門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：從門(mén)式剛架的概述，荷載類型，材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則等幾個(gè)方面介紹了門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)原則

關(guān)鍵詞：門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)原則

1門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)概述

門(mén)式剛架是典型的輕型鋼結(jié)構(gòu)，造型簡(jiǎn)潔美觀，在房屋建筑中廣泛應(yīng)用于大面積廠房、倉(cāng)庫(kù)、體育館和超市等各類公共建筑。它具有成本低、工期短，施工方便、預(yù)工程化程度高等優(yōu)點(diǎn)。輕型門(mén)式剛架包括主結(jié)構(gòu)（剛架、支撐體系、抗風(fēng)柱等）、次結(jié)構(gòu)（屋面和墻面檁條等）、輔助結(jié)構(gòu)（挑檐、雨蓬、吊車梁等）、圍護(hù)板材、柱腳和基礎(chǔ)等。

2作用于門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)上的荷載類型：

（1）恒載(g)：結(jié)構(gòu)自重和設(shè)備重；

（2）活載：包括屋面均布活載、檢修集中荷載(m)、積灰荷載(d)、雪荷載等；

（3）風(fēng)載(w)

（4）溫度(t)

（5）吊車(c)（6）地震作用荷載(e)

3材料

3.1門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)鋼材選用的原則是既使結(jié)構(gòu)安全可靠地滿足使用要求，又盡量節(jié)約結(jié)構(gòu)鋼材和降低造價(jià)一般而言，輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材的選擇應(yīng)考慮以下方面：

3.1.1根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性，用于承重的冷彎薄壁型鋼、輕型熱軋型鋼和鋼板，應(yīng)采用q235鋼和q345鋼。門(mén)式剛架、吊車梁和焊接的檁條、墻梁等構(gòu)件宜采用q235b或q345a及以上等級(jí)的鋼。非焊接的檁條和墻梁等構(gòu)件可采用q235a鋼。

3.1.2根據(jù)荷載性質(zhì)，直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)一般采用q235b及q345鋼。承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)可選用q235b鋼。

3.2螺栓

3.2.1高強(qiáng)螺栓應(yīng)采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓大六角螺母墊圈技術(shù)條件》中規(guī)定的10.9級(jí)螺栓（摩擦型高強(qiáng)螺栓）。

3.2.2普通螺栓采用4.8級(jí)粗制螺栓（c級(jí)），應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《六角頭c級(jí)》的規(guī)定。

3.3焊條

3.3.1手工焊用的碳鋼焊條或低合金鋼焊條的性能應(yīng)符合《碳鋼焊條》及《低合金鋼焊條》的規(guī)定。

3.3.2埋弧焊用的碳鋼焊絲與焊劑或低合金鋼焊絲與焊劑的性能應(yīng)符合《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》及《低合金鋼埋弧焊用焊劑》《熔化焊用鋼絲》的規(guī)定。

3.3.3氣體保護(hù)焊用實(shí)芯焊絲的性能應(yīng)符合《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的規(guī)定。

3.3.4焊條或焊絲應(yīng)按強(qiáng)度、性能及母材相匹配選用，當(dāng)兩種不同鋼號(hào)焊接時(shí)，宜采用與強(qiáng)度較低鋼號(hào)匹配的焊條或焊絲。

4門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗(yàn)算；正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的位移和剛度驗(yàn)算。一般設(shè)計(jì)時(shí)，首先選擇截面使結(jié)構(gòu)滿足承載能力極限狀態(tài)的要求，然后校核其是否滿足正常使用極限狀態(tài)。

4.1承載能力極限狀態(tài)是指在設(shè)計(jì)荷載作用下不發(fā)生強(qiáng)度或穩(wěn)定破壞。承載能力極限狀態(tài)的表達(dá)式為：

（公式1）

為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；為最不利的荷載效應(yīng)組合值；為結(jié)構(gòu)的抗力。

4.2正常使用極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的位移滿足相應(yīng)的容許值，這可以通過(guò)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的變形來(lái)確保；同時(shí)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不產(chǎn)生振動(dòng)，這可以通過(guò)限制構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比來(lái)確保。位移指標(biāo)有柱頂側(cè)移和梁柱構(gòu)件相對(duì)變形兩項(xiàng)。位移驗(yàn)算的公式為：

（公式2）

構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算的一般公式為：

（公式3）

5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

5.1合理布置柱網(wǎng)，滿足建筑要求，檁條布置合理。

5.2剛架柱腳可采用剛接和鉸接，在有吊車時(shí)柱腳為剛接,鋼柱采用等截面型鋼，其他一般采用柱腳鉸接。

5.3支撐布置的目的是使建筑能構(gòu)成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)骨架。布置的主要原則如下：

5.3.1柱間支撐和屋面支撐必須布置在同一開(kāi)間內(nèi)形成抵抗縱向荷載的支撐桁架。支撐桁架的直桿和單斜桿應(yīng)采用剛性系桿，交叉斜桿可采用柔性構(gòu)件。

5.3.2支撐的間距一般為30m-40m，不應(yīng)大于60m；

5.3.3支撐可布置在建筑兩側(cè)的第一個(gè)或第二個(gè)開(kāi)間，當(dāng)布置在第二個(gè)開(kāi)間時(shí)，第一開(kāi)間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿；

5.3.4剛架柱頂、屋脊等轉(zhuǎn)折處應(yīng)設(shè)置剛性系桿。結(jié)構(gòu)縱向于支撐桁架節(jié)點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置通長(zhǎng)的剛性系桿；

5.4門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)山墻設(shè)計(jì)

5.4.1一種是門(mén)式剛架標(biāo)準(zhǔn)圖（05sg518）提供的跟傳統(tǒng)工業(yè)廠房相似的設(shè)計(jì)方法，抗風(fēng)柱與邊跨剛架間留插入距，抗風(fēng)柱下端固接，上端與邊跨剛架斜梁鉸接。超過(guò)36米跨山墻設(shè)柱間支撐，山墻自成體系，這種結(jié)構(gòu)用鋼量較大。

5.4.2另一種是pkpm軟件中心提供的設(shè)計(jì)方法，抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)成邊跨剛架上的搖擺柱，兩端鉸接。這種結(jié)構(gòu)用鋼量較小，但會(huì)形成邊跨剛架和中間剛架柱頂位移、剛度及斜梁撓度相差較大，需在計(jì)算中重點(diǎn)考慮。并增加屋面斜向支撐，保證整個(gè)房屋在風(fēng)荷載作用下能協(xié)調(diào)工作，不產(chǎn)生破壞。

5.5連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

5.5.1門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)一般在梁柱節(jié)點(diǎn)及框架梁的跨中劃分運(yùn)送和安裝單元,門(mén)式剛架斜梁與柱的連接可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。

5.5.2為保證節(jié)點(diǎn)的剛度，節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用摩擦型或承壓型高強(qiáng)度螺栓連接，一般成對(duì)布置。

5.5.3用高強(qiáng)度螺栓連接的端板，為減小杠桿力的影響，其厚度不宜太薄，一般可取1.5-2d，或設(shè)置加勁肋。

5.5.4連接按承受的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域，應(yīng)驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度。

5.6關(guān)于柱頂位移限值的規(guī)定（h為剛架柱高度）

無(wú)吊車時(shí)，當(dāng)采用輕型鋼墻板時(shí)柱頂位移限值為h/60，當(dāng)采用砌體墻時(shí)柱頂位移限值為h/100。有橋式吊車，當(dāng)?shù)踯囉旭{駛室時(shí)柱頂位移限值為h/400，當(dāng)?shù)踯囉傻孛娌僮鲿r(shí)柱頂位移限值為h/180。

上述為理論計(jì)算值，根據(jù)過(guò)去所做的凋查和分析研究，由于有鋼屋面板和墻板的加強(qiáng)作用以及平板柱腳的嵌固作用等，實(shí)際結(jié)構(gòu)的柱頂位移遠(yuǎn)小于計(jì)算值，一般只有它的一半左右。

5.7檁條的設(shè)計(jì)

5.7.1檁條為薄壁構(gòu)件，在受力狀態(tài)其組成板件可能喪失局部穩(wěn)定而產(chǎn)生屈曲，但屈曲后仍能承載（利用薄膜效應(yīng)，即張力場(chǎng)）。設(shè)計(jì)中利用其屈曲后強(qiáng)度，一般采用有效截面的方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

5.7.2檁條的整體穩(wěn)定計(jì)算分為兩種情況：

a.風(fēng)壓力作用下，一般壓型鋼板和受壓區(qū)設(shè)置的檁間拉條能起側(cè)向約束作用。

b.在風(fēng)吸力作用下，下翼緣受壓，截面扭轉(zhuǎn)和側(cè)向彎曲效應(yīng)等效轉(zhuǎn)化為作用于下翼緣的側(cè)向荷載，以簡(jiǎn)化計(jì)算。也可采用構(gòu)造要求，如設(shè)置隅撐。

5.8如何降低用鋼量

5.8.1柱距及跨度及的合理選用，在滿足使用要求的情況下，盡量采用6m~12m規(guī)則柱距。

5.8.2大跨度（18米以上）剛架采用變截面型鋼，且采用q345及以上鋼材。在9m以上柱距時(shí)，檁條也可采用q345及以上鋼材，這樣會(huì)大幅度降低鋼材用量，降低成本。

5.8.3在設(shè)置屋面支撐處，可考慮用屋面檁條同時(shí)起到支撐作用，這在大面積工程上可減低一定的鋼材量。

5.8.4在超過(guò)12米以上柱距的工程中，檁條若采用實(shí)腹式型鋼，自重大且穩(wěn)定性不易保證，可采用格構(gòu)式檁條，可大幅度降低鋼材用量。

6通過(guò)pkpm軟件計(jì)算剛架、支撐和檁條并出圖。

6.1計(jì)算剛架前，需對(duì)構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

6.1.1鋼梁可選擇軋制或焊接h型鋼截面。其截面高度通常在跨度的1/20-1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時(shí)，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定預(yù)估。

6.1.2柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估.通常50<λ<150,簡(jiǎn)單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或h型鋼截面等.

6.2結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，同時(shí)結(jié)合pkpm軟件中的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能程序。合理的選擇安

全經(jīng)濟(jì)美觀的截面。

7以上從門(mén)式剛架的荷載類型，材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則等幾個(gè)方面詳細(xì)介紹了門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。根據(jù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，從強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性上滿足結(jié)構(gòu)的正常使用。我們?cè)谧鲩T(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要認(rèn)真遵循，為用戶提供安全可靠的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn):

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