单层门式刚架轻型钢结构设计浅谈

　

[提要]门式刚架轻型结构体系是近年来在钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构形式。介

绍门式刚架轻型结构体系存在的问题

;论述屋面荷载、山墙结构体系、柱脚设计的设计特点。 

　　

[关键词]门式刚架荷载山墙柱脚 

　　

 

　　一、前言

 

　　

 

　　门式刚架轻型结构体系是用等截面或变截面的

H 型钢作为梁柱,以冷弯薄壁型钢作为檩

条、墙梁

,以彩钢板作为屋面板及墙板,现场用螺栓或焊接拼接的门式刚架为主要承重结构,再

配以零件、扣件、门窗等形成的比较完善的建筑体系。这种体系可以在工厂批量生产

,现场按

要求拼装而成。能有效地利用材料

,构件尺寸小,自重轻,抗震性能好,安装方便,施工周期短,能

够形成大空间、大跨度

,具有外表美观,适应性强,造价低,易维护等特点。 

　　

 

　　二、门式刚架轻型结构体系存在的问题

 

　　

 

　　尽管门式刚架轻型结构体系具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点

,但是由

于我国在该方面起步较晚

,在设计水平等方面与西方发达国家相比都有着较大的差距,符合我

国规范的相应的构造措施研究不够

,如节点的连接、支撑的布置、结构变形的限制与控制等。

因此

,采用恰当的简便易行的优化设计方法,编制相应的结构设计软件,降低我国的门式刚架

生产成本

,是当前研究的主要课题。 

　　我国在结构领域广泛应用的热轧

H 型和 T 型钢的生产方面落后于国外。冷弯薄壁型钢

和压型钢板的防腐涂层材料及工艺方面更为明显。在耐候钢的开发方面

,国内产品成本高,且

在具备同等耐候能力的焊材和焊接工艺

,国外的焊接工字钢生产上已普遍采用单面焊接工艺,

国内仍以双面焊为主

,这对于腹板较薄的构件将很困难。 

　　

 

　　三、轻钢门式刚架山墙结构体系

 

　　

 

　　轻型钢结构中的山墙结构体系除承受山墙端部的屋面竖向荷载外

,同时还承受山墙横向

和纵墙端部的水平风荷载及地震荷载。一般采用如下图

1 和图 2 两种形式:刚架端墙体系和

构架端墙体系。前者是由中间标准跨相同的刚架、抗风柱和墙梁组成

,简称刚架体系;后者的组

成包括端斜梁、支承端斜梁的构架柱

(如柱脚铰接,则包含山墙墙面支撑系统)及墙梁,简称构

架体系。以上两种体系各有特点

,但在实际工程中以刚架体系居多。 

　　刚架体系有两部分组成

:一是刚架,其截面与中间标准刚架相同,承受端部屋面竖向荷载、

山墙端部的水平荷载、纵墙端部的水平荷载及地震荷载

;二是山墙抗风系统,承受山墙风载,根

据抗风柱布置位置的不同

,一般包含抗风柱和墙梁等构件。刚架体系中刚架的受载面积一般

为标准跨的一半。抗风柱两端铰接

,一般通过构造释放上端竖向约束,不传递刚架梁上的竖向

荷载

,主要承受风载和墙板自重,但水平风荷载的作用远大于墙板自重,因此抗风柱按受弯构

件设计

,其计算模型如图 3 所示。 

　　构架体系的竖向承重系统和山墙抗风系统由构架柱、屋面斜梁和墙梁构成

,若构架柱柱

脚为铰接时则应包含支撑系统和刚性系杆。构架柱上端与山墙斜梁铰接

,承受端部屋面竖向

荷载、山墙和纵墙端部的水平荷载或地震荷载

,为压弯构件,构架柱的计算模型如图 4 所示。 

　　墙梁承受风荷载和墙板自重产生的竖向荷载

,属双向受弯构件。刚架体系构造上的特点,

使其具有设计制作简单、施工方便、便于支撑体系和吊车梁的布置等优点。这主要是由于端墙