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钢架结构范文1
关键词：门式刚架；钢结构；加固设计
Abstract: the door frame of light steel structure housing the stress of the model and the actual stress close to, and thus be able to make full use of the materials in the design of the load carrying characteristics, and its security reserve relatively low, if in use process by external load or role change, the steel is very easy to is in not safe state and must be reinforced.
Key words: the door frame; Steel structure; Reinforcement design
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号
随着近些年我国经济发展，门式刚架钢结构厂房在我国使用越来越广泛。这种结构厂房有突出的优点，施口速度快，用钢量较少（单位面积）、造价相对较低，受力情况与计算模型较接近，在设计中能充分利用钢材的物理性能，但安全储备较低，如果在使用过程中，出现超载或支撑杆件有缺欠时结构变形较大，可能超过规范规定的限值，同时工作应力也可能超过钢材的强度设计值，在此情况下，为了保证安全使用，需经加固处理才能达到使用要求，而且工程费用相对较低。
下面结合一个工程实例，介绍对钢架加固的方法。
1 工程的基本情况
葫芦岛工业区“H”型钢构件厂，采用轻钢结构厂房，厂房沿纵向分为两部分，一部分有夹层，下部为生产车间，上部为办公用房；另一部分为生产车间。平面立面见图1、图2。
厂房占地：54mX120m，由14榀27m×2跨门式刚架组成。每两榀刚架间距9m、10m不等，厂房檐高8m，屋顶标高9.2m，厂房其中的一跨带夹层。该工程不设吊车。柱与梁截面采用焊接工字钢。下层夹层柱出于装修方便采用箱形截面，钢材采用Q235。该工程屋面的设计活荷载为0.4KN/m2，恒荷载为0.4KN/m2，雪荷载0.4KN/m2，楼面恒荷载3.5KN/m2，活荷载2.0KN/m2。葫芦岛地区基本风压0.6KN/m2，按6度抗震设防。图1所示为结构平面，根据以上计算条件，采用PKPM进行计算，计算模型以平面结构10m柱距的单榀刚架为准。
荷载组合为：
（1）1.2恒＋0.85×1.4（活+风）； （2）1.2恒+1.4活
（3）1.2恒+1.4活；（4）1.2恒+1.3地震
实际计算表明，结构受第一种荷载组合控制，根据上述的设计要求，取10m柱距钢架为控制计算，计算出的截面结果见表1
从图2可以看出，刚架的最大应力为291.4Mpa
该工程在2006年8月建成，在竣工验收中发现：
（1）由于实际使用的需要，建设单位擅自改变原设计厂房用途，将原设计H型钢构件生产厂房改为冶炼综合利用厂房，将水管线、汽管线、电缆等吊挂到纵向刚架顶端。该段刚架上新增加荷载6.0KN/m，相当于增加该段梁上集中荷载恒荷载1.2×6.0×L，其中L相当于两榀刚架中线的间距，这样做，严重超出设计条件。在验算中发现，大多数梁的应力和变形仍在规范许可范围内，但10 m柱距的刚架应力超出设计值。这时验算结果如表2所列。从表2可以看出，梁的强度已严重不能满足安全要求。但是刚度尚可。所以必须对它进行强度加固。
（2）建设单位为了办公层美观，在办公室装饰时，将三个柱间支撑杆件断面改小，并取消了连接的节点板，引起夹层所有装饰面板开裂，连洗手间墙面也出现大量的垂直、或斜向裂缝。考虑到结构发生这种情况完全是由于荷载增加所致，而不是由于设计错误或施工质量问题，并且发生问题的范围很小，为了节约资金，决定对该项工程进行加固处理。
2 工程加固设计
2.1加固方法的选择
常见的加固方法有以下几种：1、改变结构的计算模型（计算图形），或者缩小梁的有效跨度。2、加大构件截面；3、连接节点加固；4、改变荷载的传递路径或卸载，减少原杆件受力，从而减小杆件变形。
2.2加固方案
本工程是由于使用荷载大于设计值，同时部分支撑杆件减弱，造成部分刚架实际应力超过钢材的设计强度，同时也造成了较大变形。由于增大了使用荷载所引起的应力过大，又无法改变荷载传递路径情况下，可以考虑增大截面法加以解决。但由于此时已处于试生产状态，特别是10m柱距下边是变电室，变电设备处于工作状态，不许停电。这样上部结构不允许动火（包括电焊焊接和火焰切孔）。而工作面（在吊顶以上部分）只有0.9m，所以选择采用粘钢板和螺栓相结合的方法进行加固。对于工字钢采取增大截面进行加固，一般情况下都是加大上下翼缘，这样可以最大限度地降低原构件的应力，充分发挥加固钢材的作用，通常采用下两种方法，如图3
这三种方式各有优缺点，图3a加固法施工方便，但要求翼缘上下不能有别的构件与之相连。图3b不会增加梁高，由于本工程加固时屋面已铺装完毕，而且加固工期短，不可能把屋面板拆下来，因而本工程最后采用图C加固方式，优点是既能加高梁高度，又对屋面不破坏。
加固采用的建筑结构胶的剪切强度为30KN/mm2，设计中考虑其耐久性，取3.0 KN/mm2，据此设计两侧粘钢距离为2m。
由于建设单位私自改变厂房的使用用途，部分柱间支撑减弱，导致刚架整体变形过大，则必须将柱间支撑按原设计恢复，但可变换一种较为美观的形式。
2.3加固计算
（1）卸荷下的补强加固
在原位置上将构件完全卸载或采用临时支承结构承担后增加的荷载，进行补强加固，构件的承载能力按补强加固后的截面进行计算。其计算方法与新结构计算方法相同。
（2）负荷状态下补强或加固
应先根据加固时的实际荷载值，按强度和稳定性验算原结构承载力，通常当承载能力富裕20%以上时，才允许在负荷状态下进行加固，加固方法如下 ：
k f∮
式中S――考虑荷载分项系数后的荷载效应；
W――加固后构件的截面几何特性；
∮――加固后按整个截面计算的构件稳定系数，当强度计算时∮=1
f――钢材的强度设计值；
k――加固拆减系数，其值取0.9.
I后=I原+(I加固+ S加固×b2)
式中I后――加固后截面惯性矩；
I原――加固前截面惯性矩；
I加固――加固钢板本身的截面惯性矩
S――加固钢板的截面面积
b――加固截面到原结构面积质心的距离。
最后使用这种加固后截面几何参数重新计算截面的承载力。需要注意的是，对于加固后的结构应满足规范规定的安全储备。
对于本工程，从表2可知，只需要将靠近中柱的2m段梁采用图3b的方法上下各粘贴一定厚度的钢板，采用上面介绍的方法计算即可。本工程最后采用10mm厚的钢板，加固后计算结果见表3
这三种方式各有优缺点，图3a加固法施工方便，但要求翼缘上下不能有别的构件与之相连。图3b不会增加梁高，由于本工程加固时屋面已铺装完毕，而且加固工期短，不可能把屋面板拆下来，因而本工程最后采用图C加固方式，优点是既能加高梁高度，又对屋面不破坏。
加固采用的建筑结构胶的剪切强度为30KN/mm2，设计中考虑其耐久性，取3.0 KN/mm2，据此设计两侧粘钢距离为2m。
由于建设单位私自改变厂房的使用用途，部分柱间支撑减弱，导致刚架整体变形过大，则必须将柱间支撑按原设计恢复，但可变换一种较为美观的形式。
2.3加固计算
（1）卸荷下的补强加固
在原位置上将构件完全卸载或采用临时支承结构承担后增加的荷载，进行补强加固，构件的承载能力按补强加固后的截面进行计算。其计算方法与新结构计算方法相同。
（2）负荷状态下补强或加固
应先根据加固时的实际荷载值，按强度和稳定性验算原结构承载力，通常当承载能力富裕20%以上时，才允许在负荷状态下进行加固，加固方法如下 ：
k f∮
式中S――考虑荷载分项系数后的荷载效应；
W――加固后构件的截面几何特性；
∮――加固后按整个截面计算的构件稳定系数，当强度计算时∮=1
f――钢材的强度设计值；
k――加固拆减系数，其值取0.9.
I后=I原+(I加固+ S加固×b2)
式中I后――加固后截面惯性矩；
I原――加固前截面惯性矩；
I加固――加固钢板本身的截面惯性矩
S――加固钢板的截面面积
b――加固截面到原结构面积质心的距离。
最后使用这种加固后截面几何参数重新计算截面的承载力。需要注意的是，对于加固后的结构应满足规范规定的安全储备。
钢架结构范文2
本文采用ANSYS有限元软件建立某大跨门式刚架模型，主要采用线性滤波法，忽略了结构的空间相关性，应用计算机仿真软件针对此模型进行水平脉动风荷载的数值模拟，并分析了大跨门式刚架风荷载的分布特点,总结出了：迎风面上各节点的风荷载随着高度的增加其值也在不断的增大，而背风面正好与其相反；背风面上各节点的风荷载值普遍比迎风面上个节点的风荷载值大。随着高度的增大，两面各节点风荷载的比值在不断缩小，同时为后续的大跨门式刚架结构的风振时程分析提供了参考以及输入荷载。
关键词：大跨门式刚架；脉动风；脉动风荷载模拟；线性滤波法
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
大跨门式刚架结构是柔性体系，具有柔度大、阻尼小等特点，因而对风荷载十分敏感。近年来，伴随着结构的跨度不断增大，体型日益复杂，风对门式刚架轻型钢结构产生的破坏越来越显著。国内外很多专家学者对此作了一系列研究并取得了一定成果，但就脉动风荷载作用下轻型门式刚架响应的研究还比较少，门式刚架轻钢结构建筑的风振研究尚未成熟，没有形成完整的理论体系，我国现行规范也未作出任何明确的规定；由于建筑大空间的需要，门式刚架轻钢结构越建越高，跨度越来越大，导致其柔度越来越大，结构固有周期普遍达到0.5s以上，有的可达1s以上，风振的影响不断增大，风灾造成的破坏也越来越显著。因此，对大跨门式刚架轻钢结构风荷载特点的研究具有非常重要的意义。
2 风荷载的特点
在风的顺风时程曲线中，一般包含两种成分：一种是长周期部分，其值常在10分钟以上；另一种是短周期成分，常仅有几秒钟左右。根据上述两种成份，实际上常把风分为平均风（即稳定风）和脉动风（常称为阵风脉动）来加以分析。平均风是在给定的时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其他物理量都看成不随时间而改变的量，考虑到风的长周期大大地大于一般结构的自振周期，因而其作用性质相当于静力。脉动风是由于风的不规则性引起的，他的强度是随时间按随机规律变化的。由于它周期较短，因而其作用性质是动力的，引起结构的振动[1]。作用于结构上任意高度处的风速可以表示为平均风速和脉动风速之和。风的模拟主要是针对脉动风而言。时域内脉动风荷载的分析，就是用随机过程模拟的方法得到脉动风速时程或脉动风压时程,本文采用线性滤波法模拟风荷载。
3 风荷载的模拟
根据风的记录，脉动风可作为高斯过程及平稳随机过程来考虑[2]。
3.1 线性滤波法（AR法）模拟风谱
现在在风工程界广泛承认的顺风向水平脉动风速谱为Davenport谱，也是我国规范所采用的风速谱。它假设紊流尺度沿高度不变，谱密度函数为
，（1）（2）
式中，K为地面粗糙度系数；为10m高度处平均风速。为脉动风频率，x为湍流积分尺度系数。
研究表明，低阶的AR模型即可较好地模拟随机过程。采用P阶自回归模型，即过程当前时刻的值与其前P个时刻的值线性相关，因为只考虑高度方向的相关性，所以可表示为：
式中，是空间第点坐标，；为AR模型阶数；是模拟风速时程的时间步长；为AR模型自回归系数矩阵为阶方阵，，为独立随机过程向量。
以上所述是脉动风速谱的模拟,由于研究和实际工程计算需要,很多情况下要用到脉动风压谱,于是根据脉动风压功率谱的定义和Wiener-Khintchine定理,可以得到脉动风压的功率谱为:
（3）（4）
式中：为脉动风压的功率谱函数；为空气质量密度；为 z高度处的风速，；为z高度处的风压值，其他符号意义同公式（1）。这样通过脉动风压功率谱就可以模拟z高度处的脉动风压时程曲线，则通过下式就可以得到脉动风荷载时程。
式中：、、分别为处的风荷载体型系数、迎风面积和脉动风压[3]。
3.2 算例模拟
在ANSYS环境中建立跨度为30米，高度为9米的某大跨门式刚架结构模型（如图1），根据上述理论，忽略结构的空间相关性，采用Matlab软件模拟沈阳地区大跨门式刚架厂房结构风荷载，平均风速25m/s，地面粗糙度系数为0.00215，大气密度ρ=1/820，取N=2048，时间为200S，时间间隔为1s.对模型上各个节点的风荷载时程进行模拟，得到各节点风荷载时程，如图1~2。
图1迎风柱风荷载时程曲线图图2 背风柱风荷载时程曲线图
图1和图2是结构门式刚架结构迎风柱和背风柱上的节点的风荷载时程图，图中表明：两侧刚架柱最大正风荷载值都出现在第50s左右，而负风荷载最大值则出现在18s左右；在第60s以后风荷载变化频率较大，波动剧烈。这是因为：结构在风荷载作用的初期，受风荷载的影响较小，随着风荷载对结构的持续作用，其受风荷载的影响逐渐加大。但由于脉动风荷载大小的不确定性，结构受到的影响也出现波动变化，时间越长变化越剧烈。
4 结论
本文采用时间序列分析中广泛应用的AR模型，忽略了结构的空间相关性，模拟某大跨门式钢架的水平脉动风速时程，进而模拟出了脉动风的风压时程和风荷载时程。通过对各节点的风荷载的比较，可以得出：
1）处于迎风面上各节点的风荷载随着高度的增加其值也在不断的增大，而背风面正好与其相反；将迎风面上各节点与背风面相同高度处的各节点相比较，则背风面的风荷载要比迎风面的风荷载大，变化幅度也交前者大；
2）随着高度的增加，迎风面和背风面风荷载的比值也在逐渐缩小，即迎风面与背风面的荷载越接近
本文得到结构脉动风荷载时程将作为结构的输入荷载，即可对结构进行时域内的动力分析，为大跨门式刚架的风振时程分析提供了参考和输入荷载。
参考文献
[1] 张相庭.结构风压和风振计算[M].上海：同济大学出版社,1985.
钢架结构范文3
对于高层与超高层建筑结构设计来讲，按照建筑实用功能的要求、高度、拟建场地的抗震设防烈度以及经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为几大类:
1材料的选用
钢结构有很多优点，但其缺点是导热系数大，耐火性差。随着冶金技术的提高，耐火钢的研究成功并投入生产，为钢结构的进一步发展创造了条件，目前投生产的B400RNQ和B490RNQ种型号的耐火钢，在达到600C时其屈服强度依旧有150~220MPa一般高层和超高层建筑当采用框一剪、框一筒结构体系时的经济性统计为:钢结构造价等于钢材费用(约占40%)制作安装费用(约占30%)防火涂料费用(约占30%)放火涂料所占总造价的比重较大，如果使用高强度耐火钢虽价格有上升，但防火涂料价格有大幅度下降，可部分抵消由此带来的成本上升，而且可靠度及安全性有了一定的保障。
2制作与安装
2.1统一测量仪器和钢尺量具。建造一幢超高层大楼，涉及到土建、钢结构、玻璃幕墙和各类设备的安装，使用的测量仪器和使用的钢尺必须是国家法定的统一计量部门由同一标准鉴定高层、超高层建筑施工周期较反，尚需定期对测量仪器和钢尺量具进行定期校验以保证建筑物各项指标符合规定的指标。
2.2定位轴线、标高和地脚螺栓。钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄，在建筑物外部或内部设置控制轴线100m高度的建筑需设置一个控制桩，一共架设经纬仪或激光仪控制桩的位置，要求以能满足通视、可视为原则钢柱的长度以满足起重量的大小和运输的可能性，一般为2~3层为一节，对每一节柱r安装小得使用下一节柱子的定位轴线，应从地面控制轴线引到高空，以保证每节柱r安装正确无误，避免产生累积误差。柱脚与钢筋混凝土基础的连接，一般采用埋入式钢性柱脚，地脚螺栓是在安装就位第节钢柱时，控制平面尺寸和标高的临时固定措施。
2.3钢柱的制作与安装。钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构建，在加工制造中必须满足现行规范的验收标准100m高的超高层钢柱，一般分为8~12节构件，钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等与设计长度，即使只有几毫米也小能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，要求对每节钢柱应编号予以区别，正确安装就位。矩形或力形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊，不允许采用其他如在箱板上开孔焊等形式。钢柱标高的控制一般有两种力式:①按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm，不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物的总高度只要达到各节柱制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格，这种制作安装一边在12层以下，层高控制不十分严格的建筑物；②按设计标高制作安装土建的标高安装第一节钢柱底面标高，每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸每一节柱的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中无论采用何种安装力式，都应在翻样下料制作过程中充分表达出来，并应符合设计要求的总高度。
2.4框架梁的制作与安装。高层、超高层框架梁一般采用H型钢，框架梁与钢柱宜采用钢性连接，钢柱为贯通型，在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋框架梁应按设计编号正确就位，为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的准确性，在工厂制造时，在框架梁所在位置设置悬臂梁，悬臂梁上下翼缘的连接采用衬板个熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接可开椭圆孔，并应保证孔边距的要求。框架梁的翻样下料长度同样小等与设计长度，需考虑焊接收缩变形焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核，确定其翻样下料的准确长度。框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接，目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接施工时先焊下翼缘在焊上翼缘，先一端点焊定位，再焊另一端，腹板则采用高强度螺栓连接，要充分理解设计时采用摩擦型还是承托型高强螺栓。采用摩擦型高度螺栓的摩擦系数应选用合理。采用高强螺栓群连接时，孔位的精确十分重要，目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者。当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求。如果孔位局部偏差，只允许使用铰刀扩孔。严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，则应按重大质量事故处理。高强螺栓群应同一方向插入螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧顺序应有中心按辐射力向逐层向外扩展，初拧和终拧都得按预先设定的鲜明色彩在螺帽头加以表示。
钢架结构范文4
(1)积雪引起的压强取0．50kN/m2，由于大风造成的压强取0．50kN/m2;(2)恒荷载数值应以厂房实际工作情况确定;(3)屋顶积雪分布系数按照设计规范中给出的系数适当提高，以项目所在地的积雪分布荷载为基础，该项目取2～4，承重钢件的重要性系数取1．1;(4)计算檩条过程中，积雪荷载取值可参照本次雪灾的积雪分布规律进行计算;(5)未受损的部件和各部件连接处也可能受损，加固设计中也应考虑这部分因素;(6)加固方案应保证实际工作方便，可操作，减少加固工程对正常生产运行的影响;(7)加固过程中应保证生产安全、方案合理可行;(8)根据实际情况，可将修复、加固工作分阶段实施操作。
2钢架加固
2．1加固设计方案
按照上述工程实例情况，基于目前加固设计标准和操作规范，结合事故检测报告中提及的问题进行分析，本文设计了2种钢架加固方案，进行筛选。方案一:通常厂房荷载计算只选取恒荷载，一般为50年最大风雪荷载量进行计算。这种方案计算所得的轻钢厂房强度并不能满足实际工作需求，也不能达到设计标准。为解决上述问题，本方案对承重梁进行加腋处理，以缓解焊接重量，柱翼缘选择对称焊接，以提高承载能力。该方案所需焊接工作量大，对生产过程的影响也大。方案二:对上述工程实测数据分析可知，厂房悬挂荷载较低，钢架所承受恒荷载为0．3kpa。按照上述数据可知，轻钢厂房外部构件稳定性不达标，在柱翼缘处加入刚性系杆，以缓解这一问题。该加固方案工作量较少，对厂房内部设备生产运行影响也小。对厂房实际工作情况进行分析，在厂房运行过程中不能有灰尘产生，两种方案进行对比分析，选取方案二进行加固处理。
2．2荷载取值范围
在计算过程中确定荷载取值范围，选择轻钢结构设计可以按照相关设计规范选取合理数值。通常情况，雪压、风压选取50年内最大值，本工程分别选取0．5kpa和0．55kpa;恒荷载量取0．3kpa，悬挂荷载量取0．1kpa;房屋自重计算得0．2kpa。按照上述荷载取值范围进行核算，该数值是按照单向刚接计算所得，而实际工作中是双向刚接，应对上述数据进行处理。根据上述数据可见，轻钢结构中主要存在超负荷工作现象，大部分钢架外部稳定应力超过承受限值。经分析可知，保证钢架柱稳定应力不超过1，面部长度应取5．5米进行计算。此外，钢架梁所承受的应力也超极限运行，要保证稳定性达标，面外长度应取3米进行计算。
2．3刚架结构的加固
如图2所示，刚架结果加固处理即在柱间设置刚性系杆，以降低轴面外部的长度，设计规范中规定，面积应小于5．5m2，该工程计算0．9m×5．85m=5．25m2，符合规范条件。
3维护结构的加固设计
3．1檩条的加固设计
在对檩条进行加固设计中，应首先确定檀条部分的荷载数值。参考本次雪灾积雪分布规律进行计算。在进行加固处理时，应轻轻揭开厂房外顶板，为确保厂房能够正常运行，厂房内部环境不受影响，应将厂房内顶板留于厂房顶部，为缓解承载应力作用，应增加檩条数量。檩条加固设计时应结合实际积雪荷载量和分布范围，选择最为经济合理的檩条位置和数量进行加固设计。积雪较少的位置处檩条可以不改变布设位置，在原檩条位置加设2．5毫米厚的C状檀条;在积雪符合较大的区域，在原檩条处加设3毫米厚的C状檀条，加设的C状檀条高度应与原檀条保持一致;在积雪最严重的区域，可利用25a热轧槽或者H型钢檩条焊接到原檀条位置，对受损部位进行焊接修复处理，以加强原檩条的承载能力。
3．2其他结构的加固设计
屋面支撑材料的加固应遵循设计规范中规定的设计方法进行设计，加设刚性系杆以提高屋面整体的承载能力，同时，设计者还应考虑实际加固施工的可操作性，选取最方便可行的设计方案。墙梁加固设计中，可在需要加固的墙梁部位增设一道墙。悬挂梁加固时应在连接处加设刚性系杆，以增强梁的承载力。雨篷加固，可将槽钢焊接在横梁上，增大衡量的抗扭强度。
4结束语
钢架结构范文5
关键词：门式钢架; 基础；节点; 支撑
中图分类号：TU391文献标识码： A
引言
从传统意义上来说，轻质钢结构都是一些小角钢和圆钢组成的钢架或小型或小跨度屋架结构，一般是用作仓库或小型的厂房。随着新型钢材的出现，相继出现了冷弯薄壁型钢和彩色压型钢板，这使得轻型钢结构发生了根本性的变革。这种新型的钢材不仅具有传统钢结构的优势，对于轻的优势很是明显，具体优势表现在：造型新颖，即外观造型轻巧美观，对于建筑的表现力强，对于一些单多层工业、民用建筑和大中小跨度尤为适合，同时可以配合间距柱网，使得布置更加灵活；劳动强度比较轻，即在施工时可以使用小型机吊装，这样降低了劳动强度，减少了施工时间；构件轻，即通过设计后，这种高强度钢材承受相同重量时截面积小，用钢量相对较低；恒荷载较轻，即由于钢材较轻，所以恒载荷和地震作用减少明显，同时对地基的要求也较低。
此外，轻型钢结构符合环保和可持续发展的要求，还可以代替砖石和木材结构。但是轻型钢材是一种技术新、科技含量高的材料，所以对于施工和设计人员的要求就相对较高，还要进行一些专业的培训。这样一来，在生产线的建立上就会投入很大。此外，这种刚才还需要防火和防腐的处理。
大概在20世纪初期才开始形成装配式轻质钢房屋体系，当时主要应用于车库的建设。到了20年代，定型化生产的厂房开始出现在人民的视野。在二战期间，轻质钢房屋的建设如喷井之势飞速发展，那是多用于军事飞机库的建设。二战结束后，面临着重建的问题，轻质钢房屋需求量更大，这进一步的刺激了轻质钢房屋的发展。到40年代时，门式钢结构开始出现，60年代得到了大批量的应用。就目前来讲，一些发达国家也是使用轻质钢结构进行建设。美国在门式钢架上的设计不仅在理论上，而且在制造工艺上都比较先进。
2.门式钢架房屋机构存在的问题
2.1 屋面活荷载取值
根据2008年《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》的规定：在使用压型钢板轻型房屋时，按照水平投影的面积来算，在屋内的竖向均布活载的标准值应为0.5kN/m2。但是并不是所有都是这个要求，当钢架构件的受荷水平投影的面积是60m2时，竖向均布活载的标准值为0.3kN/m2。对于载荷效应来说，必须符合以下原则：a、将雪载荷、积灰载荷或屋面均布载荷同时考虑，得到最大值；b、雪载荷和屋面均布载荷不能同时考虑，把两者比较选出最大值；c、当使用多台吊车时，应当符合《建筑结构荷载规范》的国家标准规定来执行；d、不能把地震作用和风载荷同时考虑；e、由施工或者检修带来的载荷不和屋面材料及檩条自重以外的其它荷载一块考虑。在应对各种载荷的计算时，应该把各种载荷按照载荷的组合原则进行计算，这样能够避免因重复计算带来的浪费问题。
2.2 斜梁设计时,计算长度取值的问题:
a、对于屋面坡度较小的情况，根据GB50018的规定，在钢架平面内计算其强度时，按照压弯构件计算。但是对斜梁轴力小的情况时，把钢架的计算长度近似为竖向支撑点间的距离。b、对于屋面坡度较大的情况，不论是在钢架的平面内还是在平面外，轴力的稳定性都不能被忽略；c、从原则上来讲，平面外计算长度一般是侧向支撑点间的距离。但是，钢梁的上下翼的边缘都会有约束，一般有以下约束：①屋面系杆的支撑系统对其的约束作用；②檩条和屋面板对上翼缘约束作用；③檩条和隅撑的共同作用对下翼边缘的约束。在计算时，我们一般把隅撑的设置作为钢梁平面外长度，并不是将檩条的间距作为钢梁平面外长度。然而，隅撑的位置设置又得根据钢梁平面外长度作为量度。然而有些设计师将钢梁的平面外长度定位3m，但是在制造的过程中却省去了隅撑位置，最终造成了整个设计具有安全隐患。
2.3 构件的挠度问题
根据门式钢架规程的规定，当钢架斜梁只用于支撑冷弯型钢檩条和压型钢板屋面时，则钢架构件的竖向挠度限制是L/180；对于有吊顶的构件，竖向挠度限制是L/240；对于有悬挂起重机的构件，竖向挠度限制取L/400。对于具有一定载荷并且跨度较大的轻型钢结构厂房的设计，挠度值将控制着构件的截面积的大小。很多的设计师在进行这方面的设计时，往往会忽略挠度对结构的控制，仅仅为了能够满足强度的设计做法是不对的。然而，在实际应用中，梁挠度的影响是非常大的，它不仅会影响到建筑物的正常使用，还会造成屋内积水，甚至出现漏水的情况，这些都会加大屋面的载荷，给整个结构带来很大的安全隐患。我们可以加设摇摆柱的方法来应对那些跨度大、挠度难控制的钢架，这样做可以使挠度起不到控制的作用，而且还能把因挠度控制造成的截面过大的问题降到最低。
2.4 钢梁高厚比问题
门式钢架一般都是全钢结构的，由于檐口位置和钢柱的连接位置的弯矩较大，所以一般将钢梁做成变截面型钢梁。由于使用了这种变截面的钢梁，所以在设计的过程中可能会造成高厚比招标的问题，所以对设计结构的就算需要最终检查。根据2008年版CECS102:第6.1.1条规定，对于腹板高度的变化高于60mm/m时，将不考虑受剪板幅屈曲后强度对腹板高度比的控制，所以计算时不能将幅屈曲后强度考虑进去。具体的解决办法如下：a、可以在构件的腹板设置一个横向加劲肋，这样做可以更加不考虑屈曲后强度，还可以提高其容许的高厚比；b、为了满足高厚比，可以增加腹板的厚度，但是这样可能会较大的使用钢量；c、通过调节构件端部的高度和调整梁的变截面长度来使腹板的高度变化不超过60mm/m。
2.5 结构形式及布置方面
对于门式钢结构房屋，冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板作为屋盖和外墙最合适，而变截面实腹钢架作为主钢架最合适。同时我们还可以根据载荷、跨度和高度的不同，而采用等截面或变截面的焊接工字型或轧制H型的截面来设计门式钢架的柱和梁。在设计吊车梁时，最好把等截面作为门式钢架的柱。对于门式钢架的柱脚，我们通常采用支撑设计来铰接，一般用一对或两对螺栓作为平板支座。这样设计柱脚铰接，不仅可以避免弯矩过大的问题，而且还可以减少基础混凝土的造价问题。钢接柱脚通常用于有吊车的厂房，这样设计有利于吊车的平稳运作。采用一些隔热卷材作保温层和隔热层，还可以用具有隔热效果的板材做屋面来解决对房屋或厂房的隔热要求。
2.6 屋盖铰接问题
在进行钢结构屋盖厂房的设计中，有些设计人员会把钢梁和砼柱相连接的位置用刚接的计算方法来计算，所以在施工之后，连接处的受力是不是真正的刚接，这会带来很大的安全隐患。为了安全起见，我们把砼柱面和钢梁的链接用铰接的形式来计算。
2.7 抽柱问题
有时由于空间原因，在某些厂房的设计中往往采用抽柱的屋架形式，即通过一些托或支撑来架梁。有些设计人员在对抽柱进行计算时，认为抽柱榀屋架就是直接把标准榀屋架删掉柱子，然后加上托梁和铰接的接点这么简单。如此做法会出现梁截面严重不足的现象，这是由于弯矩是靠钢梁在檐口的钢柱约束传递的，而对于托梁，托梁和屋面梁是按铰接的形式受力的，所以这样会造成屋脊的弯矩最大，而截面却最小的问题。此外，在对抽柱屋架进行计算时，托梁对屋架的弹性约束是必须要考虑的，具体的说就是把托梁和屋面梁的连接作为弹性支座，然后计算其对钢梁的约束作用，并非是简单的按照铰接来进行计算。对厂房的抽柱计算时，建议从整体上把握，利用整体建模计算，结构的受力情况，最后选出最优截面。
2.8 有吊车设计图纸的标识问题
对于有吊车的厂房设计，设计的图纸中不仅要有构架的设计，还要表明吊车的型号、台数、吊重重量和跨度能数据。防止因为标注不明确带来安全隐患的问题。
2.9 其他
除以上问题外，可能还会有焊缝质量、涂装、保温隔热防水的问题。其中，《钢结构设计规范》中对焊缝质量做出了明确规定，值得注意的是要把评定等级，检验等级和焊缝质量等级区分开来。对于涂装，对于钢材都需要做一些防火或防锈涂层，《建筑设计防火规范》( GBJ16—87)第 7.2.8 条做出了规定。对于保温隔热防水问题，室内的温度要求可能会比较高，所以要对冷桥接点做一些处理，例如选用一些高档保温材料能够较好的减轻结露和冷凝的现象。
3. 结语
由于现阶段钢结构厂房的日益增多和广泛使用，对其安全问题提出了更高的要求。所以在门式钢架设计中要避免以上问题的同时，做到规范、实用和美观相结合。
参考文献
[1] 赵建成 ,周观根 ,鲁永贵.轻钢结构中屋面挠度对屋面防水影响[J].第三届全国现代结构工程学术研究会,2003,3.
[2] 仝迅 .抽柱门式钢架的设计计算[J].工程建筑与设计,2004,12.
[3] 陈章洪.建筑结构选型手册.北京.中国建筑工业出版社.2000.
[4] 蔡益燕.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102: 2002) 修订介绍. 2003.
钢架结构范文6
随着建筑技术的不断发展，建筑的结构和形式也开始朝多样化发展，无论是审美还是使用功能都有了很大的飞跃。而多门式刚架轻型钢结构作为轻型钢架结构中的一种，在现代建筑行业得到了很大的发展。在门式刚架轻型钢结构房屋设计方面，也有了很高的要求。这就需要设计人员根据工程的实际情况，充分掌握门式刚架轻型钢结构房屋设计的特点、适用范围、结构形式等，同时，还需要对门式刚架的塑性设计与计算、节点设计和支撑布置等方面的知识有充分的了解。
1.刚架特点
刚架结构是梁柱单元构件的组合体，形式种类多样。根据不同的建筑，又有不同的使用范畴。一般而言，单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架，在单层工业与民用房屋的钢结构中，应用较多。
单跨、双跨门式刚架的斜梁和柱常为刚接，而柱的底部多数为铰接。在工程需要的情况下，在多跨刚架中间柱与斜梁的连接部，可以考虑采用铰接。而多跨刚架，通常需要采用双坡或单坡屋盖，如果工程有需要，也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。
与屋架结构相比，门式刚架的整个构件的截面尺寸较小，这样就方便我们更好、更有效地利用建筑空间，不仅能够有效的降低房屋的高度，也可以有效的减小建筑体积，同时也对建筑造型起到美观作用。
一般的门式刚架用于跨度为9~36m、柱距为6m、柱高为4．5~9m，而且设有起重量较小的悬挂吊车的单层工业房屋，或者公共建筑。需要架设桥式吊车时，其起重量控制在20t以内，属于A1～A5中、轻级工作制吊车；而在设置悬挂吊车时，起重量控制在3t以内。
2.结构形式
从类型上看，门式刚架的结构形式有很多种。按构件体系分，有实腹式与格构式；按横截面形式分，有等截面与变截面；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。一般来说，实腹式刚架的横截面是工字形，当然，也有少数是z形；而一般而言，格构式刚架的横截面是矩形或者三角形。
2.1建筑尺寸
通常情况下门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应该满足下列规定：1）门式刚架的跨度取值标准为，横向刚架柱轴线间的距离。2）门式刚架的高度的取值标准，应该是地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。当然，具体的高度需要安装使用要求的内净高确定。3）在柱的轴线选择上，一般可以通过柱下端中心的竖向轴线。如果是工业建筑边柱的定位轴线，则应该考虑取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。4）门式刚架轻型房屋的檐口高度，应该按照地坪至房屋外侧檩条上缘的高度来取定。其最大高度，一般由地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度决定，而房屋侧墙墙梁外皮之间的距离，则为宽度应取的距离，长度则按照两端山墙墙梁外皮之间的距离作为标准取值。
通常来说，门式刚架的跨度应该为9~36m，如果边柱的宽度不等，那就需要把外侧对齐。而一般的高度应该在4．5~9．0m之间，如果有桥式吊车时，就不能超过12m。间距，也就是柱网轴线在纵向的距离一般要采用6~9m。挑檐长度可根据使用要求确定，但是通常是在为0．5~1．2m之间取值，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
2.2结构平面布置
（1）门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度必须要满足这两个规定：1）纵向温度区段不大于300m；2）横向温度区段不大于150m。当然，这只是参照值，如果有计算依据和需要时，温度区段长度可根据工程的实际需要适当加大。
（2）在多跨刚架局部抽掉中间柱，或者边柱处需要考虑布置托架梁。
（3）屋面檩条的布置应考虑天窗、屋面材料、采光带、通风屋脊、檩条供货规格等因素的影响，屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。
（4）山墙可设置由抗风柱、斜梁、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。
3.门式刚架的塑性设计与计算
3.1门式刚架荷载
门式刚架的荷载一般有三类：一是屋面结构等的自重，即永久荷载；二是屋面活荷载和雪荷载中的较大者；三是风荷载。在一般的弹性设计中，可以根据各类荷载单独计算刚架中的内力，最后再有目的的对各个构件进行内力组合，求出最不利的内力设计值。而在塑性设计中，找到结构中形成机构的塑性铰位置，进而求得构件截面的塑性弯矩M，是机构分析的目的。当然，在实际的计算中，避免对分析结果进行叠加，而是要首先进行荷载组合，然后才能进一步对每种组合进行内力分析。
因为屋面部分风荷载的体型系数是负值，风力为吸力，其方向是与屋面活荷载或雪荷载相反的，所以，在进行无吊车荷载的门式刚架设计时，需要考虑的荷载基本组合为两个：1）永久荷载+屋面活荷载（或雪荷载）；2）永久荷载+屋面活荷载（或雪荷载）+风荷载。要特别强调的是，对于“永久荷载+风荷载”，通常情况下不需要进行控制组合，只有当风荷载特别大，而且可能产生内力变号的情况下，才有必要进行考虑。
3.2门式刚架的机构分析
利用简单塑性理论进行刚架内力分析的方法很多，本文只介绍较为常用的静力法。所谓的静力法，指的是通过求解静力平衡方程，来确定塑性铰位置和塑性弯矩的方法。具体的步骤是：1）为了形成静定结构，应该去除构件中的超静定赘余反力，然后绘制荷载作用下此静定结构的弯矩图。2）把赘余反力作用在静定刚架上，然后在根据具体要求画出由赘余反力产生的弯矩图。3）把前面的两弯矩图叠加，求得成机构的塑性铰位置，求得截面的最大全塑性弯矩MP。按照唯一性原理，塑性分析的唯一结果，也就是在破坏情况下的弯矩分配必须要同时符合平衡、机构、屈服这3个条件。
根据上述静力法的分析，一定可以使得平衡条件和机构条件得到满足，当然，如果找错了塑性铰位置，那就很有可能在所确定的塑性铰位置以外的其他截面上产生大于MP的弯矩，此时，也就完成背离了屈服条件。所以，求得MP后，还需要进行检查，确保构件的任何一个截面的弯矩的绝对值不超过MP。
3.3门式刚架的截面设计
一般来说，在完成通过内力分析确定截面的塑性弯矩MP后，就可以接着进行截面的初选。尽管门式刚架的柱子和斜梁都是压弯构件，但是，根据相关的原理，我们在进行截面的初选时，仍然可以将它们各看做受弯构件，也就是要忽略轴力的影响。而对于纯弯构件，在荷载使梁处于全塑性工作阶段的背景下，截面上的应力图形为两块矩形，形成塑性铰，截面上的弯矩为全塑性弯矩，简称塑性弯矩，记为 （式中： 为塑性截面模量， 为截面形状系数，Wp为弹性截面模量，对工字形截面 =1.10~1.17，随截面尺寸不同而变化）。引入荷载分项系数和抗力分项系数后，得： 。由此可求得所需构件截面的弹性截面模量： ，由 即可初选构件的截面。
4.结语
总之，门式刚架轻型钢结构房屋设计是一个较为复杂的体系，在设计中需要顾及很多方面的内容，需要按照各种原理进行，设计人员只有对门式刚架轻型钢结构的特点、分类，以及使用范围，才能更好的在设计中发挥出门式刚架轻型钢结构的优势。
参考文献
[1] 邱冬瑞. 门式刚架轻钢结构优化设计及程序开发[D]. 北京工业大学，2008.