门式钢架常见设计问题解答

改进措施： 改进措施：按《门式刚架规程》的规定，
复核柱脚底部的水平剪力是否可由柱脚底 板与混凝土基础间的摩擦力承受，当摩擦 力不足时，柱脚底板下应加焊抗剪键。柱 脚底部的水平剪力和摩擦力均应取可能的 最不利的组合设计值。柱脚抗剪键的截面 尺寸和连接焊缝应按混凝土的局部抗压和 抗剪键本身的弯剪承载力计算确定。
改进措施： 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。 如图3.2.2所示。
图3.2.2 门式刚架端开间屋面刚性系杆布置示意图
3.2
支撑体系常见问题
3.3
设计计算常见问题
3.3.5 檩条和墙梁设计计算时，未按 《门式刚架规程》的附录A计算风荷载， 也未考虑风吸力的不利影响。
改 进 措
施
原因分析： 原因分析：门式刚架轻型钢结构房屋属于
低矮房屋范畴，进行风荷载计算时所需要的 风荷载体形系数，由于我国现有的资料不完 备,《门式刚架规程》CECS102建议采用美国 MBMA手册中的规定,并作为附录A列于规程中。 为和MBMA手册配套，《门式刚架规程》要求 将我国现行国家标准《荷载规范》GB50009 的基本风压值乘以综合调整系数1.05。
改 进 措
施
原因分析：门式刚架轻型房屋钢结构是一 原因分析：
种跨变结构，其斜梁和立柱可以是变截面的， 也可以是等截面的，立柱与基础的连接可以 铰接，也可以刚接，但斜梁与立柱必须刚接。 钢筋混凝土排架结构则不同，它的屋面主构 件可以是钢筋混凝土梁或钢梁，也可以是钢 筋混凝土屋架或钢屋架，并且与钢筋混凝土 柱顶铰接，钢筋混凝土柱脚则与基础刚接。
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
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： 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
原因分析： 原因分析：
施
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： 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。
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
3.3.1
设计计算常见问题
刚架梁、柱高强度螺栓连接节
点的端板，不满足最小厚度16mm的要求。
改 进 措
原因分析： 原因分析：
施
刚架梁、柱连接节点通常
假定按刚性连接节点设计，要保证连接节 点与计算模型相符，传力可靠，除满足计 算要求外，必须严格控制端板厚度不小于 16mm，以保证端板有足够的刚度。
第7.2.19条规定，进行有柱间支撑的柱脚锚 栓在风荷载作用下的上拔力计算。计算柱间 支撑产生的最大竖向分力时，不考虑活荷载 (或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响， 恒荷载的分项系数应取1.0;计算柱脚锚栓的 受拉承载力时，对Q235钢锚栓，其抗拉强度 设计值fat=140N/mm,锚栓的面积取螺纹处的 有效截面面积。
3.3
设计计算常见问题
3.3.2 柱脚锚栓的直径，不满足不小于 24mm的要求，且未设置双螺帽。
改 进 措
原因分析： 原因分析：
施
刚架柱脚通常假设与基础
为铰接相连，有吊车时则应采用刚接柱脚; 柱脚锚栓直径除按计算确定外，考虑到实 际工程中可能会承受部分水平剪力等不利 因素，其直径不宜过小。
改进措施： 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。如图3.2.1所示。
3.2
支撑体系常见问题
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。
3.2
支撑体系常见问题
3பைடு நூலகம்2.6 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
原因分析： 原因分析：
施
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： 改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102
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。
图3.2.4 抗风柱连接节点示意图
3.2
3.2.5
支撑体系常见问题
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： 原因分析：圆钢支撑侧向刚度小，安装时
图3.2.1 门式刚架支撑布置示意图
图3.2.1 门式刚架支撑布置示意图
3.2
3.2.2
支撑体系常见问题
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
原因分析： 原因分析：
施
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。
设计计算常见问题
3.3.3 未复核有柱间支撑的柱脚锚栓在 风荷载作用下的上拔力。
改 进 措
施
原因分析： 原因分析： 门式刚架房屋端墙(山墙)
上的风荷载经由抗风柱、屋面横向水平 支撑等结构构件传至柱间支撑，柱间支 撑的最大竖向分力使与其相连的柱脚锚 栓产生上拔力。
改进措施： 改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102
第7.2.18条规定，当计算出的柱脚锚栓直 径小于24mm时，应取24mm。一般情况下， 刚架跨度不大于18m时,采用2个M24的锚栓； 刚架跨度不大于27m时,采用4个M24的锚栓； 刚架跨度不大于30m时,采用4个M30的锚栓。 柱脚锚栓均应设双螺帽，以防螺帽松动， 影响柱脚安全可靠的工作。
3.3
改进措施： 进行门式刚架轻型钢结构房 改进措施：
屋檩条和墙梁设计计算时，取自《荷载规 范》第7.1.2条的基本风压值应乘以1.05的 综合调整系数，风压高度变化系数按《荷 载规范》第7.2.1条和第7.2.2条的规定采 用，当高度小于10m时，按10m处的数值采 用；风荷载体型系数，考虑内、外风压最 大值的组合，且含阵风系数，按《门式刚 架规程》附录A的A.0.2条的规定采用。
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
原因分析： 原因分析：
施
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： 改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102
改 进 措
原因分析： 原因分析：
施
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： 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；
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： 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。
在风吸力作用下，冷弯薄壁型钢檩条下 翼缘受压时，当屋面能阻止檩条上翼缘 侧向位移和扭转时，可偏安全地按《薄 壁型钢规范》GB50018的公式(8.1.1-2) 进行验算。墙梁的设计计算与檩条类同。
3.3
3.3.6
设计计算常见问题
门式刚架轻型钢结构房屋的刚
架立柱随意改为钢筋混凝土柱，仍按门 式刚架结构体系进行设计，会造成工程 事故。
改进措施： 改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102
第7.2.9条规定，设计刚架梁、柱连接节点 端板时,如计算出的端板厚度不足16mm时,应 取端板厚度≥16mm；工程习惯上，端板的厚 度也不宜小于节点所用高强度螺栓的直径d。
同时， 根据《门式刚架规程》CECS102 第7.2.11条规定，端板与刚架柱翼缘和 斜梁翼缘的连接应采用全熔透对接焊， 焊缝质量等级为二级；端板与刚架构件 腹板的连接应采用角对接组合焊缝或与 腹板等强的角焊缝。
改进措施： 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
基本设计规定常见问题
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：根据《门式刚架规程》CECS102 改进措施：
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。
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
3.2.7
支撑体系常见问题
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
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： 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。
3.3
3.3.4
设计计算常见问题
未复核柱脚底部水平剪力能否由
底板与混凝土基础间的摩擦力承受，当摩 擦力不足时，应设柱脚抗剪键。
改 进 措
施
原因分析： 原因分析：根据《门式刚架规程》CECS102
第7.2.20条规定，柱脚锚栓不宜用于承受柱 脚底部的水平剪力。此水平剪力可由柱脚底 板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦系数可取 0.4)或设置抗剪键承受。