门式刚架设计浅析

２０１０年第４期　参战晨斜技　１６３　门式刚架设计浅析　张其东，延伟涛，张策　（煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东济南２５００３１）　摘要该文针对门式刚架轻型房屋钢结构设计中遇到的关于方案布置、材料选取、节点构造、支撑设置等一些方面的问题进行了探讨。　关键词　门武刚架材料节点支撑基础　中图分类号ＴＵ＇３９２．５　文献标识码Ｃ　Ａｂｓｔｒａ￣Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒｍａｋｅ　ａ　ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆｓ０ｍｅ　ｐｗｂｌｅｍｓｉｎ　ｓｔｒｕｅｔｕ￣ｄｅｓｉ￣ｏｆＩｉｇｈｔ—ｗｅｉｇｈｔ　ｂｕｉｌｄｉｎ￣Ｍｔｈ　ｇ￣ｌｅｄｆｒａｍｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅｌａｙｏｕｔ、ｍａｔｅｆｉ—　Ｍｓ、ｊｉｏｎｔｓ、ｂ￣ｃｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ、￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｅｔｅ．ＦｉｎＭｌｙ　ｉｔ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｏｐｆｉｍ￣ｄｅｓｉ￣ｍｅｔｈ￣．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ！；ｇａｂｌｅｄ　ｆｒａｍ￣ｍ丑ｔｅｒｉａＩ８　ｊｉｏｎｔｓ　ｂｒａｃｉｎｇ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　门式刚架结构是日常生活中常见的结构形式，也　考虑的，许多文献已做了充分论证。一般的规律是：当　是工程设计人员经常遇到的，现就设计工作中常见的　荷载较大（包括屋面吊挂荷载及吊车荷载）时，柱距可　一些事项进行阐述。　取小些，建议为６～７ｍ；刚架跨度宜取２４～３０ｍ。反之　１　方案布置　荷载较小时则应加大柱距，宜为８—９ｍ；刚架跨度宜取　１８—２１ｍ。同时，应尽量使柱距一致，这样经济性更好。　１．１　结构形式　《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（ＣＥＣＳ１０２：　２材料选取　２００２）（以下简称《门规》）应用的范围是起重量不大于　一般认为，当计算所需梁柱截面由强度控制时，可　２０ｔ的Ａ１一Ａ５工作级别的桥式吊车。当吊车吨位较　优先选用较高强度等级的钢材。但当结构由变形或稳　大时，虽然有不少成功的设计范例，但并不太经济，此　定控制时，则应优先选用较低强度等级的钢材。设计　时刚架侧移是梁柱截面的控制因素，采用实腹式钢柱　人员应充分了解各种型号钢材市场价格后，进行优化　将使得柱截面非常大，体现不出轻钢结构的经济优势。　设计，以取得更好的经济效益。　这时可考虑采用格构式钢柱、混凝土柱或钢管混凝土　格构式柱。当采用混凝土柱时，应注意施工工期对综　３螺栓选用　合成本的影响。当刚架跨度较大时，同样采用普通实　腹式钢梁则不太经济，且变形不易控制，可采用预应力　对于钢结构主材的连接，一般采用高强度螺栓　格构式刚架、索支承式门式刚架等多种形式。　（８．８级或１０．９级）。应该注意，设计中应仅指定螺栓　１．２伸缩缝布置　的性能等级和连接材料的摩擦系数即可。承压型或摩　《门规》规定，纵向温度区段长度不大于３００ｍ，横　擦型只是抗剪连接的两种形式，大六角头或扭剪型高　向温度区段不大于１５０ｍ。房屋的温度区段应按规范　强度螺栓都可以用于这两种连接，不能混淆两个概念。　规定设置独立的空间稳定的支撑体系。当纵向需要设　目前设计一般用摩擦型连接，其剪切变形比承压型连　置伸缩缝时，应优先采用在檩条螺栓连接处采用长圆　接小，这种连接使得结构刚度较大。实际上在低烈度　孔的方法，并使该处屋面板在构造上允许胀缩。当横　地震区，当吊车荷载不大或没有吊车、风荷载较小、变　向需要设置伸缩缝时，应通过计算温度应力比较是否　形不大的情况下可优先选用承压型连接，不仅能大大　设置双柱的经济性。　减少螺栓用量，而且连接处构件接触面仅需清除油污　１．３　最优柱距及最优跨度　及浮锈，不必强调抗滑移系数和扭矩两个系数的检验。　对于门式刚架结构，在满足工艺布置要求的前提　地脚螺栓一般采用ｃ级螺栓。当有必要时可以推荐大　下，最优柱距和最优跨度的问题是方案设计中应充分　六角头或扭剪型高强度螺栓，也可由施工单位自行选　择。扭剪型高强度螺栓相对大六角头螺栓而言，有紧　｝收稿日期：２０１０—０４—２０　固简单、便于检查是否有漏拧或欠拧的优点，但耗材略　作者简介：张其东，男，工程师，２００４年毕业于山东建筑工程学院　土木工程专业，学士学位，现在煤炭工业济南设计研究院有限公司工　多，预拉力值离散较大，需使用专用的电动扳手。　作。　４节点选择　１６４　童瞧晨舛技　２０１０年第４期　４．１　梁柱连接　撑端部用螺母张紧的做法增加少量费用，但能有效地　《门规》将端板连接作为主要的梁柱连接和拼接　节点形式，主要有外伸式、平板式、外伸式加肋等几种　形式。加劲肋能明显改善螺栓的拉力分布状态，使受　拉翼缘两侧螺栓均匀受力，从而大大提高了节点的抗　消除支撑松驰引起的负面影响。当有吊车时，下柱支　撑应采用刚性支撑，一般由钢管或角钢组成。　计算中应注意平面外计算长度的问题，通常梁和　边柱的平面外计算长度由受压翼缘的隅撑间距决定，　中柱的计算长度为柱间系杆距离决定。而中柱设置系　杆往往受到厂房使用功能的限制，在可能的情况下，梁　柱截面尽量不要由平面外稳定控制，否则设计一般会　不太经济。在有些屋脊处有通风气楼的厂房，此处没　弯能力，有效减少螺栓数量和端板厚度，故一般应优先　选用外伸式加肋的节点。边柱与梁连接节点有端板竖　放、平放或斜放三种形式。在可能的情况下应优先选　用端板平放以减小节点设计剪力，同时柱能在安装时　起到临时支座的作用。当节点弯矩较大时可采用端板　有檩条，应设置相应的压杆以减小平面外计算长度。　斜放或竖放以增大力臂，但端板斜放时对加工精度要　刚性系杆大小应通过稳定验算决定，或参照图集　求较高，且应注意安装空间的问题。中柱与梁的连接　０２ＳＧ５１８—１选取。　一般可采用铰接处理，但当跨中反弯矩很大或需控制　《门规》规定檩条的下翼缘在风吸力组合作用下　水平位移时此处可设计为刚接。将端板平放与梁的下　受压时，拉条宜在檩条的上、下翼缘附近适当布置。而　翼缘连接，受力合理，也便于加工安装。梁中间拼接位　对拉条的位置《门规》并没有给出更加具体的设置方　置应尽量选在弯矩和剪力较小处，同时应便于下料制　法，目前对此争论较多。比较稳妥的做法是设置双层　作及安装，每段长度宜为５～１１ｍ。　拉条，但习惯做法是仅在檩条的上翼缘附近设置拉条。　４．２柱脚连接　当檩条在风吸力组合作用下下翼缘受压时，可通过其　对于无吊车或吊车荷载较小时，柱脚可采用铰接。　稳定计算满足即可。此时檩条下翼缘侧向计算长度取　当吊车荷载较大时，柱脚铰接无法满足刚架侧移限值，　其跨度。但墙梁在风吸力作用下如此计算，其稳定将　此时应采用刚接。柱脚铰接时锚栓可设置为一对或两　成为控制截面的唯一因素，按此设计是极不经济的。　对，通常为方便刚架安装，可设置两对锚栓。当有吨位　当屋脊及檐口处采用双檩时，当核算满足受压稳定要　较大的重型工作制的吊车时应采用带靴梁的柱脚构　求后，可以取消此处的刚性系杆，让檩条做为传递纵向　造。《钢结构设计规范》ＧＢ５００１７—２００３（以下简称《钢　水平力的压杆，但在有垂直支撑处建议仍设置刚性系　规》）规定：柱脚锚栓不能用以承受柱脚底部的水平反　杆。鉴于采用扣合式屋面板时，屋面板不能作为檩条　力，此水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力（摩擦　的侧向支承，檩条应根据不同情况分别按不同方法进　系数取可０．４）或设置抗剪键承受。抗剪键一般采用　行计算。规程对各种情况做了较为详细的规定，设计　钢板或槽钢，在混凝土柱顶预留抗剪键的坑位。　中应注意区分。　４．３抗风柱　抗风柱与刚架梁的连接形式建议采用弹簧板连　６结束语　接，在抗风柱的顶端设置弹簧板与刚架梁下翼缘相连。　门式刚架设计应该在相应规范、规程的要求下，合　弹簧板由一块钢板折叠而成，竖向刚度很弱，上部的钢　理选用结构方案布置、节点构造以及制作、安装方法，　架梁可以自由变形，节点不传递竖向力。水平方向弹　做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。　簧板不容易发生变形，刚度很大，能够保证水平荷载的　传递。该构造有利于端跨屋面梁与中间梁的变形协　参考文献：　调。抗风柱柱脚与基础连接建议采用铰接。当有夹层　［１］《门式刚架轻型房屋钢结构》（ＣＥＣＳ　１０２：２００２）ｊＥ京：中国计划　时，同样存在变形协调的问题，故抗风柱下部与钢梁建　出版社，２００２．　议采用铰接，上部建议也采用弹簧板连接。　［２］《钢结构设计规范》（ＧＢ　５００１７—２００３）．北京：中国计划出版社，　２００３．　５支撑体系、檩条、墙梁　［３］《门式刚架轻型房屋钢结构》（０２ＳＧ５１８—１）北京　中国建筑标准　设计研究院，２００２．　当没有吊车时，支撑体系一般采用由张紧的圆钢　组成的柔性支撑。建议采用花兰螺栓，虽然较圆钢支