《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》的变化及算例分析

袁 霞

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》的变化及算例分析

袁 霞

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

门式刚架轻型结构房屋是钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构式。近年来随着我国经济水平的不断提高，结构安全性就显得越来越重要，另外一些相关的结构规范也已经相继改版。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002(以下简称《门刚规程》)已经显得落后于社会的发展，为适应这些相应的需求，新的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015(以下简称《门刚规范》)于2016年8月份正式实施。《门刚规范》相较于《门刚规程》来说不单是从规程提高为规范，在内容上也做很大的改动，文中将从多个方面来介绍《门刚规范》的变化，并通过算例进行分析，以方便设计人员熟练使用新的规范。

《门刚规范》；抗震设计；构件设计

0 引言

门式刚架轻型结构房屋是钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构式。它是用轻型焊接H形钢(等截面或变截面)、热轧H形钢(等截面)或冷弯薄壁型钢等构成的实腹门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢等作檩条、墙梁；以压型金属板(压型钢板、压型铝板)做屋面及墙面，并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系[5]。

门式刚架轻型结构体系在国内外应用极为广泛，最早始于美国，日本和欧洲门式刚架轻型结构体系的应用也较多。由于该结构形式具有许多其它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。

我国门式刚架结构体系起步较晚，最初是在引进国外相关材料和软件的基础上发展起来的。由于我国多年来一直从节约钢材和资金的角度出发，对建筑钢结构采取限制使用的政策，因此门式刚架结构体系未得到长足的发展，无论是设计水平，还是施工水平，与国外相比，都有较大的差距[6]。近年来随着我国钢材产量的增加和焊接H型钢的出现，压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的大批量生产，特别是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102：98)的颁布实施，门式刚架轻型房屋钢结构在我国大量涌现，门式刚架轻型结构体系得到了较为广泛的应用，推动了该种结构体系在我国的设计、成型一体化进程。随着社会的发展，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》[1]于2001年进行了修订，并于2015年发布了《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)[2]，《门刚规范》与《门刚规程》相比有较大的改动，本文将从以下五个方面并结合实例对不同之处进行描述，以方便设计人员熟练使用新的规范，并为以往工程的较核提供依据。

1 《门刚规范》与《门刚规程》对比及算例

1.1 钢材设计指标

《门刚规范》中对钢材厚度更加的细分：从小于16mm厚里分出6mm厚；另外强度根据板厚也有所调整，还新增加了LQ550型钢材(仅用于屋面及墙面板)。如下表1所示。

表1 钢材设计指标对比

上表中仅给出新规范变化处与原规程中的差别，从中可以看出新规范中对材料设计强度值有一定程度的降低，使得结构的安全度进一步提高。

1.2 门式刚架结构的适用范围的变化

新版《门刚规范》[2]中对适用范围有了一定的调整，包括跨度、檐口高度及围护墙体，如下表2所示。

表2 适用范围对比

1.3.1 承载力调整系数变化

在新的《门刚规范》[2]中抗震调整系数相较于《门刚规程》[1]有所上调如下表3所示。从表中可以看出，新规范在强度计算上由0.75提高到了0.85，而稳定则是从0.75提高到了0.9，地震组合验算时，结构抗力会有所降低，这对于地震作用控制的结构会带来一定的影响。

表3 抗震调整系数对比

1.3.2 抗震构造措施

《门刚规范》[2]与《门刚规程》[1]相比增加了抗震构造措施的要求，有以下五条：

(2)在檐口或中柱的两侧三个檩距范围内，每道檩条处屋面梁均应布置双侧隅撑；边柱的檐口墙檩处应双侧设置隅撑；

以云服务需求企业的期望为参照点，依据式(2)～式(5)将云服务需求企业给出的偏好信息转化为相对于参照点的收益或损失，构建云服务需求企业的损益矩阵

(3)当柱脚刚接时，锚栓的面积不应小于柱子截面积的0.15倍；

(4)纵向支撑采用圆钢或钢索时，支撑与柱子腹板的连接应采用不能相对滑动的连接；

(5)柱的长细比不应大于150。

1.3.3 抗震控制时构件局部稳定算例分析

某工程为单跨门式钢架，跨度24 m，柱距6 m，无吊车，檐口高度7.5 m。抗震设防烈度为7度，设计地震加速度值为0.1 g，设计地震分组为第二组，场地类别:Ⅱ类。基本风压：0.3 KN/m2基本雪压：0.35 KN/m2(n=100年)，计算模型如下图1所示。该工程按《门刚规范》[2]与《门刚规程》[1]种计算方法上，在抗震控制时，构件局部稳定的变化如图2下加下划线文字所示。

从图2计算结果看出，新规范计算结果在考虑屈曲后的应力比及平面内稳定应力比等几项都比按门刚规程计算的结果要大， 说明新的《门刚规范》[2]在抗震方面的要求比规程要求更加严格。

图2 抗震控制时构件局部稳定计算结果对比

1.4 风荷载及雪荷载计算方面的对比

《建筑结构荷载规范》(50009-2012) [3]规定，对风荷载比较敏感的结构，基本风压应适当提高，门式轻型钢结构属于风荷载比较敏感的结构，因此新《门刚规范》[2]风荷载的计算方面有较大的修改。另外《建筑结构荷载规范》[3]中规定，对于雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压，门式轻型钢结构屋盖较轻，属于对雪荷载敏感的结构，极端雪荷载作用下容易造成结构整体破坏，后果特别严重，因此新规范规定设计门式轻型钢结构房屋时应按100年重现期的雪压采用。另外对于高低跨屋面也做了说明，下表4为新规范与旧规程的差别。

表4 风荷载与雪荷载计算对比

1.5 构件设计方面对比

1.5.1 刚架构件

刚架构件在新《门刚规范》[2]取消了腹板变化不超过每米60 mm的限制，增加了楔率折减系数χtap，受剪承载力设计值计算公式有所变化；另外在计算腹板有效宽度时有效宽度系数ρ的计算公式也有一定的变化，见下表5所示。

表5 刚架构件计算方面对比

1.5.2 构件抗剪承载能力算例分析

工程同上述工程，通过调整刚架柱的楔率变化个来对比《门刚规程》[1]《门刚规范》[2]构件抗剪承载能力方面的差异。表6为计算结果，从表格的计算结果对比中可以看出《门刚规范》[2]d有减小的趋势，特别是第三个构件，由于大小端高度差异较大，楔率折减系数对抗剪承载力的影响就比较大，总体来说新的《门刚规范》[2]算出的抗剪承载力普遍减小。

表6 构件抗剪承载能力计算结果对比

1.5.3 檩条与墙梁设计对比

《门刚规范》[2]维护构件的设计上变化也是比较大的，首先风压的调整系数规范规定按1.5取值，另外在风荷载系数上也有一定的变化，在檩条的强度计算方面，公式改为按平行轴考虑，同时增加了抗剪承载力验算。详见表7所示。

表7 构件抗剪承载能力计算结果对比

1.5.4 檩条设计计算结果对比分析

按照下述工程条件对比多个简支檩条在强度和稳定上的差异：自重：0.3 KN/m2，活荷载：0.5 KN/m2，基本风压：0.4 KN/m2，跨度：6 m，檩条间距：1.5 m，屋面角度：5.711°，风吸：-1.16，风压：0.38。表8和表9分别为不同截面檩条在计算结果方面的对比分析。

表8 平行轴和主惯性轴一致的截面计算结果对比

表9 平行轴和主惯性轴不一致的截面计算结果对比

从上面表8中可以看出对于平行轴和主惯性轴一致的截面，新《门刚规范》无论是在强度还是稳定方面，在常见的情况下都会增大。对于平行轴和主惯性轴不一致的截面，从表9中的计算结果来看《门刚规范》在基本风压较小的情况下算得的强度应力反而会有所下降，但是对于较大的风压(>0.5)时，新规范就会更大；稳定应力方面，在一般情况下《门刚规范》始终都都会增大，因此在设计的过程中应该注意。

2 结语

从上述五个方面可以看出，新的《门刚规范》与门刚规程相比，适用范围更广，但在设计、构造方面要求更加严格，从而使结构更加安全合理。文中仅列出了规范的部分变化，对于支撑的布置方案及设计方法、连接和节点设计、夹层的结构形式、运输和安装等方面文中并未提及，需要设计人员在设计过程中多加注意。

[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.中国标准书号CECS102:2002[S].北京: 中国计划出版社, 2003.

[2] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范.中国标准书号GB51022-2015[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2015.

[3] 建筑结构荷载规范.中国标准书号GB50009-2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2012.

[4] 建筑抗震设计规范.中国标准书号GB50011-2001[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5] 陈绍蕃. 钢结构-房屋建筑钢结构设计 [M]. 北京:中国建筑工业出版社，2003.

[6] 李一凡,刘福胜,孙勇. 门式刚架轻型结构房屋的发展现状[J].钢结构， 2006，21(2):1-4.

[7] 时庆伟.门式刚架轻型钢结构优化设计研究[D].沈阳：沈阳建筑大学, 2010：1-8.

[8] 冯建霖. 门式刚架轻型钢结构优化设计研究[D].西安：西安建筑科技大学,2009:1-12.

TheChangeofTechnicalcodeforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeandItsExampleAnalysis

YUAN Xia

(ChinaNonferrousMetalsProcessingTechnologyCo.Ltd,Luoyang, 471039,China)

The light-weight structure of gabled frames is a widely used structural type in steel structures. In recent years, with the improvement of our country economy, the safety of structure is more and more important and other related structural codes have revised one by one.Technicalspecificationforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeCECS102:2002 (hereinafter referred to asSpecificationofgabledframe) is behind the development of society, for adapt to the corresponding demand, theTechnicalcodeforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeGB51022-2015 (hereinafter referred to asCodeofgabledframe) was formally implemented in 2016 August. TheCodeofgabledframecompared to theSpecificationofgabledframe, it is not only from the specification to improve the code, also do great changes in the content. In this paper, the change ofCodeofgabledframeat many aspects will be introduced and explains through examples, in order to facilitate the designer skilled in the use of the new code.

Codeofgabledframe; seismic design; component design

2017-07-23

袁霞(1988-)，女，河南开封人，硕士，中色科技股份有限公司工程师，研究方向：钢结构厂房设计。E-mail:yuanxiade1@126.com

TU392.5

A

1672-7169(2017)04-0075-07