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轻钢门式刚架的基本特点(一)
轻钢门式刚架结构的设计要点
轻钢门式刚架结构的设计要点
【摘要】随着近年来我国彩色钢板产量的增加和焊接 H型钢的出现，轻钢结构在我国进入发展时期。门式刚架轻型房屋钢结构设计一般采用以概率论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表达式进行计算；承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
【关键字】轻钢门式，刚架结构，设计要点，注意问题
一．前言
轻型钢门式钢架结构在建筑结构设计中是普遍存在的，因为这种结构设计具有很强的优势，是其他一些建筑结构设计所无法比拟的。为了更大范围的发挥这种结构设计的优势，确保这种钢结构设计的质量，我们就需要对该种钢结构设计的要点进行分析，克服在轻型钢门式结构设计中存在的问题，掌握其设计要点，使轻型钢门式结构设计得到更大的发展。
二．轻钢门式刚架结构相关概述
1．轻钢门式刚架结构形式
轻钢门式刚架的结构形式多样，主要有以下几种：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的刚架等。
2．轻钢门式刚架结构典型优势
（一）自重轻
轻钢框架结构重量比很高，墙厚较薄，因此可以使房屋的跨度达到很大，钢材可根据不同用途合理分配截面尺寸的高宽比，使用面积较其他结构要提高很多。轻钢结构与混凝土结构相比，自重约为后者的一半 。在工程设计中可以根据实际情况达到个性化的要求 。
（二）结构稳定性好，抗震性能突出
轻钢框架结构稳定性良好 ，钢梁、钢柱组成柔性框架，可充分发挥钢材强度高、延性好 、塑性变形能力强的特点，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震动的能力得以强化，而且适合建造在各种地质条件的地基上，提高了结构的安全可靠性 。
（三）施工速度快
轻钢门式刚架的基本特点(二)
轻钢门式钢架基本知识
轻钢门式钢架基本知识
刚架结构：工程中习惯把由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节点连接起来的钢结构 排架：梁与柱之间为铰接的单层结构
轻钢门式刚架结构：通常指的单层单跨或单层多跨的“门”字型刚架结构 框架：多层多跨的钢架结构
柱间支撑的布置原则
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。 刚性系杆受压（中空钢管）；柔性系杆受拉（细长管） 2、支撑的间距一般为30—40m，≤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、轻钢门式刚架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
钢结构常用材料：碳素结构钢，低合金结构钢
碳素结构钢：
按含碳量的大小，分为 低碳钢（0.03%—0.25%） 含碳量越高，钢材强度越高，
中碳钢（0.26%—0.60%） 建筑结构中主要使用低碳钢 高碳钢（0.60%—2.00%）
按钢材质量，分为A B C D四个等级，A质量最低 按冶炼中的脱氧方法，分为 沸腾钢 F【轻钢门式刚架的基本特点】
半镇静钢 b 镇静钢 Z 特殊镇静钢TZ
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
合金元素含量＜5%
按质量等级分为A B C D E 五个等级，A质量最低 按脱氧方法分为 镇静钢Z
特殊镇静钢TZ
钢板【轻钢门式刚架的基本特点】
1、厚度方向性能板，适用板厚15—150mm,屈服点≤500Pa的镇静钢板，抗层状撕裂性能好 2、厚钢板主要用于焊接梁柱构件的腹板和翼缘及节点板 薄钢板主要用于制造冷弯薄壁型钢 扁钢可作为节点板和连接板
对钢材结构的质量要求 受拉构件 ＞受压构件
低温结构 ＞高温结构 厚钢板结构 ＞薄钢板结构 焊接结构构件 ＞螺栓连接的结构 受动力荷载结构＞受静力荷载结构
轻型钢结构：承重结构和维护结构都是薄钢板组成，一般钢板厚度＜16mm (8mm)
轻型门式钢架结构体系【轻钢门式刚架的基本特点】
1、 主结构：横向钢架（包括中部和端部钢架）、楼面梁、托梁、支撑体系等 2、 次结构：屋面檩条，墙面檩条 3、 围护结构：屋面板，墙板 4、 辅助结构：楼梯、平台、扶栏 5、 基础
荷载传递：外部荷载直接作用在维护结构上
竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式钢架上 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
轻钢门式刚架结构的特点：自重轻，综合经济效益高，工业化程度高，施工速度快，
柱网布置灵活，梁柱变截面，地震反应小
主梁和主梁主要设计成刚接 主梁和次梁主要设计成铰接
最常用的是铰接柱角，需2次灌浆
铰接柱脚和刚接柱脚的区别（施工里）
1、 铰接柱脚的垫板和柱子是一个整体，铰接柱脚需要二次灌浆 2、 刚接柱脚的垫板和基础是一个整体，并没有二次灌浆
屋面钢结构：在混凝土结构上部搭建的钢结构屋面系统（屋面梁，檩条，屋面支撑，屋面板） 当跨度较小时，可以使用平面变形结构 当跨度较大时，可以使用人字梁形
这种截面形式会造成跨中截面高度过高而使材料浪费
当沿建筑物纵向要在外墙设置＞10m的开间，需要设置托梁
低波纹和高波纹板屋面
两者的区别在于肋高不同，从而排水效果也不同 高屋面板的肋高较高，排水也比较通畅，一般适用于屋面坡度比较平缓的屋面，通常屋面坡度为1:20左右，最小坡度可以做到1:40
低屋面板一般适用于屋面坡度较陡的屋面，常见的屋面坡度在1:10左右 为防止金属屋面板漏水，最好采用高波纹屋面板，或尽量使屋面坡度大一点
金属屋面板常用的连接形式：搭接，平接，扣件连接，直立连接
高强螺栓可分为扭剪型和大六角型两种
根据受力特性分为摩擦型高强螺栓，承压型高强螺栓
摩擦型高强螺栓 通过连接板间的摩擦力来传递剪力，按板层间出现滑动作为其承载能力的极限状态。 适用于重要的结构，承受动力荷载的结构，可能出现反向内力构件的连接，
其孔径比螺栓的公称直径大1.5—2.0mm
承压型高强螺栓 以连接的破坏（螺栓或板件的破坏）作为其承载力的极限状态 其计算方法和构造要求与普通螺栓相同，
可用于允许产生少量滑移的承受静荷载结构或间接承受动力荷载的构件 当允许在某一方向产生较大滑移时，可以采用长圆孔； 当为圆孔时，其孔径比螺栓的公称直径大1.0—1.5mm
组立——即装配，将H形或箱形截面型钢所需板件通过电焊组成所需截面形式 自动埋弧焊——采用熔剂层下进行自动焊接，它配用交流焊机作为电弧电源，
它适用于水平位置倾斜不大于10°的各种有、无坡口的对接焊缝、搭接焊缝和角焊缝 矫正——用人工或机械方法使产生焊接变形的构件恢复原状的方法
边缘加工——边缘加工的作用是组对前切除多余金属毛刺，加工适当并根据焊接需要加工适当形状的坡口 端部加工——在构件矫正合格后对构件端部的铣平等加工方式
焊接H型钢的生产流程
钢材复验条件 1、 国外进口钢材
2、 不同批次混合的钢材 3、 对质量有疑义的钢材
4、 板厚大于40mm,并承受沿板厚方向拉力作用，且设计有要求的厚板
5、 建筑结构安全等级为一级，大跨度钢结构、钢网架和钢桁架结构中主要受力构件所采用的钢材 6、 现行设计规范中未含的钢材品种及设计有复验要求的钢材 放样
根据施工详图，以1:1的比例在样板台上弹出实样，求取实长，根据实长制成样板（样杆）。
放样经检查无误后，用0.50—0.75mm的铁皮或塑料板制作样板，用木杆、钢皮或扁铁制作样杆，当长度较短时可用木尺杆。样杆、样板应妥善保存，直至工程结束后方可销毁。 号料
1、 工作内容：检查核对材料；在材料上划出切割、铣、刨、弯曲、钻孔等加工位置；打冲孔；标出零件编
号
2、 方法：集中号料法、套料法、统计计算法、余料统一法 划线
利用加工制作图、样杆、样板及钢卷尺进行划线 划线的要领:
1、 划线作业场地要在不直接受日光及外界气温影响的室内，最好是开阔、明亮的场所
2、 用华针划线比用墨尺及划线用绳的划线精度高。划针可用砂轮磨尖，粗细度可达0.3mm左右
进行下料部分划线时要考虑剪切余量、切削余量
锈蚀等级划分A B C D
A级：全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈 B级：已发生锈蚀，并且部分氧化皮剥落
C级：氧化皮因锈蚀而剥落，或者可以剥除，并有少量点蚀 D级：氧化皮因锈蚀而全面剥落，并普遍发生点蚀
喷射或抛射除锈等级划分
Sa1——轻度的喷射或抛射除锈 Sa2——彻底的喷射或抛射除锈
Sa2 1/2——非常彻底的喷射或抛射除锈 Sa3——使钢材表观洁净的喷射或抛射除锈
手工或动力工具除锈
St1——留底的手工和动力工具除锈，无浮锈 St2——彻底的手工盒动力工具除锈 St3——非常彻底的手工和动力工具除锈
火焰除锈——F1
钢材表面除锈方法有：手工除锈、动力工具除锈、喷射或抛射除锈、酸洗除锈和火焰除锈
钢结构涂装工序为：刷防锈漆→ 局部刮腻子→ 涂料涂装→ 漆膜质量检查
涂料涂装方法：刷涂法，滚涂法，浸图法，空气喷涂法，无气喷涂法
涂装施工时的环境要求 1、 环境温度：5—38℃
2、 环境湿度：小于施工温度85%
3、 钢材表面温度与露点温度：钢材表面温度必须＞露点温度3℃ 4、 特殊施工环境：做好可靠的防护措施
钢结构构件拼装方法：平装法，立拼拼装法，模具拼装法 钢结构工程安装方法：分件安装法，节间安装法，综合安装法
构件重心的标注：重量在5吨以上的复杂构件，一般要标出重心，重心的标注用鲜红色油漆标出，再加上一个向下箭头
P111—112地脚螺栓的埋设，定位，纠偏 地脚螺栓（锚栓）纠偏
1、 埋设的地脚螺栓有个别的垂直度偏差（＜15d，d≤36mm）时，应在混凝土养护强度达到75%及以上时进
行调整
2、 对位移或不垂直度超差（＞15d，d＞36mm）过大的地脚螺栓，可在其周围用钢凿将混凝土凿到适宜深度
后用气割割断，按规定的长度、直径尺寸及相同材质材料，加工后采用搭接焊上一段，并采取补强措施，来调整达到规定的位置和垂直度。
3、 对位移偏差过大的个别地脚螺栓除采用搭接焊法处理外，在允许的条件下，还可采用扩大底座板孔径侧
壁来调整位移的偏差量，调整后并用自制的厚板垫圈覆盖，进行焊接补强固定
分件安装法是指起重机在厂房内每开行一次仅安装一种或两种构件。P113 分件吊装法适用于一般中、小型厂房的吊装 P114
钢吊车梁校正内容：中心线（位移）、轴线间距（跨距）、标高、垂直度
P120—121
扭剪型高强度螺栓连接副每套包括一个螺栓、一个螺母、一个垫圈 高强度大六角螺栓连接副每套包括一个螺栓、一个螺母、两个垫圈
高强度螺栓连接副的保管时间不应超过6个月
1、高强度螺栓连接副的拧紧应分为初拧、终拧。对于大型节点应分为初拧、复拧、终拧。 复拧扭矩=初拧扭矩
初拧、复拧、终应在24h内完成；高强度螺栓安装检查在终拧1h以后、24h之前完成 3、 施拧一般应按由螺栓群节点中心位置顺序向外拧紧的方法进行，初拧后应做好标志 4、 初拧（复拧）与终拧扭矩的取值
高强度大六角头螺栓初拧扭矩一般为终拧的50%—60%
基本结构体系三种
柱—支撑体系、纯框架体系、框架—支撑体系
四种钢柱 1、H型钢 六种楼面 1、压型钢板混凝土楼盖
2、焊接箱型或方钢管截面柱 2、现浇整体混凝土楼盖 3、钢管及钢管混凝土柱 3、SP预应力空心板楼盖 4、十字柱 4、混凝土叠合板楼盖
5、密肋OSB板 两种钢梁 1、H型钢梁 6、双向轻钢密肋组合楼盖
2、焊接箱型截面梁
P175—186 图
轻钢门式刚架的基本特点(三)
轻钢门式刚架结构的设计要点
轻钢门式刚架结构的设计要点
【摘要】随着近年来我国彩色钢板产量的增加和焊接 h型钢的
出现，轻钢结构在我国进入发展时期。门式刚架轻型房屋钢结构设
计一般采用以概率论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表
达式进行计算；承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态
进行设计。
【关键字】轻钢门式，刚架结构，设计要点，注意问题
中图分类号：tu318文献标识码：a文章编号：
一．前言
轻型钢门式钢架结构在建筑结构设计中是普遍存在的，因为这种
结构设计具有很强的优势，是其他一些建筑结构设计所无法比拟
的。为了更大范围的发挥这种结构设计的优势，确保这种钢结构设
计的质量，我们就需要对该种钢结构设计的要点进行分析，克服在
轻型钢门式结构设计中存在的问题，掌握其设计要点，使轻型钢门
式结构设计得到更大的发展。
二．轻钢门式刚架结构相关概述
1．轻钢门式刚架结构形式
轻钢门式刚架的结构形式多样，主要有以下几种：单跨、双跨、
多跨刚架以及带挑檐的刚架等。
2．轻钢门式刚架结构典型优势
（一）自重轻
轻钢门式刚架的基本特点(四)
门式刚架轻钢结构厂房设计要点
摘要：本文结合钢结构厂房的特点，对钢结构厂房的设计，分别从钢结构厂房结构体系选择、结构体系布置、支撑系统设置、门式刚架荷载取值、结构体系抗震设计、隔热及防火设计几个方面探讨了钢结构厂房设计中应注意的问题，为设计人员提供了参考依据，从而设计出安全经济的工业厂房。 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.
[4] CECS 102：2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.
[5] GB50011-2010，建筑抗震设计规范.
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/shenghuo293361/
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