简单门式刚架（二）

发布于：2024-03-19 17:32:19 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

五.端部门刚

1.结构布置

①抗风柱传递水平风荷载

抗风柱的设置是为了减小墙梁的跨度，将风荷载传递给屋面体系，故端开间的抗风柱直接传力部位要设置刚性系杆，无论水平支撑是设置在端开间还是第二开间都要设置刚性系杆。

常规做法是抗风柱传力处设置刚性系杆，【门刚7.2.3】规定可采用隅撑-双檩条体系替代刚性系杆，但做法很麻烦，还是不要这么搞。

②抗风柱分担竖向力

端部刚架有抗风柱，可以分担竖向力，相当于刚架梁的支座，使得刚架梁形成多跨连续梁，端部刚架梁的变形要比内部刚架梁小，端跨(一侧是端部刚架，一侧是内刚架)的屋面板不要连续，两侧挠度不同有可能会拉坏，建议端跨的檩条、墙梁也做成简支，不要连续，并且端跨风荷载比较大，点铰会好一些。

③抗风柱的连接

边榀的摇摆柱(抗风柱)与刚架梁建议采用刚接【门刚7.2.1】(计算模型仍是铰接)，抗风柱上的刚架梁上翼缘与檩条连接，底部与屋面水平支撑连接，两者形成力偶约束刚架梁扭转。基本不采用以前那种弹簧片和长圆孔的做法，那种做法使得柱不参与承担竖向力，不能成为刚架梁的铰支座，不能减小其跨度，故也不能减小其截面尺寸。

④抗风柱的计算长度

墙面系统的墙梁和隅撑限制了抗风柱平面内(刚架平面内)的侧移和扭转，墙梁和隅撑可以作为抗风柱平面内的弹性支点，【门刚7.2.4】计算长度可取2倍隅撑间距，规范说是不小于，可以直接取2倍吗？这个是有歧义的按设计院做法而定。平面外则要取全高。另外墙面系统的墙梁与刚架柱/抗风柱连接也设置隅撑，作为安全储备。

⑤端部刚架的单侧隅撑和檩条

(1)抗风柱以外部位：【门刚7.2.2】，不宜设置隅撑。因为端部刚架只能设置单侧隅撑，单侧隅撑作为檩条的实际支座，会将檩条的内力传到刚架梁的下翼缘，相当于对梁有一个水平侧向推力，反而会使得刚架梁受扭，【门刚7.1.6-5】说要考虑对刚架梁的影响，具体怎么算没有规定，所以还是不要设置单侧隅撑。

(2)抗风柱部位：设置刚性系杆和单侧隅撑【门刚7.2.4】，通过刚性系杆来传力，单侧隅撑作为安全储备，虽然会对刚架梁有侧向推力，但抗风柱能够承担。

2.STS快速建模计算

①端部刚架的梁采用等截面，多跨连续梁，梁高也不大，就不变截面了。

②设置抗风柱

③横向风荷载：端部刚架均处于端区，风荷载受荷宽度为跨度的一半。

④纵向风荷载：【门刚4.2.2-2】给出了纵向风荷载的分区、考虑了吸风鼓风效应的风荷载体型系数。由于纵向风荷载受荷面积较小，且只是用于设计抗风柱，故不考虑分区，直接取最大的体系系数(【门刚】封闭式0.8(已考虑鼓风效应)，【荷规】0.8)

⑤其余设置均与内部刚架一致。

六.檩条设计

1.檩托

①檩条间距一般取1500mm，檩托也是，到屋脊距离可取150/200mm。

②檩条一般抗弯不抗剪，螺栓直径d一般取12mm就够，螺栓孔直径为1.5d=18mm

③螺栓孔到下翼缘距离：与檩条高度h有关系，檩条与上翼缘也有安装孔隙10mm作用。螺栓孔到下翼缘距离≤10+h/3。要保证螺栓孔中心到上下翼缘距离≤1/3h

④加劲肋宽度：1/2~1/3h

⑤檩托厚度：一般取6mm就能满足，一般无需验算

檩托宽度：200mm就行

⑥刚架柱檩托：有的厂房柱下会设置矮墙，到柱底距离可以是到矮墙距离。

2.檩条

①概述：【门刚9.1.1】中桁架式刚度大省钢材，但现在人工费贵，已很少采用。一般都用实腹式采用冷弯薄壁型钢即可，跨度大于9m时可采用高频焊接H型钢，并且H型钢厚度也挺小的，只有3.2*4.5mm，4.5*6mm。

檩条的朝向：屋檩条(采用C型钢时)，开口应朝排水坡向上的方向(即朝屋脊)，这样受力合理，垂直分力才能靠近弯心(减小偏心)以减少扭矩的影响。屋面檩条应尽量采用Z型钢或矩形钢管。

②檩条布置

柱距为6m时，檩条间距一般为1500mm，采用冷弯薄壁型钢；柱距为9m以上时，檩条间距会取大一点，间距取4m左右，采用高频焊接H型钢；端开间檩条简支，内部檩条按连续梁布置，对于6m柱距也可以布置两跨连续梁，因为机器卷出来的薄壁型钢一般是12m长，两跨刚好12m也不用去接长。檩条的截面尺寸取一致，端开间荷载较大时檩条加密，否则会造成高低不同，先计算荷载较小的内部，再按内部所配檩条加密去配端开间。到时候檩托可能不能共用，就做各自的檩托。

采用连续梁布置肯定是省一些，檩条截面高度会小些。连续檩条可采用嵌套搭接方式，搭接长度为10%檩条跨度，每侧5%(从刚架梁中心线算起)，当两侧跨度不同时按较大者。【门刚9.1.3及条文说明】采用嵌套搭接要考虑其松动引起的刚度变化，C形钢嵌套就是把一个C形杆稍微压一下，塞进另一条C形钢，对于Z形钢就比较方便，贴一起就行。

另外实腹式檩条也可采用多跨静定梁模式来计算，不过很少人用。

3.STS简支檩条计算

①钢材型号：选Q355。规范对檩条和墙梁的挠度限制比较松，因此檩条和墙梁基本由强度控制，可以采用强度高的钢材，减小截面。【门刚3.3.2】规定了檩条和墙梁的挠度。

②施工荷载(作用在跨中)：按【门刚4.1.4】取1kN

③屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳：要求屋面板有足够的刚度，与檩条的连接要牢固，例如彩钢板与檩条用自攻螺钉连接。采用扣板等连接较弱时就不行。

④冷弯效应：对于C型钢等就是冷弯出来的，考虑冷弯效应会提高强度降低塑性韧性

⑤屋面自重(不含檩条自重)：一般轻屋面就是0.1kN/m²，再取大一点0.15 kN/m²

⑥验算规范：【冷规】和【门刚】都计算

拉条设置：檩条跨度超过6m设置2道；拉条作用：现在一般设置双层拉条，约束檩条内外翼缘

⑦风压调整系数：取1.5，构件计算考虑阵风【门刚4.2.1】

⑧自动确定风压高度变化系数：取最不利及屋脊的高度，对应的风荷载系数查表【门刚4.2.2-4a和4b】，当审图要求用【荷规】计算风荷载时：相比【门刚】，【荷规8.6.1】阵风系数大，体型系数大【荷规8.3.3】，计算围护结构还要考虑正负压【荷规8.3.5】，并考虑折减，【荷规8.3.4】最终风荷载会大一些。

⑨轴力设计值：先输入0，软件计算后会得出檩条实际轴力，檩条作为压弯构件设计时，即檩条和隅撑作为刚架梁的侧向支撑，两根隅撑共承受Af/60cosθ，换算到檩条轴力则为Af/60。当檩条实际轴力＜Af/60则截面过小要加大，＞Af/60时则满足要求。

4.STS连续檩条计算

①连续檩条跨数：跨数不同，弯矩计算系数不同。

②屋面材料：压型钢板和有吊顶，用于挠度限制。

③支座双檩条考虑连接刚度折减系数：0.5；支座双檩条考虑连接刚度调幅系数：0.9。这两条为连续檩条采用嵌套搭接时考虑其松动引起的刚度变化的影响。

5.檩条与刚架的连接

6.拉条

拉条作用是为防止檩条侧向变形与扭转，并提供沿屋面坡度方向的中间支点，檩条两侧的拉条可以作为檩条侧向支点，虽然两侧都是拉杆，但檩条平面外任一侧有位移，相反一侧的拉条就能发挥作用，这与刚架梁和柔性系杆是一样的受力模式，此中间支点的力需要传到刚度较大的构件，因此在檐口或屋脊的地方设置斜拉条和刚性撑杆。撑杆可用圆管、角钢或方管，撑杆为受压构件，应力水平一般不会超过0.5，按照长细比不大于200控制即可【门刚9.3.2】。拉条设置距檩条翼缘1/3的腹板高度内，斜拉条和撑杆形成的组合檩条，拉条为受拉构件，组合檩条的斜拉条与水平杆件的夹角控制在45度左右。

一般来讲，檩条跨度小于4m 时，可不设置拉条；4~6m之间设置一道拉条；6m以上应在三分点地方设置拉条【门刚9.3.1】。竖向荷载起控制作用时，檩条上翼缘受压，风吸力起控制作用时，檩条下翼缘受压，考虑有风无风等多种工况时，可以设置双层拉条分别约束上下翼缘【门刚9.3.3】。

拉条、撑杆等与檩条腹板相连，间距60mm就行。

七.墙梁设计

墙梁主要承受水平风荷载和墙板竖向荷载，墙板竖向荷载如果直接能落在刚性地坪上，则墙梁只承受风荷载。端部简支，内部连续，先计算内部墙梁，端部加密，使得墙面在统一平面。墙梁条数也是按跨度布置，与檩条一样。

1.STS简支墙梁计算

①墙梁布置方式：选口朝下。

②墙梁单侧墙板每平米重量：0.1kN/m²

③墙板重心到墙梁外皮距离e：即墙板波高的一半，考虑墙板质量偏心对墙梁引起的扭矩

④墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳：例如彩钢板与墙梁用自攻螺钉连接。

⑤拉条作用：墙板能约束墙梁外翼缘，故只用拉条约束墙梁内翼缘。

2.STS连续墙梁计算：与屋面檩条一样，各别参数对应简支墙梁。

3.构造

墙梁一般考虑到积水积灰的因素一般向下，但遇到门窗洞口，开口反向相对，即上窗顶开口向上，下窗台开口向下。从计算的角度分析，当开口向上时，自由边受压，而自由边的面积较小，其长细比及局部稳定往往很难算过。但相同的截面，当开口朝下时，自由边受拉，腹板受压，计算较好通过。

两墙梁交界处，即转角处。要注意两墙梁的位置关系。

八.支撑系统

1.概述

①柱间支撑布置：

每个温度区段(设置伸缩缝)要有独立的支撑系统，柱间支撑与屋盖横向水平支撑宜设置在同一开间(实在不行就只能错开一个开间)，柱间支撑处要有匹配的横向水平支撑，横向水平支撑处不一定要有柱间支撑，在轻钢厂房一般是一对一匹配，在一些重型厂房，有较重吊车时，柱间支撑刚度大，主要是为了减小温度效应的影响，一般会在温度区段中间设置柱间支撑，到厂房端开间可能就不设置了，释放其温度应力，如果端开间也设置，温度应力就像是被“憋”在结构体系内。

柱间支撑应设置在侧墙柱列(最外侧)，当房屋宽度＞60m时，应在内柱列也设置柱间支撑，这个内柱列要放在房屋宽度中间，使得结构对称。有吊车时，吊车跨两侧柱列也要设置柱间支撑(吊车会产生纵向水平荷载)。【门刚8.2.5】柱间支撑的布置：无吊车时：30~45m，＞45m区域内温度应力会比较大，＜30m不经济；端部柱间支撑宜设置在房屋端部第一/第二开间，山墙抗风柱的水平集中力传给柱间支撑，减少传递路径；例如100m，100/45=2.2，要3段，4个柱间支撑，端部设两个，中间再设两个，有大门避开大门。有吊车时柱间支撑不应大于50m，这是因为默认有吊车采用的是型钢等刚度大的支撑。

柱间支撑分层设置：【门刚8.2.4】支撑点指的是刚性系杆，质量集中点就会有水平地震作用，就需要刚性系杆将力传递到柱间支撑。吊车牛腿处肯定有集中荷载，低屋面(附跨)连接点处，会分担一半附跨的竖向荷载。

②柱间支撑的类型

柱间支撑的本质就是一个悬臂桁架【门刚8.2.6】，同一柱列一般只用一种柱间支撑形式，否则刚度刚度差异大，不能协同工作，内力分配不均匀。

(a)交叉支撑：角度控制在35~55°(考虑施工，圆钢和钢索能放宽)，无吊车厂房可用圆钢、单角钢、钢索等柔性支撑，支撑按只受拉构件设计，；有吊车厂房(支撑承受动力荷载，5t及以上吊车)牛腿以下采用型钢交叉支撑，型钢也可按拉杆设计。

(b)人字支撑：刚性支撑，按照拉压杆设计，角度更大，可用圆钢、矩形管。

(c)类似门式支撑：当有汽车等要通过柱间支撑，前两种不能满足功能要求时采用。

(d)完全门式支撑(门式框架)：很少采用，相当于水平力由柱子来承担吗，这种柱子就得采用箱型柱或圆管柱。

③屋面横向支撑

【门刚8.3.1】横向支撑首选布置在第一区间，交叉支撑节点位置要与抗风柱相对应，当横向支撑布置在第二区间，抗风柱要传力故必须要在第一区间抗风柱顶对应处设置刚性系杆(风压力受压，风吸力受拉，故设置刚性系杆)。

【门刚8.3.2】有吊车梁时(承受动力荷载)，横向支撑要用型钢交叉支撑，用刚度大的减小振动。

【门刚8.3.3】计算模型：横向支撑就是水平桁架，支座是柱间支撑。例如：单跨厂房则为简支桁架，两跨厂房则为两跨的连续桁架，其中“跨”指的是有柱间支撑的柱列，单跨厂房屋脊处设置刚性系杆，这个不能作为水平桁架的支座，这只是在屋面梁转折处设置节点，给屋面梁提供平面外支点。

④屋面纵向支撑

仅在【门刚8.3.4】提到纵向支撑，属于加强结构整体刚度，无需计算，满足构造长细比。需要设置纵向支撑的情形：

(1)吊车比较大时，会有较大的纵向水平力，故应设置纵向支撑。

(2)抽柱厂房，在有抽柱的柱列，建议再左右延伸一跨。

(3)柱距12m等较大时，不是抽柱，一般会在中部加一个抗风柱，故宜设置纵向支撑，使抗风柱顶的集中力能传到的纵向支撑节点，再传到两端的刚架上。

(4)沿海地区有台风的地方。

(5)门式刚架单跨跨度超过48m、房屋高度超过18m

(6)厂房平面不是规则的矩形，例如端部是2跨，后面又是3跨，平面外一圈都布置上纵向支撑。

2.横向支撑计算

①调整后的基本风压：横向属于主受力构件，β取1.1。例如基本风压为0.55，调整后0.55*1.1=0.605

②体型系数：例：【门刚】分区，端区1E为0.79，长8m，中间区1为0.58，长36m。房屋总宽8+36=44m，则加权平均的体型系数为(8*0.79+36*0.58)/44=0.62。【荷规】直接就是0.8(支撑算主体结构，不算围护结构，不考虑正负压)

③高度变化系数：可取檐口高度+1/2山墙高，一般变化不大。

④屋面高度：可取檐口高度+1/2山墙高

⑤支撑个数和支撑间距：交叉支撑的个数，间距的表达可以修改比例。

⑥柱距：相当于桁架高度

与普通水平桁架一样，端部的斜腹杆受力最大，其余内部支撑的截面都能包住(截面统一)。斜腹杆属于柔性支撑按拉杆设计，故只有强度控制，只计算此杆的拉力，再以此力计算竖腹杆(刚性系杆，轴心受压构件)，按【钢标7.2.1】计算。

例如：计算出斜腹杆力=72.46kN，角度截面法得竖腹杆力=53.2kN，假设竖腹杆采用焊接的圆管，截面属于b类，直径133mm厚度3.5mm，截面积A=1423.9mm²，稳定系数查表的φ=0.325，N/φfA=53.2*1000/0.325/215/1423.9=0.534＜1，截面用的稍微有点大，承载力用8成就行。支座处也就是传给柱间支撑的力，由截面法得=53.2kN

3.柱间支撑计算

①风荷载：即为横向支撑支座的力，上述例子为53.2kN

②纵向地震力：统计出柱顶平面的质量，采用底部剪力法进行估算。

(1)质量分析：由绘制好的施工图可知耗钢量,其中屋面梁为18.5kg/m²，该部分质量集中于柱顶平面；刚架柱为11.5 kg/m²，该部分质量，柱顶柱底各占一半；屋面维护系统(檩条、拉条、屋面支撑、屋面板)耗钢量25kg/m²，该部分质量集中于柱顶平面；墙面维护系统(强梁、拉条、隅撑、墙面板)耗钢量25kg/m² ,该部分质量柱顶柱底各占一半；