门式刚架结构设计若干问题探析

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1、门式刚架结构设计若干问题探析　　摘要：门式刚架因其自重轻，建设周期短及较好的抗震性能被建筑师和结构师广泛地应用于建筑工程中，然而在实际设计中，会出现很多问题，致使运用此结构时也出现了许多问题。本文主要谈谈门式刚架结构设计的重要方法以及其设计过程中出现的主要问题，并提出一些合理化建议。关键词：门式刚架；结构设计；问题；建议中图分类号：TU318文献标识码：A前言在具体工程中，门式刚架结构具有不可代替的优越性，因为门式刚架是典型的轻型钢结构，其用在工程中，不仅可以大大节省材料，还会缩减施工周期。因此，现阶段我国门式刚架在国内的应用相当广泛。然而，在设计阶段会出现一些比较严重的问题，致使在应

2、用时对工程造成影响。门式刚架重要设计方法——弹性设计法8弹性设计法首先根据荷载分析内力，然后验算柱子的强度，平面内外的稳定性，验算斜梁的强度和平面外稳定。在强度和平面外的稳定计算公式上看,我国与欧美国家相差不大。在强度计算上，我们利用弹性设计或允许开展部分塑性,而西方发达国家根据板件宽厚比对截面分类，要分别采用完全弹性或完全塑性设计法,这可造成5%左右的应力差距。平面外稳定的计算公式与外国公式及试验资料进行过比较而确定，因而无太大的差别。对门架的平面内有侧移失稳，我们根据横梁展开的线刚度与柱的线刚度比值，查表或用近似公式确定柱子计算长度，对柱脚铰接的情况，计算长度系数在2~4之间，大部

3、分在2.5~3.5之间，5m长的门架柱要按12~15m长确定压杆稳定系数。随着屋面坡度的降低，门架结构出现了通常薄壳结构才会遇到的新的一类失稳形式——跳跃失稳，国内对门架的这类失稳现象尚未研究过，英国钢结构新规范已有这方面的设计公式。横梁在檐口部位的下翼缘受压，上翼缘受拉，此时横梁仅在受拉区有檩条侧向支撑，不能将其作为横梁的完全的侧向支撑。设计手册要求通过设置隅撑来防止梁的侧向弯扭失稳。门式刚架轻型房屋钢结构设计存在的问题设计方面的问题主要是在结构形式和布置、屋面活荷载取值、节点的设计、檩条计算和摇摆柱稳定计算等几个方面：（一）结构形式以及布置问题8要依据房屋的体系特点、荷载分布情况及

4、性质等全面考虑和确立房屋结构形式以及布置，因为其设计好门式刚架轻型房屋的基础就是结构形式以及布置。一般情况下，要力学模型清晰，尽可能将大荷载或者移动荷载的作用范围进行限制，以使荷载直接的传递到基础。对于规范中没有涉及到的或难以精确分析的问题，可以根据整体结构体系和分体系的力学关系、自然灾害等中获得的设计理念，从不同方面来确定轻型结构房屋的结构形式及其布置。（二）屋面活荷载取值《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002第3.2.2中规定：对受荷水平投影面积大于60m2刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取用不小于0.3kN/m2。但同时在《钢结构设计规范》GB50017

5、-2003第3.2.1中规定对支撑轻屋面的构件或结构（屋架、框架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载标准值应取为0.3kN/m2。由于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002为协会标准，属推荐性标准。《钢结构设计规范》GB50017-2003为国家标准，属强制性标准。按照我国相关法律法规，推荐性标准应服从强制性标准，因此，屋面活荷载屋面均布活荷载标准值应取为0.3kN/m。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002第3.2.5中规定：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值，设计过程中应注意。（三）檩条的

6、计算8檩条多采用冷弯薄壁构件，檩条计算问题较大，受压板件或压弯板件的宽厚比大，当受力弯曲时，应采用有效宽度进行强度计算，不能像热轧型钢那样全截面有效。在设计时常常将强度计算要用净断面的情况忽略掉，忽略钉孔减弱。当这种情况减到一定数值时会对小截面窄翼缘的梁影响较大。（四）节点的设计《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002第7.2.3、7.2.4中规定：主刚架构件的连接应采用高强螺栓，可采用承压型或摩擦型连接;端板连接的螺栓应成对对称布置。端板连接节点承受弯矩，在螺栓中产生拉力，同时端板和柱子的翼缘之间产生橇力,使螺栓承受更大的拉力。英美等国都显示计算橇力，将橇力作为螺栓

7、承受外载的一部分进行计算。而我们则通过对螺栓的容许拉应力进行折减，相当于考虑橇力大小为0.25倍的由弯矩产生的螺栓拉力，并且不再对橇力进行计算。节点的设计其实应包含端板、柱子翼缘柱子腹板等的强度和稳定计算，并由此判断是否需要设置加劲肋。端板应验算它是否会形成板的塑性机构，并以此确定端板的厚度。柱子翼缘也验算它是否会形成机构，即形成机构时的承载力，如果承载力不足,则要设置加劲肋。柱子腹板应验算受拉和受压区的强度，受压区腹板的稳定性,节点区腹板的抗