36米跨度轻型门式钢架结构设计

2023年4月23日发(作者：圣象地板官网售后电话)

36米跨度轻型门式钢架结构设计

前言

我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期：1990年以前，钢结构建筑在工业领域中的

主要应用是重型厂房中的排架结构体系,在民用领域中的主要应用是螺栓球或焊接球网架结构;

自1990 年代起，钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期.门式钢刚架结构被大量应

用于工业厂房、超市、仓库中;钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用；薄壁彩钢板已

大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索

的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中;冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等

维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。

现代钢结构体系由热轧截面、焊接截面和冷弯薄壁型钢截面构件组成。人们往往将钢结构

划分为普通钢结构和轻型钢结构两大类。但是，究竟如何定义或区分这两类结构，却存在着很

多不同的标准.例如，结构跨度的标准,结构层数的标准，结构用途的标准，吊车吨位的标准等。

这些标准都有一定的合理性，但是都是建立在结构体系外在因素或特征基础上的。事实上，轻

型钢结构体系的本质是“轻”，实现这一本质的条件是截面板件要“薄",设计时必然要考虑板

件局部失稳后的极限强度.所以，从结构工作机理和设计计算原理的角度出发，轻型钢结构体系

是指“结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构体系”。

门式钢刚架是典型的轻型钢结构，也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构。早期典型的

门式钢刚架是1910 年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅,采用了多层阶形钢框架结构；1932

年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构.现代轻型门式钢刚架体系是由国外钢

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结构专业公司引入我国的，它包括主结构系统（刚架、支撑、抗风柱等）、次结构系统(屋面和

墙面檩条等）、辅助结构体系（挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁等）、围护板材体系、柱脚

和基础等.

近年来钢结构建筑在我国出现了非常快的发展势头，应用范围不断扩大,目前，我国钢结构

建筑的发展处在建国以来最好的一个时期.但是,与国外的一些发达国家相比,我国在许多方面

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还存在着明显差距,如美国、日本、德国等国家，在工程建设中广泛采用钢结构，钢结构建筑占

整个建筑市场的40%以上，而目前我国的钢结构建筑所占比重还不到5%。由此可见，今后我国

的钢结构建筑市场有着巨大的发展空间。

1 本设计主要研究的内容

首先,介绍了有关轻型门钢结构的发展历史和目前其在国内外的发展状况，以及轻型门式钢

架的形式、特点等内容。

其次,对其载荷取值、截面选取和验算等理论知识进行了介绍.

最后进行工程实例设计,分别从荷载选取和组合、建立计算模型、内力分析、截面验算等方

面进行分析，进而得出最终符合力学要求的设计信息，建立出实体模型，完成本双跨轻型门式

钢架的设计。

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2 轻型门式刚架的介绍

2.1 轻型门式刚架结构在国内外发展概况及研究现状

2.1.1 轻型门式刚架结构体系在国外的发展概况

最早在建造房屋中使用钢结构的国家可以追溯到十八世纪末的英国，一百年后法国工程师

埃菲尔建造了著名的铁塔，人们也开始尝试建造钢结构的独户住宅，从此钢结构建筑彻底改变

了以往建筑造型的模式，建筑设计的理念与方法亦随之嬗变。早期的钢结构仅是部分构件、配

件用铸铁、熟铁制成，到了19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展，

使钢结构建筑在20世纪60年代实现了其第二次理论和实践的飞跃与创新的发展，德国包豪斯

学派就是其理论的发源地.

美国的发展最快，应用也最广泛。另外,日本和欧洲轻型门式刚架结构体系的应用也较多。

但美国的轻型门式刚架结构体系发展最快，应用也最广泛。由于门式刚架轻钢结构具有许多其

他结构所不具备的优点，而且经济效益十分显著，因此这种结构形式在国外一经推出就得到了

广泛应用，国外轻型钢结构发展较早，由于汽车工业的发展，最初用于建造私人汽车库等简易

房屋。二次世界大战时期，由于战争的需要，一些拆装方便的轻钢结构建筑用于营房和库房。

60年代以来,国外建筑钢材的发展有了很大突破，色彩丰富而耐久的彩色压型钢板的出现，以及

H型钢和冷弯型钢的问世，极大地推动了轻型门式钢架结构的发展,至今已形成为一种特殊的商

品流通。随着新型建筑材料的出现、加工设备的不断改善、设计形式的多样化，轻型门式刚

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架结构体系逐渐普及到大型工业厂房、商业建筑、交通设施等建筑中,实现了设计、分析、出图

的程序化(如大型通用化设计软件包 Locke Building System Software)，构件加工、安装施工、

经营管理一体化流程。业主不是带图着图纸委托加工,而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋，

承包商在短时间内按业主要求建成,并交付使用。这种高质量的快速供货方式，使业主感到十分

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满意，门式刚架轻型钢结构得以迅速发展.目前，外国轻钢公司大部分都具有自己的门式刚架轻

钢结构系列，各公司的轻钢结构系列大同小异.据统计,欧美各国由轻钢结构体系建造的非居住

单层建筑物占50%以上，日本新建的1～4层建筑大多采用轻钢结构。许多国家如英、美、日、

澳大利亚等国家已作为一种经济快捷的建筑结构体系，以商品的形式出售。其中，美国轻型门

式刚架结构体系主要用途比例为：①商业：仓库、小卖店、事务所、银行、车库设施占42％；

②制造业：制造工场、仓库占34％；③文化娱乐业：学校、教堂、娱乐、福利设施占9％；其

它：15%。

在日本,轻型门式刚架体系有两种类型：第一种类型是日本自身发展起来的，己实现了构件

标准化、定型化、装配化;经营管理、设计、生产、施工、售后服务系统化。第二种类型是1989

年以来，由美国引进的轻钢结构体系的基础上发展起来的.日本工程界目前正对主钢架在地震

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力作用时保有水平耐力所需的Ds值的取法、55kg级钢材大断面z型冷弯薄壁型钢檩条及墙梁、

高强度螺栓在椭圆孔处的受力状态等几个方面进行研究。

2。1。2 轻型门式刚架结构体系在国内的发展概况

由于科技的飞速发展以及钢材品质的进步,钢结构的重要性己经被先进国家所肯定，随着我

国国民经济的快速发展，我国钢铁工业与建筑钢结构的应用也取得了长足的发展.中国钢产量自

1996年突破l亿吨后,至今已实现”七连冠”。2000年中国钢产量占到世界钢产量份额的巧 。

23%，钢材消费量也一跃成为世界大国。到了2004年，我国的钢产量已达到2。6亿吨，中国钢

产量占到世界钢产量份额的25%。随着中国钢材实现了从短缺到充裕的大跨度飞跃，国家相继出

台了”发展钢结构、开发钢结构造和安装施工新技术……“等产业技术政策。至此，中国的钢

结构产业摆脱了由于钢材数量不足对钢结构应用的束缚，驶上积极发展的快车道.由从前的限制

使用钢结构到现在鼓励建筑钢结构的发展。

由于国家政策、钢材生产、设计研发等诸多方面的有利因素，近几年我国的建筑钢结构处

于建国以来最好的发展时期，而且还会在相当长时期内得到长足的发展。建设部、原国家冶金

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工业局成立的建筑用钢技术协调小组制定的建筑用钢发展计划指出：争取到2010年我国建筑钢

结构用钢达到钢材总产量的5％，而发达国家建筑用钢占钢产量的比例目前都在10％以上。建

设部1997年H月发布了新的《中国建筑技术政策》（1996、2010)，具体提出了发展钢结构的要

求，这是几十年来的第一次。

近几年来采用钢结构的工业与民用建筑年平均用量呈迅猛发展的态势,其中轻型钢结构房

屋所占比重在迅速增加，并且由于其突出的特点及适应我国现阶段国民经济发展的需要而得到

飞速发展。

据有关部门统计，1999年中国建筑用钢约2500多万吨，占全部钢材产量的20%一25％。其

中钢筋混凝土用钢筋、钢丝、钢绞线约2000万吨，钢结构约200万吨，金属门窗及设备支架约

300万吨.包括桥梁、石油管线及各专业工业部门使用钢材，其总量约为4000万一5000万吨，

占全国钢材产量45%左右。据统计,2000年中国每年大约有300多万平方米轻钢结构建筑竣工(包

括门式钢架、轻钢房屋和压型钢板、拱壳屋盖)。

轻型钢结构所用钢板大量为涂层钢板。2000年，我国涂层钢板表现消费量达86。4万吨，

而当年涂层板产量只有35.4万吨,市场满足率只有41％。而到了2004年，我国仅新增彩色涂层

板生产能力143万吨/年。轻型钢结构体系中擦条和墙梁一般采用“Z”型或“C”形冷弯薄壁型

钢.目前,我国冷弯型钢年产量在30万吨左右。

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钢结构新兴产业方兴未艾，国产钢结构用钢发展迅速。这几年，为适应钢结构产业对钢材

的需求，一大批新型钢结构用种相继问世,产量在不断扩大。宝钢开发出新型的耐火耐候钢，初

步形成了具有国际先进水平的和中国特点的系列产品B27O一B57ONQ，并在国内的大型厂房、民

居、商务楼等应用，受到钢结构加工、施工单位好评；马钢也研制出耐火热轧H型钢，能耐600℃

高温，并在上海一幢高层建筑上应用；上海大通钢结构有限公司采用宝钢的材料开发出耐火耐

候高频焊接H型钢。我国的热轧H型钢从零开始发展到2002年的100多万吨，其他钢结构用的

中厚板、型钢、钢管、冷弯型钢、涂镀层钢板等产品,都有明显的增长,基本满足国内钢结构行

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业的需求，为其不断发展做出了贡献。

然而，应该看到，尽管国产的钢结构用钢在研制、开发和产能上有了长足进展，但与钢结

构产业未来发展趋势和要求还存在一定的差距，目前国产的轻型薄壁型钢材与我国钢结构建筑

业的发展还不能完全相适应。比如，板材的焊接能力差，16Mn板材在焊接时往往出现层状撕裂；

高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决，不能满足轻型房屋钢结构的需要；我

国生产的大多为镀锌薄板,而镀铝锌薄板几乎没有，在轻钢房屋中,用户多选用抗蚀性能更好的

镀铝锌薄板；我国的型材品种规格还不能满足建筑需要，H型钢的规格不多，对其推广应用带来

一定影响；近年来,方钢管在建筑建筑工程应用增多,但这种型材的规格不够齐全，尤其是大规

格的很少，对推广应用有一定影响；目前国产钢结构用钢主要是Q235,建筑用高强度低合金钢品

种还太少，Q39O钢材在实际工程中尚未见采用;耐火耐候钢等钢材的新品种还需进一步开发；等

等。这些问题有待研究，它为钢铁企业提出了新的攻关课题.

对于轻型钢结构，我国目前主要还是接受轻型门式刚架钢结构体系，我国现阶段的设计规

程也是针对这一结构形式。中国工程建设标准化协会标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》

(CECSI（）2：2002)就是针对这一结构形式制定的。

2。1。3 轻型门式刚架结构的研究现状

与传统结构体系相比，轻型门式刚架房屋钢结构体系在理论还很不完善，存在着很大的理

论探索空间。有鉴于此,围绕轻型门式刚架钢结构体系应用过程中各环节的工作均不是简单的成

果应用.另外，轻型门式刚架房屋钢结构体系在各个领域的技术进步和应用发展，除必要的技术

导入之外,应根据自身能力，追逐理论热点,以科技为先导，开展必要的科研工作，以最大限度

地挖掘利润空间，追求更大的经济效益和社会效益，满足生产和市场需要。就目前的热点问

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题有以下几个方面：

(1）理论研究方面：

①应力蒙皮效应与结构共同工作的空间作用;

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