4 结构形式和布置 4.1 结构形式 4.1.1 在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙粱相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。 4.1.2 门式刚架分为单跨（图4.1.2a）、双跨（图4.1.2b）、多跨（图4.1.2c）刚架以及带挑檐的（图4.1.2d）和带毗屋的（图4.1.2e）刚架等形式。多跨刚架中间柱与斜梁的连接可采用铰接。多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖（图4.1.2f），必要时也可采用由多个双坡屋盖组成的多跨刚架形式。
4 结构形式和布置
4.1 结构形式
4.1.1 在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙粱相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。
4.1.2 门式刚架分为单跨（图4.1.2a）、双跨（图4.1.2b）、多跨（图4.1.2c）刚架以及带挑檐的（图4.1.2d）和带毗屋的（图4.1.2e）刚架等形式。多跨刚架中间柱与斜梁的连接可采用铰接。多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖（图4.1.2f），必要时也可采用由多个双坡屋盖组成的多跨刚架形式。
图4.1.2 门式刚架形式示例
4.1.3 根据跨度、高度和荷载不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形；必要时也可改变腹板厚度。结构构件在安装单元内一般不改变翼缘截面，当必要时，可改变翼缘厚度；邻接的安装单元可采用不同的翼缘截面，两单元相邻截面高度宜相等。
4.1.4 门式钢架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5t 以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。
4.1.5 门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8 ～1/20，在雨水较多的地区宜取其中的较大值。
4.1.6 轻型房屋的外墙，除采用以压型钢板等作围护面的轻质墙体外，尚可采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的外墙。
4.1.7 门式钢架可由多个梁、柱单元构件组成。柱一般为单独的单元构件，斜梁可根据运输条件划分为若干个单元。单元构件本身采用焊接，单元构件之间可通过端板以高强度螺栓连接。
4.1.8 门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋面隔热和保温层，也可采用带隔热层的板材做屋面。
4.2 建筑尺寸
4.2.1 门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸虚符合下列规定：
1 门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。
2 门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。高度应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定。
3 柱的轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。
4 门式刚架轻型房屋的檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度。
门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度。
门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距 离 ”
门式刚架轻型房屋的长度，应取两端山墙墙梁外皮之间的距离。
4.2.2 门式刚架的跨度宜采用9～36m。当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。
门式刚架的平均高度宜采用4.5～9.0mm当有桥式吊车时不宜大于12m。
门式刚架的间距，即柱网轴线间的纵向距离宜采用6～9m。
挑檐长度可根据使用要求确定，宜采用0.5～1.2m。其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
4.3 结构平面布置
4.3.1 门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距），应符合下列规定：
纵向温度区段不大于300m；
横向温度区段不大于150m。
当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。
当需要设置伸缩缝时，可采用两种做法：在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩或设置双柱。
吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔。
4.3.2 在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托梁或托架。
4.3.3 屋面檩条的布置，应考虑大窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条供货规格等因素的影响。屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。
4.3.4 山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。
4.4 墙架来布置
4.4.1 门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，应考虑设置门盖边缘设置纵向支撑桁架。当桥式吊车起重量较大时，尚应采取措施增加吊车粱的侧向刚度。
窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。
4.4.2 门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格确定，且不应大于计算要求的值。
4.4.3 门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢墙板或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。
4.5 支撑布置
4.5.1 门式刚架轻型房屋钢结构的支撑设置应符合下列要求：
1 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
2 在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。
4.5.2 支撑和刚性系杆的布置宜符合下列规定。
1 屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。
2 柱间支撑的间距应根据房屋纵向往距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30～45m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。
3 当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。
4 当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。
5 在刚架转折处（单跨房屋边往柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。
6 由支撑斜杆等组成的水平衍架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。
7 在设有带驾驶室且起重量大于15t 桥式吊车的跨间，应在屋盖边缘设置纵向支撑桁架。当桥式吊车起重量较大时，尚应采取措施增加吊车梁的侧向刚度。
4.5.3 刚性系杆可由擦条兼作，此时檩条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求。当不满足时，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面的杆件。
4.5.4 门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30O～60O范围内，宜接近45O。
4.5.5 当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。
4.5.6 当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向刚架。
5 作用效应计算
5.1 变截面刚架内力计算
5.1.1 变截面门式刚架应采用弹性分析方法确定各种内力。仅在构件全部为等截面时才允许采用塑性分析方法，并按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定进行设计。
5.1.2 变截面门式刚架宜按平面结构分析内力，一般不考虑应力蒙皮效应。当有必要且有条件时，可考虑屋面板的应力蒙皮效应。
5.1.3 变截面门式刚架的内力可采用有限元法（直接刚度法）计算。计算时宜将构件分为若干段，每段可视为等截面；也可采用楔形单元。
5.2 变截面刚架侧移计算
5.2.1 变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。
当单跨变截面门式刚架斜梁上缘坡度不大于1：5时，在柱顶水平力作用下的侧移μ ，可按下列公式估算：
柱脚铰接刚架
柱脚刚接刚架
式中 h、L——分别为刚架柱高度和刚架跨度。当坡度大于1:10时，L应取横梁沿坡折线的总长度2s（图5.2.1）；
Ic、Ib——分别为柱和横梁的平均惯性矩，按本规程第5.2.2条的规定计算；
H——刚架柱顶等效水平力，按本规程第5.2.3条的规定采用；
——刚架柱与刚架梁的线刚度比值。
5.2.2 变截面柱和横梁的平均惯性矩，可按下列公式近似计算：
图5.2.1 变截面刚架的几何尺寸
楔形构件 Ic=(Ic0+Ic1) （5.2.21）
双楔形横梁 Ib=[(Ib0+βIb1+(1-β)Ib2)]/2 （5.2.2-2）
式中 Ic0、Ic1——分别为柱小头和大头的惯性矩；
b0、Ib1、Ib2——分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面的惯性矩
（图5.2.1）；
β——楔形横梁长度比值（图5.2. 1）。
5.2.3 当估算刚架在沿柱高度均布的水平风荷载作用下的侧移时（图5.2.31），柱顶等效水平力H可取：
柱脚铰接框架 H=0.67W （5.2.3-1）
柱脚刚接框架 H=0.45W （5.2.3-2）
其中 W （5.2.3-3）
当估算刚架在吊车水平荷载尺作用下的侧移时（图5.2.3-2），柱顶等效水平力H可取：
柱脚铰接框架 H=1.15ηPc （5.2.3-4）
柱脚刚接框架 H= ηPc （5.2.3-5）
式中W——均布风荷载的总值；
、——分别为刚架两侧承受的沿柱高度均布的水平风荷载（kN／m），按附录A规定的准值计算；
η——吊车水平荷载作用高度与柱高度之比（图5.2.3-2）。
图5.2.3-1 刚架在均布风荷载作用下柱顶的等效水平力
图5.2.3-2 刚架在吊车水平荷载作用下柱顶的等效水平力
5.2.4 中间柱为摇摆柱的两跨或多跨刚架，柱顶侧移可采用公式（5.2.1-1）或（5.2.1-2）计算，但公式（5.2.1-3）中的L应以双坡斜梁全长2s代替，5为单坡长度（图5.2.4）。
图5.2.4 有摇摆柱的两跨刚架
5.2.5 当中间柱与横梁刚性连接时，可将多跨刚架视为多个单跨刚架的组合体（每个中间柱分为两半，惯性矩各取I/2），按下列公式计算整个刚架在柱顶水平荷载作用下的侧移：
——柱脚铰接时各单跨刚架的侧向刚度之和；
——所计算跨两柱的平均高度；
——与所计算柱相连接的单跨刚架梁的长度；
——两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩；
——分别为左、右两柱的惯性矩（图5.2.5）；
——与所计算柱相连接的单跨刚架粱的惯性矩；
——所计算柱与相连接的单跨刚架梁的线刚度比值。
6 构件设计
6.1 变截面刚架构件计算
6.1.1 板件最大宽厚比和屈曲后强度利用应符合下列规定：
1 工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比，不应大于；工字形截面梁、柱构件腹板的计算高度hw与其厚度tw之比，不应大于250。此处，为钢材屈服强度。
2 当工字形截面构件腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算截面特性。有效宽度应取：
当截面全部受压时 he=ρhw （6.1.1-1a）
当截面部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度应取：
he=ρhc （6.1.1-1b）
式中 hc ——腹板受压区宽度；
ρ——有效宽度系数，按本条3款的规定采用。
3 有效宽度系数ρ应按下列公式计算：
当 λρ≤0.8时 ρ=1 （6.1.1-2a）
当0.8＜λρ≤1.2时 ρ=1-0.9(λρ-0.8) （6.1.1-2b）
当λρ＞1.2时 ρ=0.64-0.24(λρ-1.2) （6.1.1-2c）
式中λρ——与板件受弯、受压有关的参数，按本条4款的规定采用。
4 参数λρ应按下列公式计算：
（6.1.1-3）
(6.1.4-4)
β=σ2/σ1 (6.1.4-5)
式中 β——截面边缘正应力比值（图6.1.1），1≥β≥-1；
kσ——杆件在正应力作用下的凸曲系数。
当板边最大应力σ1＜f 时，计算λρ可用γRσ1代替式（6.1.1-3）中的fy,γR为抗力分项系数。对Q235和Q345钢，γR=1.1。
5 腹板有效宽度he应按下列规则分布（图6.1.1）：
当截面全部受压，即 β＞0时
he1＝2/he(5-β) （6.1.1-6a）
he2＝he- he1 （6.1.1-6b）
当截面部分受拉，即β＜0 时
he1＝0.4he （6.1.1-7a）
he2＝0.6he （6.1.1-7b）
6 工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm／m时可考虑屈曲后强度（拉力场），其抗剪承载力设计值应按下列公式计算：
Vd= hwtwf′v （6.1.1-8）
当 λw≤0.8时 f′v=fv （6.1.1-9a）
当 0.8 ＜λw＜1.4时 f′v=[1-0.64（λw-0.8）] fv (6.1.1-9b)
当 λw≥1.4时 f′v=(1-0.275λw) fv (6.1.1-9c)
式中fv——钢材抗剪强度设计值；
hw——腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度；
λw——与板件受剪有关的参数，按本条7款的规定采用；
f′v——腹板屈曲后抗剪强度设计值。
当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a 宜取hw～2hw
7 参数入应按下列公式计算：
（6.1.1-10）
当α/hw＜l时 =4+5.34(α/hw)2 (6.1.1-11a)
当α/hw≥时 =5.34+4(α/hw)2 (6.1.1-11a)
式中 ——受剪板件的凸曲系数；当不设横向加劲肋时，取=5.34。
α——加劲肋间距。
图6.1.1 有效宽度的分布
6.1.2 刚架构件的强度计算和加劲肋设置应符合下列规定：
1 工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下的强度，应符合下列要求：
当V≤0.5Vd时
（6.1.2-1a）
当0.5Vd＜V≤Vd时
（6.1.2-1b ）
当截面为双轴对称时
（6.1.2-2）
式中 ——两翼缘所承担的弯矩；
——构件有效截面所承担的弯矩，
——构件有效截面最大受压纤维的截面模量；
——构件翼缘的截面面积；
——腹板抗剪承载力设计值，按公式（6.1.1-8 ）计算。
2 工字形截面压弯构件在剪力V、弯矩M和轴压力N共同作用下的强度，应符合下列要求：
当V≤0.5Vd时
(6.1.2-3a)
(6.1.2-3b)
当0.5Vd≤V＜Vd时
(6.1.2-3c)
式中 ——有效截面面积；
——兼承压力N时两翼缘所能承受的弯矩。
3 梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。
粱腹板利用屈后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力。该压力应
按下列公式计算：
Ns=V-0.9hwtwτcr （6.1.2-5）
当 0.8＜λw≤1.25时， τcr=[1-0.8（λw-0.8）]fv (6.1.2-6a)
当 λw＞1.25时 τcr=fv/λ2w （6.1.2-6b）
式中 Ns ——拉力场产生的压力；
τcr ——利用拉力场时腹板的屈曲剪应力；
λw ——参数，按本规程第6.1.1 条7款的规定采用。
当验算加劲肋稳定性时，其截面应包括每侧宽度范围内的腹板面积，计算长度取 hw。
6.1.3 变截面柱在刚架平面内的稳定计算，应符合下列规定：
1 变截面柱在刚架平面内的稳定应按下列公式计算：
(6.1.3-1)
(6.1.3-2)
式中 ——小头的轴向压力设计值；
——大头的弯矩设计值；
——小头的有效截面面积；
——大头有效截面最大受压纤维的截面模量；
——杆件轴心受压稳定系数，楔形柱按本条2款规定的计算长度系数由现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017查得，计算长细比时取小头的回转半径；
——等效弯矩系数，按本条3款计算；
——参数，计算λ时回转半径，以小头为准，计算长度系数按本条2款的规定采用。
注：当柱的最大弯矩不出现在大头时， 和别取最大弯矩和该弯矩所在截面的有效模量。
2 截面高度呈线性变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为h0=μγh,式中h 为柱高、μγ为计算长度系数。μγ可由下列三种方法之一确定
（1）查表法。用于柱脚铰接的刚架。
l）柱脚铰接单跨刚架楔形柱的，可由表6.1.3查得。
表6.1.3 柱脚铰接楔形柱的计算长度系数
K2/K1 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.5 |
0.75 |
1.0 |
2.0 |
≥10.0 |
|
0.01 |
0.428 |
0.368 |
0.349 |
0.331 |
0.320 |
0.318 |
0.315 |
0.310 |
|
0.02 |
0.600 |
0.502 |
0.470 |
0.440 |
0.428 |
0.420 |
0.411 |
0.404 |
|
0.03 |
0.729 |
0.599 |
0.558 |
0.520 |
0.501 |
0.492 |
0.483 |
0.473 |
|
0.05 |
0.931 |
0.756 |
0.694 |
0.644 |
0.618 |
0.606 |
0.589 |
0.580 |
|
0.07 |
1.075 |
0.873 |
0.801 |
0.742 |
0.711 |
0.697 |
0.672 |
0.650 |
|
0.10 |
1.252 |
1.027 |
0.935 |
0.857 |
0.817 |
0.801 |
0.790 |
0.739 |
|
0.15 |
1.518 |
1.235 |
1.109 |
1.021 |
0.965 |
0.938 |
0.895 |
0.872 |
|
0.20 |
1.745 |
1.395 |
1.254 |
1.140 |
1.080 |
1.045 |
1.000 |
0.969 |
|
知识点：门式刚架轻型房屋钢结构结构形式和布置
