门式钢架轻型房屋钢结构设计的探索

・３８・

林业科技情报

２００９Ｖ０１．４１Ｎｏ．２

门式钢架轻型房屋钢结构设计的探索

徐岩峰

（黑龙江省林业设计研究院）

［摘要］

吴春华

（哈尔滨市第二建筑工程公司第五分公司）

门式刚架是典型的轻型钢结构，它具有节省材料、施工周期短等优点，因而也是目前国内应用最广泛的轻型钢结

构。门式刚架的设计和施工与普通钢结构相比门式刚架的特点主要在于其节点方面，值得广大设计人员借鉴。［关键词】轻型钢结构；门式剐架；设计要点

ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎＡｂｏｕｔＴｈｅＤｅｓｉｇｎＯｆＬｉｇｈｔＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ

ＸｕＹａｎｆｅｎｇ

Ｗｉｔｈ

ＤｏｏｒＲｉｇｉｄＦｒａｍｅ

（ＦｏｒｅｓｔＤｅｓｉｇｎＡｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＯｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ）

Ｗｕ

（Ｎｏ．５

Ｆｉｌｉａｌｅ

Ｃｈｕｎｈｕａ

Ｏｆ

Ｎｏ．２ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，ＨａｒｂｉｎＣｉｔｙ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｏｏｒｒｉｇｉｄｆｒａｍｅｉｓｔｙｐｉｃａｌｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌｐｅｒｉｏｄａｎｄｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｎｏｄｅ，ｗｈｉｃｈＫｅｙ

ｃａｎ

ｏｕｒ

ｓｔｒｕｃｔｔ鹏．Ｉｔ

ｉｓｏｆｔｈｅｖｉｒｔｕｅｏｆ觚ｖｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇｅｏｍｔｍｃｔｉｏｎ

ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅ

ｄｅｓｉｇｎａｎｄ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｄｏｏｒｒｉｇｉｄｆｒａｍｅｉｓｉｔｓ

ｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｅｒ．

ｆｎｍ七；ｄｅｓｉｇｎ

ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ

ｗｏｒｄｓ：ｔｉｇｈｔｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｏｏｒｒｉｇｉｄ

１基础与柱脚节点

基础形式选择应根据建筑物所在地的工程地质情况和建筑物上部结构型式等几个方面综合考虑。对于轻钢结构而言，由于柱网尺寸较大，上部结构传至柱脚的内力较小，一般以独立基础为主。若地质条件较差，可考虑采用条形基础，遇到不良地质情况，可考虑采用桩基础。一般情况不采用片筏基础和箱形基础。

对轻钢结构基础除发生冲切、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。特别对于一些敞开和半敞开的结构，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。

建筑是存在于特定的环境中，环境条件深刻影响建筑设计。建筑的意义除了其自身以外，还在于作为环境的组成部分，每栋建筑物的环境条件不同，建筑创作反映环境特点是克服千篇一律而取得成功的重要方法。２继承和发扬传统文化建筑的重要性

我们的国家正处在民族振兴、经济腾飞的重要时期。一个具有五千年文化，十几亿人口，九百六十万平方公里版图的伟大国家，伟大民族，在他自立于世界民族之林的时代，不继承和发扬自己的文化传统是不可想象的，没有具有自己民族特色的创作是非常可怕的。当前，我国各城

为了防止这些破坏的发生，最经济有效的办法是增加基础埋深，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，若锚栓离混凝土基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，因此，锚栓离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，导致基础破坏，所以规范也规定了锚栓的埋入长度。

柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。在实际工程中，绝对刚接或绝对铰接都是不可能的，确切地说应该是一种半刚接半铰接状态。刚接和铰接柱脚关键在于锚栓布置，铰接柱脚一般采用两个锚栓，刚接柱脚一般采用四个或四个以上锚拴连接。柱脚的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如市、各地区的领导和广大群众十分关心自己城市的风貌，希望反映自己的传统和特色，这绝不是复古主义，而是中华民族有尊严、有个性、有精神意识的表现。这是一种推动我们民族历史发展的社会思潮。既然我们都承认建筑是一个时代文化的缩影，既然我们都意识到建筑师的社会责任，那么就让我们自觉地顺应这一历史潮流，进而积极地领先潮流。为创作具有中国特色气派的现代建筑，继承发扬，探索前进，做出我们应有的贡献。

来稿日期：２００９—０１—１８

万方数据　

２００９Ｖ０１．４１Ｎｏ．２

林业科技情报

・３９・

有吊车荷载的情况，应将柱脚设计成刚接柱脚，其余情况下，柱脚应设计成铰接。一般情况下，柱底剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求，则须设置抗剪键。２粱柱连接节点

门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。端板竖放适用于局部等截面柱。当竖向荷载起控制作用时，将端板横放可减少节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点受力的有利作用。如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加长抗弯连接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况，端板外伸式节点受力合理，承载力高于平齐式节点，因此应尽量采取外伸式端板连接，同时应在结点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，接近一致，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。

３支撑和刚性系杆的设置

支撑体系在门式刚架轻钢结构具有十分重要的作用，主要体现在以下几个方面：（１）将各个平面刚架连接组成具有空问刚度和稳定性的整体结构（２）为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点，减少平面外的计算长度（３）明确合理、简捷的传递风力，温度应力、地震力及吊车纵向水平刹车力等纵向荷载。

轻型门式刚架结构的标准支撑系统有斜交叉支撑、门架支撑和柱脚绕弱轴抗弯固结的刚架柱支撑。交叉支撑有柔性支撑和刚性支撑两种，一般情况下采用柔性支撑，有吊车的情况下采用刚性支撑。由于建筑功能和外观的要求。在某些开间内不能设置交叉支撑，这时可以设置门架支撑。柱底脚与基础固接绕弱轴抗弯柱支撑大多用于遮蔽建筑物结构，如汽车停车场结构等。

连接中间各榀刚架的屋面系杆，一般在檐口、跨中设置三道，但考虑到檩条和板组成的外蒙皮所具有的蒙皮效应，这些系杆通常可以被省去而直接利用檩条及屋面板替代。

４檩条和墙粱的设置

轻型门式刚架的檩条构件可以采用Ｃ型冷弯卷边槽钢和带斜卷边或直卷边的冷弯薄壁型钢。Ｚ型檩条受力性能稍好，但制作和安装麻烦，适用于屋面坡度较大的情况。檩条设计常采用简支梁设计，材料利用率偏低，现在一般推荐采用连续檩条以获得较为经济的设计。在外荷载作用下，檩条同时产生弯曲和扭转的共同作用，拉条和支撑是保证冷弯薄壁型钢檩条稳定性的重要保障，一般的做法是采用拉条和撑杆从檐口一端起，连接每一根檩条直到另一端。根据檩条跨度的不同，可以在檩条中央设一道或者在檩条中央及四分点处各设一道共三道拉条。一般情况下，檩条上翼缘受压。所以拉条设置在檩条上翼缘１／３高的腹

万　

方数据板范围内。

５防腐与防火设计

钢材耐腐蚀性和耐修蚀性差，钢结构的腐蚀不仅造成了经济损失，也给结构的安全带来了隐患，由于钢腐蚀而导致的事故屡见不鲜。钢结构的防腐包括两个步骤：（１）钢材表面的处理。钢材表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，因此，钢材表面处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大，据统计，钢材的表面处理占防腐涂装各因素对涂层质量影响的一半左右。（２）在钢结构表面刷防腐涂料。防腐涂料是一种含油或不含油的胶体溶液，将它涂敷在钢材表面。可结成一层薄膜来保护钢结构，防腐涂料一般有底漆的功能是使漆膜与基层、面漆结合牢固，面漆的主要功能是保护下层底漆。常见防腐涂料底漆有富锌底漆和环氧铁红底漆。常见面漆有环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等。

钢结构耐火性能差，其耐火极限仅为１５—２０ｒａｉｎ，根据《建筑设计防火规范》，建筑构件在耐火等级为二级时的耐火极限，对于支撑多层的柱为２．５ｈ，梁为１．５ｈ，楼板为１．０，因此，必须对钢结构构件表面采取防火措施，常见防火措施为：将耐火轻质板作为防火外包层；在构件外围浇筑混凝土或砌筑耐火砖；涂抹防火涂料。一般民用建筑及大型公共建筑的承重钢结构宜采用防火涂料防火。防火涂料可分为超薄型、薄型、厚型三种，板、梁一般超薄型及薄型防火涂料，柱采用厚型防火涂料。但现阶段防火涂料价格较贵，因此在普通钢结构中往往采用在梁柱表面浇筑细石混凝土的办法，这时柱表面混凝土厚度为５０ｎｕｎ，梁表面混凝土厚度为２５ｎｕｎ，且须在混凝土内设置与钢构件相连接的钢丝网，这样可以有效降低造价。６结论

综上所述，轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则：①保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空问的稳定体系，结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。②明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应。③设计必须体现计算和构造的一致性。参考文献

【１］门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（ｃＥｃＳ１０２：２００２），

中国计划出版社，２００３．

［２］胡宝琳等，轻型钢结构厂房的设计与研究。钢结构

２００４（５）．

［３］鲁莉，梁发云，轻钢结构设计中几个常见错误分析，

建筑结构，２００４（７）

来稿日期：２００８—１２—１２

门式钢架轻型房屋钢结构设计的探索

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

徐岩峰， 吴春华， Xu Yanfeng， Wu Chunhua

徐岩峰,Xu Yanfeng(黑龙江省林业设计研究院)， 吴春华,Wu Chunhua(哈尔滨市第二建筑工程公司第五分公司)

林业科技情报

FORESTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION2009，41(2)0次

参考文献(3条)

1.CECS 102:2002.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 2003

2.胡宝琳 轻型钢结构厂房的设计与研究[期刊论文]-钢结构 2004(05)

3.鲁莉.梁发云 轻钢结构设计中几个常见错误分析[期刊论文]-建筑结构 2004(07)

相似文献(10条)

1.会议论文 田李梅.刘振华.余贞江.张其林 某大跨度门式刚架轻型钢结构仓库设计 2007

介绍了某大跨度门式刚架轻型钢结构仓库的结构设计过程，为大跨度门式刚架结构的设计及应用提供借鉴。同时针对大跨度门式刚架结构的设计特点，提出了一些建议。结构分析采用3D3S空间钢结构系统软件，设计方法可供同类工程参考。

2.期刊论文 李志勇.戴建琪 探讨在厂房中门式刚架轻型钢结构的设计思路 -四川建材2009,35(6)

本文结合自己多年来的设计经验,总结了轻型钢结构厂房的设计要点、思路和步骤,介绍了门式刚架柱网尺寸选择及结构体系布置、荷载取值、结构和构件设计、材质选择、柱间支撑、檩条、墙梁、拉条等设计要点,也提出了一些在设计中应注意的问题和建议,供同行参考.

3.学位论文 马恩成 轻型钢结构门式刚架CAD系统的研究开发 1999

该文阐述了轻型钢结构门式刚架CAD系统的研究与开发过程.首先,论述了变截面门式刚架的计算.用数值积分法建立了变截面杆的单元刚度矩阵和单元固端力列向量;提出了计算变截面门式刚架柱平面内计算长度系数的普遍公式;论述了高强度螺栓端板连接点的计算以及考虑柱轴向力为拉力时柱脚的设计.其次,论述了门式刚架CAD系统的开发过程.结合系统特点,论述了系统的设计目标,设计思路、数据和数据结构的建立方法;根据各模块的功能特点,在功能定义时使高度的自动设计和人工干预有所侧重,实现了二者的有机;提出了各模块程序的实现方法,给出各模块的部分程序流程图;好系统的功能特点,操作方法.最后,用实例验证了系统输出的的各种信息的正确性.

4.会议论文 陈兰 强风作用下门式刚架轻型钢结构破坏原因分析 2005

对强风作用下门式刚架轻型钢结构破坏的特点和原因进行了分析，为加强门式刚架的抗风能力和改善结构的安全性，提出了在设计和施工环节上的几点建议，供设计人员参考。

5.期刊论文 刘艳利.张成祥 浅析轻型钢结构门式刚架用钢量 -科技信息2008(19)

本文结合工程实际设计经验,通过计算和分析单层门式刚架轻型钢结构厂房的结构形式,总结了在不同设计条件下,多种柱距和跨度下的含钢量

(kg/m2).并提出了较经济合理的柱网尺寸(柱距、跨度等),以及在已定的外界条件(柱网尺寸,荷载大小,檐口高度等)下,单独进行截面优化的理论方法,供设计和建设单位参考.

6.期刊论文 李永国.Li Yongguo 轻型钢结构门式刚架设计探讨 -钢结构2005,20(1)

对轻型钢结构门式刚架设计中常遇的一些问题进行了探讨,供设计人员参考.

7.期刊论文 戴素娟.李海娟 门式刚架轻型钢结构中支撑优化设计探讨 -山西建筑2010,36(15)

重点介绍了门式刚架轻型钢结构支撑系统中考虑纵向系杆的传力作用的屋盖横向支撑的设计原理,通过实例设计了不同形式的支撑,并针对各种形式的柱间支撑分析了其受力情况和经济性,为门式刚架轻钢结构支撑的设计积累了经验.

8.期刊论文 王元清.王春光.Wang Yuanqing.Wang Chunguang 门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究 -工业建筑1999,29(6)

工业厂房设计中柱网布置往往采用模数化柱距,而对门式刚架轻型钢结构工业厂房来说,不合理的模数柱距会使用钢量指标过大.根据笔者从事的几个实际工程,对轻型钢结构工业厂房的最优柱距问题从设计用钢量的角度作了较详细的研究讨论.

9.会议论文 王元清.王春光.袁英战 门式刚架轻型钢结构工业厂房结构设计与研究 1999

工业厂房设计中柱网布置往往采用模数化柱距，而对门式刚架轻型钢结构工业厂房来说，不合理的模数柱距会使用钢量指标过大。该文主要介绍了笔者从事的几个实际工程的设计中遇到的一些问题及解决办法，对轻型钢结构工业厂房的最柱距问题从设计用钢量的角度作了较详细的讨论，并提出了关键基础设计中的基础形式选择和构造措施的一些原则。

10.期刊论文 尹压西 门式刚架轻型钢结构发展状况 -大科技·科技天地2010(11)

门式刚架轻型钢结构房屋是一种常见结构形式,适用于大跨度、易于组合、离烈度地震区的建筑.它具有用钢量少、结构自重轻、施工速度快、综合经济效益高的优点.

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lykjqb200902024.aspx

授权使用：河北科技大学(hbkjdx)，授权号：56ef0aa8-ba35-4a9e-8d98-9ea2009f878d

下载时间：2011年3月10日