轻型门式刚架静力性能试验研究_徐勇
Industrial Construction Vol.40，No.9，2010
工业建筑2010年第40卷第9期115
轻型门式刚架静力性能试验研究
*
徐
勇
1
林贤根
2
童乐为
1
程欣
1
（1.同济大学土木工程学院，上海200092；2.浙江树人大学城建学院，杭州310015）摘
要：设计2榀单跨门式刚架并进行静力加载试验，施加的荷载为1.20恒载+1.40活载和1.20恒载+
1.40活载+1.40?0.60风载两种组合。分析刚架处于两种荷载组合条件下典型位置的内力和位移，试验结果表明，
刚架满足设计要求。运用ANSYS 的Shell 181单元进行有限元模拟，模拟结果与试验结果吻合较好。在验证有限元模型的可靠性之后，对模型施加荷载+活载组合并逐渐增大直至破坏，分析刚架最终的破坏模式及机理。
关键词：门式刚架；静力加载试验；有限元分析；局部屈曲；破坏模式
EXPERIMENTAL RESEARCH ON STATICAL BEHAVIOR OF
LIGHT-STEEL PORTAL FRAME
Xu Yong 1
Lin Xiangen 2
Tong Lewei 1
Cheng Xin 1
（1.College of Civil Engineering ，Tongji University ，Shanghai 200092，China ；2.College of Urban Construction ，Zhejiang Shuren University ，Hangzhou 310015，China ）
Abstract ：Two single-span portal frames were designed to make statical test.The loads were two kinds of combinations ：1.20?permanent load +1.40?variable load ，1.20?permanent load +1.40?variable load +1.40?0.60?wind load.The internal force and displacement in key points were analyzed.The results indicated that the portal frames could meet the design requirements.FEM software ANSYS was adopted to established a non-linear analysis model ，in which the Shell 181element was chosen.The FEM analytical results agreed well with those of the experiment.After the validity of finite element analysis was proved ，the load combination of permanent load and variable load was applied and increased step by step till the failure of frame.Then the failure mode and mechanism were analyzed.
Keywords ：portal frame ；statical loading test ；FEA ；local buckling ；failure mode
*浙江省科技计划项目（2005C31053）。第一作者：徐勇，男，1981年出生，博士研究生。
E －mail ：xyong1981@https://www.wendangku.net/doc/4011628651.html,
收稿日期：2010－03－10
门式刚架是目前应用广泛的一种轻型钢结构，
它具有自重轻、施工方便等诸多优点。其中用钢量是评价刚架设计合理与否的一个重要指标，合理的设计应在保证强度、稳定、刚度等要求的前提下实现用钢量最省，使单位用钢量发挥最大的效果。因此，相对普通钢结构来说，门式刚架构件截面普遍较为开展，
板件宽厚比相对较大，板件的局部屈曲成为一个突出的问题，
文献［1－2］中的试验结果均证明了这一点。而屈曲一旦出现，将会影响结构整体的受
力性能，并有可能决定结构最终的破坏模式，对于结构冗余度普遍较低的门式刚架轻型钢结构来说尤为明显。因此，屈曲出现的位置及发展过程及其对刚架整体受力性能的影响需要进一步研究。
基于“钢质变截面斜梁及门式刚架的优化设计”课题，根据优化结果设计了2榀门式刚架，进行
设计荷载条件下的静力试验，测试刚架内力及变形
情况，验证刚架设计的合理性。随后运用通用有限
元软件ANSYS 进行相应的有限元分析，研究门式刚架在竖向荷载条件下的破坏模式及机理。1试验概况1.1
试验设计
本文试验试件根据实际24m 跨原型厂房进行
设计。综合考虑试验场地和工厂加工条件后，确定缩尺比例为3?8，最终的试验试件尺寸为跨度9m ，
柱高2.25m ，坡度1/15，梁分段系数β=0.35，柱子平面外计算长度为1.125m ，梁平面外计算长度为
116
工业建筑2010年第40卷第9期
1.5m 。设计荷载为：恒载0.43kN /m 2，活载为
0.5kN /m 2，基本风压0.6kN /m 2。
试验试件由2榀相同的刚架组成，间距2m ，中
间通过支撑连接成为整体。刚架的布置见图1。刚
架截面尺寸见图2。其中翼缘的等效宽厚比［3］
为9.65，腹板的最大等效宽厚比为94.05，均满足
CECS 102?2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》［4］
的要求。
图1
刚架布置
Fig.1
Portal frames configuration
图2刚架截面尺寸mm
Fig.2
Section size of portal frame
钢材选用Q235，其弹性模量取E =206?103
MPa ，
G =7.9?104MPa 。试验中共涉及到4种板厚，分别进行了材性试验，实测的钢材材性结果如表1所示。
表1钢材材性试验结果
Table 1
Test results of steel property
板厚/mm
f y /MPa f u /MPa δ/%3224.51402.0040.034255.67399.6741.406256.00374.6740.9310
376.23
527.00
38.93
1.2
梁柱端板节点及柱脚构造
柱脚为铰接连接，
通过两个锚栓与底座相连，底座通过锚栓锚固于试验台座上。梁柱及梁梁连接均
采用高强螺栓端板节点，跨中梁梁采用焊接。其中螺栓采用10.9级M16摩擦型高强螺栓，施工预拉力为100kN 。对于梁柱连接节点，为了防止节点域的屈曲，设置了斜向加劲肋。
1.3加载及测试方案
将两种组合的均布荷载折算为挂载点的集中荷载施加于刚架上。荷载分为两部分：竖向荷载和水平荷载，竖向荷载通过悬挂质量块实现，水平荷载通过千斤顶施加水平力实现。千斤顶施加的水平荷载通过加载梁平均分配于2榀刚架，加载梁与刚架之间通过销轴相连，加载装置构造见图3。
图3试验装置Fig.3
Test system
本试验测点包括应变片和位移计两种。试验中
每榀刚架布置应变片测点86个，其中单向应变片80个，主要布置在构件典型截面的翼缘和腹板处；刚架的节点域位置应力较复杂，故布置3向应变片，图4标示出典型位置截面编号及应变片布置。每榀刚架位移计测点27个，包括水平、竖向位移，节点转动及面外位移等。
a —典型截面编号；
b —典型位置应变片布置
图4典型位置测点布置Fig.4
Gauges at typical points
轻型门式刚架静力性能试验研究———徐勇，等117 2试验结果及分析
2.1荷载组合1
荷载组合1为1.20恒载+1.40活载。荷载组
合1试验中，各加载点施加的最终竖向荷载见表2，
荷载呈对称分布。刚架变形如图5所示，典型截面
的位移及应变数值见图6—图8，其中截面1和截面
6选取截面外侧翼缘的应变片数值，截面2和截面5
选取截面下侧翼缘的应变片数值。
表2荷载组合1刚架竖向荷载
Table2Vertical loads under combination1
挂载点12345
挂载/kN 5.10 3.50 3.80 3.50 5.10
图5荷载组合1刚架变形
Fig.5Deflection of portal frame under load combination1
1—刚架1；2—刚架2
图6荷载－跨中竖向位移曲线
Fig.6Load-vertical displacement curves at mid-span
1—刚架1截面1；2—刚架2截面1；
3—刚架1截面6；4—刚架2截面6
图7截面1、6荷载－应变曲线
Fig.7Load-strain curves at section1and6
通过对试验结果的分析可以看出：2榀刚架内
力及变形基本相同，验证了本文加载装置的可靠性；
竖向荷载对称分布，其对应截面的内力变形也呈对
称分布；斜梁最大竖向挠度为L/473，满足CECS
102?2002的设计要求；Q235的屈服应变ε
y
取材性
试验的平均值1.35?10－3，根据刚架典型截面布置
1—刚架1截面2；2—刚架2截面2；3—刚架1截面5；
4—刚架2截面5
图8截面2、5荷载－应变曲线
Fig.8Load-strain curves at section2and5
的应变片数值来看，刚架处于弹性阶段，且富余度较
大，满足设计要求。
2.2荷载组合2
荷载组合2为1.20恒载+1.40活载+1.40?
0.6风载。荷载组合2试验中，各加载点施加的竖
向荷载和水平荷载见表3。刚架变形如图9所示，
荷载组合2条件下的内力分布不对称，限于篇幅，仍
将截面1、6和截面2、5的应变值列在图10—图12
中。
表3荷载组合2挂载及水平荷载分配
Table3Distribution of vertical and horizontal
loads under load combination2
挂载/kN
12345
水平推力/kN
3.10 2.15 2.60 2.70 3.85 2.576
图9荷载组合2刚架变形
Fig.9Deflection of portal frame under combination2
1—刚架1；2—刚架2
图10荷载－跨中竖向位移曲线
Fig.10Load-vertical displacement curves at mid-span
根据设计验算，荷载组合2不起控制作用，其内
力及变形均较荷载组合1小。通过对试验结果的分
析可以看出：2榀刚架内力及变形基本相同，验证了
118工业建筑2010年第40卷第9期1—刚架1截面1；2—刚架2截面1；3—刚架1截面6；
4—刚架2截面6
图11截面1、6荷载－应变曲线
Fig.11Load-strain curves at section1and6
1—刚架1截面2；2—刚架2截面2；3—刚架1截面5；
4—刚架2截面5
图12截面2、5荷载－应变曲线
Fig.12Load-strain curves at section2and5
本文加载装置的可靠性；斜梁最大竖向挠度为
L/760，柱顶最大水平位移为h/1076，满足CECS
102?2002［4］的设计要求；根据刚架典型截面布置的
应变片数值来看，刚架处于弹性阶段，且富余度较
大，满足设计要求。
3有限元分析及试验比较
采用通用有限元软件ANSYS对单榀刚架进行
模拟分析，试验中刚架的螺栓端板连接节点刚度较
大，因此简化为刚接。梁柱构件采用Shell181单元
进行模拟，该单元能够较好地分析构件的局部屈曲
和失稳等现象。材料采用随动强化模型，泊松比取
0.3，采用Von Mises屈服准则。钢材的应力－应变
关系假定为理想弹塑性，屈服强度取实测值。
3.1荷载组合1的比较
根据典型截面应变片的数值判断，刚架处于弹
性阶段，因此可根据截面应变片数值反算截面的内
力。对于荷载组合1，由于荷载对称分布，刚架内力
也应对称分布，因此本文将对称位置的均值进行比
较。通过有限元分析与试验结果的比较可以看出，
对应点的结果吻合较好，刚架整体和局部的内力、变
形趋势一致，图13—图15为部分结果的比较。
3.2荷载组合2的比较
在荷载组合2条件下，刚架同样处于弹性阶段，
截面内力也可根据应变片数值进行反算。由于荷载
1—有限元；2—刚架1试验；3—刚架2试验
图13截面1、6弯矩均值与有限元结果比较
Fig.13Comparison of average value between test
results and FEA at section1and6
1—有限元；2—刚架1试验；3—刚架2试验
图14截面2、5弯矩均值与有限元结果比较
Fig.14Comparison of average value between test
results and FEA at section2and5
1—有限元；2—刚架1试验；3—刚架2试验
图15跨中竖向位移与有限元结果比较
Fig.15Comparison of vertical displacement between
test results and FEA curves at mid-span
分布不对称，因此其内力及变形也不对称。通过有
限元分析与试验结果的比较可以看出，对应点的结
果吻合较好，刚架整体和局部的内力和变形趋势一
致，图16、图17为刚架截面1、2试验反算值与有限
元结果的比较，截面3—截面6比较结果也大致如
此，限于篇幅未全部列出。图18为跨中竖向位移的
比较。
通过试验与有限元的比较可以看出：本文的有
限元分析较好地模拟了试验结果，关键的指标例如
典型截面内力、位移等均吻合较好。通过试验与有
限元结果的对比分析，也验证了有限元模型的可靠
性，可用来作进一步的分析。
3.3刚架在竖向荷载作用下的破坏模式分析
对模型加以改进，钢材屈服强度全部取
235MPa，对刚架施加恒载+活载组合的竖向荷载
轻型门式刚架静力性能试验研究———徐勇，等119 1—有限元；2—刚架1试验反算；3—刚架2试验反算
图16截面1弯矩与有限元结果比较
Fig.16Comparison of moment between test results and FEA at section1
1—有限元；2—刚架1试验反算；3—刚架2试验反算
图17截面2弯矩与有限元结果比较
Fig.17Comparison of moment between test results and FEA at section2
1—有限元；2—刚架1试验；3—刚架2试验
图18跨中竖向位移与有限元结果比较
Fig.18Comparison of vertical displacement between
test results and FEA curves at mid-span
并逐渐增大直至刚架最终破坏。为了防止加载部位
的局部屈曲，设置了局部竖向加劲肋。
刚架的荷载－变形过程为（此处荷载指单榀刚
架施加竖向荷载的总和，变形指刚架跨中竖向位
移）：
1）当竖向荷载值小于40kN时，刚架基本处于
弹性阶段，荷载－位移曲线斜率变化不大，典型截面
应变片数值均小于屈服应变，截面1、2、5、6位置应
变片数值相对较大。
2）当竖向荷载值达到47kN时，截面2、5翼缘
率先屈服，但刚架总体的承载力能够继续上升。
3）荷载继续增大，截面2、5附近的梁构件开始
屈曲，最终形成“铰”，达到极限承载力（形成破坏位
置a1、a2），刚架的承载力也达到极值。
4）随着两个铰的形成，刚架承载力无法继续上
升。荷载－变形曲线进入下降段，随着变形的继续
增加，截面3、4附近的梁构件开始屈曲，当跨中位移
达到60.47mm时（此时刚架承载力已降至极限承
载力的93.7%），截面3、4处达到极限承载力（形成
破坏位置b1、b2），其极值接近截面边缘屈服承载
力。
5）此后，随着变形的进一步增加，刚架承载力
迅速下降，截面4附近梁构件屈曲明显，当跨中竖向
位移达到67mm（L/134）时，刚架承载力降至极限
承载力的85%，此时认为刚架已不适合继续承载。
刚架的最终变形和破坏位置如图19所示，
图20、图21分别为刚架整体和破坏位置处的荷载－
位移发展过程。
图19刚架最终变形及破坏位置
Fig.19Final deflection and failure points of portal frame
图20刚架荷载－位移曲线
Fig.20Load-displacement curves of portal frame
1—a1；2—a2；3—b1；4—b2
图21最终破坏位置荷载－变形发展过程
Fig.21Moment development in final failure sections
可以看到，本文铰接柱脚门式刚架的最终破坏
模式为：梁构件屈曲破坏，形成屈曲铰［5］，其承载力
低于截面极限承载力，而接近屈曲承载力［6］。
从本文的研究结果来看，少量屈曲铰的出现虽
然会导致结构承载力的下降，但下降幅度不大
（6.3%左右），直至更多的屈曲铰依次出现（与刚架
的超静定次数有关），结构承载力才迅速下降。同
时屈曲铰的出现位置和顺序也与刚架的具体情况有
（下转第124页）
表5试件极限弯矩实测值与计算值的比较Table5Comparison of the measured values of ultimate moment of specimens to those of calculation
试件编号实测极限弯矩
M us/（kN·m）
计算极限弯矩
M uj/（kN·m）
（M
uj
－M us）
M us
/%
JXB.1 6.66 6.9 3.6
JXB.210.7311 2.5
JXB.312.5811.8 6.2
5结论
1）CS夹芯板从加载到破坏经历弹性、带裂缝工作和屈服三个阶段，具有良好的抗弯承载性能。
2）试验发现，对比板（JXB.1）与另两块试验板（JXB.2、JXB.3）的裂缝开展形态确有区别。在加载过程中，对比板（JXB.1）初始裂缝发展较快，在腹部出现第一条斜向裂缝后，很快贯穿于板下表面混凝土。新裂缝的开裂与发展表现为先跨中后两边，先侧边缘后贯通，由短到长，由独立分布到互相交叉、合并发展。而另两块试验板（JXB.2、JXB.3）通过织物加强后，承载力是未加织物承载力的1.5倍，且板破坏时的裂缝宽度、数量等大大减少。
3）即便是在试验板2（JXB.3）受拉侧（板底）加抹厚5mm水泥砂浆面层，在织物加强处也未发现裂缝的出现。可见：加入织物不但提高了板的抗弯承载力，同时也改善了两板拼缝处的抗裂性能，克服了以往夹芯板板底裂缝的现象，以及板拼缝处抗弯整体作用差及抗裂性能弱的缺陷。
4）由该试件试验过程分析及其他文献可知，织物加强CS夹芯板的开裂荷载主要影响因素除板的上下层混凝土厚度、混凝土的抗拉强度等外，还有织物的力学性能、纤维布粘贴范围、厚度及弹性模量的变化等，而上下层钢丝由于开裂时的应力较小，所以对板的开裂荷载影响不大。
“CS夹芯板”由织物加强后，更具独特的优越性，除其本身具有良好的热工性能外，又能使其承载能力提高，增强其抗裂性能。因此，“CS夹芯板”应用于民用钢结构建筑时，使建筑自重大大减轻，从而减小了上部结构的内力，也减小了建筑物基础的荷载，使建筑物整体综合造价降低，经济效益显著。
参考文献
［1］李研波，李朝红，戴自强，等.CS夹芯保温特性及应用［J］.低温建筑技术，2004（3）：75－76.
［2］赵彤，朱礼敏，陈兵，等.预应力混凝土夹芯板抗弯性能的试验研究［J］.建筑科学，2003（10）：5－9.
［3］赵风华，郭炳军，杜建明.方钢管混凝土柱在多层轻钢结构中的应用［J］.工业建筑，2003，33（9）：82－84.
［4］赵风华，张久斌.CS板建筑体系在民用钢结构中的应用［J］.
钢结构，2003（4）：22－24.
［5］赵风华，齐永胜.织物加强“CS节能板”受弯性能的研究［J］.
低温建筑技术，2009（6）：52－54.
（上接第119页）
关，例如梁柱构件及节点的相对强弱关系、结构承受的荷载形式等，因此各种不同类型刚架的最终破坏模式需要进一步研究。
4结论
1）刚架满足设计要求，控制截面的挠度和应变值均符合CECS102?2002规程的要求。
2）屈曲铰的出现会影响刚架的受力性能，对于本文研究的铰接柱脚门式刚架，其最终的破坏模式为梁构件屈曲破坏，导致刚架最终失去承载能力。
3）少量屈曲铰的出现（与刚架的超静定次数有关）并不会导致结构丧失承载力，因此门式刚架设计中可合理地利用屈曲后强度。
4）刚架的最终破坏模式与刚架类型及荷载条件有关，需要进一步研究。
参考文献
［1］Li Jinjun，Li https://www.wendangku.net/doc/4011628651.html,rge-Scale Testing of Steel Portal Frames Comprising Tapered Beams and Columns［J］.Advances in
Structural Engineering，2002，5（4）：259－269.
［2］郭彦林，潘湧，刘涛，等.变截面门式钢刚架结构稳定承载力的试验与理论研究［J］.建筑结构学报，2004，25（2）：8－14.［3］王素芳.薄柔钢框架刚性端板连接节点的设计方法［D］.上海：同济大学，2007.
［4］CECS102?2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［S］.［5］陈以一，吴香香，程欣.薄柔构件钢框架的承载性能特点研究［J］.工程力学，2008，25（增刊）：62－70.
［6］吴香香.多层薄柔钢框架的抗震设计［D］.上海：同济大学，2006.
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124工业建筑2010年第40卷第9期
门式刚架计算模板
一、设计资料 某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m ，长度48m ，柱距6m ，檐口标高11m ，屋面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁 均采用冷弯薄壁卷边C 型钢，钢材采用Q345钢，2 /310mm N f =，2/180mm N f v =，基础混凝土标号C30，2 /3.14mm N f c =，焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面檩条布置图，柱间支撑布置草图， 钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。 刚架平面布置图 屋面檩条布置图
柱间支撑布置草图 计算模型及风荷载体形系数 二、荷载计算 2.1 计算模型的选取 取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。 2.2 荷载取值计算： （1） 屋盖永久荷载标准值 彩色钢板 0.40 2kN m 保温层 0.60 2kN m 檩条 0.08 2kN m 钢架梁自重 0.15 2kN m 合计 1.23 2 kN m （2） 屋面活载和雪载 0.30 2 /KN m 。
（3） 轻质墙面及柱自重标准值 0.50 2 /KN m （4） 风荷载标准值 基本风压：m kN /525.050.005.10=?=ω。根据地面粗糙度类别为B 类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m 时，按10m 高度处的数值采用，z μ=1.0。风荷载体型系数s μ：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。 2.3 各部分作用的荷载标准值计算 （1） 屋面荷载： 标 准 值： m kN /42.7cos 1 623.1=??θ 柱身恒载： m kN /00.3650.0=? （2） 屋面活载 屋面活载雪载m kN /81.1cos 1 630.0=? ?θ （3） 风荷载 以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式0ωμμωs z k =计算，z μ查表m h 10≤，取1.0，s μ取值如图1.2所示。（地面粗糙度B 类） 迎风面 侧面2 /131.050.005.10.125.0m kN k =???=ω，m kN q /79.06131.01=?= 屋顶2 /525.050.005.10.100.1m kN k -=???-=ω，m kN q /15.36525.02-=?-=
门式刚架设计实例
轻型门式刚架 ——计算原理 和设计实例 <9> 来源：https://www.wendangku.net/doc/4011628651.html, 发布时间：06-06 编辑：段文雁
二、设计实例一 1 设计资料 门式刚架车间柱网布置：长度60m；柱距6m；跨度18m。 刚架檐高：6m；屋面坡度1：10；屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25，fc=12.5 N/mm2；材质选用：Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。 2 荷载取值 静载：为0.2 kN/m2；活载：0.5 kN/m2 ；雪载：0.2 kN/m2；风载：基本风压W0=0.55 kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数如下图： 图3-41 风载体型系数示意图 3 荷载组合 (1). 1.2 恒载+ 1.4 活载 (2). 1.0 恒载+ 1.4 风载 (3). 1.2 恒载+ 1.4 活载+ 1.4×0.6 风载 (4). 1.2 恒载+1.4×0.7 活载+ 1.4 风载 4 内力计算 （1）计算模型 图3-42 计算模型示意图 （2）工况荷载取用 恒载活载 左风右风 图3-43 刚架上的恒载、活载、风载示意图 各单元信息如下表：
表3-5 单元信息表 单元号截面名称长度(mm) 面积(mm2) 绕2轴惯性矩(x104mm4) 绕3轴惯性矩(x104mm4) 1 Z250~450x160x8x10 5700 54407040 973974 599822728 2 L450x180x8x10 9045 7040 974 22728 3 L450x180x8x10 9045 7040 97 4 22728 表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值 图3-44 梁柱截面示意简图 （3）计算结果 刚架梁柱的M、N、Q见下图所示： 图3-45 恒载作用时的刚架M、N、Q图 图3-46 活载作用时的刚架M、N、Q图 图3-47 （左风）风载作用时的刚架M、N、Q图 选取荷载效应组合：（1.20 恒载+ 1.40 活载）情况下的构件内力值进行验算。组合内力数值如下表所示： 表3-6 组合内力表 单元号小节点轴力N(kN) 小节点剪力Q2(kN) 小节点弯距M(kN.m) 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M(kN.m) 1 -67.97 23.16 0.00 -56.89 -23.16 132.03 2 -28.71 -54.30 -132.0 3 -23.05 -2.30 -103.14 3 -23.05 -2.30 103.1 4 -28.71 -54.30 132.03 4 -56.89 -23.16 -132.03 -67.97 23.16 0.00 5构件截面验算
门式刚架计算原理和设计实例之二
第二章轻型门式钢刚架设计的差不多理论 第一节结构布置和材料选用 一、结构组成 轻型门式钢刚架的结构体系包括以下组成部分： （1）主结构：横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等； （2）次结构：屋面檩条和墙面檩条等； （3）围护结构：屋面板和墙板； （4）辅助结构：楼梯、平台、扶栏等； （5）基础。 图2-1给出了轻型门式钢刚架组成的图示讲明。 图2-1 轻型钢结构的组成
平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻型钢结构的要紧受力骨架，即主结构体系。屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。 外部荷载直接作用在围护结构上。其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身刚度抵抗外部作用。纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。 二、结构布置 轻型门式钢刚架的跨度和柱距要紧依照工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的要紧问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。 考虑到温度效应，轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱，或设置次结构
及檩条的可调节构造来实现。 支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。布置的要紧原则如下：（1）柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。支撑桁架的直杆和单斜杆应采纳刚性系杆，交叉斜杆可采纳柔性构件。刚性系杆是指圆管、H型截面、Z或C型冷弯薄壁截面等，柔性构件是指圆钢、拉索等只受拉截面。柔性拉杆必须施加预紧力以抵消其自重作用引起的下垂； （2）支撑的间距一般为30m-40m，不应大于60m； （3）支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间，当布置在第二个开间时，第一开间的相应位置应设置刚性系杆； （4） 45的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载，当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时应考虑设置双层柱间支撑； （5）刚架柱顶、屋脊等转折处应设置刚性系杆。结构纵向于支撑桁架节点处应设置通长的刚性系杆； （6）轻钢结构的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作，刚度或承载力不足时设置附加系杆。 除了结构设计中必须正确设置支撑体系以确保其整体稳定性之外，还必须注意结构安装过程中的整体稳定性。安装时应该
钢结构门式钢架设计实例
门式钢架设计 一、设计资料 某厂房为单跨双坡门式刚架，跨度24m ，长度90m ，柱距67.5m ，檐高8m ，屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为刚接。屋面材料、墙面材料采用单层彩板。檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z 型钢，间距为1.5m ，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。基本风压 20.55/O W KN m ，基本雪压 20.2/KN m ，地面粗糙度B 类。 二、结构平面柱网及支撑布置 该厂房长度90m ，跨度24m ，柱距67.5m ，共有1613榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m 、横向温度区段不大于150m ，因此不用设置伸缩缝。 厂房长度>60m ，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m ；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＞柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。 刚架平面布置见图 1，刚架形式及几何尺寸见图 2。 图1 刚架平面布置图
图2 刚架形式及几何尺寸 三、荷载的计算 （一）计算模型的选取 取一榀刚架进行分析，柱脚采用刚接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高8m ；屋面坡度为1：10。 （二）荷载取值计算 1．屋盖永久荷载标准值 屋面板 20.30/K N m 刚架斜梁自重（先估算自重） 20.15/KN m 合计 0.45 2/KN m 2．屋面可变荷载标准值 屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50 2/KN m 。
雪荷载：0.22 / KN m 取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 2 / KN m，不考虑积灰荷载。 3．轻质墙面自重标准值0.25 2 / KN m 4．风荷载标准值 按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A的规定计算。基本风压ω0=0.55 2 / KN m，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。风荷载体型系数μs：迎风面柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为＋0.55和－0.65(CECS102：2002中间区)。 （三）各部分作用荷载： （1）屋面荷载： 标准值： 1 0.456 2.71/ cos KN M θ ??= 柱身恒载：0.256 1.5/ KN M ?= （2）屋面活载 屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载 1 0.506 3.01/ cos KN M θ ??=
轻型门式刚架钢结构-荷载计算
轻型门式刚架钢结构——荷载计算 恒载包括刚架自重及屋面板，檩条，保温棉等重量。以下为一些常规的恒载取值： 檩条＋屋面板（0.5mm）：0.10 KN/m2 檩条＋屋面板（0.5mm）+屋面内衬板(0.5mm) 0.15 KN/m2 檩条＋夹芯板：0.15 KN/m2 具体的恒载计算还需要根据具体情况进行计算，如果屋面悬挂设备较多，用于悬挂设备的联系梁的重量也不容忽视，都应该计入屋面恒载。 2活载及屋面悬挂荷载 屋面活荷载：当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向活荷载的标准值应取0.5KN/m2 (注：当刚架或檩条仅有一个可变且受荷面积超过60m2时，对钢框架，活荷载可取0.3KN/m2)。 屋面悬挂荷载是指由喷淋，管道，灯具等，屋面悬挂荷载可以被包括在屋面活荷载内。 常用的屋面悬挂荷载值可参考如下： 石膏天花板吊顶0.15 KN/m2 空调管道0.05 KN/m2 灯具0.05 KN/m2 喷淋0.15 KN/m2 需要指出的是，由于轻钢结构屋面系统很轻，当采用STS 等设计软件时（该软件不允许用户增加悬挂荷载工况），屋面悬挂核载归并在活荷载是比较适合的。如将屋面悬挂荷载考虑在恒载内，则恒载＋风载组合时设计偏于不安全。 3雪荷载 在考虑雪荷载时需要注意： 1．需要按照规范50009-2012，考虑μr—屋面积雪分布系数，基本雪压乘以积雪系数便是雪荷载标准值；
2．在设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定采用积雪的分布情况： （1）屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用； （2）屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布的情况和半跨的均匀分布的情况采用；（3）框架和柱可按积雪全跨的均匀分布情况采用。 4风荷载 门式刚架的风荷载体型系数，可以按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）取值，也可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002，2012版)。请注意以下事项： 1．基本风压应按荷载规范附录E.4 中附表E.5给出的50 年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2。2．并非所有门式刚架的体型系数都可以按CECS，门规仅适用于：屋面坡度α≤10,屋面平均高度≤18m，房屋高宽比≤1，且檐口高度≤房屋最小水平尺寸； 3．当柱脚铰接且刚架的l/h小于2.3和柱脚刚接且l/h小于3.0，采用GB50009-2012规定的风荷载体型系数进行刚架设计偏于安全，而在其他各种情况用GB50009-2012取值，将会导致设计不安全； 4．任何情况下，横向刚架两侧墙面体型系数的代数和不宜小于1.2。 5吊车荷载 1．桥（梁）式吊车或悬挂吊车的竖向荷载应按吊车的不利位置取值； 2．对手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。 6地震荷载 当抗震设防烈度较高并且房屋跨度很大、高度很高，或宽度方向有很多摇摆柱时，可按《建筑抗震设计规范》进行水平地震作用效应下刚架地震左右组合下的验算。计算时，阻尼比可取为0.05。
门式钢架设计实例(带计算书)
门式刚架厂房设计计 算书
门式刚架厂房设计计算书 一、设计资料 该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度21m ，长度90m ，柱距9m ，檐高7.5m ，屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。 材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。 22750.6450/160/mm EPS mm N mm g mm ≥2y 屋面和墙面采用厚夹芯板，底面和外面二层采用厚镀锌彩板，锌板厚度为275/gm ；檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z 形钢檩条，屈服强度f ，镀锌厚度为。(不考虑墙面自重) 自然条件：基本风压：20.5/O W KN m =，基本雪压20.3/KN m 地面粗糙度B 类 二、结构平面柱网及支撑布置 该厂房长度90m ，跨度21m ，柱距9m ，共有11榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m 、横向温度区段不大于150m ，因此不用设置伸缩缝。 檩条间距为1.5m 。 厂房长度>60m ，因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高<柱距，因此柱间支撑不用分层布置。 （布置图详见施工图） 三、荷载的计算 1、计算模型选取 取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高7.5m ，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m ；屋面坡度为1：10。 因此得到刚架计算模型： 2.荷载取值 屋面自重：
屋面板：0.182/KN m 檩条支撑：0.152/KN m 横梁自重：0.152/KN m 总计：0.482/KN m 屋面雪荷载：0.32/KN m 屋面活荷载：0.52/KN m （与雪荷载不同时考虑） 柱自重：0.352/KN m 风载：基本风压200.5/W kN m = 3.各部分作用荷载： （1）屋面荷载： 标准值： 10.489 4.30/cos KN M θ ??= 柱身恒载：0.359 3.15/KN M ?= kn/m （2）屋面活载 屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载10.509 4.50/cos KN M θ ??=
21米跨度门式刚架轻型房屋钢结构设计【开题报告】
毕业论文开题报告 土木工程 21米跨度门式刚架轻型房屋钢结构设计 一、选题的背景、意义 1、历史背景 门式刚架轻型结构体系开始于美国。由于门式刚架轻钢结构具有许多其他结构不具有的优点，同时经济效益好，使其得到了广泛的应用。在初期，这种结构被用于库房等简易房屋。20世纪60年代在国外由于各种彩色钢板和H型钢和冷弯型钢的出现推动了门式刚架轻钢结构的快速发展。 轻型门式刚架结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来，随着我国钢材产量的增加和焊接H型钢的出现，压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的大批量生产，特别是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS1 02:98 )的颁布实施，轻型门式刚架结构得到迅速的发展。目前国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。 2、现状 1、外国厂家的进入,新技术新产品的引进 1). 1979年上海水产路仑库引进日本S60压型钢板成型机并用于厂房仑库的屋面，1980年上海宝钢一期工程引进日本W550、V115N压型钢板成型机，并在一期工程屋面墙面围护结构应用近60万平方米，是80年代初首次用量最大的工程。 2).1983年开始深训经济开发区蛇口工业区大量引进英国、美国、澳洲和日本等国门式刚架轻型钢结构厂房仑库。引进澳大利亚预应力门式格构型轻型钢结构仑库。随后沿海经济开发区也陆续引进国外轻钢厂房仑库，这种建筑还可以用于物流仑储、超市、批发市埸农贸市场等商业建筑；用于体育埸馆及展示场；用于办公楼等多层建筑。 3).1994年美国公司投资创建上海美建钢结构有限公司，1996年嘉定工厂建成投产。已在国内承建大中型项目500多个，建筑面积达580多万平方米。 1994年美国美联钢结构有限公司(U.S.A.公司)和美国宏宇建筑有限公司在中国建成工程数十项，产品设计、制造技术和管理软件全部从美国U.S.A.公司引进，为客户提供钢结构建筑系统，提供从房屋设计、制作到安装的完善服务。 上海宝成钢构是1993年宝钢集团投资控股，台湾理成工业公司参股的钢结构建筑
关于底框架上门式刚架结构的设计分析
关于底框架上门式刚架结构的设计分析 摘要:根据底框架上门式刚架的结构特点，介绍了在实际工程中如何利用PKPM软件对该结构进行设计的过程，并提出该结构的整体设计方法。 关键词: 框架，门式刚架，整体设计，PKPM Abstract: according to the bottom frame the door frame structure characteristics, this paper introduces how to use in a practical project of the structure of software PKPM design process, and puts forward the structure of the whole design method. Keywords: framework, door frame, overall design, PKPM 1工程概况 随着工业经济的快速发展，越来越多的建筑采用下部为框架结构，而顶层为门式刚架轻的结构类型。本工程实例为天津同安实业1#标准厂房，三层结构，下部为两层钢筋混凝土框架结构，柱距6m；顶层为轻型门式刚架结构，钢架跨度24m，焊接工字型钢柱、钢梁，以及压型钢板轻型屋面。 2结构特点及设计计算 该工程结构特点是框架结构和门式刚架结构的结合，下部结构由于功能需要，按钢筋混凝土框架结构进行设计，楼盖的刚度较大，上部结构只承担屋面的荷载，跨度大，荷载轻，为节省材料，按门式刚架的要求进行布置，采用支撑系统来满足结构的整体刚度，并采用压型钢板、檩条等作为屋面系统，屋盖的刚度相对较小。 对于这种结构，既要对下部框架与上部门式刚架的设计区别对待，又要考虑它们之间的相互作用，相互影响，需作为一个整体来分析计算。 2.1三维模型输入 按实际模型，真实地输入设计结构的梁、柱、支撑构件等所有受力构件，建立下部框架以及上部门式刚架的整体模型。除了梁、柱外，支撑构件(柱间支撑、屋面支撑)也需要准确输入，这样整体分析时才能够准确计算结构的刚度，支撑可按照单拉杆件设计，对结构楼面布置信息，下部框架的楼板输入，按框架方式输入，顶层轻型门式刚架屋面，其刚度有刚架梁、屋面支撑系统、檩条、屋面板等共同组成，其平面内的刚度很难准确考虑，可以偏安全地忽略屋面板的刚度，把楼板厚度取为0，不考虑楼板的作用，将节点视为弹性节点，仅考虑刚架梁、屋面支撑系统的作用。 2.2结构设计依据的规范和规程
门式刚架设计原则
轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来得到迅速的发展，目前国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。 ^\单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。 在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。1 单层轻型门式刚架结构的特点和设计中的注意事项1.1 单层轻型门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点： (1)质量轻 围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10~30kg/m2 ，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/20~1/30。由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。 (2)工业化程度高，施工周期短 门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。(3)综合经济效益高 门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。 (4)柱网布置比较灵活 传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。1.2 设计中的注意事项 (1)由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。 (2)要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作。 (3)组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制作、安装、运输的要求。 (4)设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。 (5)门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。 (6)设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理，比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。 2 结构形式和结构布置 2.1 结构形式 门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜
轻型门式刚架结构
●门式刚架结构一般采用的材料是_____AD____. a) Q235钢 b) Q175钢 c) Q490钢 d) Q345钢 ●门式刚架结构的经济合理柱距是___AC__________. a) 6米 b) 21米 c) 7.5米 d) 没有要求 ●门式刚架结构荷载计算中，风荷载体形系数取值依据是____C_______. a) 建筑抗震设计规范GB50011-2010 b) 钢结构设计标准GB50017-2017 c) 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB51022-2015 d) 建筑结构荷载规范GB50009-2012 ●板件的屈曲后强度利用是指______B____后，仍有较高的承载力可以利用. a) 受拉薄板的屈曲 b) 受压薄板的屈曲 c) 受拉厚板的屈曲 d) 受压厚板的屈曲 ●确定楔形柱刚架平面内计算长度系数的方法有_ABC__________. a) 一阶分析法 b) 二阶分析法 c) 计算公式法 d) 侧向支撑布置法 ●门式刚架楔形柱的设计要进行计算内容有___ABD_______。 a) 整体稳定 b) 侧移 c) 挠度 d) 强度计算 ●刚架斜梁采用变截面依据是_______B___。 斜梁的剪力分布 斜梁的弯矩分布 斜梁的高度 斜梁的角度 ●常用的实腹式的檩条截面是______BC_______。 a) 方钢管 b) 卷边Z形钢
c) 卷边C形钢 d) 圆钢 ●未采用搭接方式连接的檩条是按______C_______计算的。 a) 竖向受弯的简支梁 b) 竖向受弯的连续梁 c) 双向受弯的简支梁 d) 双向受弯的连续梁 ●门式刚架中的隅撑是连接____BD_______之间的构件。 a) 檩条与拉条 b) 梁与檩条 c) 梁与柱节点 d) 柱与墙梁 ●屋面压型钢板通常选用的板型_________BC___。 a) 低波板 b) 高波板 c) 中波板 d) 都可以 ●屋面压型钢板计算简图是等效为_____AC______构件计算的。 a) 5跨连续梁 b) 简支梁 c) 3跨连续梁 d) 悬臂梁 ●节点设计时应遵循的基本原则是___ABC________。 a) 传力明确 b) 受力合理 c) 方便施工 d) 便于拆卸 ●梁-柱节点处的端板厚度t是根据_____B_____确定的。 a) 连接螺栓的直径 b) 支承条件划分的区格 c) 柱子的轴力大小 d) 连接螺栓的杆长
门式刚架计算原理和设计实例之八
第八章基础设计 房屋建筑设计总体上分为上部结构设计和下部结构设计两大部分，轻型钢结构建筑也不例外，前面几章已介绍了其上部结构，本章对其下部结构——基础作一些讨论。 众所周知，在房屋建筑中，基础造价约占整个建筑物的30%左右，对于轻钢结构而言，最大优点就是重量轻，从而直接影响基础设计，与其它结构型式的基础相比，轻钢结构基础尺寸小，可以减少整个建筑物造价，另外对于地质条件较差地区，可优先考虑采用轻钢结构，这样容易满足地基承载力方面的要求。那么轻钢结构基础与砼结构基础有什么不同？轻钢结构基础是如何设计的？在轻钢结构基础设计时应注意哪些方面？本章针对这些问题进行探讨，而不涉及基础本身设计的有关内容。 第一节基础设计的特点 由于结构型式、荷载取值、支座条件等方面的不同，传至基础顶面内力是不同的，轻钢结构与传统的砼结构相比，最大差别就是在柱脚处存在较小的竖向力和较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩，在风荷载起控制作用的情况下，还存在较大的上拔力。柱底水平力会使基础产生倾覆和滑移，基础受上拔力作用，在覆土较浅的情况下，会使基础向上拔起，有关这方面的问题，后面再作详述。由于轻钢结构的这些受力特点，导致其基础设计与其它结构存在很大的
不同，主要表现在以下几个方面：
接柱脚。 ⒊基础破坏形式 要正确进行基础设计，首先要知道基础破坏形式，对其工作原理有所了解。 对于砼结构，通常柱网尺寸较小，故柱底水平力相对较小，基础一般不会产生滑移现象，又由于上部结构自重很大，足以抵抗风荷载作用下产生的上拔力，故基础也不会产生上拔的可能，对于这种结构，基础主要发生冲切、剪切破坏；而轻钢结构则不同，基础除发生冲切、剪切破坏之外，由于存在较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩作用，从而导致基础产生倾覆和滑移破坏，另外，在风荷载较大的情况下，特别对于一些敞开或半敞开的结构，由于轻钢结构自重很轻，有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力，导致基础上拔破坏。为防止这些破坏的发生，最经济有效的方法是增加基础埋深，即增加基础上覆土的厚度，但增加了土方开挖和回填工程量。另外对于轻钢结构基础，还须预埋锚栓（也称地脚螺栓），用于上部结构和基础的连接，若锚栓离砼基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，所以我国钢结构设计规范规定了锚栓离砼基础边缘的距离不得小于150mm；若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致破坏，所以规范也规定了锚栓埋入长度。 ⒋基础设计内容
门式刚架计算原理和设计实例之二
第二章轻型门式钢刚架设计的基本理论 第一节结构布置和材料选用 一、结构组成 轻型门式钢刚架的结构体系包括以下组成部分： （1）主结构：横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等； （2）次结构：屋面檩条和墙面檩条等； （3）围护结构：屋面板和墙板； （4）辅助结构：楼梯、平台、扶栏等； （5）基础。 图2-1给出了轻型门式钢刚架组成的图示说明。 图2-1 轻型钢结构的组成 平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻型钢结
构的主要受力骨架，即主结构体系。屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。 外部荷载直接作用在围护结构上。其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身刚度抵抗外部作用。纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。 二、结构布置 轻型门式钢刚架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。 考虑到温度效应，轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱，或设置次结构及檩条的可调节构造来实现。 支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。布置的主要原则如下： （1）柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。支撑桁架的直杆和单斜杆应采用刚性系杆，交叉斜杆可采用柔性构件。刚性系杆是指圆管、H型截面、Z或C型冷弯薄壁截面等，柔性构件是指圆钢、拉索等只受拉截面。柔性拉杆必须施加预紧力以抵消其自重作用引起的下垂；
门式刚架轻型钢结构设计
门式刚架轻型钢结构设计 摘要：轻型钢结构以其施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势，越来越受国内外建筑商所青睐。而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，伴随着我国经济的高速发展，广泛应用于工业、居住和公共建筑，其发展是相当迅速的。在以往的工程项目设计中通过比选方案，该结构形式经常被选择采用。 关键词：门式刚架；荷载；钢梁；檩条 1 工程概况 以某工程成品仓库门式刚架为例，简要阐述轻型门式刚架结构设计的一些基本步骤和注意事项。该工程基本设计条件为抗震设防裂度为7度（设计基本地震加速度0.1g），Ⅳ类场地，基本风压0.55kN/m2 ，地面粗糙度为B类。刚架抗震能力很强，7度设防时一般不需做抗震验算。 成品仓库全长105m，双坡双跨，单坡跨度27m，双跨总跨度54m，柱距7.5m，无吊车，檐口高度10.5m。门式刚架变形能力强可以有效的抵御地震作用，但在使用荷载作用下产生的位移较大，因此不适宜安装起重量过大的吊车，通常采用重量不大于3t的悬挂式吊车起。本项目无吊车，所以柱脚采用铰接，斜梁坡度1/15。 2 结构体系 为防止出入仓库的叉车撞击钢柱和预防雨水侵入仓库，沿厂房设置了 1.2m 高矮墙。钢柱下设置1.2m高，与墙等高的混凝土短柱。注意在考虑基础及短柱定位时，应事先计算上部门式刚架的钢柱尺寸，保证钢柱柱脚中心与混凝土短柱中心、基础中心重合。混凝土短柱外皮应与墙外皮对齐，同时还应考虑到轻型钢墙板的布置。 在本次成品仓库设计中，成品库建筑面积较大，超出国家防火要求，而且近期有事故表明，如果成品仓库的防火分区设置不当，当发生火灾时火情串联，难以保证人身和财产的安全，故建筑专业要求在成品库内设置防火墙，保证防火分区。考虑到门式刚架结构在受到风荷载等外部荷载时变形比较大，如把防火墙置于钢柱间，则墙体将大大阻碍门式刚架的整体变形，对整个结构不利，所以在设计时应考虑把防火墙置于钢柱外皮布置，且与钢柱间距50mm左右的距离以确保门式刚架的变形要求。在钢柱对应位置设置钢筋砼构造柱，构造柱与砌体墙之间按《砌体规范》设置拉接筋，构造柱与钢柱之间采用两块钢板，利用长螺栓孔连接，以保证砌体墙沿墙轴线方向变形自由。 3 荷载选取
门式钢架设计实例带计算书
门式刚架厂房设计计算书
门式刚架厂房设计计算书 一、设计资料 该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度 21m,长度90m,柱距9m,檐高7.5m,屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。 材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。 屋面和墙面采用75mm厚EPS夹芯板，底面和外面二层采用0.6mm厚镀锌彩板， 锌板厚度为275/gm2;檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z形钢檩条，屈服强度自 f y _450N/mm2，镀锌厚度为160g/mm2。（不考虑墙面自重） 然条件：基本风压： W O =0.5KN /m2，基本雪压0.3KN /m2 地面粗糙度B类 二、结构平面柱网及支撑布置 该厂房长度90m,跨度21m，柱距9m,共有11榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150 m,因此不用设置伸缩缝。 檩条间距为1.5m。 厂房长度＞60m，因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＜柱距，因此柱间支撑不用分层布置。 （布置图详见施工图） 三、荷载的计算 1、计算模型选取 取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高7.5m, 考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1: 10。 因此得到刚架计算模型： 2.荷载取值 屋面自重： 屋面板：0.18KN /m2 檩条支撑：0.15 KN / m2 横梁自重：0.15KN/m2 总计：0.48 KN/m2 屋面雪荷载：0.3 KN/m2 屋面活荷载：0.5KN/m2（与雪荷载不同时考虑） 柱自重：0.35KN / m2 风载：基本风压 W o =0.5kN/m2
门式刚架梁柱分析设计实例
门式刚架梁柱分析设计实例： 图1所示单跨门式刚架，柱为楔形柱，梁为等截面梁，截面尺寸及刚架几何尺寸如图所示，材料为Q235B.F 。已知楔形柱大头截面的内力： M 1=198.3KN.m ，N 1=64.5kN ，V 1=27.3kN ；柱小头截面内力：N 0=85.8kN ，V 0=31.6kN 。试验算该刚架柱的整体稳定是否满足设计要求。 图1 刚架几何尺寸及梁柱截面尺寸 （a ）刚架几何尺寸；（b ）梁、柱大头截面尺寸；（c ）柱小头截面尺寸 [解]：（1）计算截面几何特性： 刚架梁及楔形柱大头、小头截面的毛截面几何特性计算结果见表1-1 刚架梁、柱毛截面几何特性 （2）楔形柱腹板的有效宽度计算 ① 大头截面： 腹板边缘的最大应力 2 34 61/8.1566800105.641040375300103.198mm N =?+???=σ 23 4 62/9.1376800105.6410 40375300103.198mm N -=?+???-=σ 腹板边缘正应力比值 879.08 .1569 .13712-=-== σσβ 腹板在正应力作用下的凸曲系数 () ()() βββσ++-++= 11112.0116 2 2 k
() ()() 879.01879.01112.0879.0116 2 2 -+++-= =21 与板件受弯、受压有关的系数 ) /(2351.28/1σγλσρR w w k t h = 66.0) 8.156087.1/(235211.286 /600=???= ≤0.8 大头截面腹板全部有效。 ②小头截面： 腹板压应力 2100/6.174880 85800 mm N A N === σ ,1=β 0.42 02162 =++= σk 24.0) 6.1708 7.1/(23541.286 /280=???= ρλ< 0. 8, ρ=1,故小头截面腹板全截面 有效。 ⑶楔形柱的计算长度 柱的线刚度 547977368 10403754 11=?==h I K e 梁的线刚度 170656 .1182912104037524 02=???==s I K b ψ K 2/K 1=17065/54797=0.31 19.010407351077334 4 10=??=c c I I 查表得柱的计算长度系数γμ=1.22 柱平面内的计算长度γμ=ox l h=1.22×7368=8986mm 柱平面外的计算长度根据柱间支撑的布置情况取其几何高度的一半mm l oy 3684= ⑷楔形柱的强度计算 柱腹板上不设加劲肋，k τ =5.34,偏于安全地按最大宽度计算
钢结构毕业设计--开题报告--双跨轻型门式刚架结构
1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 一、本课题介绍 本工程为元氏五金厂生产车间设计，采用的是两连跨全钢轻型门式刚架结构。该工程位于石家庄元氏县内，两连跨2×21m，长度102m，每跨各设桥式吊车一部，为单层钢结构厂房。最大冻土深度0.55m；稳定地下水埋深约15.5m，属潜水类型，对混凝土结构不具腐蚀性。建筑场地持力层属粉质粘土，地基承载力特征值165 kN/m2；场地类别为Ⅲ类。地基处理方案：根据场地地质条件和建筑物荷载特点，本工程采用天然地基。吊车起重量5吨桥式吊车一部，起吊高度6m，吊车参数如下：吊车跨度19.5m，软钩，A3工作制，吊车为2轮，最大轮压7.9吨，最小轮压2.95吨，小车重1.7吨，轨道选用铁路重轨38（轨高134，底宽114，重量380N/m），吊车宽度4650mm，轮距3550mm。 二、本课题设计的背景和意义 （一）课题的背景 钢结构建筑具有轻质高强、力学性能好、抗震性能优越、施工速度快、外形美观、投资回收快、可再次利用及符合可持续发展等诸多优点。近年来钢结构建筑在我国出现了非常快的发展势头，应用范围不断扩大。目前，我国钢结构建筑的发展处在建国以来最好的时期。但和发达国家相比，我国在许多方面还存在着明显的差距，比如：钢结构建筑占整个建筑的比重，美国是40%，我国还不到5%。，由此可见，今后我国钢结构建筑市场有着巨大的发展空间。 （二）课题的意义 钢结构厂房是近十年来发展最快的领域，这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的厂房结构模式产生较大冲击。 考虑到门式刚架轻型钢结构厂房具有自重轻、用钢量省、造价低等特点，在抗震设防烈度为7度及以下地区不需要考虑抗震设计。而该种结构可以跨越较大的跨度，形式美观有现代感，能充分满足要求，周期短且不需要大型的施工机具。因此，本工程采用了此种结构。
钢结构门式钢架设计实例
钢结构门式钢架设计实例 [摘要]随着轻型层面材料技术的高速发展，钢结构门式钢架结构完全可以代替以混凝土为主层面板传统结构，本文结合工程应用对门式钢架结构的设计要点进行阐述和总结，提出了门式钢架结构实施的可行性和优点，结合门式钢架实际中的运用指出它的经济合理安全可靠的特点。 【关键词】门式钢架；结构设计；运用 轻型门式钢架房屋结构在我国建筑行业有着十分广泛的运用，它的性能好，造价低，工程周期短、结构独特的优点备受建筑行业的亲睐，但是需要完善和研究的问题依然很多，如何科学合理地设计能够使门式钢架就够的经济安全的特点完美体现出来是我们面对的课题。 一、门式钢架结构的特点 门式钢架机构不仅具有一般钢架结构中的钢材强度高、整体重量轻、高强度的韧性、极强的可塑造性和运用周期端的特点，还自己本身具有用料省、方便制造、造型美观、空间充分利用、快速安装，对环境污染小和综合性能优异的特点。自从《门式钢架轻型房屋结构技术规程》CEC102：98的颁布更是促进它的飞跃发展。 二、门式钢架结构的设计 按照结构类型可以分为单跨钢架和双（多）跨连续钢架等，其截面可以分为等截面和变截面，它们的柱脚可以为铰接和刚接；按照钢架梁、主截面可以分为梁柱采用H型的实腹钢架和采用小姐们钢管角钢等复合结构的格构式钢架。前者具有刚性强，但其用材料比较多，不太利于节省成本；后者是制作比较复杂，但其用材料比较少，多用于较大跨多度的复合型钢架。 1、门式钢架结构的链接方式 链接采用铰接还是刚接根据综合条件实地确定。《门式钢架轻型房屋结构技术规程》（CECS 102:2002）地4.1.4条：门式钢架的柱脚形成多按铰接支撑设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5T以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。笔者认为，柱脚采用铰接或者刚接不仅与吊车有关，还与房屋所处的位置有关，如果房屋位置较高，采用柱脚铰接，柱顶移动距离加大，必然要加大柱截面，反而增加钢材的用量，同时还不得不考虑地基等其他因素的影响。如果采用刚接，由于柱脚要承受更大偏心弯力，则需要采用更大的柱脚，在加上房屋地基的差别需要更多钢材。柱脚选用哪种链接方式不仅要考虑房屋的高度，吊车吨位大小还有与房屋地基有关，一切根据实际情况确定采用哪种链接方式。 2、门式结构方案的选择 钢架的间距与跨度、房屋的负荷载和檀条形式相联系。如果钢架的跨度较小而采用较大钢架间距肯定会加大檀条的用钢量，这种做法不划算。经过研究表明：随着柱脚柱距的加大，钢架的用钢量会逐渐缩小，当柱距达到某一数值之后，钢架的用钢量随着柱距加大下降幅度减弱，檀条和其它设施的用钢量增加，从总体上来说，柱距的增大，用钢量先是下降再是上升，也就是说，用钢量的大小存在最佳柱距。门式钢架承重结构组成部分：钢架和基础。大致由钢架、檀条以及钢板间的牢固链接和相互支撑相互依托，其受力方式和传统的钢架结构体系不同，因而其基础形式使用钢筋混凝土的基础，建筑物对侧向位移和变形不同要求，从
门式刚架计算原理和设计实例之五
第五章辅助结构系统 轻型钢结构的辅助结构系统包括挑檐、雨篷、吊车梁、牛腿、楼梯、栏杆、检修平台和女儿墙等，它们构成了轻型钢结构完整的建筑和结构功能。 第一节雨篷和挑檐 一、雨篷 钢结构雨篷同钢筋混凝土结构雨篷一样，按排水方式可分为有组织排水和自由落水两种。钢结构雨篷的主要受力构件为雨篷梁，其常用的截面形式有轧制普通工字钢、槽钢、H型钢、焊接工字形截面等，当雨篷的造型为复杂的曲线时亦可选用矩形管或箱形截面等。 在轻型门式刚架结构中，雨篷宽度通常取柱距，即每柱上挑出一根雨篷梁，雨篷梁间通过C型钢连接形成平面。挑出长度通常为1.5m 或更大，视建筑要求而定。雨篷梁可做成等截面或变截面，截面高度应按承载能力计算确定。通常情况下雨篷梁挑出的长度较小，按构造做法，其截面做成与其相连的C型钢截面同高：当柱距为6m时，连接雨篷梁的C型钢为16＃，雨篷梁亦取16＃槽钢；当柱距为9m时，连接雨篷梁的C型钢为24＃，雨篷梁取25＃槽钢； 有组织排水的雨篷可将天沟设置在雨篷的根部或将天沟悬挂在 雨篷的端部，雨篷四周设置凸沿，以便能有组织的将雨水排入天沟内。 图5-1～5-3为几种常见雨篷的做法。
（a） (b) 图5-1 自由落水雨篷
(a) (b) (c) 图5-2 有组织排水雨篷
（a）A-A （b）B-B （c）C-C 图5-3 雨篷节点详图 二、挑檐 在轻型门式刚架厂房结构中，通常将天沟（彩钢或不锈钢）放置在挑檐上，形成外天沟。挑檐挑出构件的间距取柱距，即挑出构件作为主刚架的一部分，挑出构件之间由C型钢檩条连接，。图5-4所示为典型的挑檐构造。 图5-4 典型的挑檐构造