第二章鋼結(jié)構(gòu)門式鋼架施工

1、2 概述2.1.3 單層門式剛架結(jié)構(gòu)的組成 輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑形式多樣，近年來在我國得到了廣泛應(yīng)用。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)、多層輕鋼結(jié)構(gòu)是目前我國工業(yè)建筑市場需求量最大的兩種結(jié)構(gòu)形式。 單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)是指以輕型焊接H形鋼（等截面或變截面）、熱軋H形鋼（等截面）或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼（槽形、Z形等）做檁條、墻梁；以壓型金屬板（壓型鋼板、壓型鋁板）做屋面、墻面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系。 門式剛架其結(jié)構(gòu)體系由屋蓋系統(tǒng)、柱子系屋蓋系統(tǒng)、柱子系統(tǒng)、吊車梁系

2、統(tǒng)、墻架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)統(tǒng)、吊車梁系統(tǒng)、墻架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)等部分組成單層輕鋼結(jié)構(gòu)體系鋼梁鋼柱吊車梁橫向水平支撐柱間支撐檁條抗風(fēng)柱柱間支撐剛架梁 剛架柱返回剛架柱山墻抗風(fēng)柱墻梁檁條剛架梁2. 單層門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 質(zhì)量輕質(zhì)量輕 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型金屬板、玻璃棉及冷彎薄壁型鋼等材料組成，屋面、墻面的質(zhì)量都很輕。根據(jù)國內(nèi)工程實(shí)例統(tǒng)計，單層輕型門式剛架房屋承重結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為1030kg/m2 ，在相同跨度和荷載情況下自重僅約為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/201/30。由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，相應(yīng)由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，相應(yīng)地基礎(chǔ)可以做得較小，地基處理費(fèi)用也較低。地基礎(chǔ)可以做得較小，地基處理費(fèi)用也較低。同時在相同地震烈度下結(jié)

3、構(gòu)的地震反應(yīng)小。同時在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)小。但當(dāng)風(fēng)荷載較大或房屋較高時，風(fēng)荷載可能成為單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的控制荷載。 工業(yè)化程度高，施工周期短工業(yè)化程度高，施工周期短 門式剛架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件和配件多為工廠制作，質(zhì)量易于保證，工地安裝方便；除基礎(chǔ)施工外，基本沒有濕作業(yè)；構(gòu)件之間的連接多采用高強(qiáng)度螺栓連接，安裝迅速。 綜合經(jīng)濟(jì)效益高綜合經(jīng)濟(jì)效益高 門式剛架結(jié)構(gòu)通常采用計算機(jī)輔助設(shè)計，設(shè)計周期短；原材料種類單一；構(gòu)件采用先進(jìn)自動化設(shè)備制造；運(yùn)輸方便等。所以門式剛架結(jié)構(gòu)的工程周期短，資金回報快，投資效益相對較高。 柱網(wǎng)布置比較靈活柱網(wǎng)布置比較靈活 傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式由于受屋面板、墻板尺

4、寸的限制，柱距多為6米米，當(dāng)采用12米柱距時，需設(shè)置托架及墻架柱。而門式剛架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系采用金屬壓型板，所以柱網(wǎng)布置不受模數(shù)限制，柱距大小主柱網(wǎng)布置不受模數(shù)限制，柱距大小主要根據(jù)使用要求和用鋼量最省的原則來確要根據(jù)使用要求和用鋼量最省的原則來確定。定。 其它特點(diǎn)其它特點(diǎn)：門式剛架體系的整體性可以依靠檁條、墻架及隅撐來保證，從而減少屋蓋支撐數(shù)量，同時支撐多用圓鋼做成，很輕便；梁、柱多用變截面，節(jié)省材料；梁、柱設(shè)計時利用屈曲后強(qiáng)度利用屈曲后強(qiáng)度；變截面剛架不能用塑性設(shè)計。蒙皮效應(yīng)蒙皮效應(yīng) 在垂直荷載作用下，坡頂門式剛架的運(yùn)動趨勢是屋脊向下、屋檐向外變形。屋面板將與支撐檁條一起以深梁的形式來抵抗這

5、一變形趨勢。這時，屋面板承受剪力，起深梁的腹板的作用。而邊緣檁條承受軸力起深梁翼緣的作用。顯然，屋面板的抗剪切能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其抗彎曲能力。所以，蒙皮效應(yīng)指的是蒙皮板由于其抗剪切剛度對于使板平蒙皮效應(yīng)指的是蒙皮板由于其抗剪切剛度對于使板平面內(nèi)產(chǎn)生變形的荷載的抵抗效應(yīng)。面內(nèi)產(chǎn)生變形的荷載的抵抗效應(yīng)。對于坡頂門式剛架，抵抵抗豎向荷載作用的蒙皮效應(yīng)取決于屋面坡度抗豎向荷載作用的蒙皮效應(yīng)取決于屋面坡度，坡度越大蒙皮效應(yīng)越顯著；而抵抗水平荷載作用的蒙皮效應(yīng)則隨著坡抵抗水平荷載作用的蒙皮效應(yīng)則隨著坡度的減小而增加。度的減小而增加。 壓 型 鋼 板壓 型 鋼 板面 板 受 剪 區(qū)面 板 受 剪 區(qū)山 形 門

6、式 建 筑 的 受 力 蒙 皮 作 用平 屋 頂 建 筑 的 受 力 蒙 皮 作 用3. 輕型門式剛架的應(yīng)用輕型門式剛架的應(yīng)用 輕型鋼結(jié)構(gòu)是國內(nèi)外目前應(yīng)用和發(fā)展速度最快的新型結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美觀、鋼材用量少、造價低廉等優(yōu)勢，而門式剛架結(jié)構(gòu)體系作為輕型鋼結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)形式，在我國更是大量涌現(xiàn)。近幾年來，隨著我國彩色鋼板產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，門式剛架更是發(fā)展迅猛，我國建成此類結(jié)構(gòu)工程已達(dá)800多萬平方米，而且每年以約100多萬平方米的速度增加。 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用范圍，包括單層工建廠房、民建超級市場和展覽館、庫房以及各種不同類

7、型倉儲式工業(yè)及民用建筑等，都是它強(qiáng)有力的競爭領(lǐng)域，有廣泛的市場應(yīng)用前景。 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002 門式剛架輕型房屋鋼構(gòu)件門式剛架輕型房屋鋼構(gòu)件JG1442002 4 結(jié)構(gòu)形式門式剛架的結(jié)構(gòu)形式門式剛架的結(jié)構(gòu)形式 門式剛架的結(jié)構(gòu)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1/201/201/81/8。單脊雙坡多跨剛架，用于無橋式吊車的房屋時，當(dāng)剛架柱不是特別高且風(fēng)荷載也不是很大時，依據(jù)“材料集中使用的原則”，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱方案。1.單跨雙坡剛架單跨雙坡剛架 等截面柱，等截面

8、柱，底端固接的底端固接的節(jié)點(diǎn)設(shè)計，節(jié)點(diǎn)設(shè)計，承受更大的承受更大的支座彎矩，支座彎矩，適合有吊車適合有吊車荷載的建筑荷載的建筑物。物。 2.單跨雙坡剛架單跨雙坡剛架 內(nèi)柱的設(shè)計，內(nèi)柱的設(shè)計，使結(jié)構(gòu)達(dá)到使結(jié)構(gòu)達(dá)到更大的屋面更大的屋面跨度，通?？缍?，通常3672M，更經(jīng)濟(jì)的設(shè)更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計。計。 3.多跨多坡剛架多跨多坡剛架 雙跨多坡或雙跨多坡或多跨多坡的多跨多坡的設(shè)計，適合設(shè)計，適合多種使用類多種使用類型建筑物的型建筑物的需要。需要。 4.高低跨剛架高低跨剛架 外形構(gòu)造外形構(gòu)造靈活，適靈活，適合于成套合于成套組合式廠組合式廠房。房。 門式剛架的柱腳多按鉸接設(shè)計門式剛架的柱腳多按鉸接設(shè)計，當(dāng)用于工業(yè)廠

9、房且有橋式吊車有橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計成剛接剛接。門式剛架上可設(shè)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。剛接柱腳鉸接柱腳柱腳構(gòu)造詳圖鉸接柱腳鉸接柱腳剛接柱腳剛接柱腳加勁板加勁板加勁板加勁板地腳螺栓地腳螺栓5.結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造剛架的建筑尺寸和布置剛架的建筑尺寸和布置 門式剛架的跨度宜為936m， 當(dāng)柱寬度不等時，其外側(cè)應(yīng)對齊。 高度應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定，宜取4.59m。 門式剛架的合理間距應(yīng)綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。 縱向溫度區(qū)段小于300m，橫向溫度區(qū)段小于150m（當(dāng)有計算依據(jù)

10、時，溫度區(qū)段可適當(dāng)放大）。 檁條和墻梁的布置檁條和墻梁的布置 檁條間距的確定應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)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(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，在天溝附近布置一道。側(cè)墻墻梁的布置應(yīng)考慮門窗、挑檐、雨蓬等構(gòu)件的設(shè)置和圍護(hù)材料的要求確定山墻抗風(fēng)柱墻梁檁條剛架梁剛架梁 剛架柱返回剛架柱山墻抗風(fēng)柱墻梁檁條剛架梁支撐和剛性系桿的布置支撐和剛性系桿的布置(1)在每個溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。 (2)在設(shè)置柱間支撐的開間，應(yīng)同時設(shè)置屋蓋橫向支撐在設(shè)置柱間支撐的開間，應(yīng)同時設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系。

11、 (3)端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個開間。柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一一般取般取3045m，有吊車時不宜大于，有吊車時不宜大于60m。 (4)當(dāng)房屋高度較大時，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置；當(dāng)房屋寬度大于60m時，內(nèi)柱列宜適當(dāng)設(shè)置支撐。 (5)當(dāng)端部支撐設(shè)在端部第二個開間時，在第一個開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿剛性系桿。 (6)在剛架的轉(zhuǎn)折處轉(zhuǎn)折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿應(yīng)沿房屋全長設(shè)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(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的承載檁條應(yīng)滿足壓彎

12、構(gòu)件的承載力和剛度要求力和剛度要求，當(dāng)不滿足時可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H型鋼或其他截面形式的桿件。 (9)當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有不小于5t的吊車時，柱間支撐宜用型鋼宜用型鋼；當(dāng)房屋中不允許設(shè)置柱間支撐時，應(yīng)設(shè)置縱向剛架。支撐系統(tǒng)的主要作用是：支撐系統(tǒng)的主要作用是：1）縱向剛性系桿傳遞縱向水平力。2）水平支撐形成局部剛域，抵抗在柱間和屋面梁間傳遞的水平力作用。3）隅撐的作用則為約束I工字型截面遠(yuǎn)端翼緣板，起到遠(yuǎn)端翼緣板平面內(nèi)支座作用，避免形成局部屈曲；或出平面支點(diǎn)作用，減小翼緣板的出平面計算長度，從而控制出平面穩(wěn)定性。4）全部支撐系統(tǒng)與檁條或墻梁以及剛架一道組成空間體系，參與空間協(xié)同工作。剛性系桿構(gòu)件主要

13、選用型鋼和鋼管，與剛架通過螺栓鉸接，截面大小一般按壓桿穩(wěn)定性要求或通過受力計算來決定。設(shè)置主要考慮在剛架轉(zhuǎn)角和屋脊聯(lián)結(jié)處（其中屋脊處的剛性系桿，可由用于此處屋脊構(gòu)造需要的，剛度較大的雙檁條及聯(lián)結(jié)所代替）。 輕型門式剛架的屋面支撐體系主要由屋面橫向水平支撐和系桿組成。水平支撐為圓鋼，用花籃螺栓張緊；系桿用圓管。屋面橫向水平支撐系統(tǒng)主要用來傳遞風(fēng)荷載，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能。山墻抗風(fēng)柱墻梁檁條剛架梁柱間支撐柱間支撐屋面橫向水平支撐布置圖撐桿斜拉條拉條隅撐屋面橫向水平支撐拉條檁條屋面拉條布置屋架橫向水平支撐與剛架梁連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造連接角鋼連接角鋼曲面造型的屋面剛架梁曲面造型的屋面剛架梁隅撐隅撐采光帶采光

14、帶屋架橫向支撐節(jié)點(diǎn)處剛性系桿屋架橫向支撐節(jié)點(diǎn)處剛性系桿梁柱節(jié)點(diǎn)處剛性系桿梁柱節(jié)點(diǎn)處剛性系桿墻梁巖棉保溫材料墻梁支架墻梁6.輕型門式剛架節(jié)點(diǎn) 斜梁與柱的連接節(jié)點(diǎn) 斜梁屋脊拼裝節(jié)點(diǎn) 門式剛架節(jié)點(diǎn)連接通常采用高強(qiáng)螺栓連接，分端板豎放、端板橫放、端板斜放三種形式，如下圖所示。端板豎放端板橫放端板斜放斜梁拼接節(jié)點(diǎn)連接形式節(jié)點(diǎn)連接形式端板螺栓加勁肋加勁肋端板螺栓端板加勁肋螺栓端板加勁肋螺栓橫梁屋脊拼裝節(jié)點(diǎn)圖返回柱腳設(shè)計柱腳設(shè)計 柱下端與基礎(chǔ)相連的部分稱為柱腳。柱腳柱下端與基礎(chǔ)相連的部分稱為柱腳。柱腳的作用是將柱身所受的力傳遞和分布到基的作用是將柱身所受的力傳遞和分布到基礎(chǔ)，并將柱固定于基礎(chǔ)?；A(chǔ)一般由混凝

15、礎(chǔ)，并將柱固定于基礎(chǔ)?；A(chǔ)一般由混凝土或鋼筋混凝土做成，其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于鋼材土或鋼筋混凝土做成，其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于鋼材的，所以必須將柱身的底端擴(kuò)大以增加與的，所以必須將柱身的底端擴(kuò)大以增加與基礎(chǔ)接觸的面積，使接觸面積上承壓力小基礎(chǔ)接觸的面積，使接觸面積上承壓力小于或等于基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。這就要于或等于基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。這就要求柱腳有一定的寬度和長度，也應(yīng)有一定求柱腳有一定的寬度和長度，也應(yīng)有一定的剛度和強(qiáng)度，使柱身壓力比較均勻地傳的剛度和強(qiáng)度，使柱身壓力比較均勻地傳到基礎(chǔ)。到基礎(chǔ)。 根據(jù)受力要求，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩根據(jù)受力要求，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩類，當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓款?，?dāng)?shù)踯嚻鹬亓?

16、5噸時應(yīng)考慮設(shè)置剛性柱噸時應(yīng)考慮設(shè)置剛性柱腳。腳。柱腳設(shè)計的原則柱腳設(shè)計的原則 傳力明確，可靠、簡捷、構(gòu)造簡單、傳力明確，可靠、簡捷、構(gòu)造簡單、節(jié)約材料、施工方便，并符合計算簡圖節(jié)約材料、施工方便，并符合計算簡圖。 柱腳形式柱腳形式平板式鉸接柱腳平板式鉸接柱腳剛接柱腳剛接柱腳一般情況一般情況當(dāng)有橋式當(dāng)有橋式吊車或剛吊車或剛架側(cè)向剛架側(cè)向剛度過弱時度過弱時平板式平板式鉸接柱腳鉸接柱腳剛接柱腳剛接柱腳 對軸力很小的柱，可將柱身底端切割平齊，對軸力很小的柱，可將柱身底端切割平齊，直接與底板焊接。柱身所受的力通過焊縫直接與底板焊接。柱身所受的力通過焊縫傳給底板，由底板分布到基礎(chǔ)。底板厚度傳給底板，由底

17、板分布到基礎(chǔ)。底板厚度一般為一般為2040mm，用兩個錨栓固定在基，用兩個錨栓固定在基礎(chǔ)上，錨栓位置放在柱中軸線上，一般在礎(chǔ)上，錨栓位置放在柱中軸線上，一般在短軸線底板兩側(cè)。錨栓直徑按構(gòu)造采用短軸線底板兩側(cè)。錨栓直徑按構(gòu)造采用2030mm，預(yù)埋于混凝土基礎(chǔ)內(nèi)。這種，預(yù)埋于混凝土基礎(chǔ)內(nèi)。這種柱腳構(gòu)造最簡單；但只適用于軸力很小的柱腳構(gòu)造最簡單；但只適用于軸力很小的柱，否則底板和焊縫都將太厚，因?yàn)榈装逯?，否則底板和焊縫都將太厚，因?yàn)榈装逶诟鞣较蚓鶠閼冶邸Ｔ诟鞣较蚓鶠閼冶邸?柱身軸力先通過與靴梁連接的豎向焊縫傳給靴梁，再從靴梁通過其與底板連接的水平焊縫傳給底板，然后從底板傳到基礎(chǔ)。連接柱身與底板的水平

18、焊縫由于質(zhì)量不易保證(因板間位置不準(zhǔn)，常有一定空隙)，計算時通常不考慮其受力。靴梁實(shí)際上是一個下邊受有向上均布荷載的單跨雙伸臂梁。底板寬度方向的懸臂尺寸不宜太大，通常等于(34.5)倍錨栓直徑。2 2、底板的厚度、底板的厚度底板的厚度決定于板的抗彎強(qiáng)度。底板的厚度決定于板的抗彎強(qiáng)度。式中：式中： 為底板承受的最大彎矩值為底板承受的最大彎矩值。 fMtmax6maxM柱腳錨栓應(yīng)采用柱腳錨栓應(yīng)采用Q235Q235或或Q345Q345鋼材制作。錨栓的錨固鋼材制作。錨栓的錨固長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB 50007-2002)(GB 50007-2002)的規(guī)定，錨栓端部按規(guī)定設(shè)置彎的規(guī)定，錨栓端部按規(guī)定設(shè)置彎鉤或錨板。鉤或錨板。計算風(fēng)荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時，應(yīng)計入柱計算風(fēng)荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時，應(yīng)計入柱間支撐的最大豎向分力，此時，不考慮活荷載間支撐的最大豎向分力，此時，不考慮活荷載( (或或雪荷載雪荷載) )、積灰荷載和附加荷載的影響，同時永久、積灰荷載和附加荷載的影響，同時永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)荷載的分項(xiàng)系數(shù)1.01.0。錨栓直徑不宜小于。錨栓直徑不宜小于24mm24mm，且，且應(yīng)采用雙螺帽以防松