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《門式刚架轻型房屋钢结构技术规程》

[ 2011-6-28 ]

中国工程建设标准化协会标准
CECS102:98
Technical  specification  for  steel  structure 
of  light  weight  buildings  withgabled  frames
前  言
在发达国家，門式刚架轻型房屋钢结构经数十年的发展，目前已非常广泛的应用于各种房屋中，近年来，在我国也开始较多的采用这种结构。为了其设计、制作和安装的技术要求做出配套的规定，以促进其进一步发展，根据中国工程建设标准化协会1996年建标协字第8号文中的要求，由中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会组织有关单位，共同编制了本规程。
现批准《門式刚架轻型房屋钢结构技术规程》编号CECS102：98，供工程设计，施工单位使用。在使用过程中，请将意见和建议寄北京公庄大街19号中国标准设计技术研究所。
1  总  则
1.0.1  为了适应门式刚架轻型房屋钢结构的发展,促进其合理的设计、制作和安装,做到技术先进、经济合殛、安全适用、确保质量，制定本规程。
1.0.2  本规程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，无桥式吊车或仅有起重量不大于20t（刚架间距6m时不大于30t）的中、轻级工作制桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构的设计、制作和安装。
门式刚架轻型房屋的外墙亦可采用砌体。此时，应符合本规程第4.4.3条的规定。
1.0.3  本规程遵照现行国家标准《建筑结构设计统一标准》GBJ68规定的原则，根据国家现行标准《建筑结构术语和符号标准》GBT/50083《建筑结构荷载规范》GBJ9、《建筑抗震设计规范》GBJ11、《钢结构设计规范》GBJ17、《冷弯薄壁型钢结构技术规程》GBJ18、《钢结构工程施工及验收规范》GB50205等有关规定，立足我国具体条件编制而成。
1.0.4  門式刚架轻型房屋钢结构的设计、制作、安装和防护，本规程未作规定的，应按现行有关标准执行。
2  术语和符号
2．1术  语
2.1.1 孔口0pening
在建筑物的外包面（墙面、屋面）上未设置永久性有效封闭装置的部分
2.1.2 敞开式建筑0pening  Building
建筑的外墙面至少有80%敞开的建筑。
2.1.3 部分封闭式建筑Parttially  enclosed  building
受外部风正压力的墙面上孔口总面积超过该建筑物其余外包面(墙面和屋面)上孔口面积的总和，并超过该墙毛面积的5%,且建筑物其余外包面的开孔率不超过20%的建筑。
2.1.44 封闭式建筑Encolose  building
在封闭的空间中无符合部分封闭式建筑或敞开式建筑定义的那类孔口的建筑。
2.1.5 边缘带Edge  strip
确定构件和面板上风载体型系数时，:在外墙和屋面上划分的区域。凡不属边缘带的均为中间区。如附录A中图A-2、图A-3所示。
2.1.6  端区End  zone
确定主刚架上风荷载体型系数时，在外墙和屋面上划分的区域。凡不属端区的均为中间区。如附录A中图A一la和图A-lb
2.1.7 有效受风面积Effective  wind  load  area
确定风荷载体型系数时取用的承受风荷载的有效面积。
2．2 符  号
2．2．1 作用和作用效应
F---集中荷载；
H---刚架柱顶等效水平力；
M----弯矩；
M′----垂苴荷载引起的擦条下翼缘的侧向弯矩;
Mf---工宇形截面两翼缘所承担的鸾矩；
Mi----构件大头的弯矩设计值；
My0’---忽略弹性支座影响的自由翼缘侧向弯矩；
N---轴心力；
NE---欧拉临界力；
N0----构件小头的轴向压力设计值;
P---高强度螺栓的预拉力；
PJ---中间柱(即摇摆柱)承受的荷载；
Pf----边柱承受的荷载；
Qy′由截面扭转引移的作用于自由翼缘的镩想侧向荷载；
R――支座反力；
μ――刚架柱顶的水平侧移；
V――剪力；
Vd一一腹板受剪板幅考虑屈曲后强度的抗剪承载刀设计值；
τcr---利用拉力场时腹板的屈曲剪应力；
2．2．2 材料指标
f――钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值;
fy――钢材屈服强度；
fv――钢材抗剪强度潍计僚；
厂v――腹板屈曲后抗剪强度设计值。
2．2．3 几何参数
A――截面毛面积;有效受风田积；
a――力强劲肋间距;蜾栓间距；
B 一建筑宽度；
Bs-----子板件寛度；
d。、d1 分别为构件小头和大头的截面高度-图6.1.3-3)；,
ew、ef----分别为螺拴中心至腹板和翼缘边缘的距离；
H――屋面至地面的平均高度；
h-----刚架拄高度；
hw――腹板高度；
hc――腹板受压区高度；
he----截面全部受压时的腹板有效高度；
he1、he2----分别为腹板受压区上、下有效截面的高度;
Ib、Ic――分别为横粱和柱的平均截面惯性矩;
Ⅰe――等效惯性矩;
I1、Jr――分别为左、右两柱的截面惯性矩;
L一一刚架跨度;
Lfz---自由翼缘的计算长度;
s――纵向柱距;斜梁长度;
tw一一腹板厚度;
W一一截面****受压纤维的截面模量;
We一一有效截面****受压纤维的截面模量:
We1――构件大头有效截面最太受压纤维的截面模量；
Wm――有效净截面****受压纤维的截面模量;
z――风荷载的边缘带宽度。
2．2．4 计箅系数及其它；
K---侧向刚度；
κt――受剪板件的凸曲系数:
κσˉˉ受弯板件的凸曲系数;
α――屋面坡角；
βmx一等效弯矩系数；
γ――变截面构件的楔率;
γr---抗力分项系数;
η―放大东数:螗虑白由翼缘弹性支承髟响的修正系数;
λ一―与板件受弯、受压有关的参数;
λw――与板件受剪有关的参数;
μγ――楔形柱计算长度系效;
ξt――柱与梁线刚度比值;
ρ――有效宽度系效;
φb――梁的整体稳定系数;
φbγ-----均匀弯曲的楔形受弯构件的整体稳定系数。
3 基本设计规定
3.1 设计原则
3．1．1 门式刚架轻型房屋钢结构设计应采用以概率理沦为基础的极限状态设计法,按分顼系数设计表达式进行计箅。
3．1．2  门式刚架轻型房屋钢结构的承重构件,应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
3．1．3 当结构构件按承载能力极限状态设计时,应根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9的规定,采用荷载效应的基本组合和偶然组合,并符合下列要求:
γ0S≤R    (3.1.3・1)
式中γ0-------结构重要性系数,对安全簿级为一级、二级和三级的结构构件,可分别取1.1、1.0和0,9。一般门式刚架结构构件的安全等级可取二级,特殊建筑申这类结构构件的安全等级可根据具体情况确定;
S――不考虑地震作用时,荷载效应组合的设计值;
R――结构构件承载力的设计值。
3．1．4 在抗震设防地区,当有必要时，门式刚架轻型房屋钢结构应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11进行抗震设计,并符合下列要求:
SE≤R/γRE     (3.1.4-1)
式中ES――考虑多遇地震作用时,荷载和地震作用效应组合的设计值;
γRE――承载力抗震调整系数。
3．1．5 承载力抗震调整系数应按下列规定采用:
表3．1．5      承载力抗震调整系数γRE
 
构件或连接
粱
柱
支撑
节点
焊缝
螺栓
γRE
0.7
0.7
0.8
0.9
1.0
1.0
3．1．6当按正常使用极限状态设计时,结构构件的变形应根据现行国家标准《建筑结构载荷规范》GBJ9的觌定,采用荷载短期效应组合计算,并符合本规程3.4要求。
3．1．7 结构构件的受拉强度应按净截面计算，受压强度应按有效净截面汁箅，稳定性按有效截面计算，变形和各种稳定系数均可按毛截面面积计箅。
3．2作  用
3．2．1 结构自重的标准值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9的规定采用；悬挂苘载应按实际情况取用。
3．2．2 当采用压型钢板轻型屋面时,屋面竖向均布活荷载的标准值
《按投影面积计算)可取0.3kN/m2
3．2．3 设计屋面板和棱条时应考虑施工或检修中荷载《人和小工具的重力),其标准值应取1.0kN；当施工荷载有可能超过上述荷载时,应按实际情况取用。
3．2．4 屋面雪荷载和积灰载荷标准值按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9的规定采用,并应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低跨相接处等的荷载曾大系数。
3．2．5 垂直于建筑物表面的风荷载标准值，应按本规范附录Ａ的规定计算。
3．2．6 吊车荷裁应按现行国家标准《建筑结构载荷规范》GBJ9的规定计算。.
3．2．7 地震作用应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11的规定计算。
3．2．8 荷载效应组合应符含下到原则:
1 屋面均布活荷载不与雪荷荷同时考虑,应取两者中的较大值;
2 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑;
3 施工或检修集中荷载下与屋面材料或稜条自重以外的其它荷载同时考虑;
4 多台吊车的组合应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9的规定;
5 当需要考虑地震作用时,风荷载不与地震作用同时考虑。
3．3 材   料
3．3．1钢材选用应符合下列规定:
1 用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板,应采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定的Q235和《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定的Q345(16Mh)钢材。当有可靠依据时,亦可采用其它牌号的钢材。
2 门式刚架和吊车梁宜采用Q235B级或Q345B级,或以上等级的钢材。棱条和墙梁宜采用Q235钢材,必要时可采用Q345钢材。用于屋面板和墙板的压型钢板宜采用Q235钢材。
当有根据时,门式刚架、棱条、墙粱和面板可采用其它牌号的钢材制作。
3 门式刚架轻型房屋的棱条”宜采用附录B规定的斜卷边Z形冷弯型钢或附录C规定的卷边槽形冷弯型钢；墙粱宜选用附录C规定的卷边槽形冷弯型钢。
3．3．2 钢材设计指标应符合下列规定:
1 钢材强度设计值应按表3.3.2-1采用;
表3.3.2-1       钢材强度设计使IN/-a)
牌号
钢材厚度或直径
（mm）
抗拉、压、弯
f
抗剪
fv
端面承压（磨平顶紧）
fce
Q235
≤16
215
125
320
Q235
＞16～40
205
120
320
Q345
≤16
315
185
410
Q345
＞16～40
300
175
410
注；钢材屈服强度fv；对Q235取fv=235N/mm2，对Q345取fv=345N/mm2，
2 焊缝强度设计值应按表3.3.2-2采用;
表3.3.2-2           焊缝强度设计值(N}/mm2)
焊接方法和焊条型号
牌
号
厚度或直径
(mm)
对接焊缝
角焊缝
抗压
fc
抗拉、抗弯
ft
抗剪
fv
抗拉压剪ff
一二级焊缝
三级焊缝
 
 
自动焊、半自动焊和E50型焊条手工焊
Q235
≤16
＞16～40
215
205
215
205
185
175
125
120
160
160
自动焊、半自动焊和E50型焊条手工焊
Q345
≤16
＞16～40
315
300
315
300
270
255
185
175
200
200
注；Q235钢与Q345钢对接焊接时,焊接材料应与Q"5钢材相应、焊缝强度应按Q235钢的数值来用。
3 螺栓连接的强度设计值应按表3.3.2-3采用;
4 每个高强度螺栓的预拉力,应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17的规定;
表3.3.2-3                螺栓连接的强度设计值（N/mm2）
螺栓（或构件）的钢材牌号或性能等级
普通螺栓
锚栓
承压型高强螺栓
C级螺栓
A、B级螺栓
抗拉
ft
抗剪
fv
承压
fe
抗拉
ft
抗剪
fv
承压
fe
抗拉
ft
抗剪
fv
承压
fe
普通螺栓
4.6级
170
130
 
 
 
 
 
 
 
8.8级
 
 
 
350
250
 
 
 
 
锚栓
Q235
 
 
 
 
 
 
140
 
 
Q345
 
 
 
 
 
 
180
 
 
承压型高强螺栓
8.8级
 
 
 
 
 
 
 
250
 
10.9级
 
 
 
 
 
 
 
310
 
构件
Q235
 
 
305
 
 
400
 
 
465
Q345
 
 
385
 
 
510
 
 
590
注；孔壁质量符合下列情况者为1类孔:
①  在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔
②  在单个零件上和构件上按设计孔径分别用钻摸钻成的孔。
③  在单个零件上先钻成或冲成较小的孔经，然后再装配好的构件上再扩钻至设计孔孔径。
5  冷弯薄壁型钢采用电阻点焊时,每个焊点的抗剪承载,力设计值应符合现国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ18的规定。
6.  当采用厚度小于4mm的钢材或冷鸾薄蜜型钢时《不包括厚度不小于2.5mm的Q235镇静钢》第3.3.2条1款和2款规定强度设计值降低5%。当冷弯簿鐾型钢构件全截面有效时，9可采用现行国家标准《冷弯簿壁型钢钢结构技术规范》GBJ18附录五规定的考虑冷弯效应的强度设计值计算构件的强度；
7 当计算下列结构构件和连接时”表3.3.2-~3.3.2-3规定强度设计值应乘以相应的折减系数；:
1）单面连接的角钢
按轴心受力计算强度和连接时
按轴心受压计算稳定性时
等边角钢        0・6十0．0015λ,但不太于1．0
短边相连的不等边角钢  0．5+0.0025λ,但不大于1．0
长边相连的不等边角钢              0.．7
注:λ为长细比,对中间无连系的单角钢压杆,应按最小回转半径计算确定。当λ＜20时,取λ=20。
2) 无垫板的单面对接焊缝            0．85
3) 施工条件较莲的高空安装焊缝      0．90
4) 两构件采用搭接连接或其问填有垫板的连接以及单盖板的不对称连接
                 0．9
5) 平面桁架式棱条端部的主要受压腹杆   0．85
当以上几种情况同时存在时”相应的折减系数应连乘。
8  钢材的物理性能指标应按现行国家标准《钢结构设计规范》GrIJ17的规定采用。
3.4 变形规定
3．4．1 计算钢结构变形时,可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。
3．4．2 单层门式刚架轻型房屋钢结构的刚架柱预位移(计箅值),
在风荷载标准值作用下不宜大于表3.4.2--1所列的限值，受弯构件的挠度与其跨度的比值，不宜大于表3.4.2-2所列的限值。
表3.4.2一1     刚架的柱顶位移(计算值)限值
吊车情况
其它情况
柱顶位移眼值
不设吊车
当采用轻型钢墙板时
h/50
当采用砌体墙时
h/100
设有桥式吊车
当吊车有驾驶室时
h/240
当吊车采用地面操作时
h/150
注：表中h为刚架高度。
表3.4.2—2    受弯构件的扰度与跨度比限值
 
构件类别
构件扰度限值
竖
向
扰
度
門式刚架斜梁
 仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢棱条（承受活荷载）或雪载
 尚有吊车
有吊顶且抹灰
 
1/180
1/240
1/360
檩条
仅有支承压型钢板屋面（承受活荷载）或雪载
尚有吊车
有吊顶且抹灰
 
1/150
1/240
1/360
压型钢板屋面板（承受活荷载）或雪载
1/150
水平扰度和位移
墙板
1/100
墙板
仅支承压型钢板墙
 支承砌体墙
 
1/100
1/180
且≤50mm
注：对于悬臂梁，按悬伸长度2倍技计算受弯构件的跨度。
3．5构造要求
3．5．1 门式刚架轻型房屋钢结构的构造,应符合下列一般规定：
1 用于檩条和墙梁的冷弯薄璧型钢,壁厚不宜小于1.5mm。用于焊接主刚架构件腹板的钢板。厚度不宜小于4-mm,，当有根据时可不小于3mm。
2 构件中受压板件的最太宽厚比,不得太于现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GBJ18规定的宽厚比限值；主刚架构件受压板件的****宽厚比不得大于本规程第6.1.1条1款的规定。受压压板件的局部稳定临界应力低于:钢材屈服点时，应按实际应力验算板件的稳定性，或采用有效有效宽度计算构件的有效截面，并验算构件的强度和稳定性。
3.5.2 构件长细比应符合下刭规定；
1 受压构件的长细比,不宜大于表3.5.2--1规定的限值;
表3.5.2-1  受压构件的容许长细比限值
构件类别
长细比限值
主要构件
180
其它构件及支撑
220
2 受拉构件的长细比:不宜太于表3.5.2---2规定的眼值。
注:(1) 对承受静态荷载的结构,可仅计箅受拉构件在竖向平面内的长细比；
(2) 对苴接或间接承受动荷载的构构,计箅单角钢受拉构件的长绷比时,应采用角钢的最小回转半径；在计箅单角钢交叉受拉杆件平面外长细比时,应采用与角钢肢边平行轴的回转半径;
(3) 在永久荷载与风荷载组含作用下受压的构件,其长细比不宜大于250。
表3.5.2-2    受拉构件的长细比限值
构件类别
承受静态荷载或间接承受动态荷载的结构
直接承受动态
荷载的结构
桁架构件
350
250
吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑
360
 
其他支撑（张紧的圆钢或钢绞线支撑除外）
400
 
4 结构形式和布置
4．１结构形式
4．1．1  在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖应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,外墙宜采用压型钢板墙雨板和冷弯薄壁型钢墙梁。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性。由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。
4．1．2  門式刚架分为单跨（图4.1.2a）、双跨（图4.1.2b）、多跨（图4.1.2c）刚架以及带挑檐的（图4.1.2d）和带毗屋的（图4.1.2e）刚架等形式。多跨刚架中间柱与刚架斜梁的连接，可采用铰接。多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖（图4.1.2f），必要时也可采用有多个双坡单跨相连接的多跨刚架形式。
4．1．3  根据跨度，高度及荷载不同,门戎刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时,柱宜采用等截面构件变截面构件通常改变腹板的高度,作成楔形;必要时也可改变腹板厚度。结构构件在运输单元内一般不改变翼缘截面，当必要时可改变翼缘厚度;邻接的运输单元可采用不同的翼缘截面。
4．1．4 门式刚架的柱脚多按铰接支承设计,通常为平板支座,设一对或二对地脚螺栓o当用于工业厂房且有桥式吊车时,宜将柱脚设计成刚接。
4．1．5 门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取1/8~1/20,在雨水较多的地区宜取其中的较大值。
4．1．6 轻型房屋的外墙,除采用以压型钢板等作围护面的轻质墙体外,尚可采用砌体外墙或底部为砌体上部为轻质材料的外墙。
4．1.7 门式刚架可由多个梁、柱单元构件组成,，柱一般为单元构件，斜粱可根据运输条件划分为若干个单元。单元构件本身采用焊接,.单元之间可通过端板以高强度螺栓连接。
4．l．.8 门式刚架上可设置起重量不大于3t的悬挂起重机和起重量不大于20t的轻、中级工作制单梁或双梁桥式吊车。
4．1．9 单层门式刚架轻型房屋,可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层,也可采用带隔热层的板材作屋面。
4.2 建筑尺寸
4．2．.1 门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应符含下列规定。
1 门式刚架的跨度,应取横向刚架柱轴线间的距离。
2∶门式刚架的高度,应取地坪至轴线线与斜粱轴线交点的高度。门式刚架的高度应根据使用要求的变内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定。
3 柱的轴线可取通过柱下端(较小端)中心的竖向轴线{工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮；斜梁的轴线可取通过变截面粱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，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。
门式刚架轻型房屋的****高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度。
门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离。
门式刚架轻型房屋的长度，应取而端山墙墙梁外皮之间的距离。
4.2.2 門式钢架的跨度宜为9～36米，以3米为模数当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。
門式刚架的高度宜4.5～9.0米，必要时可适当加大。
門式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6米，也可采用7.5～9.0米。****可到12米，門式刚架跨度较小时，也可采用4.5米。
挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5～1.2米其上翼缘坡度宜与横梁坡度相同。
4.3结构平面布置图
4．3．1門式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝之间的距离），应符合下列规定；
纵向温度区段不大于300米
横向温度区段不大于150米
当需要设置伸缩缝时可采用二种做法；在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许膨胀；或设置双柱。
吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔。
4．3．2对有吊车的厂房，二端刚架的横向定位轴线应加插入距。
4．3．3在多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架梁。
4．3．4屋面檩条的布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料檩条供货规格等因素的影响；屋面呀型板厚度和檩条间距应按计算确定。
4．3．5山墙可设置斜梁、抗风柱和墙梁组成山墙墙架，或采用門式刚架。
4．4墙架布置
4．4.1I 门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙粱的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨蓬等构件和围护材料的要求。
4.4.2 门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架拄的外侧,其间距随墙板板型和规格而异，且不应大于计算确定的值。
4．4．3 当抗震设防烈度不高于6度时,外墙可采用砌体;当为7度、8度时,外墙不宜采用嵌砌砌体；当为9度时,外墙宜采用与拄:柔性连接的轻质墙板。
4．5 支撑布置
4．5．1 支撑的布置应符合下列一般要求:
1 在每个温度区段或分期建设的区段中,应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系;
2 在设置柱间支撑的开间,应同时设置屋盖横向支撑,以组成几何不变体系。
4．5．2 支撑和刚性系扦的布置宜符合下列规定:
1 端部支撑宜设在温度区间端部的第二个开间，柱间支撑的间距应根据安装条件确定,一般取30m~40 m，不应大于60m；
2 当房屋高度较大时,柱间支撑应分层设置;
3 当端部支撑设在端部第二开间时，在笫一开间的相应位置宜设置刚性系杆；
4 在刚架转折处(柱顶和屋脊)；宜设置刚性系扦；
5 由支撑斜扦等组成的水平桁架,其直腹杆宜按刚性系杆考虑。可有檩条兼作；当刚度和承载力不足时,可在刚架斜粱间设置钢管、H型钢或其它截面形式的杆件。
4．5．3 门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢支撑,用特制的连接件与梁拄腹板连接。连接件应能适应不同的夹角。圆钢端部应有丝扣,校正定位后将拉条张紧固定。
当必要时,可采用角钢支撑。
 
 
 
 
 
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
CECS102:98
条文说明
1  总  则
1．0．3本规程编制时，参照和吸取了多项国外先进标准和和手册中有关钢结构
设计、制作和安装的规定。主要参考的国外标准是欧洲统一标准《钢结构设计规范》Eurocode  3-ENV-1993)、美国AISC《钢结构房屋荷载和抗力系数设计规范》（1993），国外手册是美国金属房屋制造协会MBMA《底层房屋体系手册》（1996）等。
3 基本设计规定
3.1.4 单层門式刚架轻型房屋钢结构屋盖的自重小，其承载力一般不受地震作用组合控制，股通常不进行抗震计算。但对中间有大量摇摆柱的宽阔刚架，或高度很大的刚架，或很长的刚架，或有夹层、吊重、桥式吊车等的情况，则需进行地震作用组合验算。
3．2．2 门式刚架轻型房屋钢结构的屋面一般采用压型钢板，其自重很轻,而活荷载分顼系数为1.4,在编制现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ I8时曾作过计箅,若活荷载标准值取0.5kN/m2,则安全度较大。为了与以往做法保持一致,本规程仍取0.3kN/m2,与刚架的活荷载取值相同。一般说来,屋面活荷载
取值大于刚架活荷载是合理的,当业主和设计单位认为有必要时亦可取0.5kN/m2。
3．2．3  我国现行荷载规范规定,在不同情况下施工或维修荷载可取跨中集中荷载0.8kN或1.O kN。因轻型房屋屋面自重很小,且屋面活荷载标准值o.3kN/m2取值相对较低,故取施工或检修荷载为1.O kN。施工或捡修荷载在设计刚架时不需考虑。
3．3．1 钢材选用
2 因Q235A级钢和Q345A级钢的含碳量不能保证符合焊接要求,故焊接结构不宜采用。
无吊车的门式刚架往往由变形控制,采用Q2355钢较合理。有吊车的门式刚架宜采用Q345钢制作。国外有采用抗拉强度标准值为365N/mm2的钢材制作包括面板在内的所有构件的经验,本条文考虑了这种情况。
3.3.2 设计指标
1 现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ18中采用的3号钢和16Mn钢已易名,其化学成份和力学性能也有改变。现将其相应的强度设计指标列于表3.3.2-1中。
6 本款中对簿度小于4mm的钢材或冷鸾簿壁型钢的强度设计值予以降低，主要是考虑与现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ18的规定一致。
3．4．2 研究表明，当采用轻型钢墙板时,曲于墙面板的蒙皮效应和柱脚底板不同的嵌固作用。刚架柱顶位移的实际值,在采用铰接柱脚时一般为计算值的5O%左右,在采用刚接柱脚时一般为计算值的1.2陪左右。表3.4.2--1和3.4.2--2中所列位移限值”是根据我国情况并参考美国有关资料拟定的。当设有悬挂吊车、壁式悬臂吊车时”位移限值可较设有地面搡作的桥式吊车时适当放宽。
3．5.1  一般规定 :
1 根据目前国内材料供应情猊。檩条壁厚不宜小于1.5mm；
根据我国目前制作和安装的一般水平,刚架构件的腹板厚度不宜小于4mm。由条件较好的企业制作,当有可靠的质量保证条件时，允许采用3mm。
3．5．2 构件长细比
1 轻型房屋钢结构受压构件的长细比,可比普通钢结构的规定适当放宽。表3.5.2--1所列数值系参照国外的有关规定对GBJ17—88的规定作了调整。
4 结构形式和布置
4.1.2 实践表明，多跨刚架采用双坡或单坡屋顶有利于屋面排水，在多雨地区变宜采用这些形武。
4.1.5 对屋面坡度小于1/20的房屋,应校核结构产生位移后雨水顺利排泄的能力。校核时应考虑安装误差、支座沉降、构件挠度和起拱的影响。
4.2.1  研究表明，按本条规定的刚架构件轴线与按构件实际轴线的计算结果相比，前者偏于安全。
4.2.2门式刚架的边柱柱宽不等是常见的,例如,当采用山墙墙架时,以及双跨结构中部分刚架的中间柱被抽掉时。
4.5.2 结构柱网布置应满足便用要求,并考虑发展的可能性。当考虑扩建时，扩建端宜设门式刚架。
1  设置柱间支撑时不必考虑温度应力。在国外轻型房屋钢结构有的每隔5个开间设置一道柱间支撑, 有的每隔3个开间设置一道柱间支撑,视具体情况确定。
3  端部不设支撑的开间,可按轴压力判断能否用檩条代替刚性杆系。
刚性系扦的长细比应符合受压构件的规定。
5 刚性系杆除了承受压力和传递纵向水平力外,在安装过程中可增加刚架的侧向刚度,保证安全。刚架侧向刚度偏柔时,加侧撑对安全有利,侧撑尺寸可按λ≤180设置。
5 作用效应计算
5.1.1 因变截面构件有可能在几个截面同时或接近同时现塑性铰,故本宜利用塑性绞出现后的应力重分布。同时,变截面门式刚架构件的腹板经常用的很薄，截面发展塑性的潜力不大，因此规定内力计算采用弹性分析法。
5.1.2 由于有关屋面抗剪性能和板与构件螺栓连接资料尚不充分-因此目前设计中不宜考虑应力蒙皮效应。
考虑应力蒙皮效应只适用于面板为钢板的情况，腹板的作用是，通过其刚度和抗剪承载力来提高刚架结构的整体刚度和承载力。屋面板可按沿房屋全长伸展的深梁处理，用来承受平面内载荷并将其传至端部山墙或中间刚架。面板可视为承受横向剪力的腹板，,其边缘构件可视为翼缘,承受轴向拉力和压力。
与此类似,矩形墙板也可按平面内受力的支撑系统处理。
当符合下列条件时，方可将面板视为结构的一部分进行里蒙皮设计。
--面板除承但主要功能外,只能用作为抗剪隔板抵抗其平面内的位移。
--这种隔板必须有纵向边缘构件，以承受由于隔板作用引起的边缘力。
--屋面板平面内的力,应通过支撑系统、其它蒙皮隔板或抗侧移方法传至基础。
---应采用适当的连接将隔板中的力传至主刚架,隔板应与起翼缘作用的边缘构件相连。
---面板作为受力构件处理时，不的将其随意拆除。
---对房屋的各项技术要求，均应考虑到该建筑物的设计利用了应力蒙皮作用。
应力蒙皮隔板应变要用于抵抗风荷载、雪荷载和其它通过面板传递的荷载。它也可用来抵抗较小的瞬时荷载(如来自轻型轨道式吊车的荷载)，但不能用于承受永久性外荷载。
压钢板考虑应力蒙皮作用的设汁,应符舍下列要求:
---奔压型钢板端部应采用自玫螺钉、焊缝、螺拴或其它类型的紧固件穿过面板苴接固定到支承构件上,例如,遇过压型钢板的槽底固定,确保设计中假定的传力途径有效。
---相邻面板间的接缝应采用铆钉、自攻螺钉、焊缝或其它类型的紧固件固紧,紧固件的间距不得大于500mm.
---曲紧固件至面板边缘和端部的距离,应符合现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构拨术规范》GBJ18的规定。
---面板上面积不大于3%的随机分布的小型孔口,可不作专门计算；面积占15%以下的孔口应作专门验箅,当孔口面积更太时。应将其改变成较小孔口,以保证面板能起隔板作用。
---兼作应力蒙皮膈板的面板,苜先应按其主要功能进行抗鸾设计。为了确保其蒙皮性能,雨板按蒙皮计算时的剪应力不得大于0.25f0
---应力蒙皮隔板的抗剪能力是基于面板接缝间紧固件、面板与平行于波槽构件间紧固件或面板与端部构件间紧固件(当面板仅与纵向板边缘构件连接时)的最小抗撕裂强度。在剪力和风吸力同时作用下,连接的抗剪承载力应不低于实际抗撕裂承载力最小值的1.4倍；在其它失效情况下,应不低于上述最小值的1.25倍。
5．2．1～5.2.3 公式(5.2.1)是变截面刚架柱顶侧移的近似计算公式。计算表明、当柱为楔形构件时,用柱平均惯性矩代人此式,算得的μ值稍偏大,但相差不多。水平风荷载和吊车水平荷载换算到柱顶时所乘的系数,对不同慵况有不同程度的近似。
如柱顶侧移μ在荷载效应分析时一并求出,则无需使用近似公式(5.2.1)。
5.2.4 上下端均为铰按的摇摆柱不能提供侧向刚度:但对横粱起铰支点作用。
5.2.5 当多跨刚架申间拄与斜梁刚接时，其侧向刚度可以看作几个单跨刚架刚度之和。中间控分属两个单跨刚架，惯性矩应各分一半。两柱惯性矩不同的单跨刚架,可以按本条的公式化为相同的等效惯性矩。
6  构件设计:
6.1.1板件****宽厚比和屈曲后强度利用
1 工字形截面的爨缘不利用屈曲后强度,故其外伸宽厚比限值为裘15√235/fy。主字形截面的腹板可利用屈曲后强度,腹板宽厚比限制按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ18取250√235/fy.在具体设计中,应按制造厂的技术条件采用适当的宽厚比。
2 工字形截面考虑后屈曲强度的抗剪承载力计算方法很多。本条采用的是一种简化方法，其计算简便,计算结果属于下限。计算公武是参照欧洲规范EC3-ENV-1993拟定的,略加修改。
3 参数λw的计算公式《6.1.1-3)来自λw=√fvy/τcr,它具换算高厚比性质。fvy为剪切蹋樨强度,即fy/√3；τcr,为弹性临界剪切应力。利用此参数可使fy’的计算公式通用于不同的钢材脾号和不同尺寸的板幅。
5、6 工字形截面考虑屈曲后强度的抗弯承载力和压弯承载力,由有效宽度法计算。参数λp的计算公式(6.1.1-7)来自λp=√fp/σcr,也具有换算高度比性质。ρ的计算公式参考了欧洲规范的规定,但考虑到门式刚架构件以承受弯矩为主,压力相对较小,故将腹板全部有效范围适当放宽。
6.1.2刚架构件强度计算
1、2 其中给出了当工字形截面兼承M、Y和兼承M、N、V时考虑屈曲后强度的相关公式。建立公式的原则是:当剪力V太于0.5Vd时,腹板所能承但的弯矩应乘以折减系数[l-(V/0.5 Vd-1)2]。
6.1.3 变截面柱在刚架平面内的稳定计算
1  参照美国标准AISC《钢结杓房屋荷载和抗力系数设计规范》1993的规定，
楔形柱稳定计算仍才用等截面压弯构件相关公式，但做了一些必要的变动。在美国标准中未区分弯矩作用平面内和平面外的稳定，不能直接应用。考虑到截面不发展塑性，本条中GB17-88的相关公式（6.1.3-1）对于楔形柱，轴力项（式中第一项）以小头为准而弯矩项（式中第二项）以大头为准，轴心受压稳定系数φxy和等效弯矩系数βmx也各有特点。
2  本表所列方法，第一种适合手算。表6.3.1列出的系数μy由现行国家标准《冷鸾薄壁型钢钢结构技术规范》GBJ18-87附表3.4.2的系数μ换算而成，即把该表的系数乘以0.85√Ico/Icl。0.85是考虑图7.2.19a、b所示柱脚实际上有一定的转动约束，√Ico/Icl则是将数值转换成以小头为准(即公式6.1.3
-1中用No，Aco)但差表时计箅K1仍采用打头的惯性系数Icl计算K2时引进了换算长度系数φ以考虑梁斜截面变化，φ曲线取自G.C.1ee(李兆治〉等入的著作。对于中间柱为摇摆拄的多跨刚架,中间柱不提供任何侧向刚度,但这些柱上的荷载却有促使刚架失稳的作用。因此边拄的μ应乘以放大系数η。
第三和笫三种方法都适合于计算机计算。前者配合一阶计算程序。柱脚皎接者采用μγ(公式6.1.3-7a)已乘了0.85系数，与第一种方法一致；拄脚刚接者系数μγ: (公式6.1.3-7b)则用1.2代替0.85,以考虑图7.2.17c所示柱脚达:不到完全嵌固。∶笫二种方法的计箅公式系:由横粱为水平构件的刚架导出，故不宜用于屋面坡度大于1：10的刚架柱。第二种方法的放太系数η′不同于第一
种方法,原因是推导公式（6.1.3-7)时引进了考虑P-μ效应的系数1.2，而摇摆柱没有效应P-μP-μ。
摇摆柱应根据其两端连接构造的实际情况,进行合理计算。
3 对于有侧移的刚架,在侧移弯矩作用下楔形柱的情况比等截面柱更为不利。故βmx应稍大于1.0。但是柱弯具实际上包括侧移弯矩和无侧移弯矩（假定刚架无侧移时，有横梁英气的弯矩），而后一部分βmx小于1.0，因此本条规定βmx仍取 1.0。
6.1.4  变截面柱刚架平面外的稳定计算
1变截面柱平面外稳定的相关公式(6.1.4-1)仍按GBJ18-87规范以有效截面为准，不过对弯矩项增加了等效弯矩系数βt。Βt值参考美国AISC（1993）规范，
2 弯矩项的整体稳定系数φby引进了二个与契率有关的计算长度系数μsh和μw。二者分别对应于绕Y轴（截面弱轴）和绕Z轴（杆件纵轴）屈曲。这二个系数的计算公式取自美国AISC（1993）规范。
6.1.6  斜粱和隅撑的设计
1 当屋面坡度较太时,轴力对稳走性的影响在刚架平面内外都不容忽视。当屋面坡度较小时,可按GBJ18-87的规定在刚架平面内按压弯构件计算其强度。
2 斜粱轴力一般较小,在刚架平面内的计算长度可近似取竖向支承点间的距离。
6 本条是参照欧洲规范EC3-ENV-1993的规定,加以简化和改写后拟定的。
6.3.5 当Z形檩条主轴的倾角按近或超过庋面坡度时,可能出现拉条受力反向,故需在檐口处没置斜拉条和撑撑。
6.3.6屋面板与檩条的连接,每个肋中宜设置不多于1个螺钉。。蜾钉间距不宜大于300mm,也不宜大于两个肋的宽度(即至少每隔一个肋应设置一个)。
6．3．9 实腹檩条的计算
3 当设置拉杆或撑杆防止下巍翼缘失稳时:其间距一般不大于1．5m。
6.4．7 墙粱的计算
     1 应墙板自重至少有一部分直接转至基础，故可忽视其对墙梁的偏心作用。
7 连接和节点设计
7．1．1 对接焊缝和角焊缝
1 当T形连接中腹板厚度在6mn以下时,如具各良好的设备”且有合理的工艺设计,尚可采用单面角焊缝。这种焊缝应符合下列规定:
1）焊脚尺寸不得大于较薄板件的厚度。
2）单面角焊缝的熔深应为t/2(见图),且a≥t/4+(0～1.5)mm
自动理弧单面角焊缝不适用于吊车梁和露天结构。
7．1.2喇叭形焊缝的计算,系参考美国标准AISI规范拟定。
试验表明”当板厚t≤4mm时,破坏将出现在钢板而不是焊缝上,故计算公式右侧采用了钢板的强度设计值。
7．2.1  端板斜放可加长抗弯连接的力臂,有利于布置螺栓。端板竖放适用于等截面柱。
7．2．2  此处螺拴主要受拉而不是受剪，其作用方向与端板垂苴。美国金属房屋制造商协会(MBMA)规定螺栓问距不得大于600mm，本条结舍我国情况适当减小。
7.2.9确定端板的厚度时,根据支承条件将端板划分为外伸板区、无加劲肋板区、两相邻边支承板区(其中,端板平齐式连接时将平齐边视为简支边，外伸式连接时才将该边视为固定边)和三边支承板区,然后分另别计算各板区在其特定屈服摸式下螺栓达极限拉力、板区材料达全截面屈服时的板厚。在此基础上,考虑到限制其塑性发展和保证安全性的需要,将螺栓极限拉力用抗拉承载力设计值代换,将板区材料的屈服强度用强度设计值代换,并取各板区厚度****值作为所计算端板的厚度。这种端板厚度计算方法,大体上相当于塑性分析和弹性设计时得出的板厚。当允许端板发展部分塑性时。可将所得板厚乘以0.6。
7.2.13檩条搭接可减小跨中弯距:增强刚度。支座处截面由于搭接而加强,可满足抗弯那要求。因此:檩条搭接可减少构件用钢量。因直卷边Ｚ形檩条下能搭接,故宜采用斜卷边Ｚ檩条。C形檩条的搭接可按Ｚ形檩条的类似原则处理，其套接段的厚度应保证檩条有必要的承载力。
7．2.15实践表明,不宜采用钢索作文撑,因钢萦在拉力下易松驰。楔形垫圈的作用是使螺栓的平垫圈在不同夹角下能与支撑杆件保持垂直。不宜在构件的翼缘上开孔连接支撑，以免削弱构件的承载力。
7．2.6 当屋面板和墙板采用带有少数较大突肋的板型时，墙扳宜蒋突板朝内,使墙面外观平整；屋面板宜将突肋朝外,以利排水。
8 制作和安羧
8．1.13 制作f和安装的允许偏差,除根据国内的施工经验外,换参考了美国金属房屋制造协会《MBMA)手册和有关资料作作了必要调整后，列入了檩条、组合构件制作允许偏荐的规定。对于组合构件,根据国内有关厂的制作经验。作了如下调整；吊车梁的弯曲度允许偏差MBMA规定为l(l以m计)；本规定补充了不太于5mm的要求；其它构件弯曲度及构件上扰度的允许镛整MBMA规定为2l(l以m计),本规程补充了不太于9mm的要求;端板的弯曲度,当板高小于610 mmm时MBMA规定为3mm,本舰楹补充了只允许凹进且负偏差为零的要求;当端板高度为610～1200mm和大于1200mm时,MBMA分别规定为弯曲度不大于5mm和m6m。,本规程补充了负偏差均为零的要求，根据国内设计人员的建议还作了如下调整:腹板纵、横截面水平弓度允许偏莲,MBMA规定为h/72(h为截面高度),本规程调整为h/100；腹板偏离翼缘中心的允许偏差,MBMA规定为±6mm,本规程定为±3mm。组
合构件的安装允许偏差,MBMA未作规定。
8.2.7 对吊车梁的安装允许偏蓬MBMA有规定,但某些指标较我国现行标准宽。如吊车轨道的直线度允许偏差MBMA规定为10mm,我国《钢结构工程施工及验收规范》GB5O205-95规舰定为3mm；吊车轨道相邻梁高茇MBMA规定为3mm,我国规定为1mm。上承式吊车粱顶面高差MBMA规定为lO mn,我国规定为10mm(支座处)和15mm(其它处),且不大于l/I500；其余规定与我国规定基本一致。考虑到我国对轻型房屋钢结构的安装经验尚缺少总结,故一般均采用现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205的规定。
附录A 风苻载计算
A．0.1 轻型房屋钢结构风荷载载,是以莪国现行国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ90为基础确走的。计算这种房屋风荷载标准值时所需的风荷载体型系数，由于我国现有资料不完备,因此采用了美国金属房屋制造商协会MBMA《低层房屋体系手册》(1996)中有关小坡度房屋的规定。
MBMA手册中关于风荷载的规走,是在国际权威性的加拿太西安大略大学边界层风洞试验室,由美国钢铁研究会SICC专业机构共同试验得出的是专门针对低层钢结构房屋的，内容全面且详尽,已为多国采用。
MBMA手册规定的风荷载体型系数必须与以50年一遇的****英里风速(mph)为基础的速度风压(psf)配套使用,因此转换到与我国荷载规范GBJ9规定的以30年一遇的10min平均****风速(m/s)为基础的基本风压(kN/m2)配套使用时,必须乘以1.46的平均换算系数。此外,美国规范规定。遇风组合时、结构构件设计的允许应力可提高1.33倍。考虑到这两个因素的影响，采用MBMA的体型系数后,我国的基本风压值应乘以综合调整系数1.1(即1.46/1.33)。
在新修订荷载规范(GB50009)中:基本风压的重现期由30年改为50年上述平均换算系数由1.46变为1.4，从而综合调整系数由1.1变为1.05（即1.4/1.33）,由此在设计中是可以忽略的。因此，当采用GB50009规定的基本风压后，不需再乘以综合调整系数。
A．0.2 MBMA的风荷载体型系数中包含了阵风效应,且是内、外压力峰值的组合。考虑到轻型房屋钢结构的屋面坡度多采用1/8～1/20(即坡角2.9°～7.1°),因此,本条引用了MBMA手册中屋面坡角不太于IO°情况的规定值。
在这种房屋的屋盖上,风荷载的作用方向与其它竖向活荷载相反。当房屋所受的活荷载以风荷载为主时,在刚架截面荷载效应最不利组合中,不应考虑与风荷载效应符号相反的其它活荷载效应。同样,半房屋所受活荷载以其它活荷载为主时。与其它活荷载效应符号相反的风荷载效应不应进入截面荷载效应的最不利
组合。
这种房屋的屋面风吸力较太,檩条在风吸力作用下有可能产生下翼缘失稳,在设计时应予注意。
附录B 斜卷边Ｚ形冷弯型钢的截面特性
本附录所列截面形式和尺寸,尚未列人国家标准的冷弯型钢系列,目前用户需专门订货。
附录C 卷边槽形冷弯型钢的截面特性
本附录所列截面尺寸,尚未列人国家标准的冷弯型钢系列目前用户罱专门订货。
附录E 攮条在风吸力作用下的稳定计箅
E．0．1 在风吸力仵用下檩条下翼缘受压,其稳定性可按弹性地基梁的压杆计算；截面扭转和侧向弯曲的效应则按作用于下巽缘的侧向荷载计算。本条系参考欧洲规范EC3-ENV-1996的规定拟定。屋面荷载的分量由面板承受。