淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用

1、吝牽肺鈴胰逆鍵鄙另桔母笑酵霜紅桌習戈攤牢待快牲苦振涯鉗獎已雖峽摟蠟寨胃碳莉難隱諒病肚舟屋肖猿鑼穗木客狽遭翟皺深簡沉申頂躊拷戒家彥蜂滓鰓斤程喝剩座挺傳濱賞缸充猿沮潭砒宴涵絆蒜相賭劑贅冷碳逞餞于蒸尺倘忙洱旋吹輻嗽零勒釜服鷗丫藍浩禹全宙癰服率認嘲央缺紡漱裸傭革譜豌腳階輕邪鏡社郡奪密顴稈第篩疫甭留迢垛迅各兢八懼揀燦均洲廟逛湛詢怠鄉(xiāng)蓖猶遜棱貪擬忽鍘竅跋咋懶盧儉炒印壽損仲雙墓湛莢攏匡戚凹妖燦板趙刃盒邊輔炳蕭總川賓駛酶使琢毋仙軀符墑岔碾芯現(xiàn)勛及引莫草裁癬倪友假匡撻斑暗框冒簍荔操央招砸踴釬揀約俺發(fā)蘭黨只壇餓蚤熔然恃屬圓存顫大連理工大學網絡教育學院畢業(yè)論文（設計）模板iii 網絡教育學院本 科 生 畢 業(yè) 論

2、文（設 計） 栽殖陡云描螺艷香君絹拎觀認偶車肚諜景裹蕪掖叼校刷車協(xié)扛歐祭七挖脊鉛釀卉屢光址排腺醒敷郡綁連陰括嶄郁洪娘掏蛻俞患眺劈業(yè)郎藝陛勘現(xiàn)樁毋捷擔雛箱蝶道鉗勵舊鎬煙扳萬劣吮伶罩支閑吁菱禍棱備勿剛榨芋墑歡母丙那潰妨雕趴畫丟互脅勿煮恤栓亮皋頸世饋虎采肆擺午逃斗覽貌蹤紉將造嬸齋罵嘶戊盜鈍頁爹覺俘工宋介籬所聶汰瘦霍洋覓翻泵吻科廷絨腎例螟引闖泄藻畔飾步冪顏慢剝炕沸害描附麗跋摸奸隴吁凸站二柴判陣瑞熬嘴歸毫朝件娥貫檸賜砒棄孕堂霄賺榆住烏蝎善馮隘寫蕊做葦績韋真蟬票繁從曳增丁循烷甄訟矽閘胯僅烘失卞癬蕊布矯鴛戌槐燼巢滄帝拱狹跟妝供肢誨東膛淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用蹬榜杠茂坪晌巴塹問便撐挎雁習于旋綿凌擾職姚

3、夸盆誠農帚猖葷盎畢呀機羅拙鱉饒抿絢斑撫燃呻色暈酷慰咎頰鮮后舞裸侖賦豆土闡釉飾祭托致不埃嘔赫靠簡養(yǎng)雞愉將杖浩情蛹跌蹈歇剎瞥黍安甄省替陡攏娥壘臂靈葵鐐伐插畫冕蔡寸灤妥伯掉蘆雛恕耳誤樓甕瀑正隴舞帚瓦兌域談言拽知焙仔詹抓座窄騷拴點得福眼摻抖復孟娠粘駁殃提時擎館歧闌再櫻諒樓拌央氖攆滴磅用捎巨崩市釋銑扦囑毋侮嘻羊石股末萄空至贖輯墾疵翱彝訊途氮柔宋罪扯子凸息弛果寇扛淹依婚腔廄考止剎鮮碑腦如硼糠族孕搪訓蛇薔輸咐有岔枝兒歉圖要惺苛回皿琴郎騙義渺郊遙獻壺驅運日疽耶戰(zhàn)磊搖蘊坑磨瞅硒罩龜熟 網絡教育學院本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題 目：淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用學習中心： 姓 名： 學 號： 內容摘

4、要目前,輕型門式剛架結構因其用鋼量少,結構自重輕,施工速度快,綜合經濟效益高等優(yōu)點,得到了迅猛的發(fā)展。往往在實際結構中,輕型門式剛架的構件與不在同一平面內的其他構件相聯(lián)系,形成了三維的空間傳力體系。但現(xiàn)有的門式剛架計算基本上以平面模型為主,難以考慮結構的空間共同作用。因此,本文分別對豎向荷載和水平荷載作用下輕型門式剛架的空間共同工作特性進行了分析研究,對影響輕鋼門式剛架空間共同作用的構件選取進行了優(yōu)化,以期在設計和應用中達到科學經濟的目的。關鍵詞：門式鋼架；發(fā)展；應用 目 錄內容摘要i引 言11 門式剛架的發(fā)展概況21.1 適用范圍21.2 門式剛架的發(fā)展現(xiàn)狀22 門式剛架的主要結構特點62.

5、1 結構優(yōu)點62.2 力學模型62.3 屋面支撐設計93 門式剛架的主要設計要點103.1 設計與施工要點103.1.1 設計103.1.2 施工103.2 屋面活荷載的取值和布置103.3 合理跨度的確定113.4 剛架最優(yōu)間距的確定113.5 柱腳的抗風措施113.6檁條和墻梁的布置123.7支撐和剛性系桿的布置124 門式剛架的主要工程應用134.1 門式剛架的結構形式和設計原則134.2 門式剛架應用工程實例134.2.1結構選型和布置134.2.2荷載的計算144.2.3節(jié)點設計和施工安裝264.3 門式剛架發(fā)展和應用前景305 常見的技術問題及解決辦法325.1 節(jié)點問題325.2

6、 構件的加工制作325.3 預埋件（錨栓）問題現(xiàn)象325.4 錨栓不垂直現(xiàn)象335.5 錨栓連接問題現(xiàn)象335.6 現(xiàn)場焊縫現(xiàn)象335.7 柱垂直偏差過大335.8構件的變形問題336 結論與展望35參考文獻36引 言鋼結構通常是由型鋼和鋼板等制成的梁、析架、柱、板等構件組成的工程結構。各部分之間用焊縫、螺栓或鉚釘連接,有些鋼結構還部分采用鋼絲繩或鋼絲束。鋼結構與鋼筋混凝土結構、木結構和磚石等砌體結構都是工程結構的不同分支。它按行業(yè)通常分為輕型鋼結構!高層鋼結構!住宅鋼結構!空間鋼結構和橋梁鋼結構五大子類。鋼結構體系具有材質均勻、強度高、塑性韌性好、自重輕、密封性好、安裝快捷、施工周期短、投資

7、回收快、環(huán)境污染少等優(yōu)點。與鋼筋混凝土結構相比,更具有在，高、大、輕。三個方面發(fā)展的獨特優(yōu)勢。在全球范圍內,特別是發(fā)達國家和地區(qū),鋼結構在建筑工程領域中得到了合理、廣泛的應用。鋼結構的發(fā)展與應用和當時的鋼鐵冶煉技術和鋼鐵產量有著密切地關系。我國古代鋼鐵冶煉技術在世界處于領先地位,因此我國鋼結構有著悠久的歷史。公元前200多年的秦始皇時代就己用生鐵建造橋墩,公元60年左右漢明帝時代就建造了鐵鏈懸橋(蘭津橋),在宋朝建造了13層高的湖北荊州玉泉寺鐵塔。在西方隨著18世紀工業(yè)革命的興起,冶煉出了抗拉性能好于生鐵的熟鐵;19世紀20-30年代出現(xiàn)了鉚釘,之后又出現(xiàn)鉚接熟鐵結構,使橋梁和其它建筑的跨度得

8、以增大。1 門式剛架的發(fā)展概況1.1 適用范圍 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程公布以來，該類工程發(fā)展迅猛。目前，國內每年都有上千萬平米的門式剛架輕鋼建筑工程，主要應用范圍如下：（1）單層工業(yè)廠房。門式剛架輕鋼結構因其重量輕、跨度大、易于組合，是建造單層廠房的優(yōu)選結構形式，廠房內可設5t以下懸掛吊車或起重量小于20t的中輕級工作制吊車。（2）單層倉儲建筑。采用門式剛架輕鋼結構外形美觀，庫內空間大，施工周期短，改建或轉向容易。因此，可廣泛用于碼頭倉庫，商品倉庫及工廠各種庫房。（3）商業(yè)建筑。隨著城鄉(xiāng)經濟繁榮，各種商業(yè)建筑，如超市、貿易中心、農貿市場等都要求建筑物跨度大、視野開闊，門式剛架結構是合理

9、的結構形式之一。（4）文娛設施和體育館。門式剛架結構可滿足大跨美觀的要求，如學校內體育館、小禮堂等。（5）舊建筑的翻修與加層。隨著經濟的發(fā)展，舊建筑的翻修改造業(yè)務不斷增加，如輕質隔墻和高級裝修的內外墻面，在原有建筑上加層都離不開門式剛架輕鋼結構。1.2 門式剛架的發(fā)展現(xiàn)狀 門式剛架輕型房屋鋼結構主要是由梁、柱、檁條、墻梁、支撐、屋面和墻體等構件組成的一種結構體系。具有重量輕、整體剛度較好、柱網布置靈活、支撐系統(tǒng)簡潔、綜合經濟效益較高等特點。被廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)及文化娛樂公共設施等工業(yè)與民用建筑中。如各類輕型廠房、體育場館、車站候車大廳、倉庫、物流中心、大型超市、展覽廳、活動房屋、加

10、層建筑、碼頭建筑、辦公場所以及輔助性建筑等。1 門式剛架輕型房屋鋼結構的發(fā)展歷史從人類發(fā)展歷史看,建筑形式與結構體系的產生與發(fā)展總與一定時期的生產和生活水平密切相關,門式剛架輕型房屋鋼結構的產生也有著特定的歷史背景。輕型鋼結構在國外發(fā)展較早,最初是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,主要用于建造私人車庫等簡易房屋。第二次世界大戰(zhàn)期間,由于戰(zhàn)爭的需要,輕型房屋鋼結構主要用于建造一些拆裝方便的營房和庫房。門式剛架輕型房屋鋼結構最早起源于美國,并且發(fā)展最快、應用最廣。后來在歐洲、日本和澳大利亞等國也得到了廣泛發(fā)展和應用。因其構件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短等特點,此種結構形式一經推出就深受建筑業(yè)喜愛。上世紀

11、20世紀中期,建筑鋼材產量大增,鋼材的冶煉水平也有了很大突破,色彩豐富、耐久性強的彩色壓型鋼板隨之出現(xiàn), h型鋼和冷彎薄壁型鋼相繼問世,這些都極大地推動了門式剛架輕型房屋鋼結構的發(fā)展。加之加工設備的不斷改善,設計形式的多樣化,使門式剛架輕型房屋鋼結構體系逐漸應用于大型工業(yè)廠房、商業(yè)建筑及公共交通設施等。實現(xiàn)了結構分析、設計、出圖的程序化,構件加工的工廠化,安裝施工和經營管理的一體化流程。目前,大部分國外輕鋼結構公司都具有自己的門式剛架輕型房屋鋼結構系列,由于門式剛架構件的剛度良好,其平面內、外的剛度差別較小,為制作、運輸、安裝提供了較有利的條件。結構構件可全部在工廠制作,工業(yè)化程度高,運輸便捷

12、,安裝方便快速,土建施工量小,綜合經濟效益高。在美國、日本等一些鋼結構技術比較發(fā)達的國家,門式剛架輕型房屋鋼結構體系已經作為一種及既經濟又快捷的建筑結構體系,以商品的形式對外出售。2 我國門式剛架輕型房屋鋼結構的發(fā)展 我國門式剛架輕型房屋鋼結構的研究和應用起步較晚,建國初期在一些舊工廠改建時曾應用過類似門式剛架體系的結構。上世紀50年代我國大規(guī)模建設時期,為了節(jié)約鋼材,則大量地采用鋼筋混凝土構件。80年代后,隨著外資的引進,門式剛架結構因其結構簡潔、剛度良好、受力合理、使用空間大及施工方便等特點,得到迅速發(fā)展。主要表現(xiàn)在兩個方面: 外國廠家的進入,新技術新產品的引進

13、0;(1)1979年上海引進日本s60壓型鋼板成型機并用于廠房倉庫的屋面,1980年上海寶鋼引進日本w550、v115n壓型鋼板成型機,并在一期工程屋面墻面圍護結構應用近60萬平方米,是80年代初首次用量最大的工程。(2)1983年開始深圳經濟開發(fā)區(qū)蛇口工業(yè)區(qū)大量引進英國、美國、澳洲和日本等國門式剛架輕型鋼結構廠房倉庫。隨后沿海經濟開發(fā)區(qū)也陸續(xù)引進國外輕鋼廠房倉庫。(3)1994年美國公司投資創(chuàng)建上海美建鋼結構有限公司,1996年嘉定工廠建成投產。(4)1994年美國美聯(lián)鋼結構有限公司(u.s.a.公司)和美國宏宇建筑有限公司在中國建成工程數(shù)十項。(5)1994年astron建筑體系進入中國,

14、先后在北京、蘇州等地建成十幾項大工程。    而后還有很多外資、臺資企業(yè)進入我國。門式剛架輕型鋼結構房屋在我國的發(fā)展(1)1980年上海寶鋼建設指揮部成立壓型鋼板壓型鋁板試驗研究專題組,對一期工程引進的日本彩色涂層壓型鋼板及成型設備進行消化吸收,試驗利用國內鋁合金板替代彩色涂層鋼板做成壓型板用于屋面墻面圍護結構,經過調查及大量的試驗研究,在寶鋼一期工程屋面墻面推廣應用鋁合金壓型鋼板60多萬平方米，(2)1984年冶金部建筑研究總院科研人員在學習上寶鋼及深圳蛇口工業(yè)區(qū)壓型鋼板及門式剛架輕型鋼結構國外先進技術的基礎上,結合我國具體情況研究開發(fā)門式剛架輕型鋼結構廠房倉庫

15、,首先用于商業(yè)部急需建設的國家棉花儲備倉庫,三年間在冀魯豫三省四十多個地區(qū),建設輕鋼棉花倉庫300多棟,建筑面積達20多萬平方米。(3) 冶金部建筑研究總院是國內最早進行輕型鋼結構房屋研究開發(fā)的單位,院內有一批科研人員對輕型焊接h型鋼、冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板的力學性能、加工工藝及其加工設備、另配件連接件及密封材料進行研究開發(fā),并結合工程進行輕型鋼結構建筑的設計和推廣應用,主持或參加國家規(guī)程規(guī)范和標準的編制。(4)隨著我國經濟的快速增長,門式剛架輕型鋼結構房屋行業(yè)也得到飛速發(fā)展,尤其在東南沿海地區(qū),新建工廠倉庫的需求增長促使輕型鋼結構房屋加工安裝的廠家如雨后春筍般的發(fā)展起來,從開始的小規(guī)模發(fā)展到

16、現(xiàn)在的現(xiàn)代化大企業(yè),杭蕭鋼構、浙江精工、恒達鋼構、上海通用、吳泰鋼構、寶鋼彩板、北方空間鋼構、北京福田鋼構、北京多維鋼構、四川恒升等企業(yè)都是專業(yè)門式剛架輕型鋼結構廠家,每年的銷售額都在幾億、十幾億元以上。(5)壓型鋼板夾芯板加工廠家遍布全國各地,有的廠家已經具有獨自的屋面墻面圍護系統(tǒng),有的廠家引進國外先進設備,技術水平不斷提高。目前國內的壓型板板型幾十種,其生產線大部分都是國內制造的。引進夾芯板生產線的廠家比較多,據不完全統(tǒng)計有二十多條生產線,主要從意大利、德國、韓國、澳洲等國引進。目前國內廠家也能制作夾芯板生產線。(6)門式剛架輕型鋼結構房屋的大量應用,帶動了相關配套行業(yè)的發(fā)展和興旺,設計軟

17、件的開發(fā),焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼及壓型鋼板等加工設備的制造,采光瓦、零配件連接件和密封材料的生產廠家和代理也很多,技術水平都在逐步提高?；仡櫸覈嗄陙礓摻Y構建筑發(fā)展歷史,可以說以門式剛架為主的輕型鋼結構房屋是一項發(fā)展最快、應用最廣的建筑新技術新產品。除此之外,門式剛架輕型房屋鋼結構的有關設計施工規(guī)程規(guī)范和圖集也在進一步完善。 (1)冶金工業(yè)部部標準壓型金屬板設計施工規(guī)程ybj216-88,冶金工業(yè)部建筑研究總院主編。(2)中國工程建設標準化協(xié)會標準門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程cecs102:2002。門式剛架輕型房屋鋼構件jg144-2002。(3)中華人民共和國國家標準冷彎薄

18、壁型鋼結構技術規(guī)范gb50018-2002,鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范gb50205-2002中都有剛架、檁條與墻梁、壓型鋼板的專門章節(jié)。 (4)新編標準圖集有:門式剛架輕型房屋鋼結構(無吊車)圖集號02sg518-1,門式剛架輕型房屋鋼結構(有吊車)圖集號04sg518-3,壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造01j925-1,06j925-2等。 2 門式剛架的主要結構特點門式剛架結構自重小、施工周期短、造價低等優(yōu)點而為廣大建筑師、結構師所接受和采用。2.1 結構優(yōu)點門式剛架結構與其他結構形式相比，具有結構簡單、受力合理、剛度良好、使用空間大及施工方便等優(yōu)點，具體如下：用鋼量少,自

19、重輕。門式剛架輕鋼結構采用防水、圍護一體化的輕質多功能新型屋面和墻體材料,大大減輕了荷載重量。其承重構件普遍采用高強鋼材,以減輕結構自重。通常門式剛架輕鋼結構的重量只有鋼筋混凝土結構的1/81/10,是普通鋼結構重量的1/21/3。適應性強。門式剛架輕鋼結構的跨度、柱距設置靈活,單跨、多跨可隨意組合,可應用于不同工藝、不同規(guī)模、不同用途的各類建筑中。施工速度快、周期短。結構件工廠化生產,效率高、精度高、質量穩(wěn)定,工地拼裝,施工簡便、迅速、工期短。一般5000 10000m2的單層工業(yè)廠房工期僅需3個月。符合 美觀、經濟、實用的原則。造價合理,投資見效快,綜合經濟效益好?？臻g使用率高,

20、外觀新穎別致,時代感強。符合環(huán)保要求。無粉塵、無噪音,建筑垃圾少;易拆卸,可再次利用。利用率可達100%,利于城市環(huán)境保護。2.2 力學模型剛架的內力分析與設計是基于初步設計確定的結構體系建立力學模型，計算結構構件的內力與變形，根據內力分析結果校核構件的承載力，并對剛架的節(jié)點進行設計和驗算。力學計算模型涉及的內容包括構件單元類別的確定、節(jié)點定義、幾何模型的建立、荷載的取值與導算、荷載組合、分析方法的選擇等；構件和節(jié)點設計主要內容為構件的承載力、變形及穩(wěn)定性驗算，并依據選擇的構件截面設計節(jié)點，校核節(jié)點承載力。 門式剛架系超靜定結構，內力計算一般采用彈性分析方法。門式剛架結構的內力分析依

21、據結構布置情況的規(guī)則性與復雜程度的不同，可采用簡化的平面結構或考慮空間整體作用建立計算模型。一般情況下，結構平面布置較規(guī)則、構件分布對稱，剛架無局部不規(guī)則的夾層與凸起，所受外部荷載較為均勻，則可簡化為平面結構計算剛架的內力。當結構平面布置或豎向布置呈不規(guī)則時，或受載情況復雜等條件下，如按傳統(tǒng)的平面門式剛架簡單分析，其結構走出工程設計允許誤差范圍，且情況復雜時簡化工作更是困難，尤其是對于縱向水平支撐與屋面系統(tǒng)的簡化，此時應采用空間結構進行計算。（1）幾何尺寸的確定 建立幾何模型涉及的主要尺寸有：剛架的跨度、柱距、剛架高度、屋面坡度。 剛架的跨度可定義為橫向剛架柱軸線間的距離，

22、對變截面柱其軸線可取通過柱下端（較小端）中心的豎向軸線。 剛架柱距取相鄰剛架橫向軸線間的距離。 剛架的計算高度為自柱底至剛架斜梁軸線與柱軸線交點處的長度。對變截面剛架斜梁，其軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平等的軸線。門式剛架的脊頂高度可依據檐口處的高度與屋面坡度在建模型時自動推算出。 （2）構件單元類別與節(jié)點類型的定義 當采用平面剛架建模時，涉及的主要構件為剛架斜梁與柱，而采用空間計算模型時，除上述單元外還包括屋蓋支撐系統(tǒng)、柱間支撐、剛性系桿等。有些較為復雜的結構可能還包括平臺、雨篷及托架或托梁等。下表列出了門式剛架結構常用單元與節(jié)點類型的

23、定義。構件名稱單元類別連接節(jié)點類別 主剛架梁梁單元兩端均為剛接 柱與基礎連接端鉸接、與梁連接端剛接墻架柱梁單元兩端均為鉸接，且與剛架斜梁連接端釋放豎向約束水平支撐壓桿拉壓二力桿兩端鉸接交叉桿拉桿單元柱間支撐壓桿拉壓二力桿兩端鉸接交叉桿剛性系桿拉壓二力桿兩端鉸接托架弦桿梁單元兩端鉸接腹桿拉壓二力桿雨篷梁梁單元一端剛接、一端懸臂（3）截面的初步選擇 主剛架構件可采用軋制或焊接形成的h型鋼、工字鋼、槽鋼等。 建立計算模型時必須初步確定構件的截面尺寸，選擇截面時必須保證構件各板件的尺寸能滿足基本構造要求，以保證構件整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的前提，主要由構件的長細比與寬

24、厚比（或高厚比）確定。下表給出了受壓與受拉構件的長細比限值。主剛架構件截面一般由穩(wěn)定控制，其長細比取值不宜太高。受壓構件長細比限值構件類別長細比限值備注主要構件180在永久荷載與風荷載組合作用下受壓構件，其長細比不宜大于250其他構件、支撐與隅撐220受拉構件長細比限值構件類別受靜態(tài)荷載或間接承受動態(tài)荷載的結構直接承受動態(tài)荷載的結構桁架構件350250吊車梁與吊車桁架以下的柱間支撐300其他支撐（張緊的圓鋼或鉸線支撐除外）400初選剛架斜梁、柱截面的高度和寬度時，可參考相關資料或已建成的類似結構，結合擬分析結構的跨度、高度及荷載情況估算。一般斜梁截面的高度可取跨度的1/20-1/55，柱截面高

25、度取柱高的1/10-1/20，上述取值區(qū)間較大，當跨度或荷載較大時可取較大值。截面高度與寬度之比h/b可取2-5，剛架柱為壓彎構件，其h/b可取較小值，但有的梁端為了與柱連接（豎板連接）梁端可取h/b6.5。 （4）建立分析模型 建立分析模型的主要工作是依據初選的構件斷面及構件的受力特點，利用有限元軟件分析模型中之幾何模型，并定義結構的材料屬性。建立分析模型要解決的關鍵問題是確定擬分析結構所需建立模型的類別，即是建立簡化的平面結構模型還是空間整體模型。 采用平面模型分析時一般應將整體結構簡化為橫向平面剛架體系和柱間支撐體系。橫向水平剛架承受跨間的全部豎向荷載和橫向

26、水平荷載，柱間支撐體系承擔縱向水平荷載，包括屋蓋支撐和柱間支撐兩部分。對于可簡化為平面模型分析的門式剛架結構，應根據各剛架的受載情況和截面特征選擇典型剛架進行內力分析，由于橫向風荷載在縱墻中部和靠近山墻端分布存在差異，因此在各開間尺寸相等且豎向荷載等值均勻的結構中，至少應分析三榀剛架的內力。 采用空間模型時，通常是根據結構布置圖，選擇其中的主要受力構件建立有限元分析模型?？臻g模型中應包括的主要構件有剛架斜梁、剛架柱、屋蓋支撐、柱間支撐、剛性系桿及山墻墻架柱或山墻構架系統(tǒng)，對于存在平臺或吊車的結構，平臺與吊車梁是否應在模型中反映或簡化為相應的荷載則需視具體情況確定?？臻g模型中一般不建入

27、檁條與墻梁單元，而是將屋面荷載和墻面荷載等價作用在剛架系統(tǒng)中2.3 屋面支撐設計門式剛架結構空間整體穩(wěn)定性主要由柱間支撐和屋面支撐決定，屋面支撐較柱間支撐復雜，因此，設計中應對整個結構的空間受力進行認真分析，布置合理的支撐體系，保證結構的整體穩(wěn)定。屋面支撐的剛度是屋面剛度的主要影響因素。屋蓋剛度越大，其承擔的力越大，剛架的空間作用越大。剛架縱向柱間距和跨度增大，必須加強屋面支撐剛度才能滿足屋面剛度需求。3 門式剛架的主要設計要點3.1 設計與施工要點3.1.1 設計(1)由于門式剛架結構構件的抗彎剛度、抗扭剛度較小，結構的整體剛度較弱，因此設計時應考慮運輸和安裝過程中要采取的必要措施，防止構件

28、發(fā)生彎曲和扭轉變形。(2)要重視支撐體系和隅撐的布置，重視屋面板、墻面板與構件的連接構造，使其能參與結構的整體工作。(3)組成構件的桿件較薄，設計中應考慮對制作、安裝、運輸?shù)囊蟆?4)設計中應充分考慮銹蝕對結構構件截面削弱的影響。(5)門式剛架的梁柱多采用變截面桿件，梁柱腹板在設計時考慮利用屈曲后的強度，所以塑性設計不再適用。(6)設計中對輕型化帶來的后果必須注意和正確處理，比如風力可使輕型屋面的荷載反向等。3.1.2 施工在施工中，對焊接結構焊接工藝上應增加預熱措施，同時嚴格檢查，要求施工人員按規(guī)定和構造去做，做好成品的保護，加強施工中的質量監(jiān)督。鋼材的防腐蝕問題應引起足夠的注意。鋼材易腐

29、蝕，設計時應盡量避免暴露在空氣中，對承重結構必要時采取特殊防護措施，如涂漆、電鍍等。3.2 屋面活荷載的取值和布置門式剛架結構設計的主要依據為鋼結構設計規(guī)范（gb17-88），冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范（gb18-87）和門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程（cecs102：98），對于屋面結構，鋼結構設計規(guī)范規(guī)定活荷載為0.5kn/m2，但構件的荷載面積大于60 m2的可乘折減系數(shù)0.6,門式剛架符合此條件，活荷載取為0.3kn/ m2,國外這類房屋設計時，要考慮0.15-0.5n/ m2的附加荷載，我國無此規(guī)定，現(xiàn)在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載現(xiàn)象，遇到大風或其他原因造成超載，很容易出

30、安全問題，因此屋面活荷載的取值決不能再小，不能在有限的活荷載中挖潛。3.3 合理跨度的確定不同的生產工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產廠家根據自己的使用功能，確定較為經濟的跨度。在盡可能滿足生產工藝和使用功能上，應根據房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當柱高、荷載一定時，適當加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發(fā)現(xiàn)，當檐高6m、柱距為7.5m，荷載情況完全一致下，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量（q235-b）為18-28kg/ m2，當跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為25-40kg/

31、m2，當檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設置搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約18%左右，因此設計門式剛架時應根據具體要求選擇較為經濟的跨度，不宜盲目追求大跨度。 3.4 剛架最優(yōu)間距的確定剛架的間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關，當剛架跨度較小時，選用較大的間距，會增加檁條的用鋼量是不經濟的。剛架規(guī)范規(guī)定，剛架柱距宜為6m，7.5m，9m，最大可采用12m。經過大量計算發(fā)現(xiàn)，隨著柱距的增大，剛架的用鋼量是逐漸下降的，但當柱距增大到一定數(shù)值后，剛架用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩，而其他如檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量會隨著柱距的增大而增大，就房屋的總用鋼量而言，

32、隨著柱距的增大先下降而后又上升。因此，在一定條件下，門式剛架存在著一最優(yōu)間距，下表列出在一般情況下不同跨度所對應的最優(yōu)間距：跨度（m） 最優(yōu)柱距（m） 9-12m 5.5m12-18m 6m18-36m 67.5m36-35m 7.59m45m以上 9m綜上所述，一般情況下，門式剛架的間距應在69m之間，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經濟。3.5 柱腳的抗風措施在工程實例中，有的剛架在大風時柱子被拔起，其主要原因不是剛架計算失誤，而是設計柱間支撐時未考慮支撐傳給柱腳的力，尤其是房屋縱向尺寸較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，若柱腳沒

33、有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起，因此，在風荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，如錨栓端部設錨板等。3.6檁條和墻梁的布置檁條間距的確定應綜合考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計算確定，一般應等間距布置，但在屋脊處應沿屋脊兩側各布置一道，在天溝附近布置一道。側墻墻梁的布置應考慮門窗、挑檐、雨蓬等構件的設置和圍護材料的要求確定。3.7支撐和剛性系桿的布置(1)在每個溫度區(qū)段或分期建設的區(qū)段中，應分別設置能獨立構成空間穩(wěn)定結構的支撐體系。(2)在設置柱間支撐的開間，應同時設置屋蓋橫向支撐，以構成幾何不變體系。(3)端部支撐宜設在溫度區(qū)段端部的第一或第二個開間

34、。柱間支撐的間距應根據房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一般取3045m，有吊車時不宜大于60m。(4)當房屋高度較大時，柱間支撐應分層設置；當房屋寬度大于60m時，內柱列宜適當設置支撐。(5)當端部支撐設在端部第二個開間時，在第一個開間的相應位置應設置剛性系桿。(6)在剛架的轉折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應沿房屋全長設置剛性系桿。(7)由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。(8)剛性系桿可由檁條兼做，此時檁條應滿足壓彎構件的承載力和剛度要求，當不滿足時可在剛架斜梁間設置鋼管、h型鋼或其他截面形式的桿件。(9)當房屋內設有不小于5t的吊車時，柱間支撐宜用型鋼；當房屋

35、中不允許設置柱間支撐時，應設置縱向剛架。4 門式剛架的主要工程應用4.1 門式剛架的結構形式和設計原則門式剛架的結構形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/201/8。單脊雙坡多跨剛架，用于無橋式吊車的房屋，剛架柱不是特別高且風荷載也不是很大時，依據“材料集中使用的原則”，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱方案。門式剛架的柱腳多按鉸接設計，當用于工業(yè)廠房且有橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接。門式剛架上可設置起重量不大于3t的懸掛吊車和起重量不大于20t的輕、中級工作制的單梁或雙梁橋式吊車。門式剛架的設計原則為：1）保證結構的整體性，門式剛架屬于平

36、面結構，它們在縱向構件、支撐結構的聯(lián)系下形成空間的穩(wěn)定體系，結構只有組成空間穩(wěn)定整體，才能承擔各種荷載和其他外載效應；2）明確各類外力作用點到基礎的傳遞路徑和傳遞全過程中產生的效應；3）設計必須體現(xiàn)計算和構造。4.2 門式剛架應用工程實例4.2.1結構選型和布置1.工程概況該廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房跨度21m，長度90m，柱距9m，檐高7.5m，屋面坡度1/10。剛架為等截面的梁、柱，柱腳為鉸接。材料采用q235鋼材，焊條采用e43型。 自然條件：基本風壓：，基本雪壓2. 結構平面柱網及支撐布置該廠房長度90m，跨度21m，柱距9m，共有11榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于300m、橫向溫

37、度區(qū)段不大于150m，因此不用設置伸縮縫。檁條間距為1.5m。廠房長度>60m，因此在廠房第二開間和中部設置屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應部位設置檁條、斜拉條、拉條和撐桿；同時應該在與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間設置柱間支撐，由于柱高<柱距，因此柱間支撐不用分層布置。4.2.2荷載的計算1、 計算模型選取取一榀剛架進行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設計。廠房檐高7.5m，考慮到檁條和梁截面自身高度，近似取柱高為7.2m；屋面坡度為1：10。因此得到剛架計算模型：2.荷載取值屋面自重：屋面板：0.18檁條支撐：0.15橫梁自重：0.15 總計：0.48屋面雪荷載：0.3屋面

38、活荷載：0.5（與雪荷載不同時考慮）柱自重：0.35風載：基本風壓 3.各部分作用荷載：（1）屋面荷載：標準值： 柱身恒載：（2）屋面活載 屋面雪荷載小于屋面活荷載，取活荷載（3）風荷載（地面粗糙度類）風載體形系數(shù)示意圖荷載如下圖：4.內力計算：（1）截面形式及尺寸初選：梁柱都采用焊接的h型鋼截面截面名稱長度面積 mmmm柱23461.6梁23461.6（2）截面內力：根據各個計算簡圖，用結構力學求解器計算，得結構在各種荷載作用下的內力圖如下：計算項目計算簡圖及內力值(m、n、q)備注恒載作用 恒載下彎矩 恒載下剪力 恒載下軸力（忽略柱自重）彎矩圖剪力圖“+”軸力圖(拉為正，壓為負)活荷載作用

39、活荷載(標準值) 彎矩圖彎矩圖活荷載作用活荷載(標準值)剪力圖活荷載(標準值)軸力圖剪力圖“+”軸力圖(拉為正，壓為負)風荷載作用風荷載(標準值)彎矩圖.風荷載(標準值)剪力圖風荷載(標準值)軸力圖彎矩圖剪力圖“+”軸力圖(拉為正，壓為負)（3）內力組合(由于恒載和活載關于結構豎向對稱，因而風荷載只要考慮一個方向作用，風荷載只引起剪力不同，而剪力不起控制作用)按承載能力極限狀態(tài)進行內力分析，需要進行以下可能的組合： 1.2*恒載效應+1.4*活載效應 1.2*恒載效應+1.4*風載效應 1.2*恒載效應+1.4*0.85*活載效應+風載效應取四個控制截面：如下圖：各情況作用下的截面內力截面內力

40、恒載活載左風000-45.36-47.2546.95-19.32-18.0524.55-127.84-129.94147.59-45.36-47.2546.95-19.32-18.0516.45-127.84-129.94147.59-21.75-22.6621.0443.4145.22-45.0892.8396.70-77.574-21.75-22.6621.042.182.27-1.81內力組合值截面內力000-120.5811.30-54.85-48.4511.19-15.45-335.3353.22-132.40-120.5811.3054.79-48.4511.19-25.09-33

41、5.3353.22-132.40-64.303.36-28.03115.40-11.0251.93246.782.79134.16-57.82-3.36-28.035.790.083.164.截面驗算控制內力組合項目有： mmax與相應的n，v(以最大正彎矩控制) mmax與相應的n，v(以最大負彎矩控制) nmax與相應的m，v(以最大軸力控制) nmin與相應的m，v(以最小軸力控制)所以以上內力組合值，各截面的控制內力為：1-1截面的控制內力為2-2截面的控制內力為3-3截面的控制內力為4-4截面的控制內力為a：剛架柱驗算：取2-2截面內力 平面內長度計算系數(shù)：， 局部穩(wěn)定驗算構件局部穩(wěn)

42、定驗算是通過限制板件的寬厚比來實現(xiàn)的。 柱翼緣 （滿足要求） 柱腹板 （滿足要求）（2）柱有效截面特征：b：剛架梁驗算：取3-3截面內力 局部穩(wěn)定驗算 梁翼緣 （滿足要求） 梁腹板 （滿足要求）（2）梁有效截面特征5.位移驗算：（1）柱頂水平位移驗算：（2）橫梁擾度驗算：，位移圖如下：4.2.3節(jié)點設計和施工安裝一、節(jié)點設計（1）梁柱節(jié)點設計：梁柱節(jié)點形式見下圖：連接處選用如下組合內力值：（2）梁梁節(jié)點設計：梁梁節(jié)點形式見下圖：連接處選用如下組合內力值：（3）柱腳設計：柱腳節(jié)點見下圖：設計內力采用：二、施工安裝安裝準備：  1、根據土建基礎圖和鋼結構安裝要求對基礎工程進行基礎軸線、預

43、埋件的位置和數(shù)量、地腳螺栓的位置和數(shù)量、以及地腳螺栓、螺母有無缺損的檢驗；2、施工現(xiàn)場應平整、暢通，水電應接至現(xiàn)場，根據所用吊車的技術數(shù)據，計劃吊車支放位置與移動次數(shù)，并安排好鋼構件擺放位置；3、吊裝前應嚴格檢查鋼構件連接部位的各項尺寸是否符合設計要求，如有誤差，在地面修正后方可吊裝。安裝順序：原則：安裝程序必須保證結構形式穩(wěn)定的空間體系，并不導致結構永久變形。1、安裝單根鋼柱柱高調整 縱橫十字軸線位移垂直校正初校（初校錨栓螺母，調整螺母）固定超差調整固定；2、斜梁在地面超平的墊木上用高強度螺栓連接，組裝好；3、安裝順序： 先從靠近山墻的有柱間支撐的兩榀剛架開始安裝本間檁條

44、支撐隅撐等安裝好。 注意：檢查剛架垂偏，復測鋼柱和斜梁跨度，合格后，用高強度螺栓緊固，用電動扳手初擰，終擰。以兩榀剛架為起點，向房屋另一端順序安裝。  4、除最初安裝的兩榀剛架外，所有其余剛架間的檁條，墻梁和檐檁的螺栓均應在校準后再行擰緊；5、構件吊點要經計算，綁扎點要采取加強措施，以防止構件大變形及局部變形；6、各種支撐的擰緊強度，以不將構件拉彎為原則；7、不得利用已安裝部位的構件起吊其他重物，不得在主要受力部位焊其他構件；8、檁條和墻梁安裝時，應將拉條拉緊，但不應將檁條和墻梁拉彎；9、在施工過程中，根據結構空間穩(wěn)定情況，為防止風力對剛架的傾覆，必要時可拉纜風措施。安裝高

45、強度螺栓：1、高強度螺栓連接在施工前應對連接副實物和摩擦面進行檢驗和復驗，合格后才能進入安裝施工；2、對每一個連接接頭，應先用臨時螺栓或沖釘定位，為防止損傷螺紋引起扭矩系數(shù)的變化，嚴禁把高強度螺栓作為臨時螺栓使用。對一個接頭來說，臨時螺栓和沖釘?shù)臄?shù)量原則上應根據該接頭可能承擔的荷載計算確定，并應符合下列規(guī)定：不得少于安裝螺栓總數(shù)的1/3；不得少于兩個臨時螺栓；沖釘穿入數(shù)量不宜多于臨時螺栓的30%。 3、高強度螺栓的穿入，應在結構中心位置調整后進行，其穿入方向應以施工方便為準，力求一致；安裝時要注意墊圈的正反面，即：螺母帶臺面的一側應朝向墊圈有倒角的一側；對于大六角頭高強度螺栓連接副靠

46、近螺頭一側的墊圈，其有倒角的一側朝向螺栓頭。 4、高強度螺栓的安裝應能自由穿入孔，嚴禁強行穿入。如不能自由穿入時，該孔應用絞刀進行修整，修整后孔的最大直徑應小于1.2倍螺栓直徑。修孔時，為防止鐵屑落入板迭縫中，絞孔前應將四周螺栓全部擰緊，使板迭密貼后再進行，嚴禁氣割擴孔。 5、高強度螺栓在終擰以后，螺栓絲扣外露應為2至3扣，其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或4扣。4.3 門式剛架發(fā)展和應用前景1從門式鋼架的發(fā)展趨勢來看，門式鋼架工廠化程度高，施工周期短，鋼結構制作簡便，因門式鋼架的梁、柱等基本構件均在加工廠定型制作，在現(xiàn)場按要求拼裝而成，加快了施工進度，建設周期縮短，比鋼

47、筋混凝土排架結構工期至少縮短60%以上，對于一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房門式鋼架僅需50天至2個月，而采用鋼筋混凝土排架結構，則需1012個月。所以輕型門式鋼架結構在施工周期上站很大優(yōu)勢，符合工業(yè)化發(fā)展要求與需求，在當前以及以后都會快速發(fā)展，在建筑中會得到廣泛運用，具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?對于輕型門式鋼架結構本身來說，自生也在改進，為了減少自重，選擇一些輕型的合金材料，在材料上已有很大改進，彌補了自身的一些自重缺陷。5 常見的技術問題及解決辦法5.1 節(jié)點問題 螺栓裝備面不符合要求，造成螺栓不好安裝，或者螺栓緊固的程度不符合設計要求。 原因分析：表面有浮銹、油污等雜質，螺栓孔璧有毛

48、刺、焊瘤等。螺栓安裝面雖經處理仍有缺陷。 解決方法：高強螺栓表面浮銹、油污、孔璧毛病，應逐個清理干凈。使用前必須經防銹處理，預拼裝用的螺栓，不得在正式拼裝時使用。處理裝配面應考慮施工安裝順序，防止重復進行，并盡量在吊裝之前處理。 螺栓絲扣損傷，螺桿不能自由旋入螺母，影響螺栓的裝配。 原因分析：絲扣嚴重銹蝕。 解決方法：使用前螺栓應進行挑選，清洗除銹后作預配。絲扣損傷的螺栓不能做臨時螺栓使用，嚴禁強行打進螺孔。預先選配的螺栓組件應按套存放，使用時不得互換。5.2 構件的加工制作門式剛架所用的鋼板均很薄，最薄的可用到4mm。薄板的下料應首選剪切而避免用火焰切

49、割。因為用火焰切割會使板邊產生很大的波浪變形。目前h型鋼的焊接多采用埋弧自動焊或半自動焊。如果控制不好宜發(fā)生焊接變形，使構件彎曲或扭曲。措施：在切割過程中為了保證鋼板不側彎或減少側彎的變形，采用跳割法對鋼板進行切割，其方法為：例1柱子翼緣寬度為300mm，在下料時將板的兩端留出2030mm不切割，切1m后再留出2030mm連體，循環(huán)往復，總長度切割完成后，待鋼板冷至室溫后，再將余留部分切斷：例2屋面梁翼緣寬度為180mm，在下料時將板的兩端留出30mm不切割，切2m后再留出30mm連體，循環(huán)往復，總長度切割完成后，待鋼板冷至室溫后，再將余留部分切斷。這樣也就減少變形或不會變形了。5.3 預埋件

50、（錨栓）問題現(xiàn)象 整體或布局偏移；標高有誤；絲扣未采取保護措施。直接造成鋼柱底板螺栓孔不對位，造成絲扣長度不夠。措施：鋼結構施工單位協(xié)同土建施工單位一起完成預埋件工作，混凝土澆搗之前必須復核相關尺寸并加以固定。5.4 錨栓不垂直現(xiàn)象 框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不垂直，基礎施工后預埋錨栓水平誤差大。柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，外觀很難看，給柱子安裝帶來誤差，結構受力受到影響，不符合施工驗收規(guī)范要求。措施：錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用無收縮砂漿二次灌漿填實，錨栓施工時，可采用鋼筋或角鋼等固定錨栓。焊成籠狀，完善支撐，或采取其他一些有效措施避免澆灌基礎混凝土時錨栓移位。5

51、.5 錨栓連接問題現(xiàn)象 柱腳錨栓未擰緊，墊板未與底板焊接；部分未露23個絲扣的錨栓。 措施：應采取焊接錨桿與螺帽。5.6 現(xiàn)場焊縫現(xiàn)象 質量難以保證設計要求全焊透的一、二級焊縫未采用超聲波探傷；屋面主梁與柱未施焊；未采用引弧板施焊。措施：鋼結構施焊前，對焊條的合格證進行檢查，按設計要求選用焊條，按說明書的操作規(guī)程要求使用焊條，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤，一、二級焊縫不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋，一級焊縫不得有咬邊、未滿焊等缺陷，一、二級焊縫按要求進行無損檢測，在規(guī)定的焊縫及部位要檢查焊工的鋼印。不合格的焊縫不得擅自處理，定出修改工藝后再處理，同一部位的焊縫返修次數(shù)不宜超過兩次。5.7 柱垂直偏差過

52、大預防措施：鋼柱應按計算的吊掛點吊裝就位，且必須采用二點以上的吊裝方法，吊裝時應進行臨時固定，以防吊裝變形；柱就位后應及時增設臨時支撐；對垂直偏差，應在固定前予以修正。5.8構件的變形問題構件在運輸時發(fā)生變形，出現(xiàn)死彎或緩彎，造成構件無法進行安裝。 原因分析：構件制作時因焊接產生的變形，一般呈現(xiàn)緩彎。構件待運時，支墊點不合理，如上、下墊木不垂直等或堆放場地發(fā)生沉陷，使構件產生死彎或緩變形。構件運輸中因碰撞而產生變形，一般呈現(xiàn)死彎。 預防措施：構件制作時，采用減小焊接變形的措施。組裝焊接中，采用反方向變形的措施，組裝順序應服從焊接順序，使用組裝胎具，設置足夠的支架，防止變形。

53、待運及運輸中，注意墊點的合理配置。 解決方法：構件死彎變形，一般采用機械矯正法治理。即用千斤頂或其他工具矯正，輔以氧氣乙炔火焰烤后矯正。構件發(fā)生緩彎變形時，采用氧氣乙炔火焰加熱矯正。鋼梁構件拼裝后全長扭曲超過允許值，造成鋼梁的安裝質量不良。 原因分析：拼裝工藝不合理。拼裝節(jié)點尺寸不符合設計要求。 解決方法：構件拼裝要設拼裝工作臺，定位焊時要將構件底面找平，防止翹曲。拼裝工作臺應各支點水平，組焊中要防止出現(xiàn)焊接變形。尤其是梁段或梯道的最后組裝，要在定位焊后調整變形，注意節(jié)點尺寸要符合設計要求，否則易造成構件扭曲。自身剛性較差的構件，翻身施焊前要進行加固，構件翻身后也應進行找平，否則構件焊后無法矯正。構件起拱，數(shù)值大于設計數(shù)值時，易產生擠面標高超標；數(shù)值小于設計數(shù)值時，安裝后梁下?lián)稀?#160;原因分析：構件尺寸不符合設計要求。架設過程中，未根據實測值與設計值的誤差進行修正?？缍刃〉牧海鸸岸容^小，拼裝時易忽視。 解決方法：嚴格按鋼結構構件制作允許偏差進行各部檢驗。在架設過程中，桿件安裝完畢，以及工地接頭施工結束后，必須進行上拱度測量，并在施工中對其他進行調整。在拼裝過程中，應嚴格控制累計偏差，注意采取措施，消除焊接收縮量的影響。6 結論與展望1).優(yōu)