门式钢架厂房设计总结

门式刚架轻钢厂房设计

常见的厂房效果图

“门式刚架轻型房屋钢结构”，其中“门式”，主要有两种形式：双坡、单坡。门式刚架不仅仅只针对轻钢，也包括普钢。轻钢门规仅仅是门式刚架结构中的轻钢部分。

双坡（人字坡）

单坡

“轻钢”，这里有比较具体的限定：“单跨或多跨实腹式门式刚架”、“轻钢屋盖和轻钢外墙”、“起重量不大于20t的A1~A5工作级别桥式吊车或没有吊车（当然也可以是单梁吊车）”、“悬挂吊车起重量不超过3t”、“单层”、“跨度一般不宜超过36m”、“高度一般不宜超过12m”、“柱距一般不宜超过9m”。后面三条，一般超过36米就不宜在选用轻钢规范设计了。刚架高度、柱距可根据实际情况选择规范，并不是限定的那么严格。

门式轻钢，多用于生产车间、仓库、厂房钢结构。设计时，首先要确定规范的采用，不能一概而论的所有门式的就都是轻钢。一些大吨位吊车，格构柱等的门式结构为重

（普）钢结构，需按《钢结构设计规范》来采用。

简单的轻钢门式厂房结构

上图是最简单的门式轻钢厂房：四连跨，单跨人字坡24米，无吊车，铰接柱脚。 门式轻钢厂房结构体系的构成：主结构、次结构、围护结构、其他附属结构。 ◇主结构：横向主钢架 结构中最主要的部分，也是主受力部分，在门刚中为平面结构，面外稳定需要依靠其他系统来辅助达成，在设计时，要充分考虑到钢架的面外稳定问题。刚架主要包括实腹钢梁、钢柱，在轻钢中多用楔形截面，有效利用构件截面特

性。

主刚架

支撑系统 支撑系统在整个结构体系中的用钢量并不大，但却是非常重要的。对比主钢架来说，虽然其重要程度不如主钢架，但是因现在的设计均为计算机辅助设计，主钢架的计算可以利用设计软件非常准确的计算求得，但支撑系统的布置，截面选择等却需要有一定的人为因素参与，所以其显得更为重要。并且支撑系统承担着整个结构纵向传力及整体稳定的重要作用。以后在其他结构体系特别是空间结构设计中，在选型的最前期，就该有整个体系的稳定概念，这样才能从大方向上把握住整个结构的安全性和选型的合理性。门刚支撑系统包含屋面横向支撑、柱间支撑、系杆等。注意在屋脊及柱顶

位置的系杆一般均需通长设置。

支撑系统

吊车系统 吊车系统包括吊车梁（桁架），制动系统、辅助系统、支撑系统等，其自身系统相对来说比较独立，但也需和其他结构有效配合，才能形成安全、稳定的结构

体系。 托梁系统 托梁仅在抽柱的情况下出现，计算时可利用托梁的弹性刚度作为抽柱榀的弹性支座（仅指竖向），把该位置支座反力传递至两相邻刚架，同时水平力靠与屋面

纵向支撑系统传递给相邻榀。（一般情况下屋面系统仅设置横向支撑） ◇次结构：屋面檩条 主要采用冷弯薄壁型钢，一般有C型檩条、Z型檩条，其他当跨度较大时也会采用大通H型钢及方管、桁架式等，其布置方式有简支梁、连续梁两种，主要用途是作为屋面围护结构（屋面板）的支承结构，并和隅撑配合组成屋面梁的

面外支承点。檩条按其跨度应根据规范要求设置拉条。

屋面檩条布置

墙面墙梁 与屋面檩条相同，多采用C型、Z型冷弯薄壁型钢，或者大通H型钢、

方管等。

墙面墙梁布置

抗风柱 抗风柱多布置于山墙，主要用于端开间跨内风载传递给主结构。山墙风载通过抗风柱传递给屋面支撑，再由屋面支撑传递到柱间支撑，经柱间支撑传递至基础。

抗风柱的材质一般同主结构的Q235B或Q345B。

山墙抗风柱布置

◇围护结构：屋面板 一般采用建筑用压型钢板，考虑排水问题，一般选用高波板。建筑用压型钢板的基材采用冷轧薄钢板作为原板，在原板表面做热镀锌镀层，或者热镀铝锌镀层，形成基板，即镀层板，在镀层板表面涂覆有机涂料，形成涂层板。涂层板经辊压冷弯，沿板宽方向形成波形截面的成型钢板即为压型彩钢板。其与屋面檩条的连接

方式一般有打钉连接，其他固定件连接等。一般大型屋面还有采光要求。

屋面板

墙面板 墙面也是采用建筑用压型钢板，一般选用低波板，连接形式主要采用打钉

连接。

墙面板

门窗 通风、采光、通行之用。常用的有铝合金窗及塑钢窗（厂房）；卷闸门（电

动、非电动）、推拉门及平开门等。 ◇其他结构：女儿墙 为保证结构外形美观，将墙体升高，使四周平齐整洁。

气楼 主要为了实现厂房内部通风换气的需要，一般做在屋脊位置，也有其他做法

和布置方式。一些还兼有采光功能。

雨棚 门洞口挡雨用。 爬梯 屋面检修用。

基础 属土建结构。设计时要根据结构实际受力情况分析基础和钢结构的经济性指标。例如上部结构采用柱脚刚接，可有效节约一部分钢材用量，但基础会增加更多资金投入；上部采用铰接，虽基础变小，但上部会相应增加一部分用钢量。所以在选择结构柱脚方式的时候，首先要根据结构自身受力特点来确定，其次也要考虑整体的经济性指

标，做到结构合理且经济。（先是结构合理，之后考虑经济性）

设计软件介绍：门刚结构，一般采用PKPM门式刚架二维设计或3D3S轻型门式

刚架设计模块。

PKPM门刚设计模块

PKPM门刚模块界面

3D3S轻型门式刚架设计模块

3D3S轻型门式刚架模块界面

结构材质介绍：主结构常用材质为Q235B、Q345B。

Q235B属于碳素结构钢（低碳钢），适用标准为GB/T 700-2006《碳素结构钢》，

Q代表屈服点，其屈服强度为235。 碳素结构钢根据含碳量多少分为低碳钢（含碳量0.02%~0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%~0.60%）、高碳钢（含碳量0.60%~2.00%），建筑钢结构主要使用低碳钢。 另每个牌号内又有不同的质量等级（A、B、C、D），建筑主结构以使用B级钢为主，另根据结构特点也可适当提高等级标准，A级钢禁止用于主结构。对于等级标准的区分主要在于含碳量标准及夏比（V型缺口）冲击试验要求，A级钢是不做冲击试验要求的，B级钢有常温20度下的冲击试验要求，C级钢要求试验温度为0度，D级钢为

-20度。 另钢材根据脱氧方法不同，还分为沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。建筑钢结构主体结构一般均采用镇静钢（Z），在书写钢材牌号时

可以不标注Z，此时默认为镇静钢。

Q345B属于低合金高强度结构钢（低合金钢），适用标准为GB/T 1591-2008《低

合金高强度结构钢》，Q代表屈服点，其屈服强度为345。

合金钢根据合金元素含量多少分为低合金钢（合金总含量小于5%）、中合金钢（合金总含量5%~10%）、高合金钢（合金总含量大于10%），建筑钢结构主要使用低合

金钢。 另每个牌号内又有不同的质量等级（A、B、C、D、E），建筑主结构以使用B级钢为主，另根据结构特点也可适当提高等级标准，A级钢禁止用于主结构。对于等级标准的区分主要在于夏比（V型缺口）冲击试验要求，A级钢是不做冲击试验要求的，B级钢有常温20度下的冲击试验要求，C级钢要求试验温度为0度，D级钢为-20度，E

级钢为-40度。 另钢材根据脱氧方法不同，还分为镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。建筑钢结构主体结构一般均采用镇静钢（Z），在书写钢材牌号时可以不标注Z，此时默认为镇静

钢。 当板厚超过40mm（35mm），并有Z向（板厚度方向）受力要求时，一般均另需对钢板追加Z向性能要求，主要目的是为了防止焊接或受力时产生厚度方向的层状撕

裂，以保证结构安全。

吊车梁、抗风柱、托梁等结构构件也需按规范选取B级钢或更高质量等级，不可

使用A级钢。 支撑采用的圆钢、角钢等可以根据需要选择，也可以酌情选用A级钢。一般对于

此类构件，均可直接标注Q235或Q345（质量等级不做要求）。 另针对成品型钢，可根据实际情况判断选择是采用镇静钢还是沸腾钢，要考虑型钢

加工工艺及市场供应等条件合理判定。 冷弯薄壁型钢檩条（墙梁），因材质比较特殊，其基材是以热轧钢卷为原料，经过冷轧工艺后形成。由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化。一般冷轧都会经过退火处理，以部分的改善其性能。需要注意的是实际上冷轧板强度、硬度较高，现在设计时根据规范也只提供了Q235、Q345两种，实际上可能有强度更高的冷轧板，但我们设计的时候仍以此两种材质为准。冷轧

板一般不宜用于焊接。 屋面、墙面压型钢板一般也为冷轧钢板压制成型。另外也可能采用夹芯板、铝合金板等。一般的长屋面板均有在温差下的伸缩要求，所以其与檩条连接件间多保留伸缩功能（打钉除外），所以设计檩条时应加以注意（面板是否可以阻止屋面檩条翼缘的失稳）。

PKPM针对构件材质的选择在：“参数输入”>>“总信息参数”中

材质定义

3D3S软件在：“构件属性”>>“定义材性”中

材性定义 门刚结构布置

门式刚接结构布置主要还是依据于建筑要求及厂房或车间的生产工艺要求，一般在结构设计前就已经根据工艺布置确定了刚架的跨度及纵向柱距。在此前提下，结构设计

在结构布置上需要考虑温度区段的分割及结构支撑的布置。

根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 CECS 102:2002，门式刚架轻型房屋

钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距），应符合下列规定：

纵向温度区段不大于300m； 注释：垂直跨度方向。

横向温度区段不大于150m。（当有可靠计算依据时，可以适当加大，例如业主要

求一定要超过150m，但不可分段）

注释：跨度方向。

当有计算依据时，可采用两种做法：

1、设置双柱（最直接、最安全、也最合理，适用于纵向与横向）； 注释：利用双柱把本来应该是同一个的整体结构分割成完全独立的两个结构或者多

个结构。

2、搭接檩条、墙梁的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板、墙面板在构造上

允许伸缩；吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔（适用于纵向）。 注释：长圆孔连接时利用其可伸缩性，但鉴于现今的施工人员的技术理解能力及施工水平，实际上并不一定能真正实现设计者的这种假定。所以建议采用此种方式时需慎

重，并需标注清楚。

一般情况下建议采用第1种。

门式刚架轻型房屋钢结构的支撑设置应符合下列规定：

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。 注释：独立存在的体系应具有单独的稳定体系。所谓空间稳定不仅仅要考虑X向Y

向、Z向稳定，也要考虑空间体的角压缩或拉伸方向的稳定。 2、在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋面横向支撑，以组成几何不变体系。 注释：仅仅设置柱间支撑是无法实现整个体系的稳定的，需要和屋面横向支撑一起

来组成整个稳定体系。

支撑和刚性系杆的布置宜符合下列规定：

1、屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第

二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。 注释：屋面支撑系杆设置位置一般设置在柱顶、屋脊、抗风柱连接处。当支撑是设置在第二开间时，应有可靠的传力构件把端刚架的水平力传递至第二开间的支撑系统，

因此需根据各个受力点设置刚性传力构件。 2、柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30~45m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点

处，且间距不宜大于60m。 注释：当有吊车时，一般在区段中部（区段较短）或三分点处（区段较长）设置支撑，此时应以吊车因素为第一考虑因素。当区段靠4榀支撑无法满足时，也可按次序依次增加数目；当区段非常短时，也可考虑仅在端头设置支撑。应根据实际情况酌情考虑。从某种意义上来说，此条也可以理解为无吊车时，考虑支撑的布置是从一端到另一端；

有吊车时，是从中间向两端考虑。

3、当建筑物宽度大于60m时，在内柱宜适当增加柱间支撑。

注释：中柱支撑实际上并不是每榀都需设置的，此时对于整体结构稳定体系来说，仍是成立的，当总跨度较长时应适当在中柱位置增加支撑的布置。但是我们在考虑整体稳定性能的同时也不能忽略掉支撑系统的传力性能，因考虑到一般在山墙位置中柱也受到水平风荷载，产生纵向水平力，所以设计时，应尽量在所有中柱位置均设置支撑。

4、当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。

有地震作用时，按规范输入各项参数。

按实际情况及规范要求，输入分项系数值及组合系数值。

活载计算时，有的时候需要考虑其不利布置，一般为在楼层活载时，按不利布置考虑，以获得最大应力状态。但轻钢结构活载主要出现在屋面，且一般均为满布荷载，不会出现像楼面一样的人员荷载不利分布或者设备荷载不利分布等情况。所以此处可以不

考虑不利布置。 以上均设置完毕后，可以进行结构计算，并查看计算后构件强度、稳定、变形等相对应的结果是否满足要求，同时也需查看构件自身构造要求是否满足。（超限信息查询）

针对3D3S

按前文方法，均设置完成后，进行内力分析

求解出构件内力、变形及支座反力等。之后选择适用规范（轻钢规范或其他）并设

置验算参数

这里需要注意的是，当柱脚铰接时采用查表法取计算长度，刚接时取用一阶分析法。

之后进行设计验算。

门刚为有侧移结构。验算后显示并查询各构件的应力及变形。看其是否满足要求。

当不满足时，需调整构件截面并重新计算。 上面主要是门刚计算中，PKPM与3D3S软件的应用。一般在门刚设计中，根据安全性和经济性指标，对构件应力及挠度需要达到一定的范围才是最优化的结构设计。 一般情况下，要求钢梁的最大（强度或稳定）应力比一般达到0.95左右，钢柱一般达到0.85左右。挠度和位移需满足规范要求。这些是常规状态下，在出现特殊情况

时，也可以适当调整。 门刚设计中，一般钢柱在无吊车，无夹层，且高度不是很高的情况下，一般采用楔形柱，柱脚采用铰接形式。其他时一般采用刚接柱脚（吊车、夹层、高度很高等）。在此，还要考虑工程整体的经济性指标，例如铰接时，柱构件相对于刚接时截面较大，但其土建基础很小；当刚接时，柱构件用钢量可以变小，但是土建要配一个很大的基础来承担柱脚弯矩作用。所以此处需综合考虑，不可仅仅以钢结构部分的用钢量来衡量经济

性。 钢梁，一般分为三段，檐口及屋脊处一般设置为楔形梁，中间段一般为等截面H形钢梁。檐口处与柱连接，传递弯矩作用，所以梁设置成楔形是合理的。中间段的梁承受弯矩，但相对于梁端来说，弯矩较小，且弯矩出现在跨中左右的位置，所以设置成等截面梁较为合理。中间段梁楔形大头位于屋脊处，这样的截面有利于减少刚架的屋脊处

的挠度，也有利于承担跨中弯矩。 因为门刚基本固定于上述所说的截面设置规则。在设计过程中，要考虑钢梁运输的因素，可以根据适当的运输长度加以分段。例如屋脊处两段梁可以做成一个整体，这样即减少了节点数量又能使安装方便，且是在满足运输长度要求的前提下；还有中柱顶的

两端钢梁也可以做成一根。 另因钢梁分段，所以各段可根据自身的受力情况设置截面，包括截面宽度，板材厚度等，不过截面高度需相互协调。并且这里针对截面宽度也最好做成相同（不等宽也可

以），这样结构美观大方且截面过渡均匀。

结构构件计算完成后，利用PKPM和3D3S均可进行结构后处理，即计算节点等。

这里需 要正确选择参数来进行计算。并需对节点有一定的归并整理能力，以简化采购时的板材或零件的种类。设计是一个工程项目实施阶段的领头工作段，所以多为后期各工序

考虑，也是一个高质量施工图设计的判别因素。

简单厂房结构主要节点形式介绍

刚接柱脚

设计时应注意支承加劲肋，且板中部区格不能过大。锚栓长度及做法需按节点手册

中表格选取。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ssut.html