯薄壁型钢。

• 屋面板和墙板适于采用单层或腹合压型钢板等轻型板材。

• 特别适用于无吊车的单跨或多跨房屋，在这种条件下其产品可以作到商品化供应。

• 适用于单层房屋钢结构，如果层数多其设计技术措施有所不同，特别在抗震设计烈度高的地区更应注意。

• 悬挂吊车不宜大于3t，因为轻型房屋的刚度相对差，悬挂吊车吨位大，可能刚架挠度难于满足要求或设计效果不经济。

• 适于起重量不大于20t，工作级别为中、轻级，即工作级别A1～A5桥式吊车，吨位大、刹车力大、荷载大、影响大。

• 适用于环境侵蚀作用为弱侵蚀性类和中等侵蚀性类（即相对湿度＞75…%），更适合于无侵蚀性介质地区，系指一般城市的商业区和住宅区。

3.1 基本设计规定常见问题

3.1.6 钢柱脚未采用混凝土包裹防护

改进措施

原因分析：许多事例表明地面以下的钢柱脚若不用混凝土包裹,柱脚处由于积水使钢材严重锈蚀，对结构存在着安全隐患，因此《钢结构规范》GB50017对地面以下的钢柱脚用混凝土进行包裹列为强制性条文。

改进措施：应按《钢结构规范》第8.9.3条（强制性条文）规定，对柱脚在地面以下部分采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于50mm），包裹的混凝土应高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚高出地面的高度不应小于100mm。

3.1.7 在房屋的温度区段内，未设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。

改进措施

结构布置时，在温度区段内应使结构成为能保持空间稳定的独立体系，按《门式刚架规程》CECS 102第4.5.1条第1款设置支撑体系。

3.2 支撑体系常见问题

3.2.1 屋面横向水平支撑与柱间支撑未布置在同一跨间内。

改进措施

原因分析：布置在同一跨间内的屋面横向水平支撑和柱间支撑同门式刚架一道构成稳定的空间结构体系，既可承受和传递房屋纵向的各种荷载和作用，又方便于门式刚架结构的施工安装。

改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102第4.5.1条第2款和第4.5.2条第1款的规定，宜将屋面横向水平支撑和柱间支撑同时布置在房屋温度区段端部第一开间或第二开间，在布置柱间支撑的开间，宜同时布置屋面横向水平支撑，如图3.2.1所示。当无法布置在同一跨间时，可布置在相邻跨间，有一定搭接区，但这种情况在温度区段内只能是个别的，否则应对整个支撑系统重新合理布置。

3.2.2 屋面横向水平支撑布置在房屋温度区段端部第二开间，而在第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置未布置纵向刚性系杆。

改进措施

原因分析：房屋端墙(山墙)的风荷载或地震作用要靠屋面横向水平支撑传递给房屋纵向柱间支撑。屋面横向水平支撑布置在第二开间时，第一开间仅布置未按压弯杆件验算和加强的檩条，不足以传递端墙的风荷载或地震作用。

改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102第4.5.2条第1款的规定，在房屋温度区段的第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置布置满足受压杆件长细比要求和受压（压弯）杆件承载力要求的刚性系杆。

3.2.3 屋面横向水平支撑的竖腹杆未按刚性压杆设计。

改进措施

原因分析：屋面横向水平支撑的计算简图为简支于有柱间支撑柱列的门式刚架柱顶的水平桁架，其交叉斜腹杆系柔性系杆，只能承受拉力，竖腹杆必须设计成刚性压杆才能组成几何不变体系，传递端墙的荷载或作用。

改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102第4.5.2条第6款和第4.5.3条的规定，将屋面横向水平支撑桁架的竖腹杆按压杆设计；当檩条位于屋面横向水平支撑桁架节点处拟由其兼作屋面横向水平支撑的竖腹杆时，檩条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求，必要时应加强。

3.2.4 屋面横向水平支撑的节点未与抗风柱布置相应协调。

改进措施

原因分析：屋面横向水平支撑桁架的节点布置在抗风柱处，可以使抗风柱柱顶的反力直接传递，避免刚架斜梁受扭。

改进措施：首先根据房屋的使用要求布置抗风柱，然后根据抗风柱柱顶位置布置屋面横向水平支撑桁架的节点及支撑杆件；因为刚架斜梁允许在任意位置布置屋

面横向水平支撑的节点，屋面横向水平支撑的交叉斜杆为柔性拉杆，与刚架斜梁的连接较为简单，可以不必等间距布置，这是门式刚架与普通屋架不同之处。

在抗风柱与刚架斜梁连接处，刚架斜梁下翼缘应设隅撑。如图3.2.4所示。

3.2.5 屋面横向水平支撑和柱间支撑采用圆钢时，未设张紧装置；当设有桥式吊车时，柱间支撑未采用型钢支撑。

改进措施

原因分析：圆钢支撑侧向刚度小，安装时会因自重而下垂，再加上圆钢支撑初始弯曲和连接松弛等缺陷，不设张紧装置就不能保证支撑始终处于张紧状态，对门式刚架房屋的整体稳定性和整体刚度起不到应有的作用。当有吊车时，柱间支撑改而采用型刚支撑，也是为了保证门式刚架房屋的纵向刚度。

改进措施：采用圆钢支撑时，应按《门式刚架规程》CECS102和《薄壁型钢规范》GB50018第9.2.2条的要求设置张紧装置。有吊车时,柱间支撑应采用型钢支撑；在8度及以上地震区或地震作用效应组合控制时，门式刚架房屋的屋面横向水平支撑和柱间支撑亦应采用型钢支撑。

3.2.6 在刚架转折处(边柱柱顶和屋脊、多跨房屋中间柱柱顶)，未沿房屋纵向全长设置刚性系杆。

改进措施

原因分析：在刚架转折处设置刚性系杆，除了承受压力和传递纵向水平力外，在安装过程中可增加刚架的侧向刚度，保证结构安全。

改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102第4.5.2条第5款的规定，在刚架的边柱柱顶和屋脊处及多跨房屋适当位置的中间柱柱顶处，均沿房屋全长设置通长的刚性系杆；不宜由加强的檩条代替刚架转折处的刚性系杆，如图3.2.1所示。

3.2.7 压型钢板薄壁型钢檩条屋面，当檩条跨度大于4m时，未合理设置拉条、斜拉条及撑杆体系。

改进措施

原因分析：冷弯薄壁型钢檩条通常采用Z型钢和卷边槽钢檩条，由于其重心高，弱轴抗弯能力差。当檩条跨度大于4m时，应设置拉条、斜拉条及撑杆体系，以提高其侧向刚度与承载力，减少其在安装和使用阶段的侧向变形和扭转。

改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102第6.3.5条和6.3.6条的规定，当檩条跨度大于4m不大于6m时，应在檩条跨中设置一道拉条，当檩条跨度大于6m时，应在檩条跨度3分点处各设一道拉条，拉条宜设置在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内。为了防止檩条向屋脊方向弯扭失稳，在设置拉条的同时，应在檐口处增设斜拉条和撑杆；

为了承受屋面的坡向分力，在屋脊处(有天窗时在天窗处）亦应增设斜拉条和撑杆；当屋面坡面过大时，在檐口和屋脊之间的适当位置必要时也宜增设斜拉条和撑杆。当门式刚架跨度不大、屋面对称屋脊布置且坡度较小时，屋脊处可不设斜拉条和撑杆。拉条应根据最大的屋面坡向分力按拉杆计算确定，撑杆则按压杆设计，如图3.2.7所示：

图3.2.7 檩条间拉条布置示意图

3.3 设计计算常见问题