第三章 门式刚架轻钢结构设计
§3.1设计一般规定
一、结构形式
1.门式刚架分为单跨、双跨、多跨（刚架以及带挑檐的和带毗屋的刚架形式。多跨刚架中间柱与刚架斜梁的连接，可采用铰接（俗称摇摆柱）。多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖，必要时也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。
2.在门式刚架轻型房屋钢结构中，屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可用张紧的圆钢。
3.根据跨度、高度和荷载的不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。
4. 门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8～1/20，在雨水较多的地区可取其中较大值。
5.外墙除采用以压型钢板作维护面的轻质墙体外，上可采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的墙。
二、.建筑尺寸
1.门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离，宜为9~36m，以3m为模数，必要时也可采用非模数跨度。边柱的截面高度不相等时其外侧应对齐。
2.门式刚架的高度，应根据使用要求的室内净高确定，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点之间的高度。无吊车房屋门式钢架高度宜取4.5~9m；有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定，一般宜为9~12m。
3.门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m。门式刚架跨度较小时可用4.5m。
4.门式刚架的高、宽、长
⑴门式刚架轻型房屋的檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。 ⑵门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度。
⑶门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
⑷门式刚架轻型房屋的长度，应取房屋两端山墙墙梁外皮之间的距离。
5.柱的轴线可取通过柱下端（截面小端）截面中心的竖向轴线；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、结构布置 1.平面布置 ⑴温度区段长度
门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距）应符合下列规定：纵向温度区段不大于300m，横向温度区段不大于150m。当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。
⑵当需要设置温度缝（伸缩缝）时。可采用两种作法： ①习惯上采用双柱较多。
②在檩条端部的螺栓连接处在纵向采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩或设置双柱。吊车
梁与柱的连接处也沿纵向采用长圆孔。
⑶在多跨刚架局部抽掉中柱或边柱处，可布置托梁或托架。
⑷屋面檩条的形式和布置，应考虑天窗、通风口、采光带、屋面材料和檩条供货等因素的影响；屋面压型钢板的板型与檩条间距和屋面荷载有关。
⑸山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及支撑组成的山墙墙架或采用门式刚架。 2.墙架布置
⑴门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐等构件和维护材料的要求。 ⑵门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板作维护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格确定。
⑶门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢墙板或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。
3.支撑布置
(1)在每个温度区段(纵向温度区段长度不大于300m)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体系。
(2)在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向水平支撑，以组成几何不变的支撑体系。 (3)端部支撑宜设在温度区间端部的第二个开间，在第一开间的相应位置宜设置刚性水平系杆。 (4)柱间支撑的间距应根据安装条件确定，无吊车时宜取30m～45m，当有吊车时宜设在温度区段的中部，且间距不应大于60m，否则需加设。
⑸在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。
⑹门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30°～60°范围内。当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。
§3.2荷载
荷载应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，《钢结构设计规范》GB50017-2003，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102∶2002，《钢结构设计手册》采用。
一、屋面荷载
1.作用在屋面结构上的荷载有：
⑴永久荷载 包括屋面、屋架和天窗架等结构重量，以及作用于屋架节点上的设备，管道自重等。 ⑵可变荷载 包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载等。 ⑶偶然荷载 其他意外事故产生的荷载。 2.屋面均布活荷载 ⑴不上人屋面
屋面均布活荷载标准值（按水平投影面积计算）一般为0.5KN/m2，（不与雪荷载同时考虑），而在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102∶2002中补充定义了对支承轻型屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），受荷水平投影面积超过60m2时，屋面竖向均布活荷载标准值应取不小于0.3 KN/m2。
⑵上人屋面
按使用要求确定，但不得小于2.0KN/m2。 3.施工或检修荷载
设计屋面板和檩条时应考虑施工或检修集中荷载，其标准值取1.0 KN。当施工荷载有可能超过上述荷载时，应按实际情况采用，或加腋梁、支撑等临时设施承受。
4.雪荷载、积灰荷载
雪荷载和积灰荷载的标准值按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定采用外，并对屋面和檩条
应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内以及高低跨相接处的荷载增大系数。
二、吊车荷载 1.吊车竖向荷载
吊车竖向荷载应根据最不利的情况来确定，即当吊车主起吊的重量达到最大，而且小车位于桥架一端的极限位置时，在靠近小车的一端轮压为Pmax，而另一端的轮压为Pmin，此二者同时产生。
作用于柱上的吊车竖向荷载标准值，应按下式计算：
R??Piyi
式中Pi--吊车的最大轮压Pmax或最小轮压Pmin
yi--对柱子的反力影响线（图3-1）
图3-1 吊车竖向荷载与反力影响线
计算吊车的竖向荷载时，不考虑动力系数。
计算吊车竖向荷载时，应按实际使用的吊车台数来确定。但每跨同一层紧靠工作的吊车数量，一般不多于两台，多跨框架的吊车数量，一般不多于四台；对设有双层或多层的框架，要考虑上层吊车满载而下层吊车不存在，或下层吊车满载而上层吊车为空载并且处于最不利的位置(空载的轮压值可近似地取最小轮压Pmin值)。
多台吊车的竖向荷载标准值应乘以下列折减系数： 轻、中级工作制吊车：
当两台吊车组合时， 0.9， 当四台吊车组合时， 0.8， 重级工作制吊车：
当两台吊车组合时， 0.95； 当四台吊车组合时， 0.85。
吊车竖向荷载是由吊车梁底部支承面上传入柱内， 由于吊车轨道中心线与下段柱截面重心线间有偏心距，故需要计算加于变截面处的弯矩。
2.吊车横向荷载
每个吊车轮的横向水平荷载应按下式计算；
T??Q?g?10(KN) n式中 Q——吊车起重量（t）； ； g——小车重量（t）
n——吊车的全部轮数；
?——系数，按下列情况采用： 对软钩吊车：
当Q≤10t时， ??0.12 当Q=16～50t时， ??0.10 当Q≥75t时， ??0.08 对硬钩吊车： ??0.20
吊车横向水平荷载同时作用于跨间的两边轨道上，并应考虑正反两个方向都有可能发生。计算两边柱上所作用的横向水平荷载标准值，与求竖向荷载标准值时的位置相同。
汁算吊车横向水平荷载时，不论单跨或多跨厂房的框架最多考虑两台。考虑两台同时制动的吊车横向水平荷载标准值，应乘以下列折减系数：
轻、中级工作制吊车 0.9； 重级工作制吊车 0.95。
三、风荷载
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值wk(/KNm)按下述公式计算：
2wk??z?s?zw0
式中： w0——基本风压(KNm)；
2?z——高度z处的风振系数； ?s——风荷载体型系数；
?z——风压高度变化系数。
四、地震作用
按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定采用。如需计算刚架地震作用一般采用底部剪力法。
§3.3内力分析
刚架的横向计算一般取单榀刚架按平面计算方法进行，采用弹性设计方法。多跨刚架在各种荷载作用下的内力计算可采用计算机（结构力学的电算程序或其他专用程序）计算或手算方法，但手算方法计算量较大，一般可用Matlab或C语言编制计算程序，再用结构力学电算校核。
§3.4荷载效应组合
一、荷载效应组合原则
⑴屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，设计时取两者较大值； ⑵积灰荷载与屋面活荷载或雪荷载两者中较大者同时考虑； ⑶施工或检修集中荷载只与屋面材料及檩条自重荷载同时考虑；
⑷风荷载不与地震作用同时考虑。 二、内力组合 1.内力组合原则
⑴任何情况下均应考虑永久荷载，除永久荷载以外的其它荷载，应根据最不利组合的原则取。
⑵当参与组合的可变荷载有两个或两个以上，且其中包括风荷载时，除永久荷载以外，所有可变荷载应乘以组合折减系数0.9。
⑶当参与组合的可变荷载仅为风荷载时，永久荷载和风荷载均不乘组合折减系数。 ⑷当参与组合的可变荷载无风荷载时，永久荷载和其它可变荷载均不乘组合折减系数。 2.计算控制截面的内力组合时一般应计算以下四种组合：
①?Mmax与相应的N、V组合； ②?Mmax与相应的N、V组合； ③Nmax情况下+M及相应V；
④Nmax情况下-M（最大负弯矩）及相应V；
进行上述计算时均应考虑风荷载、吊车水平荷载、地震作用正向或反向作用及最大、最小吊车轮压可分别作用在左柱或右柱的最不利组合。最不利内力组合应按梁、柱控制截面分别进行，一般可选柱底、柱顶、柱阶形变截面处及梁端、梁跨中等截面进行组合和截面的验算。
§3.5截面验算
一、刚架横梁的截面验算
实腹式横梁在平面内和平面外均应按压弯构件计算强度和稳定，平面外计算长度取侧向支承点间的距离。当实腹式横梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘的两侧布置隅撑。
1.强度验算：
MxN??fAn?xWnx
2.平面内稳定验算：
???mxMxN??f ?xA?W(1?0.8N)x1x＇NEXN?M??txx?f ?yA?bW1x3.平面外稳定验算：
??4.局部稳定： 翼缘：
b1235?13 tfyh0235??16?0?0.5?.?25? twfyh0235??48?0?0.5?.?26.2? twfy 腹板： 当0??0?1.6时，
当1.6＜?0?2.0时，