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门式刚架结构第1章轻型门式刚架结构1(1概述1(1(1单层门式刚架结构的组成如图1—1所示,单层门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢(等截面或变截面)、热轧H形钢(等截面)或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架,用冷弯薄壁型钢(槽形、卷边槽形、Z形等)做檩条、墙梁;以压型金属板(压型钢板、压型铝板)做屋面、墙面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。在目前的工程实践中,门式刚架的梁、柱构件多采用焊接变截面的H形截面,单跨刚架的梁-柱节点采用刚接,多跨者大多刚接和铰接并用。柱脚可与基础刚接或铰接。围护结构采用压型钢板的居多,玻璃棉则由于其具有自重轻、保温隔热性能好及安装方便等特点,用作保温隔热材料最为普遍。1(1(2单层门式刚架结构的特点单层门式刚架结构和钢筋混凝土结构相比具:有以下特点:(1)质量轻围护结构由于采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成,屋面、墙面的质量都很轻,因而支承它们的门式刚架也很轻。根据国内的工程实例统计,单层门式刚架房屋承2重结构的用钢量一般为10,30kg,m;在相同的跨度和荷载条件情况下自重约仅为钢筋混凝土结构的1,20,1,30。由于单层门式刚架结构的质量轻,地基的处理费用相对较低,基础也可以做得比较小。同时在相同地震烈度下门式刚架结构的地震反应小,一般情况下,地震作用参与的内力组合对刚架梁、柱杆件的设计不起控制作用。但是风荷载对门式刚架结构构件的受力影响较大,风荷载产生的吸力可能会使屋面金属压型板、檩条的受力反向,当风荷载较大或房屋较高时,风荷载可能是刚架设计的控制荷载。(2)工业化程度高,施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作,质量易于保证,工地安装方便。除基础施工外,基本没有湿作业,现场施工人员的需要量也很少。构件之间的连接多采用高强度螺栓连接,是安装迅速的一个重要方面,但必须注意设计为刚性连接的节点,应具有足够的转动刚度。(3)综合经济效益高门式刚架结构由于材料价格的原因其造价虽然比钢筋混凝土结构等其他结构形式略高,但由于采用了计算机辅助设计,设计周期短;构件采用先进自动化设备制造;原材料的种类较少,易于筹措,便于运输;所以门式刚架结构的工程周期短,资金回报快,投资效益高。(4)柱网布置比较灵活传统的结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制,柱距多为6m,当采用12m柱距时,需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板,所以柱网布置不受模数限制,柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。门式刚架结构除上述特点外,还有一些特点需要了解:门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证,从而减少了屋盖支撑的数量,同时支撑多用张紧的圆钢做成,很轻便。门式刚架的梁、柱多采用变截面杆,可以节省材料。图1—2所示刚架,柱为楔形构件,梁则由多段楔形杆组成。梁、柱腹板在设计时利用屈曲后强度,可使腹板宽厚比放大(腹板厚度较薄)。当然,由于变截面门式刚架达到极限承载力时,可能会在多个截面处形成塑性铰而使刚架瞬间形成机动体系,因此塑性设计不再适用。使门式刚架结构轻型化的措施还有:在多跨框架中把中柱做成只承重力荷载的两端铰接柱,对平板式铰接柱脚考虑其实际存在的转动约束,利用屋面板的蒙皮效应和适当放宽柱顶侧移的限值等。设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理。风力可使轻型屋面的荷载反向,就是一例。组成构件的杆件较薄,对制作、涂装、运输、安装的要求高。在门式刚架结构中,焊接构件中板的最小厚度为3(0mm;冷弯薄壁型钢构件中板的最小厚度为1(5,nm;压型钢板的最小厚度为0(4mm。板件的宽厚比大,使得构件在外力撞击下容易发生局部变形。同时,锈蚀对构件截面削弱带来的后果更为严重。构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小,结构的整体刚度也比较柔。因此,在运输和安装过程中要采取必要的措施,防止构件发生弯曲和扭转变形。同时,要重视支撑体系和隅撑的布置,重视屋面板、墙面板与构件的连接构造,使其能参与结构的整体工作(蒙皮效应)。1(1(3门式刚架结构的应用情况门式刚架轻型房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来特别是中国工程建设标准化协会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECSl02:98)(以下简称《规程》)颁布实行后,其应用得到了迅速的发展,主要用于轻型的厂房、仓库、建材等交易市场、大型超市、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。目前,国内大约每年有上:千万平方米的轻钢建筑竣工。国外也有大量钢结构制造商进入中国,加上国内几百家的轻钢结构专业公司和制造厂,市场竞争也日趋激烈。1(2结构形式和结构布置1(2(1门式刚架的结构形式门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨