轻钢门式刚架结构

单层钢结构厂房的结构一般为轻钢门式刚架结构。刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节点连接起来的结构。工程中习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则称为框架。我们讨论的是刚架是单层刚架，因单层单跨或多跨刚架“冂”字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。

单层刚架结构的杆件较少，一般为大跨度结构，内部空间较大，便于利用。且刚架一般由直杆组成，制作方便，因此，在实际工程特别是工业建筑中应用非常广泛。当跨度与荷载一定时，门式刚架结构比屋面大跨梁(或屋架)与立柱组成的排架结构轻巧，可节省钢材约10％以上。斜梁为折线形的门式刚架类似于拱的受力特点，更具有受力性能良好、施工方便、造价较低和造型美观等优点。由于斜梁是折线形的，使室内空间加大，适于双坡屋顶的单层中、小型建筑，在工业厂房、体育馆、礼堂和食堂等民用建筑中得到广泛应用。但门式刚架刚度较差，受荷载后产生跨变，因此用于工业厂房时，吊车起重量一般不超过10t。

图1.1对比了门式刚架与外形相同的排架在垂直均布荷载作用下的弯矩图。刚架由于横梁与立柱整体刚性连接，节点B和C是刚性节点，能够承受并传递弯矩，这样就减少了横梁中的跨中弯矩峰值。排架由于横梁与立柱为铰接，节点B、C为铰接点，故在均布荷载作用下，横梁的弯矩图与简支梁相同，跨中弯矩峰值比刚架大得多。但与拱结构相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不能充分发挥作用，这就造成了门式刚架结构与拱相比自重大，用料多，适用跨度受到限制。

门式刚架按结构组成和构造的不同，可分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种(图1.2)。在相同荷载作用下，这三种刚架的内力分布和大小是有差别的，其经济技术效果也不相同。门式刚架结构的受力优于排架结构，因刚架梁柱节点处为刚接，梁柱互为约束。在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用而减小了梁跨中的弯矩和挠度。在水平荷载作用下，由于梁对柱的约束作用减少了柱内的弯矩和侧向变形，如图1.3所示。因此，门式刚架结构的承载力和刚度都大于排架结构。

无铰门式刚架(图1.4(a))的柱脚与基础固接，为三次超静定结构，刚度大，结构内力分布比较均匀，但柱底弯矩比较大，对基础和地基的要求较高。因柱脚存在弯矩、轴向压力和水平剪力共同作用于基础，基础材料用量较大。无铰门式刚架超静定次数高，刚度较大，当地基发生不均匀沉降时，在结构内产生附加内力，所以在地基条件较差时需慎用。

两铰门式刚架(图1.4(b))应用最为普遍，其柱脚与基础铰接，为一次超静定结构，在竖向荷载或水平荷载作用下，刚架内弯矩比无铰门式刚架大。其优点是刚架柱脚铰接，基础无弯矩作用，计算和构造简单，省料省工；当基础有转角时，对结构内力没有影响。但当两柱脚发生不均匀沉降时，则将在结构内产生一定的附加内力。

三铰门式刚架(图1.4(c))在屋脊节点处设置永久性铰，柱脚铰接，为静定结构，温差、地基的变形或基础的不均匀沉降对结构内力没有影响。三铰和两铰门式刚架材料用量相近，但三铰刚架的梁柱节点弯矩略大，刚度较差，不能用于有桥式吊车的厂房，仅用于无吊车或小吨位悬挂吊车的建筑。

实际工程中大多采用两铰刚架以及由它们组成的多跨结构，如图1.5所示。无铰刚架很少使用。

门式刚架的高跨比、梁柱线刚度比、支座位移、温度变化等均是影响门式刚架结构内力的因素，门式刚架结构选型时应予以考虑。

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