門式剛架

門式剛架為一種傳統的結構體系，該類結構的上部主構架包括剛架斜梁、剛架柱、支撐、檁條、系桿、山牆骨架等。門式剛架輕型房屋鋼結構具有受力簡單、傳力路徑明確、構件製作快捷、便於工廠化加工、施工周期短等特點，因此廣泛套用於工業、商業及文化娛樂公共設施等工業與民用建築中。門式剛架輕型房屋鋼結構起源於美國，經歷了近百年的發展，已成為設計、製作與施工標準相對完善的一種結構體系。

基本介紹

• 中文名：門式剛架
• 外文名：Gantry frame
• 領域：工程技術
• 結構：一種傳統的結構體系

簡介

門式剛架為一種傳統的結構體系，該類結構的上部主構架包括剛架斜梁、剛架柱、支撐、檁條、系桿、山牆骨架等。門式剛架輕型房屋鋼結構具有受力簡單、傳力路徑明確、構件製作快捷、便於工廠化加工、施工周期短等特點，因此廣泛套用於工業、商業及文化娛樂公共設施等工業與民用建築中。門式剛架輕型房屋鋼結構起源於美國，經歷了近百年的發展，已成為設計、製作與施工標準相對完善的一種結構體系。

特點

門式剛架輕型房屋鋼結構屬輕型鋼結構的一個分枝，這種結構型式的主要特點是：體現輕鋼結構輕型、快速、高效的特點，套用節能環保型新型建材，實現工廠化加工製作、現場施工組裝、方便快捷、節約建設周期；結構堅固耐用、建築外型新穎美觀、質優價宜、經濟效益明顯；柱網尺寸布置自由靈活、能滿足不同氣候環境條件下的施工和使用要求。

套用範圍

門式剛架輕型房屋鋼結構的主要套用範圍，包括單層工建廠房、民建超級市場和展覽館、庫房以及各種不同類型倉儲式工業及民用建築等，都是它強有力的競爭領域，有廣泛的市場套用前景。

結構方案

焊接實腹式Ⅰ型截面門式剛架承重結構

焊接實腹式I型截面門式剛架承重結構由剛架和基礎兩部分組成。這裡須著重指出的是，與傳統鋼結構體系在受力計算時傳力路徑明確相比，門式剛架承重結構體系的剛架、檁條（或牆梁）以及壓型鋼板間通過可靠的連線和支撐相互依託，體系受力更趨向於空間化。門式剛架承重結構主要結構方案，按剛架型式分為無內柱淨跨結構和有內柱多跨連續結構兩類，前者跨距可達到48m，而後者之內柱連續跨距可達到30m。套用時還可根據具體工程，採用單坡和多坡以及不等跨、高等多種型式。基礎型式多採用鋼筋混凝土獨立式基礎。根據建築對側向位移和變形的不同要求，從節約用鋼量的角度出發，可採用變截面樑柱、基礎鉸接結構方案或等截面柱變截面梁、基礎剛接結構方案。設計時應依實際情況，按最合理的剛架承重結構方案選用。

組合屋面牆面圍護結構

組合屋面和牆面圍護結構的主要作用是：

1）檁條和牆梁作為基本骨架與壓型鋼板組合成屋面和牆面圍護結構，並參與結構受力。

2）與支撐系統一起參與縱向傳力和空間協同作用。

檁條和牆梁

檁條和牆梁主要的構件型式是採用C型或Z型薄壁型鋼，截面大小均要經受力計算後確定。C型截面與Z型截面相比，強弱軸的力學性能差異較大，且與剛架的連線多為螺栓鉸接，計算時須按簡支考慮（Z型截面間可通過可靠搭接實現剛接，從而可按連續梁計算）。故從受力狀態、計算結果以及構造等角度看，後者更合理一些。所以除門窗洞口以及其它特殊節點處理需要外，應優先選用Z型截面。檁條與牆梁的間距，一般決定於壓型板的板型和規格，並須經過力學計算後確定。但從構造要求的角度上看，一般不超過1.5米。

彩色金屬壓型鋼板

彩色金屬壓型鋼板，按工廠加工製作的成品型式，分成壓型板單板和複合板兩類。單板主要用於無保溫和隔熱要求的建築，依託其內側檁條或牆梁組合成屋面和牆面圍護結構。複合板主要用於有保溫和隔熱要求的建築，按相應的施工和加工工藝，分成現場複合板和工廠複合板兩大系列。工廠複合板在工廠加工（包括加芯）成成品，現場組合安裝，依託其內側檁條或牆梁，組合成屋面或牆面圍護結構。採用此類複合板現場工作量小，施工快捷，適合於規模較大和工期要求較緊的彩板安裝項目。但設備資金投入量較大，須形成一定的經營規模。現場複合板在工廠加工成單板，現場夾芯複合。屋面根據不同板型，依託其內側有時甚至包括內部檁條，夾芯後組合成屋面結構。牆面複合板則多利用牆梁作內檁，夾芯後組合成牆面圍護結構。現場複合施工周期較長，但設備資金投入量少，適合中小型經營規模，是沒有形成一定產業規模地區，最適用的彩板安裝型式。複合板的夾芯材料主要包括聚苯、聚胺酯泡沫、岩棉和玻璃棉等幾類。設計時應根據項目規模、建設周期要求、綜合技術水準以及地區產業發展狀況酌情選擇方案。

支撐系統

支撐系統的主要作用是：

1）縱向剛性系桿傳遞縱向水平力。

2）水平支撐形成局部剛域，抵抗在柱間和屋面梁間傳遞的水平力作用。

3）隅撐的作用則為約束I型截面遠端翼緣板，起到遠端翼緣板平面內支座作用，避免形成局部屈曲；或出平面支點作用，減小翼緣板的出平面計算長度，從而控制出平面穩定性。

4）全部支撐系統與檁條或牆梁以及剛架一道組成空間體系，參與空間協同工作。

剛性系桿構件主要選用型鋼和鋼管，與剛架通過螺栓鉸接，截面大小一般按壓桿穩定性要求或通過受力計算來決定。設定主要考慮在剛架轉角和屋脊聯結處（其中屋脊處的剛性系桿，可由用於此處屋脊構造需要的，剛度較大的雙檁條及聯結所代替）。另外，剛性系桿的間距主要取決於剛架構件的出平面穩定性要求，一般應為：在剛架斜樑上12-18m之間，在剛架柱上約8m左右，否則應考慮在其間增設。強調一點的是，剛度較大的吊車梁等均可作為剛性系桿考慮。水平支撐主要分為拉桿支撐和壓桿支撐兩類（又稱拉力系統和壓力系統）。拉力系統主要用於抵抗較小的水平力作用，和用於水平位移和變形要求不嚴格的建築，而後者則相反。兩者的界限參考上海地方輕鋼規程規定，為後者吊車噸位應大於5t。水平支撐設定的最佳位置應考慮在每個溫度單元居中設定，並要求屋面梁間和柱間水平支撐須設在同一開間，同時支撐間距按規程規定不宜大於60m（有吊車時），無吊車時，支撐間距宜為30~45m。另外，建築的端部第一或第二開間，以及溫度縫兩側開間，考慮空間協同作用的需要，也要設定水平支撐。水平支撐的構件截面大小主要決定於縱向水平力作用，須經受力計算來確定。隅撐構造是連線於I型截面的遠端翼緣和檁條或牆梁之間，起I型截面遠端翼緣板的板件約束和平面外支點作用。隅撐設定主要在I型截面遠端翼緣板的受壓區，間距應符合避免翼緣板板件屈曲的條件和剛架平面外穩定性計算要求，主要按構造要求設定，取間距3m左右。隅撐桿件截面型式多選用小型鋼，規格大小須經過受力計算來確定。

常見問題

·吊車樑上翼緣寬度偏小，滿足軌道安裝尺寸要求，且存在使用幌動問題，此問題較普遍。

·吊車10噸以上時，吊車梁受壓翼緣的側向既不加強截面，也不設定水平掣動桁架，造成吊車幌動。

·某工程屋面坡度角40多度，採用荷載規範規定的體形係數，在大風中倒塌。

·門式剛架多跨不等高，或帶天窗多跨廠房，風荷載體形係數使用混亂。

·廠房為砼柱，屋面梁為H形截面鋼樑，柱頂鉸接，不是門式剛架體系，卻按門式剛架設計。

·許多電算資料或手算資料不全，檁條、牆梁、牆架柱、柱間支撐，屋面支撐等，特別是節點連線，相當於部分未進行計算。

·檁條兼作橫向支撐桁架豎桿時，並未對其承載力和作為壓桿的長細比進行驗算。

·有的廠房檁間不設拉條，影響結構安全。

·個別工程將交叉支撐僅設在相鄰剛架間的邊柱附近，並未形成水平桁架；

·不能無條件地選用A級鋼材；

·絕大多數項目未進行柱腳底板水平反力驗算。

·有的廠房溫度區段內未形成獨立空間穩定的支撐體系，不能保證結構剛度。

·部分項目圖紙未註明焊縫形式和質量級別要求，質量無法保證。

·屋面橫向支撐和豎向支撐不設在同一柱距內，不能形成剛性空間塊體。

·有些項目剛架轉折處不設通長剛性系桿，檐口僅有普通檁條，不能保證房屋縱向剛度。

·有的二層廠房，不進行整體分析，存在安全問題。

·有的端板厚度小於16mm。

·廠房有吊車時，中柱採用搖擺柱。

·有的項目不設隅撐。

·抗風柱位置設定不當，未設在屋面水平支撐的節點處。

·未計算有柱間支撐的柱腳錨栓的上拔力。

·屋面支撐和柱連支撐連線節點無計算書。

設計規範

採用的是“門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程CECS102-2002”，在進行屋面檁條和牆面檁條設計過程中可參照“冷彎薄壁型鋼結構技術規範GB 50018-2002”，兩套規範在設計檁條的過程中的區別就在於：根據“冷彎薄壁型鋼結構技術規範GB 50018-2002”，當拉條位於遠端時，可以認為當檁條遠端翼緣受壓時，拉條起到平面外支撐，可減小檁條的計算長度。

設計軟體

市面上流行的結構軟體如PKPM、3D3S、PS2000等等軟體都可以方便的對門式剛架進行建模和計算。

其中：PKPM建模最為方便快捷，但是計算結果最為保守，並且無法對翼緣寬厚比和腹板高厚比進行控制，需手工計算。

3D3S建模比PKPM稍嫌麻煩，但是計算結果經濟，並且對構件各項參數都可以方便的進行控制。

PS2000是一款對門式剛架比較有針對性的計算軟體，建模極其方便，並且出圖美觀。

10版的PKPM已經可以對翼緣寬厚比和腹板的高厚比進行控制了。