钢架结构范文
时间：2023-03-25 04:56:05
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篇1
这些年来，机遇与挑战并存的土木钢架结构，吸引了许多的知名企业对钢架结构改良的研究，它们凭借着技术实力、施工力量和品牌影响力等，承建了不少知名的钢架结构土木工程。相关专业人士介绍说，目前，我国获得一级钢架结构施工资质的企业达到了3000多家。同时，一些其他领域的领军企业也纷纷进行了土木钢架结构改良的探究，我们应该对土木钢架结构改良有一个更加深厚的认识。
1. 土木钢架结构的优点促使我们对其进行改良
1.1 土木钢架结构的强度高、自重轻、延性好 钢架的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，构件截面小，可增加使用面积。高层钢架结构的土木建筑占有面积是同类钢筋混凝土结构面积的28%，可增加使用面积3%～5%左右。钢架结构自重轻，为钢筋混凝土结构的1/2～1/3，降低了基础的负载，在地质条件差的津沪等地，优点更为突出。钢架结构具有良好的延性、抗震性。对设防要求的高层建筑，自重减轻一半，相当于降低抗震设防烈度一度。
1.2 钢架结构的土木工程施工周期短 钢架结构土木工程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；除了基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓，安装迅速轻钢结构的最大优点是所有构件均可由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需要一个月左右。
1.3 钢架结构的经济效益好 钢架结构的土木工程通常采用计算机辅助设计，设计周期短，其原材料的种类单一，构件采用先进自动化设备制造；运输方便。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。由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；因为工程物体本身的自重轻，一般情况下不需要做桩基，可以节省投资；而它的耐久性也比较好，根据目前我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显，这也是它赖以竞争的一大优势。
1.4 钢架结构的抗震性能较好 由于钢架结构属于柔性结构、自重轻，因而它能够有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区的工程中应多多推广应用钢架结构，必可大大地减少地震灾害和人员伤亡。
1.5 钢架结构节能环保，符合可持续发展的战略目标 钢材本身就是一种环保型的材料，可以多次回收，重复利用，建造和拆除时对环境的污染较小，其节能指标可达到百分之五十以上，能很好地满足节能环保的要求，因此钢架结构的住宅工程是绿色环保的工程，符合可持续发展的要求。钢架结构造价相对地较高，应正确运用综合效益分析钢材产量、加工水平、钢材品种、规格、设计技术水平、计算造价的方法等。随着技术的发展，轻质材料的应用，设计方法的改进，钢架结构的造价会逐渐降低。
土木钢架结构拥有这么多的优点，是其它的结构所无法超越以及无法取代的，我们对土木钢架结构进行改良可以说是收益甚多。
2. 改良土木钢架结构的措施
2.1 不断挖掘钢架结构专业设计人员和施工技术工人 我国建成及正在筹建的很多钢架结构的土木工程中，基本上是由国内设计人员所设计的，国内设计人员在土木钢架结构，尤其在住宅钢架结构方面，设计经验非常的不足，导致设计方案过于保守，用钢量过大，增加了土木工程造价的成本。设计人员须加强学习，通过实践，尽快成熟起来。土木钢架结构施工技术虽已成熟，但在钢架结构开发改良方面，国内尚没有成规模的项目；国内中等、高等专业学校的教学内容均未涉及土木钢架结构体系，使得我国土木工程类专业的工程技术人员对这一体系知道的太少，缺乏熟练的技术工人。不断地挖掘钢架结构专业设计人员和施工技术工人对土木钢架结构的改良至关重要，我们应当不断地挖掘这方面的人才。
2.2 制定有针对性的土木钢架结构规范 我国现行的规范是针对土木工程多采用耐火性能好的砖石和钢筋混凝土等材料的结构体系编制的，导致土木工程设计在材料选用方面相比于国外比较苛刻。我们既缺乏对土木钢架受力状况和结构安全性、耐久性的理论分析，也缺乏相关的实验数据，这就使得相关结构设计找不到有针对性的规范作为依据。这种规范不衔接的状况，使土木钢架结构项目无论在工程报建阶段还是在工程验收阶段，都遇到数不尽的障碍与麻烦。因此，我国制定有针对性的土木钢架结构规范迫在眉睫，只有制定了有针对性的土木钢架结构规范，我们才能更好地进行土木钢架结构的改良。
2.3 解决部分土木工程用钢进口的问题 我国很多土木工程钢架用材几乎都是从国外进口，国内大于50mm的厚钢板的许多性能达不到要求。日本已能够生产100mm的厚钢板，且种类较多，比如说高强度低预热板、抗地震的厚钢板、防火厚钢板等。所以我们应当多向外国先进企业学习，学习他们的先进制钢架技术。
我们要采取一些针对性的对策和措施，尽量提高土木钢架结构发展的水平。逐步引进、消化吸收国外的标准。一般情况下，必须执行规范，但是技术标准和规范就其性质来说，永远都是落后于技术发展的。因此，在国内规范不完善时，建造试验工程不仅是应当的，而且是必须的，通过有计划地建造一批试验工程来引进相关的先进技术，促使该技术成熟起来；我国的经济发达地区应当带头开展试点工程，在试点工程取得经验的基础上，编制相应的土木钢架结构技术标准和规范。
3.结语
我国的土木钢架结构已经具备了长期发展的基本条件，土木钢架结构改良已经是我们现今应当解决的首要问题。我们应当利用以下这些基本条件：钢材年产量超过1亿吨，市场供应比较宽裕，多个主要钢架企业分布均匀，供应比较便捷。国产普通碳素钢和低合金钢的主要性能可满足土木钢架结构的要求。马鞍山钢厂已经建成了我国最大的H型钢生产线；北新建材建造了中国第一条金属结构房屋生产线。近年来工程建设部组织了土木钢架结构体系及关键技术的课题研究。随着国家经济实力的增强和和社会发展的需要，我国土木工程钢架的需求十分旺盛，土木钢架结构的改良已经具备了充分的条件，我们只需要一步一步地去实现它。
参考文献：
[1] 张德明. 新编矿山采矿设计手册#井巷工程卷（下）.附录1.北京：北京有色冶金设计研究总院，2006.
篇2
关键词：单层门式钢架结构；工业厂房；结构设计
中图分类号： TU318 文献标识码： A
因门式钢架结构具有适用范围广，成本低，质量轻等特点，在在单层工业厂房中得以广泛应用。要加强对该类结构的研究分析，充分运用到实践中，从而创造更大的经济效益。本文通过对实践研究，对单层门式钢架结构工业厂房结构设计作出了具体的分析。
1 单层轻型门式刚架结构设计
( 1) 一般来说，门式刚架结构构件强度较弱、弯折性较小，整个结构刚性较低，因此要针对其上述特点做好运输和安装过程中的防护措施，以保证构件不受外力影响发生形变。
( 2) 要做好支撑结构整体布局和规划，做好墙体、屋顶与面板之间的对接处理，提高整体结构的稳定性。
( 3) 结构组成部件大多为薄壁轻质材料，要针对其物理特性做好安装和运输过程中的防护工作。
( 4) 由于构件为钢材材质，因此要考虑钢材生锈导致结构构件受力下降的问题。
( 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) 设计中要合理处理轻型化可能导致的一些问题，例如大风力可能导致屋面荷载过大的问题等。
2 结构布置
2. 1 刚架的建筑尺寸和布置
门式刚架跨度控制在 10 ～35 m 内为宜，如果柱宽度不均等，要向外侧对齐。其高度要视室内高度来合理调整，一般不高于 9 m、不低于 4. 5 m。门式刚架之间的距离也要根据钢架跨度、负荷大小来合理确定，通常有三种距离可选择： 即 6 m、7. 5 m、9 m。纵向温度区段小于 300 m，横向温度区段小于 150 m( 如果有其他特殊要求时，可适当调整大小) 。
2. 2 檩条和墙梁的布置
檩条间距大小要综合考虑多种因素，例如天窗大小和个数、屋脊长度、采光度要求、檩条长度和刚度等，没有特殊要求的情况，通常采用等间距布局，在屋脊处两侧均匀布置一道，在天沟处布置一道。侧墙墙梁的设计要根据窗户、门和雨搭的设计要求来综合权衡，确保整体功能达到设计要求。
2. 3 支撑和刚性系杆的布置
( 1) 在每个温度区段内都要保证其具有独立的空间稳定性结构。
( 2) 在进行柱间支撑开间设计时，要对屋盖做横向支撑结构设计，以提高整个结构的几何稳定性。
( 3) 端部支撑一般设置在温度区段端部的第一二个开间位置。柱间支撑之间的距离要根据房屋纵向受力分布情况来确定，通常控制在 30 ～ 45 m 范围内，如果配置了吊车，可以最大至 60 m。
( 4) 如果房屋高度较高时，要采用分层结构的柱间支撑体系； 如果房屋宽度超过 50 m，内部要采用支撑结构。
( 5) 当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。
( 6) 在刚架的转折处，要根据房屋的长度来设置刚性系杆，以保证房屋结构稳定性。
( 7) 由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。
( 8) 刚性系杆也可以采用檩条材料替代，此时要保证檩条具有良好的受力和刚度性能，如果檩条达不到这方面的性能标准，可以考虑在刚架斜梁间加装 H 型钢或者钢柱来提高其的工作强度。
( 9) 如果屋内设置了重量超过5 t 的吊车，要采用型钢材料的柱间支撑设计； 如果不能使用柱间支撑，则可考虑用纵向刚架来替代。
3 刚架设计
3. 1 荷载及荷载组合
3. 1. 1 永久荷载
永久荷载是指结构自重和施加在结构上的各种外力之和，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
3. 1. 2 可变荷载
可变荷载包括屋面活荷载( 在设计屋面板和檩条时，要定期检查其负荷能力变化，其标准值为1 kN) 、屋面结构受力和积尘受力、吊车自重、风力影响等。
3. 1. 3 荷载组合
荷载组合要严格按照《建筑结构荷载设计规范》GB50009－2012中有关规定来配置，对门式刚架的设计，则可参考《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102∶2002中的有关规定来设计：
( 1) 屋面均匀荷载与雪荷载不能累加计算，而是取其中最大值。
( 2) 积灰荷载一般低于雪荷载和屋面均布活荷载，因此不需要对其进行额外考虑。
( 3) 在施工或检修集中荷载时，不将房屋构件自重产生的荷载考虑在内。
( 4) 多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》中的规定。
( 5) 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。
3. 2 刚架内力和侧移计算
3. 2. 1 内力计算
变截面门式刚架的内力计算可采用弹性分析方法来实现，塑性分析方法的使用具有严格的限制条件，那就是要求钢架梁柱都为等截面时才可使用。具体计算方法主要采用杆系单元的有限元法或者称直接刚度法，结合计算机软件来实现。针对地震造成的外力负荷大小，可以采用底部剪力法来计算。通过计算出各种负荷组合的内力数据后，再确定截面的内力大小，一般而言，控制截面 的位置大多分布在柱底、柱顶、柱牛腿连接处等处。控制截面的内力组合主要有：
( 1) 最大轴压力 Nmax和同时出现的 M 及 V 的较大值。
( 2) 最大弯矩 Mmax和同时出现的 N 及 V 的较大值。
( 3) 最小轴压力 Nmin和相应的 M 及 V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时 M =0。
3. 2. 2 侧移计算
通常采用弹性分析方法来确定变截面门式刚架的柱顶侧移数据，取多次计算平均结果作为标准值。如果最后得到的侧移刚度数据不达标时，可采用以下方法进行适当修正： 例如适当扩大截面面积，采用刚接柱脚替代铰柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。
3. 3 刚架结构中的柱和梁设计
( 1) 梁柱板件的厚宽比例大小和腹板最大弯曲形变利用率。
( 2) 测算刚架梁柱构件的最大强度极限值。
( 3) 梁腹板支撑体系的设计。( ＇梁腹板安装位置要选在两柱之间位置，在翼缘转折处增加横向受力支撑) 。
( 4) 测算变截面柱在结构内的长度上限值。
( 5) 测试变截面柱在结构内的物理稳定性。
( 6) 变截面柱对整个钢架结构的稳定性影响评估。
( 7) 斜梁和隅撑的受力大小和负荷强度测算。
( 8) 节点设计。
4 附属结构构件设计
4. 1 压型钢板设计
( 1) 要结合建筑用途、功能和使用寿命来确定压型钢板材料型号和规格，在工程实践中，多采用 Q235 － B 钢。
( 2) 压型钢板具有多种截面种类选择，根据波高大小将波板分为三类： 低波板、中波板和高波板。波高越高，截面的刚度越大，其负荷能力也就更大。
( 3) 压型钢板的强度和挠度计算方法是，选取单槽口的有效截面按受弯构件来综合计算。主要计算对象包含以下几方面内容： 压型钢板腹板应力大小、支座处腹板局部突变负荷大小、挠度上下限值测量等。
( 4) 压型钢板规格和参数指标还要满足其他特殊设计要求。
4. 2 檩条设计
( 1) 檩条的截面设计有两种选择： 实腹式和格构式。如果檩条跨度小于 8 m，一般采用 实腹式檩条为宜。
( 2) 檩条采用双向受弯结构设计，对其进行受力分析时，要以两个轴心为中心来开展截面弯矩受力计算。
( 3) 檩条安装之前要经过刚度检测、稳定性检测和形变大小检测，检测合格后方可安装使用。
( 4) 檩条还要达到其他使用标准规定。
总结
单层轻型门式刚架由于其工业化程度较高、质量较轻等优势，因此在各领域中广泛应用，在在钢架结构厂房的施工中，需要做好安装前的结构设计工作，在具体设计过程中，应该根据各个项目的具体特点进行建筑结构设计，使设计安全可靠，经济合理且美观大方的同时，保证结构设计的质量达到一个最优值，使厂房的结构设计得到优化。
参考文献
[1] 李天，张哲，刘朝宏 . 门式刚架轻钢结构平面内整体稳定分析中的几个问题 [J]. 郑州大学学报 ( 工学版 )，2003，24(1):119-120
篇3
【关键词】门式钢架；轻型钢结构；厂房设计
由于经济飞速发展和建筑业技术的进步，在厂房设计中，轻型钢结构的应用越来越广泛，它具有建造周期短、质量轻、操作简便、，成本低等优点，已经成为主要的房屋设计结构形式之一。但随着轻型钢结构的应用，由于缺乏良好的控制，相应的工程施工出现了一些质量安全问题，它的安全性和经济性无法保障。本文从这些问题的角度出发，以某工程为实例，以厂房的科学安全和经济为目的，探讨门式钢架轻型钢结构厂房的相关问题。
1 轻型钢结构厂房的特征
1.1 形成板肋结构体系，抗震性强
一般所见的厂房屋面多为坡屋面，这种坡面的结构一般是十分牢固的“板肋结构体系”， 因为这种屋面大多采取三角型屋架体系，在封完它的冷弯型钢构件板材和石膏板之后，就会形成板肋型结构。这种结构体系的抗震和抵抗水平荷载的能力非常强，抗震烈度达到7度以上。
1.2 结构简洁轻巧，扩大了建筑物的内部空间
与传统的厂房板砖墙体不同的是，轻型钢结构的材质是彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板，具有重量轻、安装快速便捷、外观简洁大方的优点，其保温隔热材料以玻纤棉为主，保温隔热效果良好，已经发展呈为轻型钢结构厂房必不可少的建材。
1.3 建造周期短，受环境季节影响小
相较于传统的厂房建造需要的人力， 轻型钢结构的建设仅需6个工人在一个月内就可以完成一栋400平方米左右厂房的打地基到装修完成的全部过程，主要因为轻型钢结构厂房在设计、制造和现场安装都是一条龙作业，并且不需要焊接和湿作业，作业施工周期短，大大节约了人力物力。
2 门式钢架轻型钢结构厂房设计
2.1 工程简介
某钢结构厂房，采用的是门式钢架承重轻钢结构体系，钢架柱距为7m,厂房跨度为50m，长度为100m，总面积为5000m2 ，坡面比例为1:18，屋面和墙面均为镀锌压型钢板，钢架柱和斜梁间以圆钢拉条为支撑，钢架钢材为Q345C，焊条为E43。设计使用年限预计为60年，抗震烈度为9度，第一组地震分组，二级安全等级，其他类别如抗震设防、场地类别、地基设计等级、地面粗糙度分别为丙类、Ⅱ类、丙级和B类。
2.2 载荷选择
目前，轻型钢架结构厂房的跨度范围从25m至80m之间不等，之所以能够实现这么大的跨度，主要是由于其载荷轻。这里分别对恒荷载、活荷载、风荷载和基本雪压进行取值计算。恒荷载中，钢架屋面恒载=0.20 KN/M2, 檩条恒载=0.50 KN/M2；活荷载中，钢架屋面活载=0.5 KN/M 2, 檩条活载=0.50 KN/M2；参考本地常规风压，风荷载=0.7 KN/M 2；按30年一遇来算，基本雪压=0.15 KN/M 2 。
2.3 布局设计
该工程为单层厂房结构，主要构件为屋盖、柱、梁及墙架支撑等。这些构件分为屋盖结构、横向框架、梁、支撑体系和墙架，共同构成钢结构体系。
2.3.1 屋盖结构：承受屋盖荷载，主要有托架、天窗架、檩条等。
2.3.2 横向框架：主要承受结构自重、风雪及其他构件荷载，组成部分主要为柱和屋盖横梁等。
2.3.3 梁：承重吊车的横向和竖向载荷，包括吊车梁和制动梁等。
2.3.4 支撑体系：转化单个结构承重压力为整体压力，保证安全性。主要包括屋盖和柱间的支撑部分等。
2.3.5 墙架：承受墙体本身重量和风雪荷载等。
2.4 防水设计
房屋建造的防水问题是相当重要而又棘手的问题，对一些细节部位的处理能巧妙地达到良好的防水效果，这些部位的处理方式各不相同。
在纵向搭接缝处，清除原来的防水层，选取宽度为30CM的防水层覆盖板缝；在横向搭接缝处，用15CM左右的防水层进行覆盖；在屋面螺钉结合处，用12CM×12CM的防水层覆蔽；在屋面排风口、透气窗及其风机底座等处，检查排水部位通畅性，有积水先清除积水，改进屋面板，无积水的情况下，可以选择在迎水面，对其设施底部25CM辐射区内的屋面板隆起的波峰进行裁减；对屋脊两边的盖板，检查高度、盖板固定情况和覆盖到位情况，不合格的进行调整纠正。
2.5 现场安装
现场安装要求必须100%按照图纸要求操作，保证其空间体系的稳固性、持久性等。主要注意以下几点：
2.5.1 镀锌压型钢板和檩条的连接用自攻螺栓；
2.5.2 对于钢结构的连接处一律要进行双螺母加焊；
2.5.3 钢架安装的先后顺序是屋面支撑（M16螺栓加焊）、安装屋面檩条（M12永久螺栓连接）、紧固支撑花篮螺丝；检查构件连接的牢固性。
注：8.8s和10.9s表示的是螺栓性能等级；该表数据来源于钢结构设计规范（GB50017-2003）。
3 结论
钢结构的设计不单是每一结构设计，整体上的把握也相当重要。本文结合工程实例，探讨在某门式钢架轻型钢结构厂房结构设计中该如何协调每一构件和整体结构间的关系，并对轻型钢结构厂房的关键部位防水工作进行了阐述，以期在未来的门式钢架轻型钢结构厂房建设中能够提供参考。本文在阐述门式钢架轻型钢结构厂房的特点基础上，以某工程为例，分析了该工程中厂房设计的载荷取值、布局体系、防水问题及最后的现场安装注意事项等一系列相关问题，以期能为设计出安全经济的厂房提供帮助。
参考文献
[1]闫桂森,陈旭.设计钢结构厂房应注意的问题[J].山西建筑,2008,22（04）.
[2]钢结构施工及验收规范GB50205 -2001[S].中国建筑工业出版社,2001.
[3]门式钢架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002[S]．中国计划出版社,2003.
[4]钢结构设计规范GB50017-2003[S].中国建筑工业出版社,2003．
篇4
门式钢架钢结构设计应用，门式钢架钢结构设计应用注意问题，门式钢架钢结构发展及除锈防护。
关键词：门式钢架；钢结构；设计应用
Abstract: this paper steel door type steel structures in industrial plant and widely used mainly analysis the door type steel steel steel structure overview,
Steel door type steel structure design and application of steel door type steel structure design problems in application, the door type steel structure steel development and derusting protection.
Keywords: door type steel; Steel structure; Design application
中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：
我国钢结构已经发展很多年，特别是近些年来发展日趋完善。轻型门式钢架钢结构因为其自身具有的特点而受到工业厂房施工的普遍应用，本文重点对其进行研究。
一、门式钢架钢结构概述
门式钢架结构在工业厂房、仓库、商场中广泛应用，高层建筑中钢架结构也越来越受到重视。各类维护结构以及没有梁柱的弯顶也大量应用的薄壁彩钢板；各文化体育类型的公共建筑物中应用的钢管汇交直接焊接以及较高强度组合拉索机构；薄壁冷弯钢截面除了利用檩条在维护结构构件应用之外还可以成为构件受力的主要结构。钢架钢结构一般是指梁和柱的直线类型经过连接的节点刚性结构。工程项目中经常将铰接梁柱间的结构单层称之为排架，多跨多层的钢架类型结构则称之为框架。钢结构单层钢架厂房通常采用轻钢门式的钢架钢结构。住宅建筑物钢框架钢结构常常使用的两种结构支撑类型分别是箱型焊接截面或者是H型钢。其特点主要是具有较小的自重，良好的抗震性能以及较快的施工速度。框架结构的受力特征在荷载方面的体现是承受了水平与竖向荷载；传递竖向荷载的路线是从平板楼盖现浇到梁上的距离，之后向钢柱传递。
二、门式钢架钢结构设计应用
(一)柱网设计要求
厂房门式钢架钢结构设计首先应当按照生产工艺要求对柱网施工进行确定，尽量达到生产使用的要求，根据实际情况对钢架的跨度、高度以及设计实践确定柱网，在设计门式钢架柱网时获得以下结论：在完整一致的荷载情况下，檀高度是6米，柱距离是7米半，钢架单位跨度距离范围是18米到30米之间，钢用量大概是18到28kg/m2，当单位钢架跨度间距离大概是21到48 米时，钢用量是在25到40kg/ m2，厂房高度是12米，跨度达到48米以上时一般可用多跨类型钢架，相较于单跨类型钢架要节省18%的用钢量，因此门式钢架钢结构设计时应当按照实际情况选择经济型跨度，不适合盲目性的选择较大跨度。对于设计门式钢架钢结构来说，最重要的部门就是用钢量。
(二)作用门式钢架钢结构荷载值
作用于门式钢架钢结构的荷载一般包括：竖向与水平向的荷载、地震荷载。因为轻型钢结构具有较轻的自重，因此地震产生的反应也比较轻，针对这点来说抗震效果是很好的。
(三)计算钢架侧移内力
1.计算内力方法：针对门式变截面钢架结构来说，利用弹性分析法对各种内力实施确定，塑性分析法的使用仅在钢架拥有全部等截面钢柱时。门式钢架变截面计算内力一般利用单元杆系有限元方法。地震产生的效应作用可以利用剪力底部方法实施确定。按照荷载不同的组合情况分析内力结果，找出截面受控的内力组合，将截面的位置控制在柱底连接柱顶以及梁跨中的截面。2.计算侧移的方法：门式钢架变截面柱顶产生的侧移应当利用弹性分析确定，计算过程中获取标准荷载值，对于分享荷载系数不需要考虑。
(四)设置拉条、檩条和撑杆
1.设置檩条。檩条是属于弯双向结构构件，对其内力实施分析应当按照两个型心主轴截面计算弯矩。设计过程中，应计算檩条的强度、整体性稳固与变形情况。设计檩条过程时，需要对檩条的薄壁冷弯构件，板件受压与压弯的宽度比例，受力产生时应保持的屈曲，计算强度时应合理利用的有效宽度实施控制，对于原来截面需消弱。与此同时计算强度时应采用净断面，可以考虑使用消弱钉孔。
2.拉条设计：拉条设置与否取决于檩条在侧向上的刚度，对于H型轻型钢的较大侧向刚度以及桁架式空间檩条通常不会设置拉条。针对刚度比较差的侧向实腹式与桁架平面式檩条，为了能够减少安装应用檩条过程中产生的侧向变形，保持整体性的稳固，通常将拉条设置在檩条之间，作为侧向上的支撑点。当檩条具有的跨度在4米之内时，可以根据计算最终结果判定拉条设置与否，当檩条具有的跨度在4米之外时，在跨中檩条适合设置一道拉条。
3.撑杆设计：撑杆檩条的重要作用是对天窗缺口与檐檩位置向上或向下边檩弯曲侧向。撑杆具有的长细比例根据压杆的实际要求，可以使用方钢管、角钢制作，撑杆位置，应同时设计斜拉条。
三、门式钢架钢结构设计应用注意问题
(一)控制房脊垂直程度
框架竖向斜梁的限值挠度一般规定为1/180，过去对中下垂度是否验算并没有明确规定。根据目前的新规定是需要计算的，通常要分段进行构件，利用等截面实施计算，每一段都需要在水平与竖向进行计算，不能比允许数值大，等同于对跨中垂度实施的验算
(二)砼柱与钢柱的结合问题
门式钢架钢结构设计中，部分会利用斜梁轻钢与混凝土柱结合，斜梁采用端板竖放式连接砼柱的预埋式螺栓，组成钢接，目的是想要节约钢材以及造价。在门式钢架钢结构中的框架有钢柱与砼柱组合，这个情况下梁柱只能采用铰接，不适合钢接。高层建筑物中的钢墙连接也是这样。因此，需要注意排架由钢梁与砼柱组合是允许的，可是将刚架中的钢柱用砼柱替代，不改变钢梁是不允许的。
(三)檩条存在的计算问题
檩属于薄壁冷弯结构件，压弯或是受压板件具有比较大的宽度比，在受力产生时应屈曲，计算强度需利用有效的宽度，对于原来的截面要实施减弱，不需做到全截面都有效。一般情况下设计人员对计算强度的净断面容易忽略，忽视了钉孔的减弱。这种类型的减弱一般会在6-15%之间，对于截面窄小的梁会产生比较大的影响。按照相关规定，钢架构件具备的受拉强度应按照净截面进行计算，受压强度应当按照有效的截面实施计算，稳定特性应当按照有效截面进行计算。
四、门式钢架钢结构发展及除锈防护
(一)门式钢架钢结构发展应用
可以在高性能钢材方面实施应用研究，提升强度与抗腐蚀性，经济断面类型的钢材，例如H型钢、钢板压型、方管等。可以在结构方面实施革新应用，对于空间结构、组合结构以及高层钢类型结构等方面的创新研究。理论优化以及计算机设计的辅助应用。深入研究极限状态，防止特殊荷载情况下出现的实效结构等。
(二)门式钢架钢结构除锈防护
选择对钢结构除锈方法中，其中在小型低要求构件中适合手动除锈，除锈并不彻底。相对厚实的构件使用喷砂除锈，这个方法非常彻底干净。薄壁构件或者不适合使用喷砂除锈的可以利用酸洗方法，除锈效果良好。对于钢结构采用的防护主要有防火、防腐及隔热。钢结构有关的设计规定，需要在设计方案中明确指出对钢材实施的除锈级别以及涂层涂料具备的厚度，在地面以下的柱脚应当充分利用混凝土实施包裹，发生腐蚀的柱脚不适合在地下埋入，保护钢结构的层厚应按照建筑物的耐火程度实施设计，受到高温影响，应按照情况的不同设计相应的防护隔热措施。
结束语
在门式钢架钢结构设计应用中，应合理分配与把握设计关键，能够有效的节省钢材的用量。门式钢架钢结构因为其具有的较轻重量、较低的构件等特点，在工业厂房中被广泛的应用。
参考文献
篇5
关键字：轻钢结构 材料选用 支撑设置 加劲肋设置
一.简介：本工程位于沈阳市经济技术开发区，结构类型为30m跨单跨轻型门式刚架，不带吊车。柱距6m，总长度194m。刚架柱顶标高7.5m，屋面坡度采用1：15。地震烈度为7（0.1g）度，场地类别为Ⅱ类。 风荷载按50年一遇取0.55KN/m?，雪荷载按100年一遇取0.55 KN/m?。
二.构件设计.1.材料的选择。 梁柱采用Q345B级钢。柱脚锚栓、支撑，隅撑角钢及檩条、系杆、拉条采用Q235B。2.预估截面.根据结构技术措施梁高取跨度的1/30～1/40。本工程刚架梁柱采用Q345B级钢比图集《门式刚架轻型房屋钢结构》02SG518-1，所用钢材等级高，所以梁柱截面均减少，通过PKPM 中钢结构STS软件计算调整，柱截面为H（400～870）X220X8X10，梁为便于运输分为三段，两端的梁截面为H（890～670）X200X6X8，长度相等，中间段梁截面为H（670～870）X200X6X8。3. 刚架计算。3.1.工字型截面构件局部稳定应满足规范要求。工字型截面构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主，增大腹板高度可更好发挥翼缘抗弯能力。但在增大腹板高度时，根据局部稳定要求增大腹板厚度或者设置加劲肋通常并不经济也不方便施工。3.2.刚架构件的强度计算和加劲肋设置.（1）梁腹板加劲肋应在较大集中荷载处和翼缘转折处设置横向加劲肋.（2），当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜取hw～2hw（hw为腹板高）本工程刚架剪力较小，经计算未利用腹板屈曲后抗剪强度。3.3.刚架稳定性计算。变截面柱在刚架平面内和平面外的稳定计算应符合现行门式刚架规范相应规定。门式刚架横梁在刚架平面内和平面外均应按压弯构件计算强度稳定。3.4.钢架梁柱平面外计算长度及隅撑的设置问题。斜梁的平面外计算长度应取侧向支承点间的距离，在钢架梁下翼缘受压区段内，和柱上端内翼缘压应力较大区段应设置隅撑做为梁和柱受压翼缘的侧向支承，来减少梁柱平面外计算长度，并提高刚架整体稳定性及提高檩条承载能力。3.5.刚度计算及变形规定。门式刚架的柱顶位移、受弯构件的挠度、受压构件的长细比均满足现行门式刚架规范要求。
三. 支撑的布置及设计
1. 屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开问时，在第一个开问的相应位置应设置刚性系杆。柱间支撑的间距应根据房屋纵向往距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30～45m。当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。在刚架转折处应沿房屋全长设置刚性系杆。2.支撑的设计分下列几种情况：2.1.设防为6度地区时，主要由风荷载起控制作用，宜选用圆钢支撑，2.2.设防为7度地区时，应经过计算确定如果是由风荷载起控制作用，宜选用圆钢支撑，如果是地震作用控制，屋盖横向支撑宜选用圆钢支撑，柱间支撑宜选用角钢支撑来加强厂房纵向刚度。2.3.设防为8度地区时，屋盖横向支撑及柱间支撑应选用角钢支撑来加强厂房纵向刚度。2.4.厂房设有起重量不小于5吨吊车时，屋盖横向支撑及柱间支撑应选用角钢支撑来加强厂房纵向刚度。每种支撑形式都必须进过计算并满足承载力要求。2.5.本工程在房屋端部的第一个开间及沿房屋纵向共设置设置5道柱间支撑及屋盖横向支撑，采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑，圆钢与构件的夹角为38°。柱间支撑采用Φ28， 屋面水平支撑采用Φ22，刚性系杆采用Φ120X5 焊接钢管。经计算满足承载力要求。
四. 檩条、墙梁及拉条的设置
1. 檩条、墙梁间距应≤1.5米，根据雪荷载大小，及分布系数来确定间距，并且要满足受弯承载力要求。满足受弯承载力要求。在六米跨的檩条中间设置一道拉条。拉条、撑杆仅设置在刚架两端及屋脊处，形成桁架以抵抗水平荷载。 本工程刚架柱距6米，抗风柱距7.5米，所以屋面及正立面、背立面拉条布置一道，山墙拉条在三分点处布置两道。
五.柱脚设计
1.无吊车门式刚架轻型房屋钢结构的柱脚，宜采用平板式铰接柱脚。
2. 柱脚锚栓一般采用Q235钢制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定，锚栓端部应按规定设置弯钧或锚板。锚栓的直径不宜小于24mm，当跨度为30m时应采用4个M24，且应采用双螺帽。柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力，本工程设置抗剪键承受剪力。
3.据钢结构设计规范8.9.3条规定柱脚在地面以下部分应采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于50mm）并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm，以防止柱脚这部分腐蚀。
六. 抗风柱的布置
1.本工程抗风柱布置与图集《门式刚架轻型房屋钢结构》02SG518-1 中抗风柱布置情况不同在于，本工程仅在山墙四分点处布置，山墙两端不布，这样做是因为，分布在山墙梁两端处风荷载直接由刚架柱承担并有支撑及檐口处刚性系杆传递给其他刚架，并传给基础。其原理同钢筋混凝土排架柱单层厂房。经计算证明完全可行，并节省了材料费用。另外两根抗风柱布置处上端同屋盖水平支撑及刚性系杆交于一点，同样将风荷载传递给其他刚架，并传给基础。2.在山墙抗风柱第二跨位置设置上下两道圆钢支撑，中间两跨在抗风柱半高位置设置刚性系杆，形成一个整体抗侧力体系，并减小了抗风柱平面外计算长度。
七. 节点设计.连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。本工程刚架柱脚与基础为铰接，梁与梁、梁与柱为刚接。连接节点按实际受力设计计算。
1.焊接： 对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守.焊条的选用应和被连接金属材质适应.E43对应Q235互焊及Q235与Q345互焊连接，E50对应Q345互焊连接.焊接设计中不得任意加大焊缝. 焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近.其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定.
2.栓接：螺栓和锚栓的选用。不直接承受动力荷载和不属于冷弯薄壁型钢构件的门式刚架梁与梁、梁与柱拼接处可以采用承压性连接的高强度螺栓，为慎重考虑本工程采用高强度摩擦型螺栓，性能等级为10.9级。拉条与檩条及门式刚架与檩条、墙梁、支撑连接螺栓均采用4.6级普通螺栓。3. 连接板： 可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm. 然后验算净截面抗剪等
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关键词：钢结构厂房设计；结构体系；支撑系统；荷载取值；结构抗震设计
随着钢铁产量增加，建筑钢材市场的各种型钢从产量和品种性能等各个方面上都得到很大的发展。钢结构厂房因其施工速度快、承载力高、整体刚度和抗震性能好，在工业厂房设计中逐渐代替了笨重的钢筋混凝土结构而得到了普遍应用。但是尽管钢结构厂房有很多优点，而作为一种材料，它也有很多缺点，例如易锈蚀、防火性能差等，所以在做钢结构厂房设计时应根据其特点注意以下几个方面的问题。
1.钢结构厂房结构体系选择
单层钢结构厂房结构体系主要由横向系统和纵向系统两部分组成。横向系统按结构外形可分为框排架、门市刚架等，也可以按照受力特点分为铰接排架、刚接排架。结构体系的具体选择需根据厂房刚度要求、工艺要求、材料选用情况、结构受力情况等确定。纵向系统一般是由钢柱及其支撑、吊车梁及制动梁或制动桁架、墙梁、系杆等构件组成。
2. 结构体系布置
门式刚架结构体系的布置应该遵循以下原则和要求：墙梁及檩条在门式刚架结构体系中的作用是：作为刚架间的连接构件、水平与竖向荷载的承重构件；支撑体系承担门式刚架厂房纵向水平力，所以在厂房支撑体系设定时，应严格按照以下要求进行：各温度区段两端端部位置柱间或第二柱间设置屋面水平支撑；其余部位按照间距30～40米设置屋面水平支撑。这样设置的目的是保证房屋空间结构形成几何不变体系。规范规定：门式刚架轻型钢结构厂房温度区段纵向取300m；横向不超过150m。温度变化将引起钢结构厂房的变形，使结构产生温度应力，力的大小与钢柱刚度、吊车轨顶标高和室内外温差有关。当厂房平面尺度很大时，为避免产生过大的温度应力，应在厂房横向或纵向设置温度伸缩缝，将平面尺寸很大的厂房分成若干个温度区段。温度伸缩缝一般采用以下两种方法：1）设置双柱；2）设置单柱方法处理，在屋架支座处设置滚动支座，对横向温度伸缩可在屋面梁与檩条连接处采用椭圆孔的滑动方式。
3.支撑系统设置
为保证钢结构厂房的空间工作性能，提高刚度、承受和传递纵向水平力，防止过大变形，同时避免压杆失稳、以及保证稳定性、应根据厂房具体结构形式、厂房内吊车设置情况以及厂房高度、跨度，温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。钢结构厂房支撑系统分为柱间支撑系统和屋盖支撑系统两大类。
1）柱间支撑系统。厂房每一温度区段均应设置稳定的柱间支撑系统，并与屋盖横向水平支撑系统的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向变形方向的重要因素，并能影响温度应力的大小。下柱支撑应尽可能设在温度区段的中间部位，能够使吊车梁等纵向构件随着温度变化比较自由地向温度区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时，一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑即可。但当温度区段的长度大于150m时，为了保证厂房的纵向刚度，应在温度区段内设置两道下段柱间支撑，其位置应尽可能布置在温度区段中间1/3的范围内。为避免产生过大的温度应力，两道支撑的中心间距不宜大于72m。上段柱间支撑除在设有下段柱间支撑的柱间布置外，还应在温度区段的两端柱间布置上段柱支撑，提高钢结构厂房上部纵向刚度，有效传递山墙风荷载及纵向地震作用。
2）屋面支撑系统。该系统主要是由水平支撑及系杆所组成。屋面支撑的布置应根据厂房高度、跨度、柱网尺寸、屋盖结构形式、吊车设置及起吊吨位等条件来确定。一般情况下，屋盖结构无论是有檩体系或无檩体系，均应设置垂直支撑。对于无檩体系屋盖，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用。考虑到安装需要和施工条件限制，无论有檩体系屋盖或无檩体系屋盖，均应在天窗架上弦和屋架上弦设置横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车亦或厂房内有能够产生较大振动荷载的设备，均应设置纵向水平支撑。
4.门式刚架荷载取值
在计算门式刚架受力情况时，屋面活载按满布考虑，其结构安全性、用钢量均会随着屋面活荷载取值变大而增大。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：屋面采用压型钢板轻型屋面，则屋面竖向均布活荷载标准值取0.5KN/m2（包括屋面檩条、屋面板的计算）；当门式钢架受到荷载水平投影面积>60m2时，屋面竖向均布活荷载标准值允许取0.3KN/m2；对于屋面恒荷载，主要是考虑屋面板、屋面檩条、屋面保温层、屋面吊顶等固定存在的荷载；对于设置屋顶喷淋系统的荷载，为安全考虑，建议按活荷载取值。
5.结构体系抗震设计
虽然钢结构厂房由于材料本身具有良好的抗震性能，如果设计不合理，当厂房遭受较大地震时，也会造成严重破坏。所以要采用必要抗震的构造措施。
钢结构厂房抗震设计时应注意如下问题：1）平面布置方面，要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，变形协调，尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响；厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱刚接连接的框排架，使得钢结构的受力性能得到充分利用并能减少结构体系横向变形。2） 钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足，而常常是因为杆件受压失稳而造成的。3）对于钢结构厂房的抗震概念设计，同样存在“强节点，若构件”的设计理念。对与钢结构连接节点，应保证其破坏不先于结构构件的全截面屈服，应使杆件能进入塑性工作区段，充分吸收地震能量，发挥其抗震能力。4）当抗震设防烈度为7度～8度时，宜采用钢筋混凝土墙板或轻型墙板，如压型钢板复合板材、石棉瓦、瓦楞铁等。
6.隔热及防火设计
钢材受热温度在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度逐步降低，钢材塑性逐步增大；当温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构整体塌落。因此，当钢结构表面温度处于150℃以上时，必须做隔热及防火设计，常用做法一般有两种：1）在钢构件外包耐火砖，增设混凝土保护层或专用防火板材；2）采用防火涂料，防火涂料分为厚涂型和薄涂型两种，涂料厚度应按《钢结构防火涂料应用技术规程》以及《建筑设计防火规范》的规定选取。
结语
随着科技的不断发展，越来越多的设计工艺以及先进技术将被应用到钢结构厂房的设计中，但是，只有将老问题一一解决完，才能更好的结合新技术，将我国钢结构厂房设计水平提升到一个新的高度。作为钢结构工程设计人员，应该经常到施工现场走走，多下车间转转，跟生产施工一线的工人沟通交流，了解钢构件在制作安装过程中存在的难点，对设计中存在不足的地方进行调整，这样才能建造出具有一定影响力的精品工程。
参考文献
[1] 邱鹤年. 新编钢结构设计手册北京：中国电力出版社，2005.
[2] 李星荣魏才昂. 钢结构连接节点设计手册北京：中国建筑工业出版社，2005.
[3] GB50017-2003，钢结构设计规范.
篇7
关键词：门式钢架；设计
Abstract: The type frame light steel is take door-shaped steel frame structure by the force vector, building envelope systems for thin-walled type C or Z purlin steel and colored steel sheeting. This paper discussed the characteristics of the structure and design through door-type steel frame of light steel structure engineering practice.Key words: portal steel frame; design;
中图分类号：TU39文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前言：轻型门式钢架结构作为一种新型的建筑结构模式门式钢架轻钢结构，由于具有用钢量少、自重轻、成本低、施工快、周期短、能够循环利用等优点，这些年以来在国内发展迅速。
1.柱设计1.1柱网布置的确定
轻钢厂房结构设计中首先要解决的问题是如何配合工艺要求进行柱网的平面布置。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。随着柱距增大，其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，须采用格构形式，其用钢量所占比例较大，并最终超过了钢架的用钢量。其次是檩条，由于长细比的要求，用钢量增加也较快。在门式钢架中,主钢架和檩条的用钢量占很大比例,在相同的荷载条件下,柱网部署对主钢架和檩条的用钢量影响很大。所以,必要在工艺技术达标的情况下选择经济用钢量的柱距和跨度。对门式钢架轻型钢结构而言，钢架用钢量是最主要的，当钢架跨度较小时，钢架用钢量甚至占总用钢量的50％以上，而其它各单用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式钢架时应精确设计，合理使用。
1.2轻钢结构门式钢架采用铰接还是钢接《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：2002）第4.1.4条规定：“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，宜将柱脚设计成钢接”。柱脚形式采用铰接还是钢接，除由吊车决定外，还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较高，而且风荷载较大，即使无吊车，如柱脚采用铰接，柱顶位移大，为控制柱顶位移，必然加大柱截面，增加用钢量。另外，柱脚形成的选择还要考虑土质情况及基础造价。当采用钢接柱脚，由于基础要承受较大的偏心弯矩，基础的平面尺寸均较铰接柱脚基础要大，土质情况差时差别就更大。因此，选用何种柱脚形式要根据房屋的高度，风载的大小，有无吊车，吊车吨位及土质情况等因素综合确定。
1.3关于摇摆柱设置问题
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”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。摇摆柱有很多优点，但是也有一些弱点，就是它上下端铰接，不能提供侧向刚度，相反，它还要刚架柱提供侧向刚度才能发挥作用。因此，采用摇摆柱时，刚架柱的计算长度要增大。这在规程中有规定，摇摆柱的设置一定要使结构能满足侧向刚度要求，要有计算依据，根据设计经验，在多跨刚架中，摇摆柱不宜连续超过三根，另外，摇摆柱不宜用于支承托梁，托梁承受有竖向载较大。
2.梁设计
2.1梁截面设计
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。一般来说, 变截面门式钢架斜梁均采用工字钢, 其翼缘宽度和厚度不变, 仅仅通过改变腹板高度来改变斜梁截面, 从而改变斜梁的截面惯性矩。由于惯性矩较大的截面可以承担较大的弯矩, 因此, 通过计算, 选择合理的截面突变位置, 能够使斜梁上的弯矩实现合理分配。
2.2钢梁与混凝土柱的连接
有的设计人员希望将钢梁与混凝土柱刚接，以进一步节省钢材，钢梁与砼的连接，宜作成铰接．因为砼是脆性材料，一般不易做到理想的刚接，一旦连接松动，将使钢梁受到比设计内力大得多的弯矩，就能出现安全问题。此外，要强调进行整体分析，才能保证结构安全，因为斜粱是有坡度力的。3.围护结构设计 3.1檩条设计
檩条一般选用薄壁宽肢的C型、Z型。檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。檩条与墙梁的间距，一般决定于压型板的板型和规格，并须经过力学计算后确定。但从构造要求的角度上看，一般不超过1.5米。檩条是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能象热轧型钢那样全截面有效。《规范》4.1.8、9条规定：“结构构件的受拉强度应按净截面计算；受压强度应按有效截面计算；稳定性应按有效截面计算。变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。 3.2拉条的设置 檩条的拉条设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时，可按计算要求确定是否需要设置拉条；当屋面坡度i＞1/10，檩条跨度＞4时，宜在檩条的跨中位置设置一道拉条；当跨度＞6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。拉条的直径为8～12mm，根据荷载和檩距大小选用。 3.3撑杆的设置：檩条撑杆的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑杆的长细比按压杆要求λ≤220，可采用钢管、方管或角钢做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法。撑杆处应同时设置斜拉条。 4.如何确定屋面支撑与柱间支撑的大小
4.1屋面支撑
水平支撑形成局部刚域，抵抗在柱间和屋面梁间传递的水平力作用。水平支撑设置的最佳位置应考虑在每个温度单元居中设置，并要求屋面梁间和柱间水平支撑须设在同一开间，以构成几何不变体系。屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。4.2柱间支撑
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关键词：门式钢架；钢骨架轻型板；风荷载；平面外长度；
钢骨架轻型板(大型屋面板)由两部分组成，即钢骨架和轻质芯材。就大型屋面板而言，主肋是主要受力构件，可根据使用要求及荷载等级确定肋的断面尺寸。端肋为主肋端部约束肋，在制作过程中起模板作用，在正常使用情况下起提高板整体性作用。加强肋具有双重作用，不仅可作为受拉杆件，也可作为受压杆件，根据不同外力作用改变其受力性能。主肋、端肋和加强肋三者共同组成了一个合理的受力体系。钢骨架轻型板集轻质、承重、节能、防火、隔声、泄爆、抗震等功能于一体，既保持了传统钢筋混凝土构件安全度高、使用寿命长的优点，又满足了现代建筑对轻质、节能、环保的要求，具有良好的应用前景。
1．钢骨架轻型板与传统钢彩板性能比较
为较清楚的了解钢骨架轻型板的一些优势，本文与钢彩板做简单的对比。
1．1 防水、防锈蚀能力
现在的门式刚架厂房一般采用钢彩板较多，但是钢彩板因为厚度较薄，冬夏温度交替，变形较大，容易使钢彩板搭接部位产生缝隙，容易漏水。在水氧环境下，钢材极其容易腐蚀，造成安全隐患。钢骨架轻型屋面板连接部位采用细石砂浆灌缝，上部铺设水泥砂浆，密实性较好，可以起到良好的抗渗作用。
1．2 耐久性
钢彩板屋面，侧墙长期暴露在外，易腐蚀，很难满足建筑50年要求，往往十几年就要重新修整。需要耗费大量的人力物力财力。轻型钢屋面内部采用改性水泥珍珠岩复合芯材，耐久性较好。由于其材料性质，这种屋面板还兼备保温，隔声等作用，可用于某些特殊要求，如噪声较大，需另外加设吸声板的加工车间等。
1．3 防火性能
钢彩板需要架设檩条，檩条多为冷弯薄壁型钢，他的耐火极限最大一般在 。钢彩板轻骨料芯板采用改性水泥珍珠岩复合芯材，导热系数 ，耐火极限为 （1），优于钢彩板屋面结构形式。
1．4 施工方面
钢骨架轻型屋面板安装便捷，节省施工环节，可直接铺设在屋架梁上进行焊接连接，无需檩条，省去很多复杂节点（如拉条与檩条节点，檩托，天沟等）的制作与安装。钢骨架轻型屋面板施工速度最高可达2000平米/天。
2．新型结构体系计算要素分析
以钢骨架轻型板为围护结构的门式刚架屋面刚度大，梁上翼缘约束力较强。当然，在面对其优势的同时，这种结构与屋面为钢彩板的门式刚架结构仍存在一定差异，是否能够按照钢彩板门式刚架进行设计分析，本如下分析：
2．1 规范的采用
轻型屋面板的面荷载大约为 ，上设水泥砂浆及防水层，面荷载约为 。一般的钢彩板屋面恒荷载在 。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102:2002）》（下文简称为CECS）（2）1.0.2中规定，此规程适用于轻型屋盖的门式刚架结构。CECS是否还是用轻型钢骨架围护结构门式刚架。
本文认为是否采用CECS规程取决于地震荷载是否起控制作用，陈绍蕃教授曾在修订钢结构规范时准对构件截面构造比值建议，如果地震力不起控制作用时，宽厚比可以服从钢结构规范中的规定，但当地震力起控制作用时，则应该考虑宽厚比按照抗震设计规范中的要求。很明显，由于屋面的加重，地震力已为结构抗力主要控制因素，对主体结构的延性有着更加严格的要求。《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》（3）普通门式刚架允许高度为18m，采用端板螺栓连接时，恒载不应超过72kg/m2。所以本文建议主结构的设计不宜采用CECS，应采用《钢结构设计规范》[4]，并按照《建筑抗震设计规范》[5]满足截面要求。
截面高宽比，往往不容易满足，可以布置竖向加劲肋，以达到节省材料的目的。
2．2 风荷载体形系数的确定
钢架的主体采用钢结构规范，这就有一个风荷载体形系数选用的问题，《荷载规范》与CECS中风荷载体形系数不同，风荷载系数的不同主要是因为低矮房屋地面的影响较大，只要房屋属于低矮房屋（低矮房屋：屋面平均高度不大于18米，房屋高宽比不大于1，檐口高度不大于最小水平尺寸的房屋）就可以采用CECS的风荷载系数进行计算[6]。本文依然建议采用CECS的风荷载取值。
2．3平面计算长度，隅撑的设置
门式刚架中，钢架梁按照压弯构件计算，扭曲破坏时压弯构件截面控制的一个重要因素，压弯构件的破坏除了平面长细比之外，构件的截面对构件的失稳影响也很大[7]。国内现有门式刚架大都采用的焊接H型截面，在抵抗平面内弯矩上可以充分发挥，但这种H型钢在压弯作用下很容易产生扭转，造成在弯矩很小时，屋面梁因为扭转而破坏。所以对于这种H型钢，需要有效的侧向支撑，门式刚架中常采用隅撑。
《CECS》6.1.6条规定，实腹式钢架斜梁按照压弯构件计算，平面外计算长度应取受压最大翼缘侧向支撑点间的距离；必须布置隅撑作为侧向支撑点。
因为轻型屋面板顶部平整，为保证顶部美观，或者因为施工的困难，所以有时候会取消隅撑的布置，对于此时钢架梁的平面外长度，需要分两部分进行分析：
⑴跨中平面外长度（上翼缘受压）：根据CECS规定，平面外长度取受压区侧向支撑间距，轻型屋面板一般为1.5m、1.2m两种规格，考虑一部分蒙皮效应，一般取值两倍檩条间距[8]。
⑵梁端平面外长度（下翼缘受压）：斜梁平面外长度取值Ly=0.4L0（L0为钢架跨度）[9]，在吊车图集上也采用0.4L0计算，但钢梁跨度过大时，易造成因稳定应力控制导致的用钢量过大。
2．4 柱间支撑
由于屋面荷载的增大，某些门式刚架特别是前文中提到的低矮结构，结构的应力主要由地震力控制，所以，设计时需要额外注意。另外由于钢骨架轻型板自身的特性，轻型钢屋架的挠度控制1/200（1/240），较钢彩板的1/150要严格。所以对于门式刚架斜梁按照1/240考虑较为合理。钢架柱顶位移限值，若同样采用轻型屋面板，设计值限值控制在1/100较好。
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关键词：钢结构 加固
随着科技的发展新型材料的运用越来越广泛，以钢结构为主体的建筑，成为发展的主流，近年来，钢结构更加广泛应用于公共建筑中，我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品日益也增多，如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、拱形厂房及彩钢制品等的生产，使建筑结构充满现代化时代气息，实际证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景。
一、钢结构加固的主要依据
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002、J218-2002）
《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）二、钢结构的材料事故
1、钢结构的材料事故是指由于材料本身的原因引起的事故。钢结构所用材料包括钢材和连接材料两大类。影响钢材性能的主要因素有有害化学成分超标、冶金轧制缺陷、硬化使钢材的塑性和韧性降低、应力集中以及温度过高或过低等。引发钢结构材料事故的常见因素有钢材质量不合格、螺栓质量不合格、焊接材料质量不合格、设计选材不当、制作安装工艺不合理、母材与焊接材料不匹配、随意混用或替代材料等。
2、材料事故的处理方法：因地制宜的选用合适的材料，严禁使用不合格材料；选择恰当的施工工艺，严格按照设计与相关规范进行制作、安装。并实际使用中进行定期检查和维修。
三、钢结构的变形事故
钢结构的变形包括：钢结构总体变形和局部变形；钢结构初始变形和加工制作中的变形。焊接主要总体变型，钢屋架倾斜弯曲事故，钢屋架方贤头超长质量事故，捍条承载力失效变形事故，轻钢屋。
四、钢结构的疲劳破坏事故
疲劳破坏就是微裂缝的萌生，缓慢扩展，和最终迅速断裂的过程。疲劳破坏的影响同素有：疲劳荷载，断裂韧性，应力幅；循环次邮构造细节。提高和改善疲劳性能的措施：正确选材，采用合理的构造细节，减小应力集中程度，严格控制施工质量，疲劳设计准则无限寿命设计，有限寿命设计，破损－安全设计。
五、钢结构的失稳事故
失稳概念：是指钢结构或构件丧失了整体稳定性书承载力极限状态的范围。失稳的类型及特点：整体失稳事故，局部失稳事故，平衡分岔失稳，极值点失稳，跃越失稳。当结构因抗拉强度不足而破坏时，结构呈现较大的变形，当结构因受压稳定性不足而破坏时，先前没有太大的变形，但呈现脆性变形，也是最危险的一种失稳。
失稳事故的处理与防范：强化稳定设计理念，制作单位应力求减少缺陷；施工单位应确保安装过程中的安全，使用单位应正常使用钢结构建筑物。
六、钢结构的锈蚀事故
1、钢结构的锈蚀的类型：钢结构的锈蚀类型有：化学锈蚀和电化学锈蚀。由于钢结构表面与周围介质直接起化学反应而产生的锈蚀围殴化学腐蚀。钢结构在存放和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀为电化学腐蚀。潮湿的空气、钢结构表面的显微组织、杂质分布不均、受力变形、表面平整度等，都是钢材锈蚀的主要因素。
2、钢结构腐蚀处理及防腐方法：(1)综合考虑厂房的整体布置，采用有利于自然通风的厂房布置方案,以降低有害物的含量。(2)尽可能选用含有适量合金元素的，耐大气腐蚀的低合金钢材和正确配套的涂料。(3)在结构选型上采用不易锈蚀的合理方案。(4)采用先进、科学的管理方法和合理的防腐措施。
七、钢结构的火灾事故
钢材本身不燃烧，却不耐高温，耐火性能差，跨度大、空间大，火灾蔓延迅速，整体连接性强，易变形倒塌。可采用：钢结构防火涂料、浇筑混凝土砌筑砖块法、充水法、轻质防火厚板包覆法及复合保护法等进行钢结构的防火措施。
八、钢结构加固的主要方法
减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其它加固方法。
1、改变结构计算图形。改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固，改变结构计算图形的一般加固方法有：（1）对结构可采用：增加支撑形成空间结构并按空间结构验算、加设支撑增加结构刚度，或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性、增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性、在排架结构中重点加强某一列柱的刚度，使之承受大部分水平力，以减轻其它柱列负荷、在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。（2）对受弯杆件可采用：改变荷载的分布，例如将一个集中荷载转化为多个集中荷载、改变端部支承情况，例如变铰接为刚结、增加中间支座或将简支结构端部连接成为连续结构、调整连续结构的支座位置、将结构变为撑杆式结构、施加预应力。等的改变其截面内力的方法进行加固。（3）对桁架可采取：增设撑杆变桁架为撑杆式结构、加设预应力拉杆的方法改变其杆件内力的方法进行加固。
2、加大构件截面的加固：采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。
3、连接的加固与加固件的连接：钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。
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关键词：轻型门式刚架设计结构形式及布置
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
本文主要就单层轻型门式刚架结构进行阐述，它主要是指以轻型焊接、热轧等H形钢和冷弯薄壁型钢结合构成的格构式、实腹式门式刚架结构，这种钢架结构就是主要承重骨架。在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形截面构件，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
1)质量轻便
钢架结构的不断发展，质量轻便已经成为一个主要的发展趋势，该结构不管是金属板、玻璃棉等材料都属于较为轻质的材料，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仅为10～30kg/m2，这就相较于以前的老式结构轻便许多，并节省成本。
2)施工简便、迅速
门式刚架结构中的主要构件都来自于工厂加工制作，使得质量就有了很好的保障。施工基本不存在湿作业的情况，这就保证了安装施工的安全程度。安装时构件之间一般只需要用高强度螺栓连接辅以焊接，安装操作简便、快速。
3)经济效益得到很大提高
门式刚架结构的实际设计周期较短，并且采用计算机辅助设计所以就更有可利于周期的缩短.由于安装施工过程中原材料种类单一，减少了采买时的相关费用，运输也相对方便，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)结构布置灵活多变
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6m，大大限制了使用空间，当采用12m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。内部空间使用更加灵活多变。
2、结构方案
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。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。一般在单层房屋（图一）、厂房仓库（图二）都是广泛应用的。
图一单层房屋
图二厂房仓库
2．2 结构布置
高度应根据使用要求的室内净高确定，宜取4．5～9m，跨度以为9～36米。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。檩条间距的确定应综合考虑天窗、采光带、屋面材料、等因素按计算确定，一般为1.5m等间距布置。
采用柱与梁刚接，而柱脚均为铰接的门式刚架形式较为合理。梁、柱截面有实腹式和格构式，等截面和变截面之分，以及梁端、梁中加腋的形式。
3、荷载及荷载组合
3. 1荷载（如表1）
表1 荷载分类
3．2 荷载组合
荷载组合一般应遵从《建筑结构荷载设计规范》的规定，针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出下列组合原则：
(1)对屋面来说屋面均布活荷载是主要运用荷载，一般不需要雪荷载，但所两者结合时，就要选取取较大值的那一个。
(2)在应用积灰荷载时应充分与雪荷载、屋面均布活荷载同时考虑，也是选取其中的较大值的那个。
(3)在施工或检修过程中要记住，集中荷载不应该和屋面材料、檩条自重之外的其他一些荷载同时考虑。
(4)多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。
(5)最后还要充分考虑地震作用，这时风荷载不要与地震作用同时考虑，以免重复。
4、刚架内力和侧移计算
根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用措施进行调整。
5、支撑体系
支撑体系主要分为两大类，水平支撑和柱间支撑。这两种支撑在该体系中起到了举足轻重的作用，他们是将各个平面刚架连接在一起的基础，是稳定整体结构的关键所在，可以起到稳定整体平面的作用，是一个主要支撑点。
5．1 支撑体系的计算
水平荷载不大的情况下，支撑受力较小，杆件截面尺寸由极限长细比确定。交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向风荷载按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算，并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力，对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可平均分配。
5．2 支撑体系设置
在每个温度区段应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。设柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑。端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距一般取30 m～45 m。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60 m时，内柱列宜适当设置支撑；当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆；当房屋内设有不小于5 t的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。柱间支撑对无吊车的厂房宜采用柔性圆钢支撑；当风荷载较大或抗震设防烈度大于8度时宜采用型钢支撑；有吊车的厂房应采用型钢支撑。
5．3 刚性系杆的设置
在刚架的转折处应沿房屋全长设置刚性系杆。间距一般在刚架斜梁上12 m一18 m之间，在刚架柱上约8 m，刚度较大的吊车梁等均可作为刚性系杆考虑。
6、其他
1)屋面檩条。檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9 m时，应优先选用实腹式檩条。檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。
2)墙梁。墙梁一般采用冷弯卷边槽钢，有时也可采用卷边z形钢。墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，属于双向受弯构件。墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上、下沿及窗框的上、下沿处应设置一道墙梁。墙梁可根据柱距大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。
3)隅撑。通常通过设置隅撑来减小钢梁的平面外计算长度，保证钢梁的整体稳定。隅撑布置在钢梁的跨中或屋脊的弯折处。一般每隔一根檩条设置一道隅撑，间隔宜不大于3 m。与隅撑相连的檩条厚度不宜小于2．0 mm，设有隅撑的钢梁或钢柱的平面外计算长度可取隅撑间距。对于边柱，其上端内翼缘处于受压状态，应至少在柱顶墙梁处设一道双隅撑。
4)拉条的设置。屋面檩条应在屋脊和檐口处同时设置直拉条、斜拉条、撑杆，其他处仅设置直拉条，常采用圆钢做拉条。墙面处最上层墙梁应同时设置直拉条、斜拉条、撑杆，墙面有洞口处，应在拉条中断处均设置斜拉条和撑杆。
5)柱脚。单层门式刚架厂房多采用外露平板式柱脚，铰接设计。当厂房有5 t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接，柱脚锚栓直径不宜小于24 mm；刚架跨度不大于18 m时，采用2个M24的锚栓；刚架跨度不大于27 m时，采用4个M24的锚栓；刚架跨度不大于30 m时，采用4个M30的锚栓，均应设双螺帽。柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水力，只作为安全储备。水平剪力主要由柱底板与混凝土的摩阻力来抵抗，当计算柱脚底板与混凝土基础间的摩擦力不足以抵抗全部水平剪力时，柱脚底板下应加焊抗剪键。另外还需进行柱脚锚栓的抗拔计算。
结语
只要我们认真学习技术规范，建立清晰的结构概念，分析总结设计经验，不断的努力和探索更加合理、更加准确的进行单层门式刚架房屋的没计，一定能做出一个合格的设计。
参考文献：
[1] GB 50009—2012，建筑结构荷载设计规范[S]．