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1、元创厂房设计心得门式刚架轻型房屋钢结构设计分享一、概述和受力体系 1）概述 随着我国经济的迅速发展，近几年单层房屋采用钢结构呈逐步增加趋势，尤其是单层工业房屋采用门式刚架轻型钢结构较多，门式刚架具有独特的受力形式，它比以往排架结构更经济合理，为了适应门式刚架轻型房屋钢结构的发展，促进其合理的设计，必须正确的应用 STS 计算软件，做到设计安全可靠，经济合理。和屋架结构相比，整个构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，减小建筑体积，在建筑造型上也较简洁美观。2）结构受力体系门式刚架钢结构房屋主要是由横向结构和纵向结构系统组成，横向结构系统是门式刚架，它是单层房屋的基本承重结
2、构，承受屋面荷载，横向风荷载和地震作用，在有吊车的工业房屋中还要承受吊车的竖向荷载和横向水平荷载。纵向结构系统是由抗风柱，屋面水平支撑，刚性系杆，柱间支撑等构件组成，纵向结构主要承受纵向水闰荷载，工业房屋内除上述构件外，还有吊车梁及吊车制动桁架等构件，此外还有屋面檩条外围墙梁共同组成空结构。2）结构受力体系 门式刚架钢结构房屋主要是由横向结构和纵向结构系统组成，横向结构系统是门式刚架，它是单层房屋的基本承重结构，承受屋面荷载，横向风荷载和地震作用，在有吊车的工业房屋中还要承受吊车的竖向荷载和横向水平荷载。纵向结构系统是由抗风柱，屋面水平支撑，刚性系杆，柱间支撑等构件组成，纵向结构主要承受纵向水
3、平荷载，工业房屋内除上述构件外，还有吊车梁及吊车制动桁架等构件，此外还有屋面檩条外围墙梁共同组成空结构。横向水平风荷载通过墙板传结墙梁，最终由门式刚架承受，纵向水平风荷载是通过山墙板传至墙架，再传给抗风柱传至基础及屋面水平支撑最终由柱间支撑承受。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。3）门式刚架结构形式 根据建筑功能的要求，有单跨和多跨、带毗屋刚架，根据结构设计的要求，与基础连接有铰接和刚接和刚接两种刚架，一般情况采用铰接，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。屋面坡度宜到1/81/20 4、刚架几何尺寸 一般情况由建
4、筑师根据建筑物功能的需要而定，门式刚架的跨度宜采用1248m，门式刚架的平均高度宜采用4.518m；当有桥式吊车时不宜大于12M；刚架的开间宜采用69m。门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段不宜大于300m；横向温度区段不宜大于150m，当横向温度区段大于150m时，应考虑温度的影响；对于有吊车的工业厂房须满足吊车安装要求，构造按下图要求：5、门式刚架轻型房屋钢结构适用范围 门式刚架轻型房屋钢结构设计应按门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB51022-2015执行，适用范围见此规范102条。1.0.2 本规程适用房屋高度不大于18m，房屋高宽比小于1，承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋
5、盖、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层钢结构房屋。本规范不适用于强侵蚀介质环境中的房屋。门式刚架轻型房屋的外墙亦可采用砌体，此时应符合本规范第533条的规定。533门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度在8度及以下时，宜采用轻型金属板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，应采用轻型金属板或与柱柔性连接的轻质墙板。1）计算软件中国建筑科学研究院研制的PKPM系列钢结构CAD软件STS。门式刚架设计的主界面如下图所示，主要包括：三维模型输入，屋面墙面设计及报价，二维模型输入，门式刚架优化，二维计算及门式刚架施工图等。二、门式刚架轻型房屋钢结构设计2）
6、门式刚架设计流程应用STS软件进行门式刚架设计的基本流程见下图。可以先采用三维建模方法然后形成PK文件，进入二维分析，再进入三维建模修改参数，也可以直接建立二维模型，进行二维分析后再进入三维建模，屋面，墙面设计及报价斜梁的定义：斜梁定义可通过两种方式实现，即通过设置两端相对于本层的高差和设置上节点高。设置上节点高的方法较简单。导荷方式：对门式刚架结构导荷方式应为单向导荷。3）荷载及主要规定GB51022-2015规范规定：411 门式钢架轻型房屋钢结构采用的设计荷载应包括永久荷载、竖向可变荷载、风荷载、温度作用和地震作用。413 当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值（按水平投影
7、面积计算）应取0.5kN/。对受荷水平投影面积大于60m的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m。垂直于建筑物表面的风荷载标准值，应按本规范的42条规定计算。4511 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；4512 积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；4513 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以为的其他荷载同时考虑；4514 风荷载不与地震作用同时考虑。431 基本雪压kN/m，按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009规定的100年重现期的雪压采用。舟山元创车间设计平面尺寸，横向109米，纵向130米，无需设温度缝舟山风荷载0.
8、85kN/m，风速约37米/秒，相当于13级台风。屋顶设太阳能光伏发电板，综合考虑开间选择6米，檩条250，墙梁280；业主要求提升高度7米，牛腿高度=起吊高度+马达高度轨道高度吊车梁高度，7+1.650.170.46=8.02，取8米厂房高度=牛腿高度吊车梁高度轨道高度行车梁高度安全高度钢梁高度，8+0.46+0.17+1.01+0.2+0.55=10.39柱间支撑（1）无吊车时柱间支撑的间距宜取3045m；当有吊车时宜设设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于50m；（2）当建筑物宽度大于60m时，内柱列宜适当增加柱间支撑；（3）支撑与构件的夹角应在3060范围内
9、，宜接近45；（4）柱间支撑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑，当桥式吊车起重量大于5时，宜采用型钢支撑；（5）柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向荷载（如风、吊车制动力）按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算；（6）对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可按均匀分布考虑；（7）在每一伸缩缝区段，沿每一纵向柱列均应设置柱间垂直支撑。屋面水平支撑（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；（2）在刚架转折处（柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆；（3）柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向荷载的支撑桁架；（4）屋面交叉支撑和柔性系杆可
10、按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆应按压杆设计；（5）刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足对压弯构件的刚度和承载力要求；（6）屋盖横向水平支撑可仅设在靠近上翼缘处；（7）交叉支撑可采用圆钢，按拉杆设计；（8）屋面横向水平支撑内力，应根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，对于交叉支撑可不计压杆的受力。为保证刚架梁下翼缘和柱内翼缘的平面外稳定性，可在梁与檩条或柱与墙梁之间增设隅撑。隅撑布置檩条布置和连接檩条一般设计成单跨简支构件，有实腹式和桁架式两大类，实腹式檩条也可以设计成连续构件。（a）（b）（c）（d）（e）（f）实腹式檩条桁架式檩条（1）檩条承受弯曲和扭转的共同作用；（2）C
11、形和Z形檩条，宜将上翼缘肢尖（或卷边）朝向屋脊方向；（3）屋脊檩条应采用双檩条方案，并应在高度1/3处用圆钢或钢管相互拉结；（4）檩条跨度由主刚架柱距决定；（5）檩条间距应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、天沟、屋面材料、檩条规格等因素，一般应等间距布置，但在屋脊和檐口处，为便于屋脊盖板和天沟收边，檩条布置应做局部调整。拉条与撑杆拉条（图（a）（c）和撑杆（图（d）是提高檩条侧向稳定性的重要构造措施，拉条仅传递拉力，撑杆主要承受压力，和拉条共同作用，将檩条沿屋面坡度方向的分力传给梁或柱。拉条和撑杆的截面应按计算确定，拉条一般采用直径816mm的圆钢，撑杆可采用钢管、方管或角钢做成，也可采用钢管内
12、设拉条的做法，其长细比按压杆要求不能大于200。（a）直拉条 （b）斜拉条（c）剪刀拉条 （d）撑杆拉条和撑杆的布置原则：（1）当檩条跨度l4m时，可按计算要求确定是否需要设置拉条；（2）当屋面坡度i1/10或檩条跨度l4m时，应在檩条跨中受压翼缘设置一道拉条；当跨度大于6m时，宜在檩条三分点处各设一道拉条（图3-13）；（3）当屋盖有天窗时，应在天窗两侧檩条之间设置斜拉条和直撑杆；撑杆处应同时设置斜拉条，将檩条沿屋面坡度方向的分力传到钢梁或钢柱上。（4）拉条一般设置在离檩条上翼缘1/3高度处，当檩条在风吸力作用下，受力反号且平面外稳定不满足要求时，宜在檩条的上下翼缘1/3腹板高度处设剪刀式拉
13、条。屋面和墙面板屋面常见做法：一种采用夹芯钢板作为屋面的保温防水层；一种采用压型钢板防水并承受屋面荷载，钢板下铺设超细玻璃纤维棉保温。墙面常见做法：一种为压型钢板内加玻璃纤维棉保温，如对外观要求较高，可在玻璃棉内侧增设彩钢平板；一种情况为采用具有保温功能的夹芯板。按构造做法屋面和墙面板可分为三大类即螺钉外露式、暗扣式和锁缝式。屋面构造作法（a）压型钢板 （b）夹芯板屋面板作法选型，板宽有360、600、750、760、820、840、900压型钢板厚度一般0.5mm1.0mm涂层一般为两涂两烘环氧树脂防锈底漆和树脂面漆还要考虑开间，风荷载，檩条间距墙梁一般采用C型和Z型冷弯薄壁型钢，最大刚度平
14、面在水平方向。（1）墙梁的间距取决于墙板的材料强度、尺寸、所受荷载的大小、门窗洞口等（一般不大于2.5m）；（2）墙梁跨度为46m时，宜在跨中设一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。当墙粱单侧挂墙板时，拉条应连接在墙梁挂墙板的一侧1/3处；当墙梁两侧均挂有墙板时，拉条宜连接在墙梁重心点处。（3）在最上层墙梁处宜设拉条将拉力传至承重柱或墙架柱。纵墙结构布置山墙结构布置先布置横向墙梁，在墙梁外侧再布置竖向墙梁需要考虑板的长度，每开间设置线条 柱脚（1）多用平板式铰接柱脚或刚接柱脚；（2）水平剪力由底板与混凝土基础间的摩擦力和锚栓承担；a)锚栓锚栓底板双螺母及垫板柱b)底板双
15、螺母及垫板柱铰接柱脚刚接柱脚钢天沟 天沟截面形式可采用矩形或梯形。外天沟可用彩色金属镀层钢板制作，钢板厚度不应小于0.45mm。内天沟宜用不锈钢材料制作，钢板厚度不宜小于1.0mm。采用其他材料时应做可靠防腐处理，普通钢板天沟的钢板厚度不应小于3.0mm。、1).屋面的伸缩缝或沉降缝处的天沟应对应设置变形缝。2).屋面板应延伸入天沟。当采用内天沟时，屋面板与天沟连接应采取密封措施。3).内天沟应设置溢流口，溢流口顶低于天沟上檐50mm100mm。当无法设置溢流口时，应适当增加落水管数量。钢结构设计施工图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两阶段，钢结构设计图由设计单位完成，钢结构施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。钢结构设计图是提供制造厂编制施工详图的依据、深度及内容应完整。在设计图中,对于设计依据、荷载资料（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装、防火及运输等）、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。钢结构设计制图深度和表示方法应达到国标03G102要求。谢 谢！