轻钢结构设计一般原则

12.2.1 设计方法

1. 基本方法

建筑结构的设计方法有容许应力设计法和极限状态设计法两类。容许应力设计法是建立在经验和近似假定基础上的设计方法；极限状态设计法将荷载和材料强度处理为随机变量，是建立在概率理论基础上的设计方法。我国《钢结构设计规范》(GB50017)、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102：2002/2012版)均采用了极限状态设计法。

2. 门式刚架极限状态设计

轻型门式刚架结构除了满足结构的承载能力极限状态（即

）以外，

尚需通过验算结构的变形来确保位移满足相应的容许值，通过限制构件的长细比来确保结构和构件不产生振动。轻型钢结构的位移指标有柱顶侧移和梁柱构件相对变形两项。位移验算的一般公式为：

。

；构件长细比验算的一般公式为：

12.2.2 荷载及其组合

1. 荷载

(1)恒载(G) 风载(W) 吊车(C)等按现行《建筑结构荷载规范》（GB50009）的规定采用。

(2)活载：包括屋面均布活载、检修集中荷载(M)、积灰荷载(D)、雪荷载等。其中《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定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(按水平投影面积算)取0.5kN/m2，对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2；检修集中荷载标、积灰荷载与雪荷载按现行《建筑结构荷载规范》的规定采用。均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取其中较大值(记为L)计算，积灰荷载与雪荷载、均布活载中的较大值同时考虑，检修荷载只与结构自重荷载同时考虑。

2. 荷载组合

荷载效应的组合一般应遵从《建筑结构荷载规范》的规定。针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出下列组合原则：

(1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，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不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑； (4)多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载规范》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。

计算结构构件和连接时，荷载、荷载分项系数、荷载效应组合和荷载组合值系数的取值，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定。按正常使用极限状态设计刚架结构时，应考虑荷载效应的标准组合，采用荷载标准值和变形限值进行计算。

12.2.3 刚架内力与侧移

1. 刚架的内力计算

对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力。进行内力分析时，通常把刚架当作平面结构对待，一般不考虑蒙皮效应，只是把它当作安全储备。

变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)编制程序上机计算。当需要手算校核时，可采用一般结构力学方法(如力法、位移法、弯矩分配法等)或利用静力计算的公式、图表进行。

2. 刚架变形计算

钢结构的自重轻、材料承载能力高的特点，在许多情况下使得位移成了设计的控制条件。建筑物是由钢骨架、支撑系统及蒙皮组成的共同体，要计算各个组成部分共同工作状态下结构的变形是很困难的，通常只有通过实测得到，设计者能控制的通常只有主刚架的变形。

在门式刚架轻钢结构技术规程中，规定在风荷载标准值的作用下，单层门式刚架轻钢结构柱顶的位移和构件挠度的限值见表12-1，受弯构件的挠度与跨度比限值见表12－2。

表12-1 刚架柱顶位移设计值的限值

吊车情况 无吊车

其他情况 当采用轻型钢墙板时 当采用砌体墙时 吊车有驾驶室 吊车由地面操作

柱顶位移限值

h/60 h/100 h/400 h/180

有桥式吊车

注：h表示刚架柱高度。

表12-2 受弯构件挠度与跨度比限值表

门式 刚架 斜梁

构件类别

仅支承压型钢板屋面和冷弯型

钢檩条 尚有吊顶 有悬挂起重机

仅支承压型钢板屋面

尚有吊顶 压型钢板屋面板

构件挠度与跨度比限值

1/180 1/240 1/400 1/150 1/240 1/150 1/100 1/100

1/180，且≤50mm

竖 向 挠 度

檩条

水 平 挠 度

墙板

墙梁

仅支承压型钢板墙 支承砌体墙

注：对悬臂梁，按悬臂长度的2倍计算受弯构件的跨度。