門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計詳解

1、建筑結(jié)構(gòu) 選型概論,輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系,在傳統(tǒng)觀念中，一般指由圓鋼、小角鋼（454及56364以下）組成的小型或小跨度屋架、鋼架結(jié)構(gòu)，采用磚墻、混凝土墻板和屋面板，多用于小型廠房、倉庫或臨時建筑。 隨著冷彎薄壁型鋼和彩色壓型鋼板等新型圍護結(jié)構(gòu)和材料的出現(xiàn)，其概念已發(fā)生根本性變革，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)相比，其“輕”主要體現(xiàn)在:,采用輕質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)，大大減輕恒載，整體結(jié)構(gòu)自重輕； 采用標(biāo)準(zhǔn)化、自動化生產(chǎn)構(gòu)件，現(xiàn)場裝配，施工進(jìn)度快； 廣泛用于大中小跨度、工業(yè)與民用建筑，空間布置靈活，建筑造型輕； 可回收，符合環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展原則。,壓型彩色鋼板（板壁厚0.41.5mm）,冷彎薄壁型鋼 （壁厚1.55mm）,1

2、2 門式剛架結(jié)構(gòu),12.1 概述 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)與一般普通鋼結(jié)構(gòu)相比具有以下技術(shù)特征： 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的橫截面尺寸較小，可以有效地利用建筑空間，降低房屋的高度，建筑造型美觀。 門式剛架的剛度較好，自重輕，橫梁與柱可以組裝，為制作、運輸、安裝提供了有利條件。 屋面剛架用鋼量僅為普通鋼屋架用鋼量的1/51/10(2050kg/m2)，是一種經(jīng)濟可靠的結(jié)構(gòu)形式。,山墻抗風(fēng)柱,吊車梁,天窗架,輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房,正在建設(shè)中的多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房,屋面板采用壓型鋼板，波浪造型的輕鋼結(jié)構(gòu)。屋面梁輕盈、活潑，克服了工業(yè)建筑造型單一、立面造型呆板的缺點。,壓型鋼板外墻板,主要承重骨架門式剛架 檁條、墻梁冷彎薄壁型鋼 屋

3、面、墻面壓型金屬板、彩鋼夾芯板 屋面及墻面保溫芯材聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨 酯泡沫塑料、巖棉等 支撐屋面支撐、柱間支撐,一、門式剛架結(jié)構(gòu)的組成,單層輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的組成,二、門式剛架結(jié)構(gòu)的特點,重量輕(2050kg/m2) 工業(yè)化程度高、施工周期短 柱網(wǎng)布置靈活 綜合經(jīng)濟效益高,門式剛架結(jié)構(gòu)性能： 1.門式剛架屋面體系的整體性可以依靠檁條、隅撐來保證，從而減少了屋蓋支撐的數(shù)量，同時支撐多用張緊的圓鋼做成，很輕便。,2.門式剛架的梁、柱多采用變截面桿件，可以節(jié)省材料。 3.組成構(gòu)件的桿件較薄，對制作、運輸、安裝的要求高。 4.構(gòu)件的抗彎剛度、抗扭剛度比較小，結(jié)構(gòu)的整體剛度也比較柔。,三、門式剛架結(jié)

4、構(gòu)的應(yīng)用情況,1.我國門式剛架設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS102:2002) 2.應(yīng)用范圍：輕型廠房、物流中心、大型超市、體育館、展覽廳、活動房屋、加層建筑等。 3.應(yīng)用規(guī)模：國內(nèi)每年有一千萬平方米的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物竣工。,中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會,(1)屋面荷載較小，橫向跨度為924m，柱高為4.59m。 (2)沒有吊車或設(shè)有中、輕級工作制吊車的廠房。 (3)當(dāng)廠房橫向跨度不超過15m，柱高不超過6m時，屋面剛架梁宜采用等截面剛架形式。當(dāng)廠房橫向跨度大于15m，柱高超過6m時，宜采用變截面剛架形式。,四、門式剛架的適用范圍及截面形式,柱和梁采用變截面形式時，截面形狀與內(nèi)力圖

5、形附合較好，受力合理、節(jié)省材料。 變截面剛架在構(gòu)造連接及加工制造方面不如等截面方便。 門式剛架柱腳分為鉸接和剛接兩種連接形式。,五、變截面剛架與等截面剛架的對比:,六、柱腳形式:,剛接柱腳詳圖,剛接柱腳門式剛架,變截面梁,根據(jù)支座的構(gòu)造，剛架分鉸接與固接接兩種，鉸接時橫梁彎矩較大，因此梁的截面應(yīng)大些，柱一般做成變截面，基礎(chǔ)較小。固接時剛架橫梁截面較小，柱為不變截面，而基礎(chǔ)較大。,選擇支座是鉸接還是固接，這不僅是經(jīng)濟上的考慮，而且土壤條件更是一個重要的因素。當(dāng)土壤的壓縮性為可疑或不可靠時，鉸接支座比固接好，因為支座有任何位移時，對固接剛架內(nèi)力的影響比鉸接剛架的影響大得多，鉸接剛架柱截面向上逐漸增

6、大，目的是與彎矩的變化相適應(yīng)。,加勁板,地腳螺栓,剛接柱腳工程實例,澆入素混凝土保護地腳錨栓,變截面 剛架梁,等截面剛架柱,12.2 剛架的受力特點 無鉸剛架：柱腳與基礎(chǔ)固接，三次超靜定結(jié)構(gòu)，剛度好，內(nèi)力分布均勻。柱底有彎矩，對地基與基礎(chǔ)要求高。地基的不均勻沉降會產(chǎn)生附加內(nèi)力。 兩鉸剛架：柱腳與基礎(chǔ)鉸接，結(jié)構(gòu)內(nèi)力大于無鉸剛架。但基礎(chǔ)不承受彎矩，設(shè)計、施工簡單。但柱腳不均勻沉降會產(chǎn)生附加內(nèi)力。 三鉸剛架：柱腳、屋脊處均為鉸接，為靜定結(jié)構(gòu)。剛度較差，結(jié)構(gòu)內(nèi)力大。變形及不均勻沉降均不會產(chǎn)生附加內(nèi)力。適用于小跨度和基礎(chǔ)性能較差的工程建筑。,無鉸剛架是超靜定結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)剛度較大，但地基有不均勻沉降時，特使

7、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力。三鉸剛架是靜定結(jié)構(gòu)，地基有不均勻沉降時，對結(jié)構(gòu)不會引起附加內(nèi)力，但跨度大時，半榀三鉸剛架的懸臂吊裝內(nèi)力也不少，而且三鉸剛架的剛度也較差，故三鉸剛架一般多用于小跨度(12米)和地基較差的情況。,12.3 門式剛架結(jié)構(gòu)布置 一、門式剛架的各種結(jié)構(gòu)形式 門式剛架又稱山形門式剛架。其結(jié)構(gòu)形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨。按屋面坡脊數(shù)可分為單坡、雙坡、多坡屋面。按截面形式分，有等截面與變截面。 結(jié)構(gòu)形式的選取考慮生產(chǎn)工藝、吊車噸位及建筑尺寸等因素,單跨單坡,單跨雙坡,多跨（中間搖擺柱）,高底跨,雙坡雙跨,門式剛架的各種結(jié)構(gòu)形式,多跨（梁柱剛結(jié)）,四坡雙跨,搖擺柱,高低跨單坡,門式剛架的

8、橫梁與柱為剛接，柱腳與基礎(chǔ)宜采用鉸接；當(dāng)水平荷載較大，檐口標(biāo)高較高或剛度要求較高或有中重級工作制吊車時，柱腳與基礎(chǔ)可采用剛接。 變截面與等截面相比，前者可適應(yīng)彎矩變化，節(jié)約材料，但在構(gòu)造連接及加工制造方面，不如等截面方便，故當(dāng)剛架跨度較大或房屋較高時才設(shè)計成變截面。,二、門式剛架的結(jié)構(gòu)布置 1.剛架的建筑尺寸和布置 跨度：一般為924m 高度：取地坪柱軸線與斜梁軸線交點高度，宜取4.59m 柱距：應(yīng)綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m，最大12m 挑檐長度：根據(jù)使用要求確定，宜為0.51.2m 溫度分區(qū)：縱向溫度區(qū)段=300m 橫向溫度區(qū)段=150m,門式剛架

9、的柱高與跨度的比例（高跨比H/L）是選型的主要參數(shù)。從結(jié)構(gòu)觀點看，由于柱高的減少將使推力增大，因而對三鉸門架來說，最好的形式是高度大于跨度。但對兩鉸門架來說，由于跨中彎矩的存在，跨度稍大于高度就成為合理的了。 總的來說，高跨比H/L0.75是比較合理的。,2.檁條和墻梁的布置 檁條：一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，在天溝附近布置一道 。,屋面檁條布置實例,墻梁：墻梁的布置，應(yīng)考慮設(shè)置門窗、挑檐、遮雨篷等構(gòu)件和圍護材料的要求。 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，在采用壓型鋼板作圍護面層時，墻梁宜布置在剛架的外側(cè)，其間距隨墻板板型及規(guī)格而定。,3 .支撐和剛性系桿的布置原則： 在每個溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。 在設(shè)置柱間支撐的開間，應(yīng)同時設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系。 屋面端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個開間。,柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。 當(dāng)無吊車時宜取3045m； 當(dāng)有吊車宜設(shè)在溫度區(qū)段中部； 當(dāng)溫度區(qū)段較長時宜設(shè)在三分點處，間距常取40m60m，且不宜大于60m； 當(dāng)建筑物寬度大于60m時，在內(nèi)柱列宜適當(dāng)增加柱間支撐； 房屋高度較大時，柱間支撐要分層設(shè)置。,端部柱間支撐考慮溫度應(yīng)力影響宜設(shè)置在第二柱間。 當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有不小于5