门式刚架（传统钢梁结构）

门式刚架

传统钢梁结构

门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。

名词解释

门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设汁、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。

门式刚架轻型房屋钢结构可用于厂房、仓库、超市、体育馆、候车室、文化娱乐设施、贸易市场、流动性强的军队营房、民政方面抗灾救灾的重建居所、应急医疗场所等，范围广泛。

经济性比较

轻板刚架与其它传统结构型式的经济比较结论如下 （现有主要建筑物，以各自最可靠的应用范围内综合造价为基础，在常用跨度间划分做比较 单位： 元/m2。单层工业厂房或 砖混 钢筋混凝土框（排）架 轻板刚架。库房（檐高8m以内）。跨度 6 ---12m 800左右 600左右。12---24m 1000左右 1200左右 800左右。24m以上 1200以上 1500以上 不超1000。其它单层空间结构 钢筋混凝土排架平面网架屋盖 轻板刚架（檐高8m以内）。跨度 15---30m 1200左右 800左右。30m以上 1500以上 不超1000

主要结构方案

承重结构主要结构方案

焊接实腹式I型截面门式刚架承重结构由刚架和基础两部分组成。这里须着重指出的是，与传统钢结构体系在受力计算时传力路径明确相比，门式刚架承重结构体系的刚架、檩条（或墙梁）以及压型钢板间通过可靠的连接和支撑相互依托，体系受力更趋向于空间化。门式刚架承重结构主要结构方案，按刚架型式分为无内柱净跨结构和有内柱多跨连续结构两类，前者跨距可达到48m，而后者之内柱连续跨距可达到30m。

应用时还可根据具体工程，采用单坡和多坡以及不等跨、高等多种型式。基础型式多采用钢筋混凝土独立式基础。根据建筑对侧向位移和变形的不同要求，从节约用钢量的角度出发，可采用变截面梁柱、基础铰接结构方案或等截面柱变截面梁、基础刚接结构方案。设计时应依实际情况，按最合理的刚架承重结构方案选用。

墙面围护结构主要结构方案

组合屋面和墙面围护结构的主要作用是：1）檩条和墙梁作为基本骨架与压型钢板组合成屋面和墙面围护结构，并参与结构受力。2）与支撑系统一起参与纵向传力和空间协同作用。

檩条和墙梁目前主要的构件型式是采用C型或Z型薄壁型钢，截面大小均要经受力计算后确定。C型截面与Z型截面相比，强弱轴的力学性能差异较大，且与刚架的连接多为螺栓铰接，计算时须按简支考虑（Z型截面间可通过可靠搭接实现刚接，从而可按连续梁计算）。门式刚架轻型房屋钢结构计算时，风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积。

故从受力状态、计算结果以及构造等角度看，后者更合理一些。所以除门窗洞口以及其它特殊节点处理需要外，应优先选用Z型截面。檩条与墙梁的间距，一般决定于压型板的板型和规格，并须经过力学计算后确定。但从构造要求的角度上看，一般不超过1.5米。

彩色金属压型钢板，按工厂加工制作的成品型式，分成压型板单板和复合板两类。单板主要用于无保温和隔热要求的建筑，依托其内侧檩条或墙梁组合成屋面和墙面围护结构。复合板主要用于有保温和隔热要求的建筑，按相应的施工和加工工艺，分成现场复合板和工厂复合板两大系列。

工厂复合板在工厂加工（包括加芯）成成品，现场组合安装，依托其内侧檩条或墙梁，组合成屋面或墙面围护结构。采用此类复合板现场工作量小，施工快捷，适合于规模较大和工期要求较紧的彩板安装项目。但设备资金投入量较大，须形成一定的经营规模。

现场复合板在工厂加工成单板，现场夹芯复合。屋面根据不同板型，依托其内侧有时甚至包括内部檩条，夹芯后组合成屋面结构。墙面复合板则多利用墙梁作内檩，夹芯后组合成墙面围护结构。现场复合施工周期较长，但设备资金投入量少，适合中小型经营规模，是目前没有形成一定产业规模地区，最适用的彩板安装型式。复合板的夹芯材料目前主要包括聚苯、聚胺酯泡沫、岩棉和玻璃棉等几类。设计时应根据项目规模、建设周期要求、综合技术水准以及地区产业发展状况酌情选择方案。

支撑系统主要结构方案

支撑系统的主要作用是：1）纵向刚性系杆传递纵向水平力。2）水平支撑形成局部刚域，抵抗在柱间和屋面梁间传递的水平力作用。3）隅撑的作用则为约束I型截面远端翼缘板，起到远端翼缘板平面内支座作用，避免形成局部屈曲；或出平面支点作用，减小翼缘板的出平面计算长度，从而控制出平面稳定性。4）全部支撑系统与檩条或墙梁以及刚架一道组成空间体系，参与空间协同工作。刚性系杆构件主要选用型钢和钢管，与刚架通过螺栓铰接，截面大小一般按压杆稳定性要求或通过受力计算来决定。

设置主要考虑在刚架转角和屋脊联结处（其中屋脊处的刚性系杆，可由用于此处屋脊构造需要的，刚度较大的双檩条及联结所代替）。另外，刚性系杆的间距主要取决于刚架构件的出平面稳定性要求，一般应为：在刚架斜梁上12—18m之间，在刚架柱上约8m左右，否则应考虑在其间增设。强调一点的是，刚度较大的吊车梁等均可作为刚性系杆考虑。水平支撑主要分为拉杆支撑和压杆支撑两类（又称拉力系统和压力系统）。

拉力系统主要用于抵抗较小的水平力作用，和用于水平位移和变形要求不严格的建筑，而后者则相反。两者的界限参考上海地方轻钢规程规定，为后者吊车吨位应大于5t。水平支撑设置的最佳位置应考虑在每个温度单元居中设置，并要求屋面梁间和柱间水平支撑须设在同一开间，同时支撑间距按规程规定不应大于60m。另外，建筑的端部第一或第二开间，以及温度缝两侧开间，考虑空间协同作用的需要，也要设置水平支撑。

水平支撑的构件截面大小主要决定于纵向水平力作用，须经受力计算来确定。隅撑构造是连接于I型截面的远端翼缘和檩条或墙梁之间，起I型截面远端翼缘板的板件约束和平面外支点作用。隅撑设置主要在I型截面远端翼缘板的受压区，间距应符合避免翼缘板板件屈曲的条件和刚架平面外稳定性计算要求，目前主要按构造要求设置，取间距3m左右。隅撑杆件截面型式多选用小型钢，规格大小须经过受力计算来确定。

设计常见问题

吊车梁上翼缘宽度偏小，满足轨道安装尺寸要求，且存在使用幌动问题，此问题较普遍。吊车10吨以上时，吊车梁受压翼缘的侧向既不加强截面，也不设置水平掣动桁架，造成吊车幌动。某工程屋面坡度角40多度，采用荷载规范规定的体形系数，在大风中倒塌。门式刚架多跨不等高，或带天窗多跨厂房，风荷载体形系数使用混乱。

厂房为砼柱，屋面梁为H形截面钢梁，柱顶铰接，不是门式刚架体系，却按门式刚架设计。许多电算资料或手算资料不全，檩条、墙梁、墙架柱、柱间支撑，屋面支撑等，特别是节点连接，相当于部分未进行计算。檩条兼作横向支撑桁架竖杆时，并未对其承载力和作为压杆的长细比进行验算。有的厂房檩间不设拉条，影响结构安全。个别工程将交叉支撑仅设在相邻刚架间的边柱附近，并未形成水平桁架；不能无条件地选用A级钢材；绝大多数项目未进行柱脚底板水平反力验算。

有的厂房温度区段内未形成独立空间稳定的支撑体系，不能保证结构刚度。部分项目图纸未注明焊缝形式和质量级别要求，质量无法保证。屋面横向支撑和竖向支撑不设在同一柱距内，不能形成刚性空间块体。有些项目刚架转折处不设通长刚性系杆，檐口仅有普通檩条，不能保证房屋纵向刚度。

有的二层厂房，不进行整体分析，存在安全问题。有的端板厚度小于16mm。厂房有吊车时，中柱采用摇摆柱。有的项目不设隅撑。抗风柱位置设置不当，未设在屋面水平支撑的节点处。未计算有柱间支撑的柱脚锚栓的上拔力。屋面支撑和柱连支撑连接节点无计算书。

设计规范

目前采用的是“门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102-2002”，在进行屋面檩条和墙面檩条设计过程中可参照“冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002”，两套规范在设计檩条的过程中的区别就在于：根据“冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002”，当拉条位于远端时，可以认为当檩条远端翼缘受压时，拉条起到平面外支撑，可减小檩条的计算长度。

参考资料

1.中华人民共和国国家标准 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范·建标库

2.门式刚架轻型房屋钢结构体系·环球网校