门式刚架基础理论知识简介

门式刚架理论基础知识介绍目录一.门式刚架概述及特点二.结构形式三.建筑尺寸和结构布置四.钢材的种类与规格五.刚架系统六.支撑系统七.檩条、拉条、隅撑八.天沟1.定义门式刚架结构:是指以轻型焊接H型钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）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、卷边槽形、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。一.门式刚架概述及特点门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、物流及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱构件多采用焊接变截面的H型截面，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。围护结构采用压型钢板的居多，玻璃棉由于具有质量轻、保温隔热性能好及安装方便等特点，用作保温隔热最为普遍。门式刚架应满足《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015。规范的适用范围：a.房屋高度不大于18m;b.房屋高宽比小于1.0；c.具有轻型屋盖、无桥式吊车或起重量不大于20t的A1~A5工作级别的桥式吊车或3t悬挂起重机的单层钢结构房屋；d.不适用于对钢结构具有强腐蚀介质作用的房屋。门式刚架各部位名称钢结构现场2.门式刚架结构的特点a.设计风格灵活、丰富在梁高相同的情况下，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50%，从而使建筑布置更加灵活。b、结构自重轻与混凝土结构自重相比轻,结构自重的降低，减少了结构设计内力，可使建筑结构基础处理要求低，施工简便，造价降低。c、结构稳定性高以热轧H型钢为主的钢结构，其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。据统计，在世界上发生7级以上毁灭性大地震灾害中，以H型钢为主的钢结构建筑受害程度最小。d、增加结构有效使用面积与混凝土结构相比，钢结构柱截面面积小，从而可增加建筑有效使用面积，视建筑不同形式，能增加有效使用面积4-6%e、环保采用H型钢可以有效保护环境，具体表现在三个方面：一是和混凝土相比，可采用干式施工，产生的噪音小，粉尘少；二是由于自重减轻，基础施工取土量少，对土地资源破坏小，大量减少混凝土用量，减少开山挖石量，有利于生态环境的保护；三是建筑结构使用寿命到期后，结构拆除后，产生的固体垃圾量小，废钢资源回收价值高。f、工业化制作程度高以热轧H型钢为主的钢结构工业化制作程度高，便于机械制造，集约化生产，精度高，安装方便，质量易于保证，可以建成真正的房屋制作工厂、桥梁制作工厂、工业厂房制作工厂等。发展钢结构，创造和带动了数以百计的新兴产业发展。g、工程施工速度快占地面积小，且适合于全天候施工，受气候条件影响小。用热轧H型钢制作的钢结构的施工速度约为混凝土结构施工速度的2-3倍，资金周转率成倍提高，降低财务费用，从而节省投资。以我国“第一高楼”上海浦东的“金贸大厦”为例，主体高达近400m的结构主体仅用不到半年时间就完成了结构封顶，而钢混结构则需要两年工期。h、柱网布置比较灵活传统的结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6m，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。门式刚架结构除了上述特点外，还有一些特点：门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。门式刚架的梁、柱多采用变截面，可以节省材料。柱为楔形构件，梁则多由多段楔形构件组成。梁、柱腹板在设计时利用屈曲后强度，可使腹板宽厚比放大（腹板厚度较薄）。当然，由于变截面门式刚架达到极限承载力时，可能会在多个截面处形成塑性铰而使刚架瞬间变成机动体系，因此塑性设计不再适用。门式刚架其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。二.门式刚架的结构形式结构形式按跨度按屋面坡脊数单跨、双跨、多跨单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡结构形式结构形式对于多跨刚架，在相同跨度条件下，多脊多坡与单脊双坡的刚架用钢量大致相当，常做成一个屋脊的大双坡屋面。这是因为金属压型板屋面为长坡面排水创造了条件。而多脊多坡刚架的内天沟容易产生渗漏及堆雪现象。不等高刚架这一问题更为严重，在实际工程中应尽量避免这种刚架形式。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不很大时，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱，中间摇摆柱和梁的连接构造简单，而且制作和安装都省工。这些柱不参与抵抗侧力，截面也比较小。但是在设有桥式吊车的房屋时，中柱宜为两端刚接，以增加刚架的侧向刚度。中柱用摇摆柱的方案体现“材料集中使用”的原则。边柱和梁形成刚架，承担全部抗侧力的任务（包括传递水平荷载和防止门架侧移失稳）。由于边柱的高度相对比较小（即长细比比较小），材料能够比较充分的发挥作用。刚架形式注意事项多跨刚架中采用的上下两端均铰接不能抵抗侧向荷载的柱称为摇摆柱。摇摆柱自身的稳定性依赖刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱中的内力将起促进刚架失稳的作用。门式刚架结构设计中，为满足大跨度、大空间设计需要，常常需要在边榀框架设置抗风柱。为节省用钢量，抗风柱一般设计成上下两端铰接的摇摆柱。设置摇摆柱可以同时减小梁柱内力和截面，使结构用钢量更低，受力更合理，然而摇摆柱的设置往往使刚架边柱的长细比超限，为此提出降低边柱平面内计算长度，增大稳定承载力的建议。摇摆柱设置在结构房屋两端山墙内，抵抗水平风荷载的简称为抗风柱。将抗风柱在水平方向连接起来、起整体加固作用的钢梁简称为抗风横梁。一般用于高耸、内部大空间、横墙少的房屋，如工业厂房、大型仓库等。抗风柱和摇摆柱两者都可以是两端铰接.区别在于摇摆柱承受轴力.而抗风柱不承受提示主刚架连接节点天沟做内天沟时，尽量做横板连接，做竖板的话，外侧的加劲板很可能会和天沟碰。端板竖放、平放刚接屋面梁刚接屋面梁和摇摆柱连接刚架柱脚节点钢结构柱脚主要形式：a.外露式柱脚b.外包式柱脚C.埋入式柱脚区别：外露式一般为铰接也可以做成刚接另外两种刚接效果好但施工比较麻烦外露式施工较简单，门式刚架用得多刚架受力特点门式刚架的受力形式a.柱脚铰接b.柱脚刚接门式刚架的跨度取横向刚架柱间的距离，跨度宜为9-36m。门式刚架的高度应取柱轴线与斜梁轴线交点至地坪的高度，宜取6-9m，必要时可适当放大，但经济性稍差。当边柱采用变截面时，应保证外侧对齐，以利于外侧维护檩条及墙板的安装。门式刚架的高度应根据使用要求的室内净高确定，有吊车或货架的厂房应根据轨顶标高和吊车净空以及货架的高度的要求确定。柱的轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线，工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。三刚架的建筑尺寸及结构布置轻型门式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（设置长圆孔）来实现。结构平面布置温度效应纵向温度区段长度横向温度区段长度≤300m≤150m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；（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；支撑布置原则（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，但该檩条应满足受压构件要求。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。安装时应该首先构建稳定的区格单元，然后逐榀将平面刚架连接于稳定单元上直至完成全部结构。在稳定的区格单元形成前，必须施加临时支撑固定已安装的刚架部分。钢结构常用类型有：碳素结构钢、低合金结构钢、高强度钢、耐火耐侯钢等。轻型钢结构一般采用碳素结构钢和低合金结构钢。碳素结构钢按含碳量的大小，碳素结构钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。含碳量越高钢材强度越高，建筑结构中主要使用低碳钢。按钢材质量，碳素结构钢可分为A、B、C、D四个等级，由A到D表示质量由低到高。碳素结构钢以Q235—B·F为例，其钢号由四个部分构成，他们分别是：Q—代表屈服强度的“屈”字汉语拼音的首位字母；235—代表屈服强度的数值（单位是N/mm²）；B—代表质量等级符号，即A、B、C、D表示质量等级，其质量从前至后依次提高；F—代表脱氧的符号，脱氧方法有F、Z、和TZ几种，分别表示沸腾钢、镇静钢和特殊镇静钢。钢材的分类低合金结构钢低合金钢是在碳素结构钢中添加一种或几种少量的合金元素（钢内各合金元素的总含量小于5%），从而提高其强度、耐腐蚀性、耐磨性或低温冲击韧性。低合金结构钢的含碳量一般较低（少于0.20%），以便于钢材的加工和焊接。低合金结构钢质量等级分为A、B、C、D、E五级，由A到E表示质量由低到高。1、热轧钢板热轧钢板分为特厚钢板（厚度大于60mm）、厚钢板（厚度4.5-60mm）、薄钢板（厚度0.35-4mm）以及扁钢（厚度4-60mm，宽度12-200mm）。钢板的表达方法为在符号“—”后加“宽度x厚度x长度”，如—600x10x1200，单位为mm。2、热轧型钢热轧型钢有角钢、工字钢、H型钢、T型钢、槽钢和钢管。（1）角钢：分为等边和不等边角钢两种，常用制作折架等格构式结构杆件和支撑等连接杆件。不等边角钢的表示方法为“L”后加“长边宽x短边宽x厚度”，如：L140x90x8，等边角钢“L”后加“边宽x厚度”，如L125x8.钢材的种类与规格（2）工字钢：其型号用符号“I”加截面高度厘米数来表示，腹板的厚度用a、b、c进行分类。如I30a表示高度为30cm，腹板厚度为a类的工字钢。（3）H型钢和T型钢：H型钢的翼缘板的内外表面平行，便于与其他构件连接。可分为宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）、窄翼缘（HN）三种。H型钢还可剖成T型钢。它们的规格标记均用“高度x宽度x腹板厚度x翼缘厚度”表示。如HW400x400x13x21和TW200x400x13x21。T型钢由H型钢对半分割而成。（4）槽钢：其型号用符号“【”加截面高度厘米数来表示，腹板的厚度用a、b、c进行分类。型号与工字钢相似，如【32a表示截面高度为32cm，腹板为a类的槽钢。（5）钢管：分为无缝钢管和焊接钢管两种，符号为“ø外径x壁厚”表示，如ø300x8，单位为mm。热轧型钢截面3、薄壁型钢（1）冷弯薄壁型钢：冷弯薄壁型钢是用薄钢板冷轧而制成，其壁厚一般为1.5-6