第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)是當前采用較多的一種建筑結(jié)構(gòu)形式，它是指以冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻焊接型鋼、薄鋼板、薄壁鋼管、輕型熱軋型鋼，及以上各種構(gòu)件拼接、焊接而成的組合構(gòu)件等為主要受力構(gòu)件，并且大量采用輕質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)的建筑。它具有結(jié)構(gòu)自重輕、加工制造簡單、工業(yè)化程度高、運輸安裝方便、經(jīng)濟指標好等特點，應(yīng)用范圍很廣。輕質(zhì)屋面材料包括：壓型鋼板、太空板（發(fā)泡水泥復(fù)合板）、石棉水泥波形瓦、瓦楞鐵、加氣混凝土屋面板等。單層輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋一般采用門式剛架、屋架、網(wǎng)架為主要承重結(jié)構(gòu)。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

1．門式剛架門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)主要是指承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實腹門式剛架。剛架有單層和多層，單跨和多跨；剛架桿件有實腹式和格構(gòu)式的。它能有效地利用建筑空間，降低房屋的高度，造型簡潔美觀，構(gòu)件規(guī)格整齊，工地安裝方便，施工速度快等優(yōu)點，是當前輕型鋼結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式。

2．屋架結(jié)構(gòu)

當房屋跨度較大、高度較高時一般采用屋架結(jié)構(gòu)。目前大量應(yīng)用的壓型鋼板有檁體系和太空輕質(zhì)大型屋面板無檁體系，多為平坡輕型屋面。門式剛架和屋架均為平面結(jié)構(gòu)體系，為保證結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性及空間剛度，在每榀剛架和屋架間應(yīng)設(shè)置縱向構(gòu)件和支撐系統(tǒng)連接。

3．網(wǎng)架結(jié)構(gòu)隨著現(xiàn)代建筑不斷地向大跨度大柱網(wǎng)方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式亦從平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到空間結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架就是為了適應(yīng)這種大跨度需要而發(fā)展起來的一種空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架整體性好、剛度大，能有效地承受地震等動力荷載，近幾年發(fā)展迅速。23.1門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用一、

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

1.質(zhì)量輕。圍護結(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10~30kg/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1/20~1/30。由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，相應(yīng)地基礎(chǔ)可以做得較小，地基處理費用也較低。同時在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)小。但當風(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。

2．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度螺栓連接，安裝迅速。第22章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

3．綜合經(jīng)濟效益高。門式剛架結(jié)構(gòu)通常采用計算機輔助設(shè)計，設(shè)計周期短、原材料種類單一、構(gòu)件采用先進自動化設(shè)備制造、運輸方便等。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。

4．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、墻板尺寸的限制，柱距多為6m，當采用12m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，柱距大小主要根據(jù)使用要求和用鋼量最省的原則來確定。

5．剛度較差。受荷后產(chǎn)生撓度，用于工業(yè)廠房時，吊車起重量不能過大。二、門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用大約始于20世紀80年代初期，僅有短短30多年發(fā)展歷史。但從我國目前情況來看，門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)已如雨后春筍般發(fā)展起來，大量單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房以及中小型商場、體育館等建筑物爭先恐后地應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)形式。可以說，輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋是近年來一項發(fā)展最快、應(yīng)用最廣結(jié)構(gòu)形式之一。第22章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)23.2門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的組成及布置一、

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的組成第22章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)是梁、柱單元構(gòu)件的組合體，它一般由結(jié)構(gòu)（剛架、吊車梁）、次結(jié)構(gòu)（檁條、墻架柱及抗風(fēng)柱、墻梁）、支撐結(jié)構(gòu)（屋蓋支撐、柱間支撐）及圍護結(jié)構(gòu)（屋面、墻面）幾個部件一起協(xié)同工作。門式剛架輕型結(jié)構(gòu)組成如圖23-2所示。在門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系中，屋蓋應(yīng)采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主剛架可采用變截面實腹剛架，外墻宜采用壓型鋼板墻板和冷彎薄壁型鋼墻梁，也可以采用砌體外墻或底部為砌體、上部為輕質(zhì)材料的外墻。主剛架斜梁下翼緣和剛架內(nèi)翼緣的出平面穩(wěn)定性，由與檁條或墻梁相連接的隅撐來保證。主剛架間的交叉支撐可采用張緊的圓鋼。單層門式剛架輕型房屋可采用乙烯泡沫塑料、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，也可以采用帶保溫層的板材作屋面。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)圖23-2門式剛架的結(jié)構(gòu)組成二、

門式剛架結(jié)構(gòu)形式第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

1．門式剛架分類

（1）按構(gòu)件體系的不同，可分為實腹式和格構(gòu)式。（2）按構(gòu)件橫截面的組成劃分，門式剛架的梁、柱可采用變截面或等截面實腹焊接工字形截面或軋制H形截面，少數(shù)為Z形；格構(gòu)式剛架橫截面為矩形或三角形。（3）按剛架的跨度不同，其結(jié)構(gòu)形式可分為單跨、雙跨、和多跨。（4）按屋面坡脊數(shù)不同，可分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。（5）按剛架結(jié)構(gòu)材料，門式剛架可以有普通型鋼、薄壁型鋼、鋼管或鋼板焊接而成。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)圖23-3門式剛架的結(jié)構(gòu)形式

第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

2．實腹式門式剛架

實腹式門式剛架（圖23-4）適用于荷載小、跨度為9～18m，柱高為4.5～9.0m，無吊車或吊車起重量較小的房屋。當跨度不超過15m，柱高不超過6m，以及按塑性理論設(shè)計時，宜采用等截面；當跨度大于15m，柱高為6m以上及有吊車時，宜采用變截面。圖23-4門式實腹剛架第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

3．門式格構(gòu)剛架門式格構(gòu)剛架（圖23-5）通常用于荷載、跨度、柱高均較大的情況，如跨度大于或等于18m，柱高在7m以上，柱距為6m或大于6m以及有吊車的廠房。圖23-5門式格構(gòu)式剛架三、

門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

1．柱網(wǎng)布置

首先，柱網(wǎng)尺寸的確定應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝要求。廠房是直接為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的，不同性質(zhì)的廠房具有不同的生產(chǎn)工藝流程，各種工藝流程所需主要設(shè)備、產(chǎn)品尺寸和生產(chǎn)空間都是決定廠房柱網(wǎng)尺寸的主要因素。其次，為使結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟合理，廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐步統(tǒng)一，提高設(shè)計標準化、生產(chǎn)工廠化及施工機械化的水平，柱網(wǎng)布置還必須滿足《廠房統(tǒng)一化基本規(guī)則》的規(guī)定：廠房跨度小于或等于18m時，應(yīng)以3m為模數(shù)，即9m、12m、15m、18m；當廠房跨度大于18m時，以6m為模數(shù)，如24m、30m、36m，。但當對工藝布置和技術(shù)經(jīng)濟特別有優(yōu)越性時，可取21m、27m、33m。廠房柱距一般采6m較為經(jīng)濟，當對工藝有特殊要求時，可局部抽柱，即取12m柱距；對某些有擴大柱距要求的廠房也可采用9m及12m柱距。門式剛架的跨度宜為9～36m，當邊柱寬度不等時，其外側(cè)應(yīng)對齊。門式剛架的柱距宜為6m，也可采用7.5m、9m、12m等，跨度較小時可用4.5m。門式剛架的高度，宜取4．5～9m，必要時可適當放大。挑檐長度可根據(jù)使用要求確定，宜為0.5～1.2m，其上翼緣坡度取與剛架斜梁坡度相同。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

圖23-6柱網(wǎng)布置第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

2．伸縮縫的布置

門式剛架輕型房屋的構(gòu)件和圍護結(jié)構(gòu)，通常剛度不大，溫度應(yīng)力相對較小。因此其溫度分區(qū)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比可以適當放寬，但應(yīng)符合下列規(guī)定：縱向溫度區(qū)段<300m；橫向溫度區(qū)段<150m。當有計算依據(jù)時，溫度區(qū)段可適當放大。當房屋的平面尺寸超過上述規(guī)定時，需設(shè)置伸縮縫，伸縮縫可采用兩種做法：(1)設(shè)置雙柱；(2)在搭接檁條的螺栓處采用長圓孔，并使該處屋面板在構(gòu)造上允許漲縮。

對有吊車的廠房，當設(shè)置雙柱形式的縱向伸縮縫時，伸縮縫兩側(cè)剛架的橫向定位軸線可加插入距(圖23-7)。圖23-7軸第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

3．托梁

當因建筑或工藝要求門式剛架柱被抽除時，應(yīng)沿縱向柱列布置托梁以支承已抽位置上的中間榀剛架上的斜梁。托梁一般采用焊接工字形截面，當屋面荷載偏心產(chǎn)生較大扭矩時，可采用箱型截面或桁架。圖23-8托梁的形式和尺寸。圖23-8托梁的形式和尺寸第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

4．檁條和墻梁的布置

屋面檁條一般應(yīng)等間距布置。但在屋脊處，應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道檁條，使得屋面板的外伸寬度不要太長(一般小于<200mm)，在天溝附近應(yīng)布置一道檁條，以便于天溝的固定。確定檁條間距時，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。側(cè)墻墻梁的布置，應(yīng)考慮設(shè)置門窗、挑檐、雨篷等構(gòu)件和圍護材料的要求。當采用壓型鋼板作圍護墻時，墻梁宜布置在剛架柱的外側(cè)，其間距由墻板板型和規(guī)格確定，且不大于由計算確定的數(shù)值。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

5．支承和剛性系桿的布置

支撐和剛性系桿的布置應(yīng)符合下列規(guī)定：

（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，以構(gòu)成幾何不變體系。

（3）端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個柱間。（4）當房屋高度較大時，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置；當房屋寬度大于60m時，內(nèi)柱列宜適當設(shè)置支撐。（5）當端部支撐設(shè)在端部第二個柱間時，在第一個柱間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。6)在剛架轉(zhuǎn)折處應(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任，此時檁條應(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求，當不滿足時可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H形鋼或其他截面形式的桿件。（9）門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的支撐宜用十字交叉圓鋼支撐，如圖23-9所示。圖23-9門式剛架的支撐23.3門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

實腹式門式剛架一般在斜梁與柱交接處以及跨中屋脊處設(shè)置安裝拼接節(jié)點，在柱腳基礎(chǔ)處設(shè)置錨固節(jié)點。這些部位的彎矩和剪力較大，設(shè)計時應(yīng)認真考慮，力求節(jié)點構(gòu)造與設(shè)計簡圖一致，并有足夠的強度、剛度和一定的轉(zhuǎn)動能力。同時應(yīng)使其制造、運輸和安裝方便。一、

端板節(jié)點構(gòu)造第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

1．門式剛架斜梁與柱的連接（a）端板豎放；

（b）端板平放；

（c）端板斜放可采用如圖23-10所示三種形式，即采用端板豎放、端板平放和端板斜放。應(yīng)符合下列要求：圖23-10剛架斜梁的端板連接及斜梁的連接第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

端板連接應(yīng)按所受最大內(nèi)力設(shè)計；當內(nèi)力較小時，應(yīng)按能承受不小于較小被連接截面承載力一半設(shè)計。為了滿足強度需要，主剛架的連接宜采用高強度螺栓，其直徑可根據(jù)需要選用，通常采用M16～M30螺栓。檁條和墻梁與剛架斜梁和柱的連接通常采用M12普通螺栓。端板螺栓應(yīng)成對地對稱布置。在受拉翼緣和受壓翼緣的內(nèi)外兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置，并宜使每個翼緣的螺栓群中心與翼緣的中心重合或接近。為此應(yīng)采用將端板伸出截面高度范圍以外的外伸式連接，如圖22-10所示。當螺栓群間的力臂足夠大（例如在端板斜置時）或受力較?。ɡ缒承┬绷浩唇樱r，也可采用將螺栓全部設(shè)在構(gòu)件截面高度范圍內(nèi)的端板平齊式連接。螺栓中心至翼緣板表面的距離，應(yīng)滿足擰緊螺栓時的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不應(yīng)小于螺栓孔徑的2倍。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

圖23-11端板豎放時的螺栓和檐檁在門式剛架中，受壓翼緣的螺栓不宜少于兩排。當拉翼緣兩側(cè)各設(shè)一排螺栓尚不能滿足承載力要求時，可在翼緣內(nèi)側(cè)增設(shè)螺栓，如圖23-11所示，其間距可取75mm，且不小于螺栓孔徑的3倍。與斜梁端板連接的柱翼緣部分應(yīng)與端板等厚度，當端板上兩對螺栓間的最大距離大于400mm時，應(yīng)在端板的中部增設(shè)一對螺栓。同時受拉和受剪的螺栓，應(yīng)驗算螺栓在拉、剪共同作用下的強度。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

2.斜梁與屋脊拼接節(jié)點圖23-12斜梁拼接節(jié)點圖23-13屋脊拼接節(jié)點斜梁在中間拼接時宜使端板與構(gòu)件外邊緣垂直（圖23-12），在屋脊拼接時則應(yīng)使端板垂直地面。屋脊拼接節(jié)點通常采用加腋式螺栓連接節(jié)點（圖22-13）。加腋主要是螺栓連接節(jié)點構(gòu)造的需要，同時，也可減小剛架的橫向水平變位。但由于屋脊節(jié)點附近的彎矩變化比較緩慢，故對提高剛架承載能力，并不起直接作用。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

3.搖擺柱與斜梁的連接構(gòu)造圖23-14搖擺柱與斜梁的連接構(gòu)造多跨剛架中采用上下兩端均鉸接的中間柱稱為搖擺柱。搖擺柱自身的穩(wěn)定性依賴剛架的抗側(cè)移剛度，作用于搖擺柱中的內(nèi)力將起促進剛架失穩(wěn)的作用。搖擺柱與斜梁的連接比較簡單，構(gòu)造圖見圖23-14所示。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

4.檁條與剛架連接

圖23-15斜卷邊檁條的搭接宜采用搭接。帶斜卷邊的Z形檁條可采用疊置搭接，卷邊槽形檁條可采用不同型號的卷邊槽形冷彎鋼套置搭接。帶斜卷邊Z形檁條的搭接長度2a（如圖23-15）及其連接螺栓直徑，應(yīng)根據(jù)連接梁中間支座處的彎矩值確定。在同一工程中宜盡量減少搭接長度的類型。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

5.隅撐

宜采用單角鋼制作。隅撐可連接在剛架構(gòu)件下（內(nèi)）翼緣附近的腹板上（圖22-15），也可連接在下（內(nèi)）翼緣上（圖23-16）。通常采用單個螺栓連接。隅撐與剛架構(gòu)件腹板的夾角不宜小于45°。圖23-16隅撐的連接

二、

柱腳節(jié)點構(gòu)造第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

1．門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的柱腳形式

有鉸接柱腳和剛接柱腳兩種。鉸接柱腳與基礎(chǔ)連接方式為支承式；剛接柱腳與基礎(chǔ)的連接方式有支承式、埋入式、外包式三種。鉸接柱腳和剛接柱腳各有優(yōu)缺點，應(yīng)合理選用。在一般情況下，當荷載較小，對橫向水平變形要求不高時，宜采用鉸接柱腳；反之（如有吊車時），應(yīng)采用剛接柱腳，圖

23-17，23-18，23-19。

第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

（1）門式剛架鉸接柱腳圖23-17門式剛架工字形柱鉸接柱腳

第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)圖23-18門式剛架箱形柱鉸接柱腳第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)（2）門式剛架支承式剛接柱腳圖23-19門式剛架支承式剛接柱腳支承式剛接柱腳（圖23-19），其柱頂?shù)臋M向水平變形較小，但由于柱腳與基礎(chǔ)連接處需要承受較大的彎矩，柱腳構(gòu)造較復(fù)雜。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)（3）插入式剛接柱腳插入式柱腳（圖23-20），鋼柱插入混凝土基礎(chǔ)杯口的最小深度可按表23-1取用，但不宜小于500mm，亦不宜小于吊裝時鋼柱長度的1/20。插入式柱腳構(gòu)造比傳統(tǒng)柱腳簡單，施工制作方便、省工節(jié)料，可使鋼柱耗鋼量節(jié)約15%，它有利于基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性和發(fā)揮自身的強度，近些年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多，工程施工速度越來越快，插入式鋼柱腳應(yīng)用越來越廣泛，大有取代傳統(tǒng)的螺栓連接式柱腳趨勢。

表23-1鋼柱插入杯口的最小深度d

柱截面形式實腹柱雙肢格構(gòu)柱（單杯口或雙杯口）最小插入深度d1.5hc或1.5dc0.5hc或1.5bc(或dc)較大值圖23-20插入式剛接柱腳

注：1．hc為柱截面高長（長邊尺寸）；5bc為柱截面寬度；dc為圓管柱的外徑。

2．鋼柱底端至基礎(chǔ)杯口底的距離一般采用50mm，當有柱底板，可采用200mm。第23章門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)（4）預(yù)埋入混凝土構(gòu)件的埋入式柱腳及外包式柱腳預(yù)埋入混凝土構(gòu)件的埋入式柱腳（圖23-21），其混凝土保護層厚度以及外包柱腳外包混凝土的厚度均不應(yīng)小于180m