门式刚架基本概念

发布于：2022-10-25 13:33:25 来自：建筑结构/钢结构工程 2 139 [复制转发]

一.常见的厂房类型

①铰接排架：门式刚架出现之前的一种结构，受限于当时钢材的紧缺，采用混凝土柱，只在屋面使用桁架钢结构，并且是桁架这类格构式，减少了钢材用量，施工肯定是比实腹式麻烦，但当时人力成本也低。现在基本淘汰了，还有用的就是一些腐蚀性严重的厂房，采用混凝土和实腹式屋架。

优点：计算简单，受力明确，对桩基沉降的适应性强，且安装方便。

缺点：下段柱弯矩较大，厂房横向刚度差。

②刚架框架：适用于桩基沉降差较小，对横向刚度要求较高的单跨厂房。

优点：对减小下柱弯矩，增强厂房横向刚度有利，刚度大，下柱截面也可以做小，厂房面积利用率也高了。

缺点：屋架受力复杂化，连接构造也麻烦，且对桩基沉降较为敏感。相对铰接排架，施工不方便。钢结构都是预制好的，施工时一侧沉降了一点就不太好连接了，容易引起装配应力(支座沉降的荷载)。

③上刚架下悬臂式框架：用的少。

二.门式刚架的组成

四大系统：柱子系统、吊车梁系统、屋面系统、墙面系统

①柱子系统：刚架柱及柱间支撑

②吊车梁系统：吊车梁(吊车桁架)、辅助桁架、制动结构以及支撑等。

③屋面系统：檩条、刚架梁(屋面梁/屋架)、托梁(托架，抽柱后的支撑结构)、屋盖系统的支撑和系杆等。

④墙面系统：墙梁(檩条)、墙面板、抗风柱(为了减小檩条跨度而设)、抗风桁架以及支撑、系杆。

三.门式刚架受力模式

①竖向荷载。通过屋面系统，压型钢板(单向板)→檩条→刚架梁，由于檩条间距较小，刚架梁相当于承受了很多集中力，在设计上按均布荷载计算。

②横向水平力风荷载。通过墙面系统，风荷载→墙面板→墙梁→刚架柱，作用在刚架柱上也是间距较小的很多集中力，按倒三角均布荷载计算。

③纵向水平力风荷载。当建筑为封闭式时，山墙风荷载→墙梁→抗风柱(摇摆柱)→一半基础/一半屋面→屋面水平支撑→屋面水平支撑的端部→屋面刚性系杆→柱间支撑。

抗风柱的集中力作用在屋面水平支撑，屋面水平支撑可以采用单拉杆设计。屋面端跨或者第二跨设置水平支撑(水平支撑为刚性能传压力)，另外一般檐口/屋脊共设置3个刚性系杆，中部只需设置柔性系杆，刚性系杆能很好地减小刚梁平面外的计算长度，刚性杆按受压构件设计，柔性系杆按受拉构件设计，刚架梁两侧的系杆可以作为刚架梁侧向支点，虽然两侧都是拉杆，但刚架梁平面外任一侧有位移，相反一侧的柔性系杆就能发挥作用，长细比限值见【门刚3.4.2】。另外隅撑照样设置。以上为建议做法，传统做法就是只设置刚性系杆，隅撑，内部不设置柔性系杆，这么做刚架梁的尺寸会大一些。

当没有满布刚性系杆，山墙风荷载通过最近的柱间支撑承担(传不了那么远)，相当于这个柱间支撑承担所有的水平力，设计截面会得到放大，【门刚8.2.2】则表示可以按刚度分配，这样当然会使得设计截面比单独承担要小，有设计院认为当满布刚性系杆，屋面刚度大，可以认为是刚性楼板，山墙风荷载按柱间支撑的数量进行分配。实际上，支撑承载力很高，截面尺寸不会很大，即柱间支撑耗钢量较少，建议单独计算加强。

④屋面风吸力。与竖向荷载一样。

四.单层厂房计算原则

①单层厂房的横向框架通常采用一阶弹性分析。

②横向框架一般按平面结构计算，必要时可按空间结构进行计算，按平面结构计算时，要先划分计算单元并假定屋盖在计算单元内为刚体，即不考虑其变形，各榀刚架顶部的水平位移相同。由于剪切滞后，实际上肯定是两端的边榀刚架受力大，中间榀受力小，所以【抗规5.2.3】规定会对边榀刚架乘1.15的放大系数。另外计算单元内一榀刚架的各刚架柱按刚度分配水平力。

五.门式刚架结构布置

1.常见的结构形式【门刚5.1.2】

2.门式刚架结构尺寸：【门刚5.2.1】

3.结构布置

①屋顶宜采用单脊双坡，比多脊多坡要省钢材，省檩条(屋脊双檩条、屋檐檩条)，并且多脊多坡的内坡要采用内部排水成本高，内天沟易堆雪、积水、渗漏，并且检修麻烦。屋脊处尽量不要设置摇摆柱，不好施工。

单脊双坡内部可采用摇摆柱，数量不宜超过3根(刚度方面的考虑)，并且当多跨刚架的跨度≥27m、有吊车时，需要保证平面内刚度，故不宜采用摇摆柱，将摇摆上部改为刚接提高刚度。边榀门刚处摇摆柱兼做抗风柱，在数量上可以超过3根，因为边榀荷载较小。

【门刚10.2.8】给出了屋面梁与摇摆柱(不是边榀抗风柱)的铰接做法。

②合理跨度和柱距的选择

柱距宜取跨度的1/3.5~1/5，常用6m，最大不超过12m，超过10m后要设置抗风柱，并且墙面檩条等受力大，截面会做得很大。

③温度区段划分【门刚5.2.4】

(1)纵向

伸缩缝处设置双柱，双柱之间的屋面、墙梁做悬挑。不设置双柱时，则在搭接檩条、系杆的螺栓连接处采用长圆孔，长圆孔宽度为伸缩缝宽度+螺栓直径。有吊车的厂房吊车梁与吊车梁端部采用弹簧垫片。关于伸缩缝宽度的取值，一般是100mm。

(2)横向

当横向温度区段接近于150m时，可以将边跨柱做成摇摆柱，在结构力学上属于静定结构，可以释放稳定应力，横向温度区段看刚接长度，一般接近150m宜如此设置来考虑温度应力。

横向温度区段超过150m时，可设双柱，另外单坡长度超过75m时，屋面坡度不宜过小，跨度大了屋面一变形容易积水。不想设置温度缝时，也可采用高低跨(其他专业同意)，低跨与高跨交接处为弹性节点，可以释放掉温度变形。

另外可以保持屋面布置，伸缩缝处做滑动连接。例如下图，一端设置牛腿(牛腿长度考虑最不利大震下弹塑性位移，“一个往左一个往右”)，另一跨搭接过来，做成滑动支座，设置聚四氟乙烯板并用不锈钢板包裹(时间旧了梁翼缘可能会生锈，增大了摩擦力，严重影响滑动效果，乙烯板与不锈钢板则能保持滑动)。由于水平荷载沿屋架上表面传递，在下表面可能会形成弯矩，为了限制平面外的位移，设置侧挡板、侧向螺栓等限位措施。