刚架结构设计论文篇（1）

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

一．前言

轻型钢门式钢架结构在建筑结构设计中是普遍存在的，因为这种结构设计具有很强的优势，是其他一些建筑结构设计所无法比拟的。为了更大范围的发挥这种结构设计的优势，确保这种钢结构设计的质量，我们就需要对该种钢结构设计的要点进行分析，克服在轻型钢门式结构设计中存在的问题，掌握其设计要点，使轻型钢门式结构设计得到更大的发展。

二．轻钢门式刚架结构相关概述

1．轻钢门式刚架结构形式

轻钢门式刚架的结构形式多样，主要有以下几种：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的刚架等。

2．轻钢门式刚架结构典型优势

（一）自重轻

轻钢框架结构重量比很高，墙厚较薄，因此可以使房屋的跨度达到很大，钢材可根据不同用途合理分配截面尺寸的高宽比，使用面积较其他结构要提高很多。轻钢结构与混凝土结构相比，自重约为后者的一半 。在工程设计中可以根据实际情况达到个性化的要求 。

（二）结构稳定性好，抗震性能突出

轻钢框架结构稳定性良好 ，钢梁、钢柱组成柔性框架，可充分发挥钢材强度高、延性好 、塑性变形能力强的特点，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震动的能力得以强化，而且适合建造在各种地质条件的地基上，提高了结构的安全可靠性 。

（三）施工速度快

一般情况下，轻钢框架结构建筑的施工由于设计标准化 、定型化，构件加工制作工业化 ，另外加上现场安装施工的过程中不受气候影响 ，简单快捷 ，时间相对钢混结构住宅缩短 工 时1／3~1／2，加快了资金周转，大大提高了投资回报速度 。

三．轻钢门式刚架设计

1． 刚架的间距

刚架的架间距与刚架的跨度、屋面荷载及檩条形式等因素有关，刚架跨度较小时，选用较大的刚架间距，增加檩条的用钢量是不经济的，但是，如果对间距进行稍微的变动，不仅既经济，同时对于也不至于对结构的质量产生太大的影响。

2．刚架横梁的截面高度与其跨度之比

对格构式刚架横梁，截面高度宜采用跨度1／l5-1／25；对实腹式刚架横梁，截面高度宜采用跨度的1／30～1／45：轻型刚架采用比值的下限。

3．柱脚的假定

按柱脚与基础的连接形式，可分为刚接和铰接两种。经计算比较，与基础刚接的刚架比铰接的刚架可节省钢材l0%—15％，并且在提高结构承载力和减小刚架侧向位移方面，比铰接刚架有利。但刚接刚架的基础造价高，对地基条件的要求也比较高，如果把柱基做得符合刚接要求，对于轻型刚架并不一定经济，所以一般采用铰接柱脚。

四．轻钢门式钢架节点的设计

1．柱脚

刚架柱脚与基础的连接形式分理论铰接、工程铰接和刚接3种，分别示于图1。而图1所示的连接形式也难以抵抗柱脚的转动，柱脚实测应力值比计算值小，柱顶实测应力值偏大。铰接柱脚是门式刚架设计中常用的假定条件，柱脚具有部分的嵌固性，不会对刚架的受力产生不利的影响。在屋面的恒截和风载的作用下，理论铰接的柱顶位移过大，上述试验实测值为7．04cm，工程铰接可以改善这种情况。实测值为5．26cm，刚接的情况最好为2．94cm。

图1钢架柱脚形式

因墙体材料不同和柱脚连接的形式各异，对柱顶侧移的限值没有明确规定。为防止产生能够影响结构强度和稳定性的变位，将柱顶水平位移限制在1／150柱高以内比较合适。

2．角隅和屋脊节点

为保证节点连接的刚性和便于布置连接螺栓，常在角隅和屋脊处加腋。加腋高度一般为横梁截面高度为1/2，由横梁截面斜切而成。带加腋的门式刚架可以减少横梁的弯矩，从而可减小其截面的尺寸，当然也相应加大了柱子的弯矩，因为横梁的总长度通常大于柱子的长度，这样节约下来的钢材可以补偿加腋所用的费用。

在屋脊处的加腋不仅有利于节点构造，而且有助于减少刚架的垂直挠度，但由于屋脊附近的弯矩变化比较平缓，故对提高刚架的承载力并不起直接作用。

3．柱顶腹板的加劲肋

柱顶腹板常设置加劲肋，以提高角隅处板域的抗剪强度，如图3所示。同时由于图2柱顶腹板加劲形式柱翼缘板的厚度一般小于横梁端板的厚度，为防止柱翼缘板在受拉螺栓的作用下产生挠曲变形，在柱翼缘受拉螺栓附近设置加劲板(图2a)。图2c采用对角线受拉加劲肋与短加劲板相结合的形式，使加劲肋在结构上更有效，并且可克服采用其他形式加劲肋可能碰到的穿螺栓的困难。

图2 柱顶腹板加劲形式

4．檐口构件

刚架之间角隅处的檐口构件，应设计得比较刚强。檐口构件包括角隅处垂直支撑、墙梁和檩条等。它对柱顶提供“定位约束”，并把纵向风力传递给支撑系统，同时为角隅处受压内翼缘提供侧向约束。

为角隅处设置的垂直支撑，将檐口构件与受压内票缘直接而可靠地连接起来，防止侧间挠曲。如果是弧形内翼缘，支撑应设置于弧的中点或靠近中点处。在直梁和直柱的情况下，应设置于它们的交点，或沿角隅处柱内翼缘垂直布置。虽然在角隅处弯矩下降比较快，在距角隅很近的距离内受压内翼缘的弯曲应力已，不太大，但还应在附近设置侧向支撑点，一般在内翼缘的转折处，或曲线加腋的弧形端点。

在钢架角隅处测向支撑曲线加腋的角隅中，b2／Rt的关系应小于2，以减小曲线翼缘的法向分力向腹板集中的程度，此处b为翼缘的宽度，t为翼缘的厚度，R为益线加腋的益率半径。通常可用加强的墙梁和檀条，利用角撑为受压内翼缘提供侧面支撑。

五．结束语

轻型钢门式结构设计对于建筑工程钢结构设计来说具有十分重要的作用，对于钢结构设计的发展也是具有重大意义的，因此我们应该加强对于轻型钢门式结构设计的探讨。

参考文献：

[1]赵希平 某轻钢门式钢架厂房火灾后的恢复第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集2003-07-01中国会议

[2]叶飞; 李其成; 沈小璞 带有长悬臂雨篷超大跨度门式钢架结构的有限元分析安徽建筑工业学院学报(自然科学版)2011-12-15期刊

刚架结构设计论文篇（2）

中图分类号：C35文献标识码： A

引言：

轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期，以其质量轻、柱网布置比较灵活、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高等特点，近年来得到迅速的发展，已广泛应用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等工程。但因忽视支撑设置以及安装质量不规范等因素，导致质量事故甚至失稳破坏的案例时有发生，因此，本文针对轻型门式钢架支撑系统的种类、布置和作用，以及该体系常见问题作一系统归纳与分析。

1、轻型门式刚架结构的特点

1.1、质量轻

轻型门式刚架结构的围护结构一般都采用轻型材料，屋檩和墙檩一般采用冷弯C形钢或Z形钢，屋面板和墙面板多采用压型金属板，因而结构自重较轻。即使是在工业厂房中，因为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(2012年版)》(CECS102:2002)中规定轻型门式刚架结构中仅可设置起重量不大于20t的A1－A5工作级别的桥式吊车或3t的悬挂式起重机，结构所承受的总荷载相对也较小。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg/m2，自重约为同等条件下钢筋混凝土结构的1/20～1/30。由于荷载较小，基础所用材料也较少，地基处理难度相应降低，结构地震反应也较小。

1.2、工业化程度高，施工周期短

轻型门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量更能够保证。将构件运到施工现场后，构件间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。

1.3、结构布置灵活，不受模数限制

传统的钢筋混凝土结构由于受屋面板等尺寸限制，柱距多为6m，当采用12m或其他柱距时，需设置托架等，较为麻烦。而轻型门式刚架结构的维护体系采用压型金属板，故柱网布置灵活，一般仅需考虑使用要求和用钢量。

1.4、综合经济效益高

轻型门式刚架结构设计周期短，原材料种类单一，构件采用自动化设备成批量生产，单位价格相对较低，且门式刚架结构施工周期短，资金周转率高，发挥投资效益快。

2、轻型门式钢支撑系统概述

2.1、支撑布置及作用

横向水平支撑一般设置在房屋两端或横向温度伸缩缝区段两端的第一柱间的屋盖系统上，有时也可设在第二个柱间；一般由十字交叉斜腹杆（拉杆）和竖腹杆（压杆）组成；横向支撑的间距不宜大于60m。所以，当温度区段较长时，在区段中间尚应增设横向水平支撑作用以承受地震荷载或由山墙传来的纵向风荷载，保证屋盖系统的整体性，提高空间刚度，是构成空间稳定结构体系的基础之一。

2.2、柱间支撑

2.2.1、布置

设置部位同横向水平支撑，一般与横向水平支撑对应地布置在同一柱间距内；可分为柔性（圆钢）和刚性（型钢）两种，当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，应采用刚性柱间支撑；当钢柱高度相对于柱距较大或设有吊车时，柱间支撑应分层设置。

2.2.2、作用

它的主要作用是与横向水平支撑共同形成稳定的空间结构体系，提高厂房纵向刚度和稳定性，可承受和传递厂房纵向的各种荷载与作用。

2.3、刚性系杆

布置刚性系杆一般设置在刚架转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)，应沿房屋全长设置；当端部横向水平支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置也应设置刚性系杆。刚性系杆一般采用钢管或型钢。

作用主要有两个方面：①承受山墙传递到屋面上的水平荷载（风载或地震荷载）；②形成一个稳定空间结构体系的重要支撑之一。

3、轻型门式刚架结构设计中需注意的问题

由于轻钢结构自身的特点与普通钢结构有较大区别，设计中应采取一些有针对性的措施，以保证结构的受力性能。已有许多专家、学者和工程技术人员对此问题进行过分析研究，因此，本文仅对一些设计中常出现的问题进行总结。

3.1、应合理设置支撑体系

单榀门式刚架在刚架平面内刚度较大，能有效抵抗水平荷载，但是在刚架平面内刚度则较差，需通过设置支撑来保证纵向水平荷载的传递。支撑设置时需注意将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间，以构成稳定的空间结构体系，既可承受和传递房屋纵向的各种荷载和作用，又便于结构的施工和安装。在房屋的各温度区段内，均需设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向水平支撑一般布置在温度区段端部第一开间，也可以布置在第二开间，但此时需在第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置布置刚性系杆。屋面横向水平支撑的竖腹杆需按刚性压杆设计，才能组成几何不变体系。屋面横向水平支撑的节点应与抗风柱布置相协调，将节点布置在抗风柱处，以直接传递抗风柱柱顶反力，避免刚架斜梁受扭。在刚架转折处，如边柱柱顶、屋脊处、多跨房屋中间柱柱顶等位置，需沿房屋纵向全长设置刚性系杆，既可承受和传递纵向水平荷载，还能在安装过程中增加刚架的侧向刚度，保证结构安全。支撑的常见布置见图1。

图1支撑布置

3.2、柱脚

柱脚部分未采用混凝土包裹防护，容易钢材锈蚀而产生安全隐患；柱脚锚栓未采用双螺帽；柱脚与基础顶面二次灌浆未采用灌浆料填实。

3.3、 梁柱节点常见问题有：①摩擦面涂漆；②顶紧接触面积偏小（小于75%）；③边缘最大间隙过大（大于0.8mm）；④高强螺栓丝扣未外露；⑤端板厚度偏小（小于16mm）。上述存在问题可能会导致节点不能有效形成刚性连接而产生安全隐患。

3.4、屋面

为钢结构斜梁、立柱为混凝土排架结构该结构体系与门式刚架不同；由于主钢架斜梁与混凝土柱很难形成刚接，立柱存在水平推力，可能导致结构严重不安全。

3.5、隅撑缺失

主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内侧翼缘未设置与檩条或墙梁相连接的隅撑，可能会导致钢梁平面外失稳。钢梁变截面处钢梁在翼缘转折处（变截面处）未设置横向加劲肋；由于该处应力复杂，设置横向加劲肋主要对腹板予以加强。

3.6、锚栓不铅直

锚栓不铅直会严重影响房屋的外观。由于框架柱柱脚的水平度差锚栓又不够铅直经常使柱子安装后东倒西歪不在一条直线上。影响外观的同时还容易造成安全隐患使房屋经不住长时间的考验。最近国对轻钢施工的验收规程进行了讨论许多专家都强调了一种比较严谨的方法。就是在安装锚栓时坚持先将底板用下部调整螺栓调平再用无收缩砂浆二次灌浆填实。这种方法的应用将明显减少锚栓不铅直对房屋构架的影响。25门式刚架的安装。有些刚架在大风时柱子被拔起因此在风荷载较大的地区刚柱受拉时在柱脚更应考虑抗拔构造例如锚栓端部设锚板等。另外预埋地脚螺栓与混凝土短柱边距离过近在刚架吊装时经常不可避免的会人为产生一些侧向外力而将柱顶部混凝土拉碎或拉崩。在预埋螺栓时钢柱侧边螺栓不能过于靠边应与柱边留有足够的距离。同时混凝土短柱要保证达到设计强度后方可组织刚架的吊装工作。另外施工时遗忘抗剪槽的留置和抗剪件的设置柱脚螺栓按承受拉力设计计算时不考虑螺栓承受水平力。若未设置抗剪件所有由侧向风荷载水平地震荷载吊车水平荷载等产生的柱底剪力几乎都由柱脚螺栓承担从而破坏柱脚螺栓。有些工程地脚螺栓位置不准确为了方便刚架吊装就位在现场对地板进行二次打孔汪意切割造成柱脚底板开孔过大使得柱脚固定不牢螺栓最小边距不能满足规范要求。

3.7、模条计算不安全

《冷弯薄壁型钢构件技术规程》中提到有些设计软件并没有考虑到与檀条相关的有效宽度理论。因此在进行设计时不能单纯依赖软件软件没有考虑到的内容要自己考虑。如檀条特有构件应采用有效宽度理论计算强度,这就需要自己熟悉理解规范结合规范和软件做出正确判断后在计算。《规程》封7条规定结构构件的受拉强度应按净截面计算受压强度应按有效截面计算稳定性应按有效截面计算变形和各种稳定系数均可按毛截面计算。而实际设计中常常会忽略掉应用净截面计算强度如果不用净截面进行计算,实际应力将高于计算值。也容易忽略针孔减弱。而当这种减弱达到6%一巧%时就会对对小截面窄翼缘的梁产生较大影响。14钢柱换硷柱。为了节省钢材降低造价肩少数单位在设计门式刚架时将钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成斜梁用竖放式端板与硷柱中的预埋螺栓相连形成刚接。但厂房中符合设计的框架的梁柱不能用刚接只能用铰接。因混凝土是一种脆性的材料抗拉、抗冲切的陛能很差在外力作用下容易出现松动和破坏。在实际施工中采用硷柱加钢梁作成排架是可以的但由于连接不同构件内力不同可能造成工程斜梁过细安全隐患增加可见将刚架的钢柱换成硷柱而钢梁不变是不可以的。

3.8、注意风吸力的影响

轻型门式刚架结构由于采用了轻型屋面材料，自重较轻，当屋面坡度在一定范围时，风荷载的作用方向会向上，即为风吸力。在普通钢结构中，风吸力会抵消部分重力荷载，起有利作用，因而不考虑。但对于轻型门式刚架结构来说，风吸力的大小可能超过屋面结构自重，叠加后产生向上作用的荷载，使结构构件中产生反向内力，如不考虑风吸力，可能导致结构不安全。2.4不得随意改变结构材料和体系部分设计人员在设计门式刚架结构时，根据业主要求或其他考虑，将刚架柱改为钢筋混凝土柱，刚架斜梁仍为钢梁，仍按照门式刚架结构体系进行设计，这样做可能会产生工程事故。因为门式刚架结构中刚架斜梁与刚架柱必须做成刚接，而钢结构斜梁与钢筋混凝土柱较难实现刚接，做出来更接近与排架结构，与刚架结构是完全不同的两种结构体系，这样设计出来的结构可能会严重不安全。

4、结论

①应充分重视支撑系统的设置，合理完善的支撑系统是形成稳定的空间结构体系的重要保证。②应严格按照规范标准精心施工，以消除因细节重视不够而导致工程质量事故的发生。

参考文献：

[1]张亚江.门式钢刚架火灾升降温作用全过程响应分析[D].长安大学,2012.

刚架结构设计论文篇（3）

1、问题的提出

高层建筑结构设计中，经常遇到平面狭长且横向跨数较少的高层框架或框剪类建筑，其地下室或底部楼层为停车场、餐厅或商场超市等，使用功能的限制不允许有过多剪力墙落地。按常规梁柱截面设计时地震作用下其y 向位移常不能满足要求（为讨论方便，设定y 向为短方向），主要原因是结构整体在y 向的刚度不足。通常有以下几种解决方法：1）调整y 向剪力墙数量、厚度及混凝土强度等级；2）将楼电梯间做成封闭型,形成闭合的筒体；3）调整y向框柱截面为矩形,增加y 向框梁截面高度；4）少数多高层框架类型的结构,采用增设混凝土斜撑的方式提高侧向刚度[1 ] 。

这几种方法中，前三种是比较常用的，与建筑协调以争取足够数量的落地剪力墙，但落地剪力墙较少时将导致有限的剪力墙吸收过大的地震力，地震作用下剪力墙首先发生破坏。斜撑更多应用在钢结构中，在混凝土结构中的应用尚未普及，且给梁柱节点施工带来一定难度，节点区施工质量不能得到保证。若考虑采用底部大空间带转换层的结构类型，在地下室顶板处进行梁托墙转换时，框梁截面往往很大，内力计算及构造措施等与普通框剪结构相比有更严格的要求，显然在结构y 向位移略有不足的情况，设计为带转换层或转换构件的框支剪力墙结构不尽合理。本文讨论的异形框架结构就是试图从新的角度解决高层建筑结构弱向刚度不足、位移不满足要求的问题。

2、异形框架结构定义及结构体系

2．1 异形框柱与异形框梁截面形式

异形框柱从截面形状上看与剪力墙带端柱约束边缘构件相似，本文称其为带边缘壁柱的异形框架柱，主框柱承担竖向力和水平剪力，边缘壁柱辅助框柱承担水平剪力，承担少量竖向力。这点是与异形柱在受力机制上的主要区别。边缘壁柱的设置根据需要可以分为以下几种情况：1）在框柱一侧设置；2）在中间框柱两侧设置，形成“一”或“L”型；3）在框柱三个方向设置，形成“T” 型；4）在框柱四周同时设置，如图1 所示。设计过程中根据实际情况，在不同位置的柱采用不同截面形式，如图1c 可以用于角柱,图1d 用于边框架中柱等。框柱与边缘壁柱根据需要采用弱连接或者强连接的方式。

图1 异形框架柱截面示意

异形框梁为在主框梁上边(下边,或者上下边)加设边缘壁梁的框架梁，如图2 所示。框梁承担大部分剪力和弯矩，边缘壁梁提高框梁的抗弯刚度，承担部分竖向荷载引起的弯矩和水平荷载引起的剪力。根据计算和平面布置要求可以布置在框梁上边、下边，或上下边同时设置。框梁与边缘壁梁根据需要采用弱连接或者强连接的方式。边缘壁柱和边缘壁梁暂统称为异形框架结构的边缘构件。

图2 异形框架梁截面示意

2．2 异形框架结构体系及其特点

异形框架结构由普通框架结构发展而来，定义为由异形框柱和异形框梁组成的现浇钢筋混凝土结构，与框架结构、框剪结构结合起来形成异形框架-框架结构、异形框架- 框剪结构等。异形框架结构本质上属于JGJ 3 ―2002《高层混凝土结构技术规程》[2 ] 中规定的框架结构，但在地下室顶板处有内力转换的特点，地下室顶板视为不完全转换层，但整体并没有明确的承担不落地框柱或剪力墙的转换梁，全部竖向构件均为连续传递至基础，因此异形框架结构从转换角度来说与通常的带转换层结构有较大的区别。典型的异形框架结构立面示意如图3 所示。

图3 异形框架结构立面示意

异形框架结构与异形柱结构、壁式框架结构及短肢剪力墙结构有着明显的区别。JGJ 149 ―2006《混凝土异形柱结构技术规程》和有关文献讨论的是异形柱结构的设计与应用，选用异形柱结构的出发点主要是建筑的使用功能要求，应用地区和最大高度都有限制；异形柱结构不论采用何种截面，均按全截面整体受力考虑，一般不允许地震作用下异形柱任何部分出现破坏[3 - 4 ] ；壁式框架结构是介于框架与剪力墙之间的一种结构形式，截面形式、受力和变形特征同异形柱结构基本一致。异形框架结构则是从改善结构受力、增强结构侧向刚度的角度出发设置边缘构件，适用地震烈度区和最大高度要求与普通框剪或框剪结构一致，整体受力机制和地震作用下构件破坏机制是其与异形柱结构和壁式框架等结构的主要区别。

异形框架结构内力传递机理分为两种情况，根据附加的边缘构件长度不同相似于普通框架结构或框支剪力墙结构：1) 当边缘构件长度较小时，边缘构件仅起到加强框柱与框梁刚度的作用，承担少量内力，与之相连的地下室顶板框梁的转换功能不明显，结构整体在水平力作用下的变形特征与普通框架结构相似，均为竖向荷载由框柱直接向基础传递，不存在通过转换梁向下传递的情况；在水平地震力(或风荷载) 作用下，主框梁与主框柱组成的框架结构体系主要承担水平剪力与倾覆弯矩，边缘壁柱和边缘壁梁分别增大了框柱和框梁的抗弯刚度和抗剪承载力，整体结构的抗侧刚度得到加强。

2) 当边缘构件长度较长时，边缘构件的刚度大大增加，其受力机制发生转变,框架梁柱与边缘构件组成的平面可视为开洞的带边框剪力墙,而结构整体将趋向于框支剪力墙结构，其转换层在地下室顶板处，计算和构造措施需按框支剪力墙结构取用。就本文中所讨论的情况，仅希望边缘构件起到对结构整体的加强和调整作用，故此应控制边缘构件截面长度，本文所讨论的异形框架结构也仅指第1 类结构。

边缘构件的设置位置比较自由，原则上只要有填充墙或隔墙的梁柱部位均可以进行设置，这种设置方法决定了可以任意调整结构不同部位的抗侧刚度。比如，当剪力墙比较集中且在平面不对称布置时，可以设置边缘构件来调整另一侧结构抗侧刚度，减小剪力墙不对称布置所带来的不利影响，使结构平面刚度分布更加合理。由于平面布置上的要求，楼电梯间处的剪力墙分布在两端，或者集中在中部，,由于楼板面内变形，没有布置剪力墙的部位其框柱所需要承担的剪力相对较大，而计算时通常假定楼板为无限刚性，不存在面内剪切变形，与实际结果有一定差异，如能在该结构中的特定部位，采用一定数量的异形框柱将起到改善整体受力的作用，使结构平面受力更合理。

异形框架结构边缘构件在地震作用下可以首先发生延性破坏，设计异形框架- 框架结构在地震作用下的屈服部位依次是边缘壁梁- 边缘壁柱- 框架主梁塑性铰；同理，异形框架- 框剪结构的屈服部位依次是边缘壁梁- 边缘壁柱- 连梁- 墙肢- 框架。多遇地震时，边缘构件处于弹性阶段或弹塑性界限区；罕遇地震时，边缘构件首先达到塑性阶段而产生屈曲，刚度降低,变形增大，起到抗震耗能作用。边缘构件的纵筋和箍筋配筋率需根据试验或严格计算进行确定，保证其在地震作用下首先发生破坏。正常使用情况下，按照框梁处于弹性阶段时的平截面假定，边缘壁梁下缘应变最大，最下排钢筋应力也将首先达到屈服应力，边缘构件将不再承担弯矩，框梁开始承担大部分弯矩，边缘构件的裂缝宽度应控制在规范允许范围内。根据异形框柱（梁）的截面特点，边缘构件外边缘达到极限应变而发生破坏时，与柱（梁）连接处由于两者的相互约束作用而仍使柱（梁）处于弹性阶段,起到保护框柱（梁）的作用。梁柱节点的刚域因边缘构件的存在将增大，框梁的计算长度减小，楼层层间侧向刚度增大。通过设置边缘构件，可以很容易地实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”的概念设计原则。

在工程应用中，可以单独应用边缘壁柱、边缘壁梁或将两者结合应用。由于框架梁的刚度对结构整体抗侧刚度影响很大，单独利用边缘壁柱得到的效果小于单独利用边缘壁梁的效果。在单独利用边缘壁梁时，宜设置边缘壁柱，实际上是将两者结合起来应用。可以采用设置边缘壁柱对结构进行微调，以保证位移角达到规范要求或减弱结构的扭转反应。

3 异形框架结构计算方案

异形框架结构在地震作用下的变形特点与普通框架结构类似，各榀框架的变形曲线基本相同，由于控制边缘壁柱的截面长度，使框柱的反弯点在柱中部，结构整体变形特点仍呈剪切型，楼层剪力同样可按异形框柱的的抗推刚度D 值比例进行分配。根据边缘构件所起的作用，可以采用刚度等效的方法，将边缘构件按刚度相等原则叠加到框架梁柱上。由于希望地震作用下边缘构件先于框柱发生开裂或屈服以消耗地震能量，因此对等效后的刚度进行折减，然后再修改框柱和框梁的截面抗弯刚度。

K′= βK(1)

式中：K 为框柱（梁）主体截面线刚度； K′为异形框柱（梁）等效线刚度；β为等效线刚度系数。β有两种计算方法：其一是对边缘构件本身的刚度进行折减后，叠加到主框柱（梁），再与其进行比较确定β值；其二是将两者刚度叠加后再对异形框柱（梁）刚度进行整体折减。

常用的几种电算程序可以进行异形截面梁柱的计算与设计，但此处的异形梁柱构件各部分共同承担弯矩、剪力和扭矩作用，不分主次,整体参与计算，无疑结构的刚度会大于预期的异形框架结构计算结果，不利于控制梁柱的相对强弱程度，且结构失效机制不符合异形框架结构的特点。如程序提供的梁柱线刚度系数可以修改，则调整相关参数，以实现预期目的。地下室顶板梁柱节点设计是难点之一，电算程序一般无法反应梁柱节点的具体处理方式，而这将直接影响该处梁柱内力计算及配筋设计。

设计时通过初步计算的层间位移角与规范规定进行比较，简单估算边缘构件的需要量，再均分到可以加设边缘构件的框架上。采用二次配筋法给出结构整体配筋图。在异形框柱配筋设计时，异形框梁的刚度不折减或小幅折减，两次配筋计算结果取较大值设计异形框柱。

4 异形框架结构构造要求

JGJ 149 ―2006 中规定异形柱“各肢最小截面宽度不小于200 mm”，而异形框柱（梁）的边缘构件截面宽度则可根据填充墙或隔墙的宽度确定，固定隔墙下均可以设置，以保证不影响外观及建筑使用功能。

边缘构件的设置原则是可以采用在少数梁柱上加设截面较大的边缘构件，也可以采用在多数梁柱上加设截面较小的边缘构件，具体应根据计算结果及建筑平面隔墙布置进行确定。边缘构件的长度需要根据计算仔细调整，一般为2 倍～5 倍截面宽度，边缘构件过长时会改变边缘构件的受力机制和对梁柱刚度的作用。边缘构件受力钢筋可采用单排布置，钢筋直径不宜过大, 承受剪力的箍筋配筋率可稍大。高规、抗规及异形柱规范等设计规范对框架结构的构造规定适用于异形框架结构。边缘构件的截面要求、配筋设计和梁柱节点设计是异形框架结构设计的重点。

根据计算结果逐层减小边缘构件的截面高度，使得自下而上框柱和框梁刚度均匀变化，强化结构下部刚度，弱化上部刚度。边缘构件的设置尽量上下对齐。边缘壁柱的刚度及配筋可适当大于边缘壁梁，以实现“强柱弱梁”的原则。

边缘壁柱通常从地下室顶板或底部大空间楼层的顶板起设置，直接作用在框架梁上，由于边缘壁柱在此处不连续设置，且地下室顶板处的框梁截面设计为普通矩形梁,因此框梁为不完全转换梁，承担较大的内力作用，宜按转换梁的构造要求进行考虑。地下室顶板处梁柱节点区采取的连接方式，可根据建筑使用要求和计算结果考虑采用加大下部框柱截面、加设牛腿、加设柱帽，或将框梁加强等方式，以承担边缘壁柱的内力传递,如图4 所示。

图4 地下室顶板处梁柱节点形式

一般情况下，上部框梁支座处在强震下发生塑性屈服时，地下室顶板处的梁支座处不屈服，且很多情况下地下室顶板视为上部嵌固端，顶板较厚配筋较大，因此如此考虑是切实可行的。

5 结语

1) 本文提出的异形框架结构体系，可以有效解决纯框架结构位移不满足规范要求，框剪结构中剪力墙数量偏少时位移不满足规范要求，或者结构扭转情况比较严重等问题，丰富了建筑结构体系的类型。

刚架结构设计论文篇（4）

 

0 前言

近几年，门式刚架房屋在工业建筑中得到广泛利用，这种房屋结构简单、施工方便、经济适用，适用范围包括工业厂房、库房、值班室、车库等建筑，主要形式见图1。结合近几年的工程设计，谈一下门式刚架房屋设计应注意的几个问题。

1 适用范围及结构形式

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）(简称门式刚架规程) 第1.0.2条指出门式刚架结构适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1~A5工作级别的桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构设计。

门式刚架的跨度宜采用9~36m，高度一般为4.5~9m，当有桥式吊车时高度不宜大于12m。

实际工程设计时，由于工艺专业要求或其他条件要求，门式刚架房屋的高度可能超过规范限制，或吊车起重量超过20t，此时已经超过门式刚架规程的应用范围，应按照单层钢结构厂房设计。

在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。

2 材料选用

2．1 规范规定材料选用，及基本设计规定

门式刚架的主要承重构件应采用Q235B、C、D碳素结构钢或Q345B、C、D低合金高强度钢。

在抗震区，钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%，钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重比较小，设计经验表明，当抗震设防烈度为7度时，一般不需做抗震验算，当为8度及以上时，横向刚架和纵向框架均需做抗震验算。

对轻型房屋钢结构，当由地震作用效应组合控制设计时，尚应针对轻型钢结构的特点采取相应的抗震构造措施。例如，构件之间的连接应尽量采用螺栓连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接处宜加腋以提高该处的承载力，该处附近翼缘受压区的宽厚比宜适当减小；柱脚的抗剪、抗拔承载力宜适当提高，柱脚底板宜设抗剪键，并采取提高锚栓抗拔力的相应构造措施；支撑的连接应按支撑屈服承载力的1.2倍设计等。

2．2 经济性比较

进行工程设计时，在满足受力要求的前提下，还应进行结构经济性比较，保证结构设计安全可靠，经济适用。比如：在同样设计条件下，一榀刚架（高度为13.28m，跨度为66m），在满足受力条件下，采用Q235B钢材时，单榀刚架的重量为12.39t，采用Q345B钢材时，单榀刚架的重量为10.52t；按江西地区的报价，Q235B钢材的造价为5000元/t，Q345B钢材的造价为5550元/t；这样，采用Q235B钢材时，单榀刚架造价为6.2万元；采用Q345B钢材时，单榀刚架造价为5.84万元，经过综合比较材料选用，采用Q345B钢材比较合理。

通过以上比较可以看出，设计人员不仅要有扎实的专业基础，还应对主要建筑材料的价格有一定的了解，通过优化结构方案，可为业主节省一定投资。

3 风荷载计算

3．1 规范选用

轻型房屋钢结构的风荷载，是以《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(2006年版)（以下简称荷载规范）为基础确定的，当柱脚为铰接且刚架的1/h小于2.3和柱脚刚接且1/h小于3.0时，采用荷载规范规定的风荷载体型系数进行刚架设计偏于安全；而在其他情况下，按门式刚架规程计算偏于安全论文网站。设计时，应注意区分以上情况，避免一律采用门式刚架规程设计，影响结构安全。

3．2 参数选用

参考国外规范，按门式刚架规程计算风荷载时，基本风压值应乘以综合调整系数1.05。

设计刚架时，风荷载体型系数应分别按四种受力模型取值，既端区封闭式、端区部分封闭式、中间区封闭式和中间区部分封闭式，在不同位置及是否封闭状态下，刚架体型系数取值是不同的。许多设计者往往仅取中间封闭区计算，而忽略其他位置的刚架验算，这种做法是不对的，有时端区受力可能更大。此外，房屋布置天窗或有高低跨时，体形系数应严格按规范取值，不得混淆取值。檩条设计也有同样的问题。

4 支撑布置

门式刚架房屋应设柱间支撑及屋面支撑，支撑可采用钢管、角钢、槽钢、圆钢等截面形式，支撑布置除应满足门式刚架规程第4.5节要求以外，还应注意以下问题：

4．1 带吊车结构

刚架跨度大于18m且设有起重量≥16t的吊车时，宜在刚架端节间增设纵向支撑。当吊车起重量为20t时，宜在牛腿顶标高处沿纵向刚架柱外侧之间设型钢水平系杆。

4．2 无法设柱间支撑结构

对于无法设置柱间支撑的低矮门式刚架房屋（如车库），宜在纵向刚架之间设置刚接型钢梁，保证纵向稳定。

4．3 增设分配梁

当山墙抗风柱位置不在屋面横向支撑节点附近时，应在支撑交叉点处增设分配梁。

4．4 柱脚锚栓

计算设柱间支撑的柱脚锚栓上拔力时应记录柱间支撑产生的最大竖向分力材料选用，这是门式刚架规程第7.2.19强条规定，但设计人员往往容易忽视。对于设吊车或者其他水平荷载较大的房屋，柱间支撑产生的上拔力较大，如果不计入，可能会造成锚栓被拔起的严重后果。

5 保温隔热

屋面和墙面的保温隔热构造均应根据热工计算确定。屋面保温隔热可采用下列方法之一：

1．在压型钢板下设带铝箔防潮层的玻璃纤维毡或矿棉毡卷材；若防潮层未用纤维增强，尚应在底部设置钢丝网或玻璃纤维织物等具有抗拉能力的材料，以承托隔热材料的自重；

2. 金属复合夹芯板；

3. 在双层压型钢板中间填充保温材料。

外墙保温隔热可采用下列方法之一：

1. 采用与屋面相同的保温隔热做法；

2. 外侧采用压型钢板，内侧采用预制板，纸石膏板或其他纤维板，中间填充保温材料；

3. 采用多孔砖等砌体。

6 结语

还有其他问题，如刚架在施工中应及时安装支撑，严格执行规定的安装顺序；柱脚底板下面的每根锚栓，应设置调整螺母，校准后进行二次灌浆；底板的连接、柱与牛腿的连接、梁端板的连接、吊车梁及支承局部悬挂荷载的吊架，不得采用单面焊等，不再一一例举，希望以上问题能对读者今后的设计起到有益作用。

参考文献

[1]CECS 102：2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程

刚架结构设计论文篇（5）

Pick to: in the six lines within a certain tunnel, outer wall basement strata greater difference between hard and soft, half cutting lateral topographic characteristics of narrow, rigid frame shed hole structure is an effective engineering measures to solve this problem, the rigid frame tents are used ZhuangBanQiang and hole wall, the pile structure, roof beam mainly adopts prefabricated type "T" beam. The structure calculation model used for Ming hole design load - load model structure, the structure can effectively eliminate the inlet and outlet of the existing railway along the mountain road section of tunnel, a small amount of landslide or dangerous rock falling rocks of upward slope in diseases.

Key words: railway; The rigid frame tents hole; Dangerous rock falling rocks. Slope; Load structure method

中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

0引言

既有铁路沿河傍山路段隧道进、出口边、仰坡出现的少量塌方或危岩落石病害现象十分普遍。棚洞结构型式可最大限度地适应原始地形,减少运营期间地质灾害的发生,保护自然生态环境和铁路运营安全。针对内六线某隧道出口边、仰坡有危岩落石，并且内、外墙基底地层软硬差别较大、半路堑外侧地形狭窄的特点，刚架式棚洞结构是解决这一问题的有效措施，刚架式棚洞内墙采用桩板墙，外墙采用桩柱式结构，顶梁主要采用预制“T”型梁。本文将从以下1、2、3三方面进行论述。

1刚架式棚洞设计思路及受力分析

1.1 刚架式棚洞结构及其计算模型分析

刚架式棚洞由纵梁、立柱和顶横梁等构件构成空间结构。理论计算可将刚架分成由纵梁与立柱组成的平面纵向刚架以及由顶横梁与立柱组成的平面横向刚架（见图1）分别进行计算。纵向和横向刚架根据立柱基础埋置深度分为单层或双层刚架。单立柱基础埋深在路基面以下超过3m时，立柱之间及立柱与内墙之间应设置纵撑与横撑，刚架设为双层。本项目根据地质、地形条件采用双层刚架。

刚架式棚洞结构设计中所采用的结构计算模型沿用了明洞设计荷载的计算方法,当基底围岩对构件变形有约束作用时，亦考虑弹性反力的影响。

图1纵、横向刚架示意图

1.2 设计思路

刚架式棚洞的结构形式和构件截面尺寸，应根据地形、地质和荷载等情况，经结构验算确定。刚架式棚洞的内墙受力情况类似挡土墙的构件，按容许应力法计算其强度和稳定性，其余构件按概率极限状态法计算其强度和抗裂要求，刚架式棚洞桩基按《铁路桥涵设计规范》（TB 10002.1-2005）有关规定办理，该结构为静不定结构，应考虑混凝土收缩和温度变化的影响。

针对内六线某隧道进出口段的地形地质、地貌、植被情况，结合铁路建设规模及标准，本设计采用刚架式棚洞结构型式，线路内侧设置桩板墙（靠山侧），桩外侧挂挡土板，桩顶纵向设置纵梁，桩中部设置横撑与外墙桩顶相连形成整体；线路外侧设置桩柱式结构，柱顶设置纵梁，外墙桩顶部设置纵撑将外墙间桩相互连接，使外墙桩柱形成整体；内、外墙纵梁顶之间设置横顶梁，横顶梁与内外墙纵梁整体浇注，同步施工,以增强内外墙刚架的整体刚度和稳定性，“T”型顶梁提前预制，安装在横顶梁与内外侧纵梁顶之间。

1.3力学行为分析

刚架式棚洞设计荷载主要考虑结构自重、内墙背主动土压力、顶部回填土石（含规定的塌方储备）重力及其主动土压力、混凝土收缩力，附加荷载为温度引起的应力。

混凝土收缩徐变：棚洞内外侧纵梁及横顶梁采用现浇施作，根据《铁路桥涵设计基本规范》，按整体灌注的钢筋混凝土考虑，相当于降低温度15℃。

纵向刚架主要荷载包括顶梁传来的竖直土压力（恒载）与塌方荷载（活载），结构自重与混凝土收缩力。竖向土压力为顶梁上部实际填土时支座反力换算的均布荷载，满布与纵梁上。顶梁上塌方产生的支座反力换算的均布荷载按顶梁上部设计填土和实际填土两种情况的支座反力的差值。计算时不计塌方的冲击力，并假定顶梁上塌方产生的支座反力换算的均布荷载按约1/4跨度分布以计算所产生之最大内力。

2刚架式棚洞结构的荷载计算方法

2.1 相关力学参数设定

隧道计算采用荷载结构模型，结合有限元分析软件，除考虑垂直土压力和侧向土压力外，对于埋入土体的构件单元用弹簧（只能受压）模拟结构变形的约束作用产生的形变压力。应用荷载组合效应，考虑结构荷载的最不利组合，及所受各类荷载同时存在的可能性，分别组合为标准组合与基本组合两类，荷载组合系数按参考文献[4]取值。

棚洞内外墙纵向刚架及横向刚架按空间超静定结构进行内力计算，并对纵横撑、外墙桩柱、内外侧纵梁、横顶梁按偏心受压构件进行检算。内侧桩板墙桩按下部锚入地层一定深度的悬臂弹性地基梁计算；挡土板按简支梁计算，其所受土压力按库仑主动土压力计算，荷载分布宽度按板的计算跨度计算，荷载取最下块挡土板的土压力，将有关力学参数如表1:

表1材料物理力学参数

2.2 荷载计算

目前棚洞结构设计中主要考虑结构自重、内墙背主动土压力、顶部回填土石（含规定的塌方储备）重力及其主动土压力、砼收缩力。附加荷载为温度引起的应力，荷载计算沿用了明洞设计荷载的计算方法[6]。

2.2.1 刚架顶部竖向土压力： （1）

式中： ——围岩垂直压力（KPa）

——围岩重度（KN/m3）

——隧道埋深，指隧道顶至地面的距离（m）

2.2.2 侧向土压力： （2）

式中： ——任意点处侧压力（KPa）

——墙背回填土石重度（KN/m3）

——侧压力的计算土柱高（m）

——侧压力系数

填土坡面向上倾斜： （3）

（4）

式中：——设计填土面坡度角（°）

——墙背回填土石计算摩擦角（°）

——拱背回填土石重度（KN/m3）

——墙背回填土石重度（KN/m3）

2.2.3 侧向集中力：

（5）

式中：——主动土压力（KN/m）

——填土内摩擦角（°）

——墙后填土重度（KN/m3）

——墙高（m）

2.2.4 纵横向刚架的温度收缩力：

（KN）可化为相当温度变化所引起的应力，用降低温度的方法计算。

（1）（6）

式中：——刚架材料的弹性模量（KPa）

——温度变化值（℃）；

——材料的线膨胀系数。

3刚架式棚洞荷载-结构模型的建立

3.1 边界条件设置

荷载结构模型中，分析的对象是整体棚洞结构。建模时将棚洞结构离散为有限个梁单元构件，并将弹性支撑以铰接的方式连接内外侧桩、纵横撑与岩体之间，弹性支撑采用弹簧单元，它们不承受弯矩，只有受压方向的轴力，桩的弹性支撑沿棚洞结构轴线的x（+）、x（-）、y（+）、y（-）方向设置，纵、横撑的弹性支撑沿棚洞结构轴线的法向方向设置。刚架式棚洞结构的“荷载结构”计算模型如图1。

3.2 棚洞结构的计算模型

3.2.1计算原则与方法

(1)根据参考文献[1][2]对结构进行检算，裂缝宽度不大于0.2mm。

(2)作用于棚洞上的填土荷载（土石容重r、计算内摩擦角）。实际填土坡线和设计填土坡线间的坍方体（以下简称坍方体）均按活载计算，不考虑坍方体的冲击力影响。

(3)棚洞“T”型顶梁按简支梁计算，其回填土坡率采用1:3工况模拟计算。

(4)棚洞内外墙纵向刚架及横向刚架按空间超静定结构进行内力计算，并对纵横撑、外墙桩柱、内外侧纵梁、横顶梁按偏心受压构件进行检算。

(5)内侧桩板墙桩按下部锚入地层一定深度的悬臂弹性地基梁计算，挡土板按简支梁计算，其所受土压力按库仑主动土压力计算，荷载分布宽度按板的计算跨度计算，荷载取最下块挡土板的土压力。

3.2.2计算模型

结合1.2力学行为分析，为了快捷方便设计，应用结构分析软件，采用荷载结构模型、空间杆系有限元位移法，建立三维模型（见图2），

图2刚架式棚洞模型

3.3 计算结果分析

棚洞设计遵循安全、经济、合理的原则。在遵守设计规范的同时，以工程类比法为主进行设计，采用有限元程序分析验算，确保安全经济。结合表1的相关数据，按照2.2中的相关公式计算出棚洞结构所受的外部荷载，将其分解为水平和竖直方向作用在棚洞结构各构件单元上上，计算结果如图3、4所示。

图3刚架式棚洞弯矩图（X、Y、Z）

图4刚架式棚洞轴力、剪力图（X、Y、Z）

根据数值计算结果，找出棚洞结构各构件单元最不利组合位置，查出相应位置的弯矩、轴力、剪力，根据组合效应，采用概率极限状态法对各构件进行正截面承载能力验算、斜截面承载力验算以及裂缝验算，该模型的结构内力及其相应的结构验算结果和配筋见表2。

表2刚架式棚洞配筋验算结果表

3.4 结构设计及实施

（1）钢筋混凝土采用线弹性模型，棚洞内外墙纵向刚架及横向刚架按空间超静定结构进行内力计算。

(2) 刚架式棚洞“T”型顶梁按纯弯构件验算，根据最不利内力计算值，验算构件的正截面承载力、斜正截面承载力及裂缝。

(3) 刚架式棚洞的内外侧桩、立柱、顶横梁、纵横撑、内外侧纵梁均按偏心受压构件验算, 根据各构件最不利内力计算值，验算构件的正截面承载力、斜正截面承载力及裂缝。

4结论

通过以上分析可得出以下结论

（1）通过对刚架式棚洞结构内力状况进行分析后发现，刚架式棚洞结构顶横梁与内外侧纵梁交界处，以及横撑与内外侧桩柱连接处为最危险截面，在设计时要着重考虑以上各处的受力及配筋情况。另外，在设计时尽量将横撑埋入地面以下一定深度，增大轨面与横撑间的空间距离（土层厚度），减小列车动荷载对横撑的反复作用。

（2）由立柱、纵梁和顶横梁，并通过横向拉杆与内墙连接组成立体空间刚架结构。当立柱基础埋于路基面以下超过3m时，尚须设置立柱纵横撑。立柱基础基础易埋置于岩层风化线以下，同一榀刚架立柱基础应置于同一类型或地层弹性抗力接近的岩层上。

参考文献：

[1]TB 10003—2005,铁路隧道设计规范[S].中国铁道出版社.2006年

[2]GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S]. 中国建筑出版社.2002年.

[3]GB 50007—2002,建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社.2002年.

[4]GB 50009—2001,建筑结构荷载规范[S]. 中国建筑工业出版社.2006年.

[6]铁道第二勘察设计院. 铁路工程设计技术手册·隧道[K]. 北京:中国铁道出版社, 1995年.

[7]王鹏. 山区高速公路棚洞结构优化研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2008年5月.

[8] 张志刚, 刘洪洲 , 黄伦海 , 黄俊. 基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计. [J]. 隧道建设, 2008.10. 第28卷第5期.553-569.

the mechanical behavior analysis and structural design based on the load structure method

liubaolin

（China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.，chongqing 400023）

刚架结构设计论文篇（6）

中图分类号：TU398+.2文献标识码： A 文章编号：

一．多层钢框架工业厂房的设计理念

1、钢框架体系概念

框架体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构成所组成的结构体系。框架的梁柱宜采用刚性连接。钢框架结构一般可分为无支撑框架和有支撑框架两种形式。无支撑的纯框架体系，有钢柱和钢梁组成，在地震区框架的纵、横梁与柱一般采用刚性连接，纵横两方向形成空间体系，有一定的整体的空间作用功能，有较强的侧向刚度和延性，承担两个主轴方向的地震作用。

2、纯框架体系的主要特点是：

（1）可以形成较大使用空间，平面布置灵活，适用多种类型适用功能，结构各部分刚度比较均匀，构件易于标准化和定型化，构造简单，易于施工。对于层数不多的房屋而言，框架体系是一种比较经济合理的结构体系。

（2）重力二阶效应影响

钢框架的侧向刚度较柔，在风荷载或水平地震作用下将产生较大的水平位移,由于结构上的竖向荷载P的作用，使结构又进一步增加侧移值且因其结构的各构件产生附加内力。这使框架产生几何非线性的效应，称之为重力二阶效应。

由于重力二阶效应的影响，将降低结构的承载力和结构的整体稳定。

（3）由于框架结构体系中柱与各层梁为刚性连接，改变了悬臂柱的受力状态，从而使柱所承受的弯矩大幅度减小，使结构具有较大延性，自振周期长。自重较轻，对地震作用敏感小，是一种较好的抗震结构形式。但由于地震时侧向位移大，容易引起非结构性构件的破坏。

（4）框架结构体系的抗侧能力主要决定于梁和柱的受弯能力，若房屋层数过多，侧力增大，而要提高抗侧刚度，只有加大梁、柱截面。

三．工程概况

河南洛阳某选厂精矿过滤车间为多层钢结构厂房，总建筑面积为1852.2m2。首层层高4.5m，局部二层层高2.9m，三层层高7.6m，建筑高度17.1m。为满足工艺要求，纵向柱距为6m,9m；横向柱距为6mX5。框架柱与框架梁均为工字型截面，柱与独立基础刚性连接，框架柱与框架梁也是刚性连接。屋面采用薄壁C型钢双拼檩条，墙面采用外挂压型钢板。楼面采用6mm厚花纹钢板以节约造价。

四．钢框架工业厂房建筑设计

1. 维护结构的选用

钢结构厂房主要采用压型钢板围护结构。压型钢板具有自重轻、强度大、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护更新，便于商品化、工业化生产的特点。而且压型钢板具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调一级灵活的组合方式，是一种较为理想维护结构用材。

压型钢板按波高分高波板、中波板和地波板三种板型。屋面宜采用波高和波距较大的压型钢板，墙角宜选用波高和波距较小的压型冈本。上述工程中压型钢板维护结构均选在国标01925-1，其中外墙面压型钢板选用YX28-150-750，屋面压型钢板屋面板选用YX130-300-600，屋面底板选用YX15-225-900。

2.屋面排水设计

屋面排水设计主要考虑屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度这些因素。

根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％。然而在实际的操作中，屋面坡度远远低于这个标准。但是，考虑到很多企业的钢构的技术力量、节点的处理以及材料性能等方面的原因，我们通常会将屋面坡度保持在5%内。对于雨雪比较多的地区，屋面坡度可以适当的加大。如下图所示就是屋面设计示意图。

五．钢框架工业厂房结构设计

1、计算的一般规定

计算时对平面布置较规则的多层框架，其横向框架的计算宜采用平面计算模型，当平面不规则且楼盖为刚性楼盖时，宜采用空间计算模型。多层框架的纵向计算，一般可按柱列法计算，当个柱列纵向刚度差别较大且楼盖为刚性楼盖时，宜采用空间整体计算模型。多层框架在风荷载作用下，顶点的横向水平位移（标准值）不宜大于H/500(H为框架柱总高)，层间相对位移（标准值）不宜大于h/400(h为层高)，对隔墙的多层框架，可不验算其层间位移。

2、荷载

(1）恒载（永久荷载）

A、建筑物自重，按实际情况计算取值，分享系数r取为1.2；

B、楼（屋）盖上工艺设备荷载.包括永久性设备荷载及管线等，应按工艺提供的数据取值，其荷载分项系数r取为1.2；当恒荷载在荷载组合中为有利作用时，其分项系数r取为1.0.

（2）活荷载（可变荷载）

楼层活荷载（包括运输或起重设备荷载），按工艺提供的资料确定，荷载分项系数一般取r=1.4,但当楼面活荷载Q>4KN/M2时，r可取1.3.

3.多层框架的节点构造与计算

（1）梁、柱刚接连接节点

多层框架梁最常用的截面为轧制或焊接的H型钢截面，当为组合楼盖时，因优化截面，降低钢耗、可采用上下翼缘不对称的焊接工字型截面。多层框架柱最常用的截面亦为轧制或焊接的H型钢截面，当荷载及柱高均较大时，亦可采用方管截面，但其用钢量较大且制作亦较困难，当有外观等特别要求时亦矿用圆管截面。

在多层框架中框架与柱的连接节点一般都是刚性连接，这样可以增加框架的抗侧移刚度，减少框架横梁的跨中弯矩。梁与柱的刚性连接可以保证将梁端的弯矩和剪力可以有效地传给柱子，刚接节点的连接（焊接或高强度螺栓连接）应能保证所连接部分内力能可靠的传递，对与母材等强的熔透焊（加引弧板）焊缝可不再验算其强度。

本工程中框架柱与框架梁均为工字型截面，均为刚性连接。

（2）柱脚节点

柱脚的作用是将柱的下端固定于基础，并将柱身所受的内力传给基础。基础一般由钢筋混凝土做成，其强度远比钢材低。为此，需要将柱身的底端放大，以增加其与基础顶面的接触面积，使接触面上的压应力小于或等于基础混凝土的抗压强度设计值。

柱脚按其与基础的连接方式不同，可分为铰接和刚接两种型式。上述工程中柱脚采用刚性柱脚，柱脚通过预埋在基础上的锚栓来固定，在弯矩作用下，刚接柱脚底板中拉力由锚栓来承受，所以锚栓的数量和直接需要通过计算确定。

（3）屋盖支撑

屋盖支撑作用：

1）保证屋盖结构的空间几何不变性和稳定性

2）承受和传递水平荷载

支撑体系可有效地承受和传递风荷载、吊车的制动荷载及地震作用等水平荷载

本工程屋面设有5t电动葫芦，为保证承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性，提高结构的空间作用，减少屋架杆件在平面外的计算长度，根据结构的形式、跨度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统，在屋面2-3轴及5-6轴之间设水平支撑。

六．结束语

工业厂房的设计的好坏是由工艺、项目管理所决定的，而衡量一个设计院的水平则是通过对该设计院的综合管线的管理来评定的，因为对于综合管线的管理将会直接影响到设计的顺利进行。各专业协调的能力最直接、最表面的体现就是综合管线的布置。各专业协调的好，综合管线的布置就合理，厂房就会整齐、干净，否则就显得零乱。当然设计人员的素质也是厂房设计好坏的决定因素，因此，应该加强设计人员的素质建设。

参考文献：

[1]崔芃 浅谈钢结构工业厂房设计[期刊论文] 《山西建筑》 -2007年24期

[2]沙昱楠 康乐 对钢结构工业厂房设计及施工问题的探讨 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2012年14期

[3]梁中力 黄文明 齐立军 浅谈钢结构工业厂房设计与安装施工 [期刊论文] 《中小企业管理与科技》 -2010年27期

[4]张海玲 多层钢结构工业厂房设计问题分析 [期刊论文] 《科技致富向导》 -2011年20期

刚架结构设计论文篇（7）

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

随着国家国民经济的发展，我国对高层建筑的需求日益增多，高层建筑的体型日益复杂。在进行高层建筑的结构设计时大多采用框架-剪力墙结构体系，框架部分的梁、柱为刚接，框架部分与剪力墙部分即可为刚接，也可为铰接。人们对高层建筑的功能要求越来越高，不同的功能用房综合在一起，给结构设计增加了一定难度，而较好的延性及整体性、较高的承载力正是框-剪结构的特点，并且该体系具备很强的吸收地震的能力，有力的减小了高层结构本身的侧移，因此在广大设计工作中得到广泛的应用。本文通过分析框-剪结构的受力特性，讨论了对剪力墙用量产生影响的因素，最终确定了寻找剪力墙合理用量的方法，可供设计中参考采用。

1. 框架-剪力墙结构的受力特性

剪切型是框架结构的变形特性具有的特点，呈内收型开口的位移曲线越往上增大越慢，是剪切型变形曲线，在纯框架结构中，所有框架的变形曲线都是类似的，所以，水平力按各框架的抗侧刚度D比例分配。剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特性，位移越往上增大越快，呈外弯型开口曲线。在平面内有很大的抗弯刚度，在一般剪力墙结构中，所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的，水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI比例分配。

而在框-剪结构中，框架和剪力墙之间通过平面内刚度无限大的楼盖连接在一起共同抵抗水平力，不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形，在同一楼层的位移必须相等。因此，框-剪结构水平位移特征处于框架和剪力墙之间，为反S型曲线，是弯剪型。

因此，在框-剪结构中，剪力墙在下部楼层变形小，承担了近80%以上的水平剪力，而在上部楼层，框架变形小，可以协助剪力墙工作，抵抗剪力墙的外拉变形，从而承受很大的水平剪力。所以，框-剪结构是框架和剪力墙两种结构水平变形的有机协调，从而达到减少结构变形，增强结构侧向刚度，提高结构抗震能力的目的。

框架、剪力墙的受力特性可以用结构刚度特性值λ，即框架刚度和剪力墙刚度的比值表达。若忽略连梁约束和轴向变形的影响，有：

λ=H（Cf/EIw）0.5（1）

H：建筑总高度。

Cf：框架平均总刚度。

EIw：剪力墙折算总侧向刚度。

工程实践表明：1.λ过小即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很小，结构变形曲线呈弯剪型，即剪力墙用量过多，此时，结构刚度过大，自振周期缩短，地震力相应增加，结构延性降低，尤其对框架顶部几层极为不利。一般来说，剪力墙数量超过必要限度是不合理不经济的，为了使框架充分发挥作用，剪力墙刚度不宜过大，应使λ≥1.15。2. λ过大，即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很大，结构变形曲线呈弯剪型，剪力墙用量过少，结构刚度较差，常不满足变形要求，同时框架受力过大，梁柱截面尺寸加大导致不经济，因此应控制使λ≤2.4。

2. 影响剪力墙数量的因素

（1）剪力墙是框-剪中的重要抗侧力构件，一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。

（2）结构自振周期随剪力墙刚度增大而变短，对于比较正常的框-剪结构，结构自振周期大致为：

T1=(0.08~0.12)n （2）

T2=(1/3~1/5) T1（3）

T3=(1/5~1/7) T1（4）

T1：结构的第1自振周期。

T2：结构的第2自振周期。

T3：结构的第3自振周期。

n：建筑物总层数。

（3）结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增大而增大，对截面尺寸、结构布置都比较正常的结构，其底部剪力大致在下述范围内：

7度Ⅱ类场地土： Fek≈(0.015~0.03) G （5）

8度Ⅱ类场地土： Fek≈(0.03~0.06) G （6）

Fek：结构底部地震剪力标准值。

G：结构总重量。

当结构底部剪力小于上述数值时，宜适当增加剪力墙用量，提高结构刚度，适当增加地震力以保证安全；地震力过大，宜适当减少剪力墙用量，以求得适合的经济技术指标。

（4）在确定剪力墙用量时，必须考虑框架刚度。在框-剪结构中，框架和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼盖来共同作用的，楼盖在水平力作用下会有一定的变形，使刚度较小的框架承受的实际水平力较计算值大。此外，框架是框-剪结构抵抗地震力的第二道防线，有必要提高其设计地震力，结构设计时应有必要的强度储备。故在地震力作用下，要求框架剪力：

Vf≥0.2 V0 （7）

Vf≥1.5 Vfmax（8）

Vf：全部框架柱的总剪力。

V0：结构的底部剪力。

Vfmax：框架柱的最大楼层剪力。

当Vf0.4 V0时，说明框架抗剪刚度过大，宜减少框架梁柱截面。

3. 剪力墙合理数量的确定

根据框-剪结构刚度特征值有：

λ=H（Cf/EIw）0.5=(H/h){[(EcIc)/ (EIw)]12∑α}0.5

所以，

EIw=(12n2∑α/λ2) EcIc （9）

EIw：剪力墙折算总侧向刚度。

EcIc：框架柱总刚度。

n：建筑物总层数。

h：建筑物层高。

α：框架节点转动系数。（底层柱α=(0.5+i)/(2+i),i为框架节点梁柱线刚度之比。）

建筑平面确定后，根据构件刚度、强度和柱最大轴压比限值要求，通过预估楼面荷载从而确定梁柱截面尺寸。因此，框架柱总刚度EcIc、框架节点转动系数α

便可算得。根据框-剪的受力特性，要求1.15≤λ≤2.4。这样，把上述数据代入公式，便可求的所需剪力墙的总刚度EIw，从而求得剪力墙的合理用量。

4. 结语

在框-剪结构设计中，剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件之外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此，剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价。在框-剪结构初步设计阶段，简捷、正确的确定框-剪结构中剪力墙的数量，不但可以避免重复、繁琐的结构刚度调整计算，还可以达到经济的目标。

参考文献：

【1】 王亚勇 戴国莹，《建筑抗震设计规范算例》。中国建筑工业出版社，2006。

【2】 JCJ 3-2010，《高层建筑混凝土结构技术规程》。中国建筑工业出版社，2010。中国建筑工业出版社

【3】 GB 50011-2010，《建筑抗震设计规范》。中国建筑工业出版社，2010。

刚架结构设计论文篇（8）

自我国《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》颁布和实施以来，大跨度的门式刚架结构在众多工业厂房中得到广泛应用。其平面布置灵活多变，不受模数限制，跨度大，自重轻，不仅抗震性能好，而且施工简便，安全度高，有效提高了工业化程度以及企业的综合经济效益。历经多年改革和发展，门式刚架结构也凭借其独有优势，在工业厂房等众多领域得到了广泛运用。然而，在实际使用过程中，由于大多数大跨度厂房建设中悬挂吊车所需的门式刚架跨度超过了传统规程中建议的适宜的最大跨度，超规程大跨度工业厂房建设中的门式钢架如何设计和构建，成为众多企业在建设大跨度厂房时所遇到的难题。因此，研究大跨度工业厂房中悬挂吊车的门式刚架如何应用这个问题是非常有必要的。本论文将从门式刚架的结构选型和布置，结合算例分析，陈列计算结果，以及此结构的节点设计和施工安装方式等几个方面逐一进行以下陈述。

1　结构选型和布置

我国门式刚架结构应用大约从20世纪80年代初期开始，历时二十多发展，门式刚架结构凭借自身显著的适用性与优越性，在众多刚架结构中脱颖而出。在大跨度工业厂房建设中，由于钢屋架要直接承受吊车的荷载，并且跨度一般都较大，因此门式刚架结构的选型非常重要，因为它直接关系到整个结构的安全和稳定，以及企业的综合经济效益。

1.1　结构选型

由于门式刚架结构的空间刚度和整体性能好，在成熟的理论支撑下，其安全度高，在满足抗震要求的同时，空间系统结构还能协调工作。在大跨度工业厂房中建设中，在满足安全构建，经济合理等原则条件外，一般以节约钢材为最主要参考依据。从结构设计方案来讲，一般是采用混凝土柱和短钢柱相结合的设计理念。这种设计方式，可以增强整个结构的刚度，还可以有效减小门式刚架的扰度以及刚截面的高度，从而节省用钢量。同时，因受混凝土柱较高的影响，一般在钢柱脚和混凝土柱间采用铰接方式连接，而在钢梁和钢柱间采用刚接方式连接，从而可以有效节省空间，同时减小柱截面，简化工程。

1.2　结构布置

在结构布置方面，在大跨度工业厂房中采用的门式刚架结构的跨度大，而且梁截面也高，因此为了增强门式钢架平面外的刚度，将吊车产生的水平刹车力等其他水平外力，以最短的途径传给基础，一般在房梁屋脊，钢梁两端以及吊杆处钢梁等位置设置H型钢刚性系杆促进支撑，从而缓解梁上直接承受的动力荷载；钢梁的平面外侧，则利用隅撑作为支撑，从而减小钢梁平面外的计算长度；在屋面、伸缩处、屋脊处设计中，采用封闭式圆钢水平作为支撑，而在屋面以及短钢柱所在的墙面则采用Z型冷弯薄壁型钢檀条的彩色压型钢板体系进行支撑；在边跨以及伸缩缝等地，要设置钢管所制的柱间支撑，来维持整个构架的平衡和稳定。

2　计算和分析

为避免门式刚架结构中的钢梁出现塑性铰，一般情况下，钢柱采用变截面H钢，钢梁采用等截面焊接H钢，　吊车水平力由吊杆之间的纵横垂直的刚架支撑和承受，因此在计算时，主要是考虑吊车产生在竖直方向直接承受吊车的动力荷载，利用SSDD软件进行有限元分析计算以及复核。根据不同柱距时的刚架、檩条、墙梁及支撑的含钢量，可计算得到不同柱距时的结构体系总用钢量，如下图所示：

从上述图表可以看出：随着门式刚架中柱距的增大，整体用钢量比率逐渐呈现递降趋势，并且随着柱距的增加，用钢量下降量幅度逐渐趋向于水平。此外，随着柱距的增加，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等方面的用钢量也会增加，并且檀条用钢量增加的幅度是其中最大的一项。

对于整个厂房的门式刚架的钢结构体系来说，柱距的高度还是整个钢结构体系总用钢量的关键因素，当柱距较小时，总用钢量可以得到一等程度的节省，并且这时候包括墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑在内的其他各个方面的用钢量只是相对较少的一部分。对于整个工业厂房的上部结构来说，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等用钢量总体呈现先增加后减少的，而后增加的趋势，因此存在一个最优柱距，从图上可以看出，一般情况下最佳柱距为8M，但是也会根据具体情况以及结构体系要求作相应的调整和改变。

3　节点设计和施工安装

在大跨度厂房中悬挂吊车的大跨度门式刚架的设计过程中，由于扰度控制对整个结构起主导作用，因此在节点设计以及施工安装方面必须考结构形式的刚度以及扰度的大小。

3.1　“强节点，弱构件”的设计原则

节点设计是钢结构设计的重要环节和步骤，门式钢架中各个构件之间的内力是依靠节点来传递的。在整个构架中，节点设计合理性至关重要，因为它关系到整个结构的承载力，可靠性，以及整个刚架结构的可行性，甚至是安全性。

在门式刚架结构中，一般遵从“强节点，弱构件”的设计原则，最常用的节点连接方式为刚接，比如刚架主梁和刚架柱，以及刚架主梁和主梁之间，都是使用高强度的螺栓进行刚接，同时，吊杆与刚架主梁之间的节点连接方式也是一样，只是一般采用摩擦型高强螺栓进行刚接。在连接之前，还需要结合高强螺栓的总体使用数量，验算节点以及刚架结构的承载能力，一般以“四面焊接”的方式来增强节点的承受能力。

除了刚架主梁与刚架和主梁之间采用刚接方式外，在钢柱与混凝土之间则一般采用铰接方式连接，在大跨度工业厂房悬挂吊车门式刚架结构中，因受钢柱和混凝土本身属性和质地等因素影响，需要进一步增强节点的设计，一般采用8M至39M地脚螺栓进行强化连接。这种连接方式不仅使得整个门式刚架结构传力作用明确，结构体系更加安全可靠，而且还使施工更为方便。

3.2　施工安装

在大跨度工业厂房中，由于钢梁的截面高度一般都较高，因此，在门式刚架结构安装时，除保证整个安装过程简便而易于操作外，还需要确保刚架平面外稳定性。在吊装过程中，需要进行多次检查和校正，确保每一步骤的明确度和精准度。

在钢柱吊装完成后，还需要以简易的平面外施工支撑作为整个刚架结构的第二道防护。此外，为了保证整个门式刚架结构形成刚度较大的结构体系，待两榀刚架吊装工作以及校正工作完成之后，需要及时安装柱间支撑，屋面刚性系杆以及水平支撑部分并条，从而进一步保证整个刚架结构中各个部件的稳定以及整个施工过程的质量和安全。

经济的发展促进了我国大跨度工业厂房的发展，作为我国工业建筑中最为主要的结构形式，门式钢架结构体系也凭借其适用性、经济性等优势成为众多大跨度工业厂房中刚架结构应用的首选。总而言之，在大跨度工业厂房悬挂吊车的门式刚架设计中，前期的策划与理论设计是非常有必要的，而合理的结构选型是整个结构体系能否正常发挥其优势的关键。在大跨度门式刚架结构设计过程中，要尽量去减小扰度，在保持平面外稳定的同时，选用刚度较大的结构形式，才能使得整个门式刚架结构发挥其最佳工作状态。

参考文献：

刚架结构设计论文篇（9）

前言

轻钢结构因其有轻质高强、施工方便、施工周期短、节约造价等优点已被广泛应用于民用和工业建筑。特别是城市经济开发区内，轻钢厂房结构非常普遍。由于大批量钢结构建筑的建设，使得钢结构设计、施工单位的数量也大幅增长，有的设计单位在没有设计经验的情况下也也参与其中，由此造成了一些钢结构建筑物在使用或施工阶段就发生坍塌或失衡。文章从钢结构的设计和施工角度分析了钢结构建筑中易被忽视的问题。

1.屋面水平支撑计算模型

屋面水平支撑和柱间支撑共同构成了空间几何不变体系，除了传递纵向水平力和承受压力之外，在安装中可以增加刚架的侧向刚度，这对稳定刚架起着关键作用。很多刚架发生失衡大都源于此。在屋面刚性系杆和水平交叉撑一起构成的水平桁架中，交叉紧张的圆钢常用作交叉撑杆，按柔性拉杆设计，而刚性系杆主要承受压力保持桁架的稳定。 当山墙的布置规则、刚架柱距和抗风柱间距相差很小时，一般设计可以依据建筑的跨度、柱间距按照刚度控制条确定刚性系杆。但是由于水平支撑桁架体系是由水平交叉撑和刚性系撑共同组成的，刚性系杆受力不仅受到水平交叉撑布局的影响，同时还受到抗风柱布置的影响，所以，刚性系杆除了长细比满足要求外，还应该根据实际情况考虑其稳定性和强度。

图1 山墙抗风柱布置

图2 屋面水平支撑计算模型

图1a为某实际工程的山墙结构布置，考虑到有较大机械设备出入，该厂房两侧山墙抗风柱仅布置在屋脊处，屋面水平支撑布置见图2。根据山墙的结构布置图，抗风柱承担的风荷载受荷宽度为13.5 m，因此屋面水平支撑体系的正确计算模型应为图2a。如果按图2b选取刚性系杆截面，造成系杆内力相差高达1倍，在台风来临时，刚性系杆内力因超过极限承载力而失稳，屋面支撑系统因此失效，引发连锁反应，厂房顷刻间整体倒塌。

2. 檩条的支撑作用

门式刚架作为超静定结构，梁的弯矩包络图上存在反弯点，所以刚架梁的上下翼有可能均受压。如果梁下翼受到挤压时，隅撑通过檩条连接有弹性侧移的刚架梁下翼缘上，这样梁下翼缘侧弯则会得到有效的阻止，梁下翼缘平面外计算长度应取隅撑间距上；当梁上翼受到压力时，如果檩条不在通长刚性系杆的支点上，所有檩条都可能会随着梁的上翼侧弯，因此，隅撑设置处的檩条不能够作为刚架梁上翼受压的侧向支点。若屋面刚度好且与檩条有可靠连接时，考虑屋面实际存在的蒙皮作用，取2个檩距，在实践中也是可行的。当檩条与刚架梁之间不设隅撑时，刚架梁平面外计算长度可取侧向支撑间距，或根据一般情况下梁端为负弯矩、跨中为正弯矩的弯矩包络图，取平面外计算长度为0.4 L，L为侧向支承点间的距离。因此设计人员在考虑檩条对刚架梁平面外计算长度的影响时，对上下翼缘应当区别对待，做到概念清楚。值得注意的是，对兼作支撑体系中的刚性系杆的檩条，设计人员一般均能按压弯构件对檩条进行设计，檩条在承受屋面均布荷载的同时，还承担由山墙传递来的风荷载；但是当梁下翼缘侧向支撑点间距取隅撑间距时，檩条除承担屋面均布荷载外，还应按式(1)计算梁的侧向力对檩条产生的轴向压力。

(1)

3. 施工因素的影响

轻钢结构体中H型组合截面的高后比和宽厚比一般相对较大，板件也比较单薄，往往在安装的过程中构件实力和设计不尽相同，所以对平面布置不规则、柱距较大或者有高差的门式刚架体系，工程设计人员应该主动积极参与施工组织设计。除了安装顺序符合门规第8.2.5条之外，应根据工程的具体进度进行有效调整，及时安装隅撑、檩条、支撑或临时支撑，确保安装的部分钢结构体系的形成，维持整个钢结构建筑的稳定。当有檩条兼作刚性系杆时，在工程的设计和施工阶段都应该受到特别的关注。在平面刚架安装到位后施工人员应该立即在此处安装檩条。另外，由于螺栓连接对安装有严格的要求，在安装的过程中有些施工单位遇到螺栓安装不上时，没有和设计单位商量，直接将其改为了焊接，造成了计算的计算模型和实际受力不符，给工程安全留下了隐患。

4. 结论

本文从设计和施工的角度，结合工程实例轻钢结构的对影响轻钢结构安全性的几个因素进行分析，以期引起从业人员的重视，促进轻型房屋设计产品质量的提高和施工水平的成熟,避免不必要的经济损失。

参考文献：

刚架结构设计论文篇（10）

中图分类号：TU393文献标志码：A文章编号：1006-6012（2015）12-0075-01

近年来，大跨度房屋钢结构应用较为广泛，按照刚性差异以及组合方式的不同，可以划分为2种结构形式，一种是刚性结构，另一种是柔性结构。刚性大跨度房屋钢结构一般由空间桁架、网架等钢杆件构成。对于刚性大跨度房屋结构来讲，其主要设计依据是所受荷载。

1工程概况

某两连跨厂房，长300m，跨度70m，采用钢结构方案，基础采用混凝土独立基础。本工程屋顶形式采用张弦桁架构件，同时连接格构柱刚性，格构柱的柱脚主要采用铰接的连接方式。

2结构方案的选定

根据建筑外形尺寸对项目结构方案进行对比与分析，以优选出最佳的结构方案，经过分析，本工程屋顶钢结构方案选定了张弦桁架方案，并与格构柱刚性连接。这种方案具有以下几方面的优点：一是张弦结构具有操作方便、重量轻、承载力好，有利于解决了结构刚度问题；二是屋顶构件与格构柱刚性连接，实现了地震作用下侧向位移及风荷载的有效控制；三是柱脚采用铰接连接，在地震作用下，上部结构不会产生弯矩，这样能够合理利用原有基础。屋顶结构采用弦杆截面为219mm×10mm的张弦桁架，并与腹杆连接，其拉索采用￠15.2钢绞线，其抗拉强度为1860MPa一共6束。同时，采用6孔夹片式锚具，将3道截面为180mm×8mm钢管的立杆设置于张弦桁架与拉索之间。为了满足锚固的作业需要，将315mm×40mm锚杯设置在下弦杆上，同时，确保弦杆与锚杯焊接。

3大跨度结构设计中注意问题

在进行大跨度钢结构设计时，需要做好单榀主桁架的验算工作，并对单榀主桁结构中墙面、屋顶的位置进行分析与确定。同时，本工程所受的结构荷载包括以下几种：屋面荷载、雪荷载以及地震作用等。项目所处区域为50年一遇，屋面地震烈度为6度。本工程采用张弦桁架结构，这种结构的内力分布受到拉索预张力大小的影响。因此，在拉索预张力确定时，我们需要考虑到以下几个方面的因素：

（1）单跨屋面在荷载作用时，其张弦桁架对格构柱不会产生水平推力，这样有利于自平衡体系的形成。

（2）单跨屋面在荷载作用后，在正常使用下，其相对挠度值与反拱值相互抵消，满足了使用极限状态要求。

（3）在风荷载作用时，按照结构设计中相关规定，拉索要小于应力比。

（4）屋顶桁架在风荷载作用下，要确保其拉索具有足够的拉力，以免造成拉索失去作用。在进行大跨度钢结构分析时，要按照杆单元对桁架腹杆进行分析，同时要按照梁单元对弦杆进行分析。在结构计算的过程中，本工程采用SAP2000V1462软件进行结构计算，并控制好拉索拉应力和最大应力比，一般来说，拉索拉应力为900MPa，最大应力比为0.48，以提升拉索材料的强度。经过结构分析，张弦桁架的拉索初始内力为198kN，初始反拱值为86mm。由此可见，在温度荷载作用下进行结构分析，应选择正温，不能选择负温。但在负温作用下，由于拉索拉力较大，所以拉索不会失去作用。屋顶张弦桁架具有一定的平衡性，所以其拉索可以提高屋顶桁架的刚度，在施加预张力的过程中，我们要充分考虑到屋顶桁架的刚度，当刚度满足要求后，屋顶桁架要与格构钢柱进行焊接。对于两跨张弦桁架来说，要确保内力构造与尺寸的一致性。此外，我们还应对单跨屋顶张弦桁架结构的施工工况进行分析，旨在为了施工吊装作业提供依据。在进行单榀结构模态分析时，应选用前5阶周期的结构模态进行分析，经分析得知，结构侧向的刚度不足。同时，张弦桁架结构是一种平面受力结构，这种结构平面的需要一定支撑体系，以确保结构的稳定性，为此，应将次桁架设置于桁架与立杆的相交位置，同时将交叉支撑设置于次桁架之间，这样就可以形成一个稳定的结构空间体系。经过以下因素分析与比较，最终选择了桁架杆件截面。

4施工过程控制

在张弦桁架结构安装时，应按照建筑钢结构设计规范要求进行施工，同时，在结构分析时，要对不同的施工工况进行模拟与分析。在本工程张弦桁架施工安装的过程中，要结合现场结构特点，按照以下步骤进行施工。焊接屋顶拱形桁架；安装钢拉索，张拉反拱，以达到初始预张力值；焊接屋顶桁架与边柱柱，从而形成两连拱结构；将交叉支撑安装于两连拱结构之间，这样有利于形成一个稳定的结构空间体系。安装桁架。综上分析得知，拉索张拉工作极其重要。在施工过程中，要确定好拉索节点的位置，尽可能地降低理论长度的偏差。在拉索张拉的过程中，要控制好屋顶反拱值，一般控制在87mm左右。拉索内力值为110kN，拉索轴向变形值为50mm。在施工监测时，我们要对拉索内力进行监控，确保监测结果满足设计要求。在拉索张拉时，要先固定好立杆临时支撑，待张拉完毕后，要采用U形夹将立杆下部与拉索夹紧，防止拉索出现串动。

5结束语

综上所述，通过对某厂房大跨度钢结构设计分析，得到了以下几个方面的结论：

（1）本工程与其他大跨结构的不同之外在于大跨度设计是由结构刚度控制，需要考虑到结构整体侧向的刚度，同时要对原有基础进行利用。

（2）在施加预张力时，要控制好预张力的大小，确保张弦桁架结构的承载力及刚度。

（3）张弦桁架结构是一种平面受力结构，这种结构平面的需要一定支撑体系，因此，在张拉过程中要确保张弦桁架的稳定性。

（4）对于大跨度预应力结构，应采用专用连接构造，确保计算模型与实际结构的一致性，确保结构传力的明确性。钢结构作为房屋建筑结构形式之一，具有重量轻、安装方便、强度高、施工周期短等优点。在房屋钢结构设计的过程中，要结合工程实际情况，优选最佳的结构形式，在选择钢结构材料时，要充分考虑到房屋建筑结构的尺寸和受力形式。一般来说，由于建筑钢结构都是采用现场拼装的安装方式，因此在设计时要考虑到钢结构在运输和起吊中的刚度，以确保结构的安全性和稳定性。

参考文献：