轻型房屋钢结构体系轻型房屋钢结构体系 在传统观念中，一般指由圆钢、小角钢在传统观念中，一般指由圆钢、小角钢（454及及56364以下）组成的小型或小跨以下）组成的小型或小跨度屋架、钢架结构，采用砖墙、混凝土墙板和屋度屋架、钢架结构，采用砖墙、混凝土墙板和屋面板，多用于小型厂房、仓库或临时建筑。面板，多用于小型厂房、仓库或临时建筑。随着随着冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢和和彩色压型钢板彩色压型钢板等新型围等新型围护结构和材料的出现，其概念已发生根本性变革，护结构和材料的出现，其概念已发生根本性变革，与传统钢结构相比，其与传统钢结构相比，其“轻轻”主要体现在主要体现在:采用轻质围护结构，大大减轻恒载，整体结采用轻质围护结构，大大减轻恒载，整体结构自重轻；构自重轻；采用标准化、自动化生产构件，现场装配，采用标准化、自动化生产构件，现场装配，施工进度快；施工进度快；广泛用于大中小跨度、工业与民用建筑，空广泛用于大中小跨度、工业与民用建筑，空间布置灵活，建筑造型轻；间布置灵活，建筑造型轻；可回收，符合环保及可持续发展原则。可回收，符合环保及可持续发展原则。压型彩色钢板（压型彩色钢板（压型彩色钢板（压型彩色钢板（板壁厚板壁厚板壁厚板壁厚0.40.40.40.41.5mm1.5mm1.5mm1.5mm）冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢（壁厚（壁厚（壁厚（壁厚1.51.51.51.55mm5mm5mm5mm）12 门式刚架结构门式刚架结构12.1 概述概述 轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：以下技术特征： 结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。 门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。为制作、运输、安装提供了有利条件。 屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/51/51/10(201/10(2050kg/m50kg/m2 2) )，是一种经济可靠的结构形式。，是一种经济可靠的结构形式。山墙抗风柱山墙抗风柱吊车梁吊车梁天窗架天窗架轻钢结构工业厂房轻钢结构工业厂房 正在建设中的多层轻钢结构厂房正在建设中的多层轻钢结构厂房屋面板采用压型钢板，波浪造型屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构。屋面梁轻盈、活泼，的轻钢结构。屋面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板的缺点。造型呆板的缺点。压型钢板外墙板压型钢板外墙板n主要承重骨架主要承重骨架门式刚架门式刚架 n檩条、墙梁檩条、墙梁冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 n屋面、墙面屋面、墙面压型金属板、彩钢夹芯板压型金属板、彩钢夹芯板 n屋面及墙面保温芯材屋面及墙面保温芯材聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨 酯泡沫塑料、岩棉等酯泡沫塑料、岩棉等 n支撑支撑屋面支撑、柱间支撑屋面支撑、柱间支撑 一、门式刚架结构的组成一、门式刚架结构的组成 单层轻型钢结构房屋的组成单层轻型钢结构房屋的组成二、二、门式刚架结构的特点门式刚架结构的特点 n重量轻重量轻(20(2050kg/m50kg/m2 2) ) n工业化程度高、施工工业化程度高、施工周期短周期短 n柱网布置灵活柱网布置灵活 n综合经济效益高综合经济效益高 门式刚架结构性能：门式刚架结构性能： 1.1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，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。同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。2.2.门式刚架的梁、柱多采门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可以节用变截面杆件，可以节省材料。省材料。 3.3.组成构件的杆件较薄，组成构件的杆件较薄，对制作、运输、安装的对制作、运输、安装的要求高。要求高。 4.4.构件的抗弯刚度、抗扭构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。体刚度也比较柔。 三、门式刚架结构的应用情况三、门式刚架结构的应用情况 1.1.我国门式刚架设计标准：我国门式刚架设计标准：门式刚架轻型房屋门式刚架轻型房屋钢结构技术规程钢结构技术规程(CECS102:2002) (CECS102:2002) 2.2.应用范围：应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。 3.3.应用规模应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结国内每年有一千万平方米的轻钢结构建筑物竣工。构建筑物竣工。中国工程建设中国工程建设标准化协会标准化协会(1)(1)屋面荷载较小，横向跨度为屋面荷载较小，横向跨度为9 924m24m，柱高为，柱高为4.54.59m9m。 (2)(2)没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。 (3)(3)当厂房横向跨度不超过当厂房横向跨度不超过15m15m，柱高不超过，柱高不超过6m6m时，时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于向跨度大于15m15m，柱高超过，柱高超过6m6m时，宜采用变截面时，宜采用变截面刚架形式。刚架形式。四、四、门式刚架的适用范围及截面形式门式刚架的适用范围及截面形式柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。形附合较好，受力合理、节省材料。 变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。截面方便。 门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。五、变截面刚架与等截面刚架的对比五、变截面刚架与等截面刚架的对比: : 六、柱脚形式六、柱脚形式: : 刚接柱脚详图刚接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架刚接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁 铰接柱脚详图铰接柱脚详图 铰接柱脚门式刚架铰接柱脚门式刚架变截面梁、柱变截面梁、柱 根据支座的构造，刚架分铰接与固接接两种，根据支座的构造，刚架分铰接与固接接两种，铰接时横梁弯矩较大，因此梁的截面应大些，柱一铰接时横梁弯矩较大，因此梁的截面应大些，柱一般做成变截面，基础较小。固接时刚架横梁截面较般做成变截面，基础较小。固接时刚架横梁截面较小，柱为不变截面，而基础较大。小，柱为不变截面，而基础较大。 选择支座是铰接还是固接，这不仅是经济上选择支座是铰接还是固接，这不仅是经济上的考虑，而且土壤条件更是一个重要的因素。当的考虑，而且土壤条件更是一个重要的因素。当土壤的压缩性为可疑或不可靠时，铰接支座比固土壤的压缩性为可疑或不可靠时，铰接支座比固接好，因为支座有任何位移时，对固接刚架内力接好，因为支座有任何位移时，对固接刚架内力的影响比铰接刚架的影响大得多，铰接刚架柱截的影响比铰接刚架的影响大得多，铰接刚架柱截面向上逐渐增大，目的是与弯矩的变化相适应。面向上逐渐增大，目的是与弯矩的变化相适应。加劲板加劲板地脚螺栓地脚螺栓 刚接柱脚工程实例刚接柱脚工程实例浇入素混凝土浇入素混凝土保护地脚锚栓保护地脚锚栓变截面变截面 刚架梁刚架梁 等截面等截面刚架柱刚架柱 12.2 12.2 刚架的受力特点刚架的受力特点无铰刚架：无铰刚架：柱脚与基础固接，三次超静定结构，刚柱脚与基础固接，三次超静定结构，刚度好，内力分布均匀。度好，内力分布均匀。柱底有弯矩，对地基与基础柱底有弯矩，对地基与基础要求高。地基的不均匀沉降会产生附加内力。要求高。地基的不均匀沉降会产生附加内力。两铰刚架：两铰刚架：柱脚与基础铰接，结构内力大于无铰刚柱脚与基础铰接，结构内力大于无铰刚架。架。但基础不承受弯矩，设计、施工简单。但柱脚但基础不承受弯矩，设计、施工简单。但柱脚不均匀沉降会产生附加内力。不均匀沉降会产生附加内力。三铰刚架：三铰刚架：柱脚、屋脊处均为铰接，为静定结构。柱脚、屋脊处均为铰接，为静定结构。刚度较差，结构内力大。刚度较差，结构内力大。变形及不均匀沉降均不会变形及不均匀沉降均不会产生附加内力。适用于小跨度和基础性能较差的工产生附加内力。适用于小跨度和基础性能较差的工程建筑。程建筑。 无铰刚架是超静定结构。结构刚度较大，但地基无铰刚架是超静定结构。结构刚度较大，但地基有不均匀沉降时，特使结构产生附加内力。三铰刚架有不均匀沉降时，特使结构产生附加内力。三铰刚架是静定结构，地基有不均匀沉降时，对结构不会引起是静定结构，地基有不均匀沉降时，对结构不会引起附加内力，但跨度大时，半榀三铰刚架的悬臂吊装内附加内力，但跨度大时，半榀三铰刚架的悬臂吊装内力也不少，而且三铰刚架的刚度也较差，故三铰刚架力也不少，而且三铰刚架的刚度也较差，故三铰刚架一般多用于小跨度一般多用于小跨度(12(12米米) )和地基较差的情况。和地基较差的情况。 12.3 12.3 门式刚架结构布置门式刚架结构布置一、门式刚架的各种结构形式一、门式刚架的各种结构形式 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。按截面形式数可分为单坡、双坡、多坡屋面。按截面形式分，有等截面与变截面。分，有等截面与变截面。 结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素及建筑尺寸等因素单跨单坡单跨单坡单跨双坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）多跨（中间摇摆柱）高底跨高底跨双坡双跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）多跨（梁柱刚结）四坡双跨四坡双跨摇摆柱摇摆柱高低跨单坡高低跨单坡门式刚架的横梁与柱为刚接，柱脚与基础宜采门式刚架的横梁与柱为刚接，柱脚与基础宜采用铰接；当水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要用铰接；当水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高或有中重级工作制吊车时，柱脚与基础可采求较高或有中重级工作制吊车时，柱脚与基础可采用刚接。用刚接。变截面与等截面相比，前者可适应弯矩变化，变截面与等截面相比，前者可适应弯矩变化，节约材料，但在构造连接及加工制造方面，不如等节约材料，但在构造连接及加工制造方面，不如等截面方便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计截面方便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计成变截面。成变截面。二、门式刚架的结构布置二、门式刚架的结构布置1.1.刚架的建筑尺寸和布置刚架的建筑尺寸和布置 跨度：跨度：一般为一般为9 924m24m 高度：高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取4.54.59m9m 柱距柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取等因素，宜取6m6m、7.5m7.5m、或、或9m9m，最大，最大12m12m 挑檐长度挑檐长度：根据使用要求确定，宜为根据使用要求确定，宜为0.50.51.2m1.2m 温度分区：温度分区：纵向温度区段纵向温度区段=300m =300m 横向温度区段横向温度区段=150m=150m 门式刚架的柱高与跨度的比例（门式刚架的柱高与跨度的比例（高跨比高跨比H/L）是选型的主要参数。从结构观点看，由于柱高的减是选型的主要参数。从结构观点看，由于柱高的减少将使推力增大，因而对三铰门架来说，最好的形少将使推力增大，因而对三铰门架来说，最好的形式是高度大于跨度。但对两铰门架来说，由于跨中式是高度大于跨度。但对两铰门架来说，由于跨中弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为合理的了。弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为合理的了。 总的来说，总的来说，高跨比高跨比H/L0.750.75是比较合理的。是比较合理的。 2. 2.檩条和墙梁的布置檩条和墙梁的布置 檩条：檩条：一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋一般应等间距布置，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脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道 。屋面屋面檩檩条布置实例条布置实例 墙梁墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。 门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面层时，墙梁宜布置在刚用压型钢板作围护面层时，墙梁宜布置在刚架的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。架的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。 3 .3 .支撑和刚性系杆的布置原则：支撑和刚性系杆的布置原则： 在每个温度区段或分期建设的区段中，应在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。体系。 在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。横向支撑，以构成几何不变体系。 屋面端部支撑宜设在温度区段端部的第一屋面端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。况和安装条件确定。l当无吊车时宜取当无吊车时宜取303045m45m；l当有吊车宜设在温度区段中部；当有吊车宜设在温度区段中部；l当温度区段较长时宜设在三分点处，间距常取当温度区段较长时宜设在三分点处，间距常取40m40m60m60m，且不宜大于，且不宜大于60m60m；l当建筑物宽度大于当建筑物宽度大于60m60m时，在内柱列宜适当增时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；加柱间支撑；l房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。l端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间。二柱间。l当房屋内设有不小于当房屋内设有不小于5t5t的吊车时，柱间支撑的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，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。应设置纵向刚架。 刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱顶和屋脊）宜沿房屋全长设置跨房屋某些中间柱顶和屋脊）宜沿房屋全长设置刚性系杆。刚性系杆。 刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足压弯杆件的刚度和承载力要求，若刚度或承载力压弯杆件的刚度和承载力要求，若刚度或承载力不足、可在刚架斜梁间设置钢管、不足、可在刚架斜梁间设置钢管、H H型钢或其他型钢或其他截面形式的杆件。截面形式的杆件。