水平荷载有两个作用方向，即横向水平作用和纵向水平作用。横向水平作用主要由横向 刚架承受，刚架依靠其自身刚度抵抗外部作用，传力路径为： 围护结构一主刚架一基础。 纵向水平作用通过屋面水平支撑和柱间支撑系统传递，纵向风荷载作用的传力路径为： 风荷载作用于山培培面板一墙梁一墙架柱一屋盖水平支撑一柱顶系杆一柱间支撑一基 础。 3.3轻型门式刚架结构的内力计算 3.3.1内力计算 变截面门式刚架在荷载和地震作用的影响下的内力分析应采用弹性分析方法。等截面门 式刚架的内力分析， 既可采用弹性分析方法，也可采用塑 分析方法 进行门式刚架内力分析时，通常按平面结构进行分析计算 一般不考虑蒙皮效应，当有 必要且有条件时，亦可考虑屋面板的蒙皮效应。蒙皮效应是将屋面板视为沿房屋全长伸展的 深梁，可用来承受平面内荷载。面板可视为平面内横向剪切的腹板，其边缘构件可视为承受 轴向力的翼缘。老虑层面板的袋皮效应可提高结构的风则度和承线力，当有必要日有条件时 可考虑屋面板的蒙皮效应 见《规程》的条文说明 门式刚架的内力分析可采用杆系单元的有限 单元法，将构件分为若干段，每段可视为等 截面，也可采用楔形单元，由计算机计算完成：也可采用常用的结构力学方法（如力法、位 移法、弯矩分配法等)或各种设计计算 手册提供的静力计算公式、图表等，由 人工手算完成。 地震效应可采用底部剪力法分析确 , 定，结构的阻尼比可取0.05 3.3.2控制截面 如图3.9所示为一单跨门式刚架通 活荷载g、培面恒 刚架横梁两端支座处一般是最大负弯矩 (M)及最大剪力(V)作用的截 面（但在风荷载很大时也可能产生正弯 矩)，而跨中央处则是最大正弯矩 (M m)作用的截面（在风荷载 大时 也可能产生负弯矩)，轴心力N则是沿 横梁全长差别不大。因此，刚架横梁应 取其两瑞支座和中央截面作为控先制截 柱脚铰接的刚架柱， 柱顶处弯矩 般最大，柱脚刚接则可能柱底处最大， 而轴心压力则是柱底处最大，剪力则差
11 水平荷载有两个作用方向，即横向水平作用和纵向水平作用。横向水平作用主要由横向 刚架承受，刚架依靠其自身刚度抵抗外部作用，传力路径为： 围护结构→主刚架→基础。 纵向水平作用通过屋面水平支撑和柱间支撑系统传递，纵向风荷载作用的传力路径为： 风荷载作用于山墙墙面板→墙梁→墙架柱→屋盖水平支撑→柱顶系杆→柱间支撑→基 础。 3.3 轻型门式刚架结构的内力计算 3.3.1 内力计算 变截面门式刚架在荷载和地震作用的影响下的内力分析应采用弹性分析方法。等截面门 式刚架的内力分析，既可采用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法。 进行门式刚架内力分析时，通常按平面结构进行分析计算，一般不考虑蒙皮效应，当有 必要且有条件时，亦可考虑屋面板的蒙皮效应。蒙皮效应是将屋面板视为沿房屋全长伸展的 深梁，可用来承受平面内荷载。面板可视为平面内横向剪切的腹板，其边缘构件可视为承受 轴向力的翼缘。考虑屋面板的蒙皮效应可提高结构的刚度和承载力，当有必要且有条件时， 可考虑屋面板的蒙皮效应，见《规程》的条文说明。 门式刚架的内力分析可采用杆系单元的有限单元法，将构件分为若干段，每段可视为等 截面，也可采用楔形单元，由计算机计算完成；也可采用常用的结构力学方法（如力法、位 移法、弯矩分配法等）或各种设计计算 手册提供的静力计算公式、图表等，由 人工手算完成。 地震效应可采用底部剪力法分析确 定，结构的阻尼比可取 0.05。 3.3.2 控制截面 如图 3.9 所示为一单跨门式刚架通 常在承受屋面均布垂直荷载（恒荷载 g1+ 活荷载 q）、墙面恒荷载 g2 和风荷载 时 的内力（M、V、N）组合图。由图可见， 刚架横梁两端支座处一般是最大负弯矩 （M min ）及最大剪力（V max ）作用的截 面（但在风荷载很大时也可能产生正弯 矩），而跨中央处则是最大正弯矩 （M max ）作用的截面（在风荷载很大时 也可能产生负弯矩），轴心力 N 则是沿 横梁全长差别不大。因此，刚架横梁应 取其两端支座和中央截面作为控制截 面。 柱脚铰接的刚架柱，柱顶处弯矩一 般最大，柱脚刚接则可能柱底处最大， 而轴心压力则是柱底处最大，剪力则差
别不大。因此刚架柱应取柱顶和柱底作为控制截面。当设置吊车时，还应选择变阶处截面。 因此，通常设计中柱的控制截面选取柱顶、柱底、柱牛腿上、下表面四个位置，梁的 制截面选取梁两端、梁跨中三个位置 3.3.3内力组合 门式刚架内力计算完毕后，尚应进行控制截面的：国3.9门式刷爆内力围1力。控制截 面的内力组合主要有： 及相应的V +Vas及相应的M -Mmax及相应的I -Vmx及相应的M 柱 +m及相应的N、V+Nmx及相应的M、V -Mx及相应的N、r -N及相应的M、V 内力组合计算的实际操作， 一般是列表讲行。 3.4轻型门式刚架结构的侧移计算 3.4.1侧移计算方法 门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系 数。侧移计算既可由计算机计算完成，也可由人工手算完成。CECS102规程给出了柱顶侧 移的简化计算公式，可用来在初选构件截面时估算侧移刚度，以免因刚度不足而需要重新调 整构件截面。 3.4.2变截面门式刚架侧移计算 一、单跨刚架 当单跨变截面刚架横梁上缘坡度不大于1：5时，在柱顶水平力作用下的侧移“，可进 行估算，估算式为： 柱脚较接网刚架 3 式(3-3) 柱脚刚接刚架 33+2E u=2E.6+2 式(3-4) 式中：5一一刚架柱与刚架梁的线刚度比值，反=1，L/l。: 一一刚架柱高度： -刚架跨度，当坡度大于1：10时，L应取横梁沿坡折线的总长度25（图310） 一柱和横梁的平均惯性矩，对于楔形构件 和 分别为柱 小头和柱大头的惯性矩 对于双楔形构件：=o++0+aV2,1o 16,和62分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面惯性矩： H一一刚架柱顶等效水平力。当估算刚架在沿柱高度均布的水平风荷载作用下的侧移 时（图3.11），柱脚较接：H=0.67W,W=(@+a4)/h:柱脚刚接：H=0.45 当估算刚架在吊车水平荷载P。作用下的侧移时（图3.12），柱脚较接： 2
12 别不大。因此刚架柱应取柱顶和柱底作为控制截面。当设置吊车时，还应选择变阶处截面。 因此，通常设计中柱的控制截面选取柱顶、柱底、柱牛腿上、下表面四个位置，梁的控 制截面选取梁两端、梁跨中三个位置。 3.3.3 内力组合 门式刚架内力计算完毕后，尚应进行控制截面的内力组合，以确定最不利内力。控制截 面的内力组合主要有： 梁 +Mmax 及相应的 V +Vmax 及相应的 M -Mmax 及相应的 V -Vmax 及相应的 M 柱 +Mmax 及相应的 N、V +Nmax 及相应的 M、V - Mmax 及相应的 N、V - Nmax 及相应的 M、V 内力组合计算的实际操作，一般是列表进行。 3.4 轻型门式刚架结构的侧移计算 3.4.1 侧移计算方法 门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系 数。侧移计算既可由计算机计算完成，也可由人工手算完成。CECS 102 规程给出了柱顶侧 移的简化计算公式，可用来在初选构件截面时估算侧移刚度，以免因刚度不足而需要重新调 整构件截面。 3.4.2 变截面门式刚架侧移计算 一、单跨刚架 当单跨变截面刚架横梁上缘坡度不大于 1：5 时，在柱顶水平力作用下的侧移 u，可进 行估算，估算式为： 柱脚铰接刚架 ( )t c 3 2 12 = + EI Hh u 式（3-3） 柱脚刚接刚架 t t c 3 6 2 3 2 12 + + = EI Hh u 式（3-4） 式中： t ——刚架柱与刚架梁的线刚度比值， t cL HI b = I ； h——刚架柱高度； L——刚架跨度，当坡度大于 1:10 时，L 应取横梁沿坡折线的总长度 2s（图 3.10）； Ic、Ib——柱和横梁的平均惯性矩，对于楔形构件： Ic = (Ic0 + Ic1) 2， c0 I 和 c1 I 分别为柱 小头和柱大头的惯性矩；对于双楔形构件： Ib = Ib0 +Ib1 + (1+)Ib2 2 ， b0 I 、 b1 I 和 b2 I 分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面惯性矩； H——刚架柱顶等效水平力。当估算刚架在沿柱高度均布的水平风荷载作用下的侧移 时（图 3.11），柱脚铰接： H = 0.67W ，W = (1 +4 ) h ；柱脚刚接： H = 0.45W 。 当估算刚架在吊车水平荷载 Pc作用下的侧移时（图 3.12），柱脚铰接： 图 3.9 门式刚架内力图
H=1.15P:柱脚刚接：H=nR。 图3.10变数面刚架几何尺寸图 图3.11刚架在均布风荷载作用下柱顶的等效水平力 围3.12刚架在吊车水平荷载作用下柱顶的等效水平力 二、两跨和多跨刚架 中间柱为摇摆柱的两跨刚架，柱顶侧移可采用式(3-3)和式(34)计算，但计算乐，时 应以2代替L,5为单坡面长度（图3,13）。 当中间柱与横梁刚性连接时，可将多跨刚架视为多个单跨刚架的组合体（每个中柱分为 两半，惯性矩各为2)，计算整个刚架在柱顶水平荷载作用下的侧移计算式为： u=H/∑K 式(3-5) 12E K0+ Su=leih/lolt 41+1, 式中：∑K,一一柱脚较接时各跨刚架的侧向刚度之和： h,一一所计算跨两柱的平均高度： :一一与所计算柱相连接的单跨刚架梁的长度 一两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩
13 15 c H = 1. P ；柱脚刚接： H =Pc 。 图 3.10 变截面刚架几何尺寸图 图 3.11 刚架在均布风荷载作用下柱顶的等效水平力 图 3.12 刚架在吊车水平荷载作用下柱顶的等效水平力 二、两跨和多跨刚架 中间柱为摇摆柱的两跨刚架，柱顶侧移可采用式（3-3）和式（3-4）计算，但计算 t 时， 应以 2s 代替 L，s 为单坡面长度（图 3.13）。 当中间柱与横梁刚性连接时，可将多跨刚架视为多个单跨刚架的组合体（每个中柱分为 两半，惯性矩各为 I/2），计算整个刚架在柱顶水平荷载作用下的侧移计算式为： u = H Ki 式（3-5） ( ) ti 3 i ei i 2 12 + = h EI K ti ei i bihi = I l I l r l r l r ei 4 I I I I I I I + + + = 式中： Ki ——柱脚铰接时各跨刚架的侧向刚度之和； hi——所计算跨两柱的平均高度； li——与所计算柱相连接的单跨刚架梁的长度； Iei——两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩；
、,一一分别为左、右两柱的惯性矩（图3.14）。 图3.13有据摆柱的两跨刚架图 图3.14左右两柱的惯性挺 3.4.3轻型门式刚架侧移限值 根据以上公式或计算机计算侧移结果不应超过表3-2的规定限值。 表3-2刚架柱顶位移限值 吊车情况 其他情况 柱顶位移限值 无吊车 当采用轻型钢培板时 h60 当采用砌体向体时 h100 当吊车有驾驶宝时 h/400 有桥式吊车 当吊车由地面操作 h180 3.5轻型门式刚架结构的构件设计 3.5.1刚架梁、柱戴面尺寸预估 实腹式刚架梁的截面高度h与其跨度1之比即hM宜取1/25-/15，截面高度h宜以10mm 为模数。实腹式刚架梁的截面宽度b与其高度h之比，即bh宜采用1/5~12，截面宽度宜 以5mm为模数。 实腹式刚架柱的截面高度应根据柱高和吊车情况，并参照刚架梁的截面高度选用，宜采 用刚架柱高度H的120-110，并可与刚架梁等裁面或不等截面。 3.5.2刚架梁、柱构件形式选择 一、刚架乘 根据跨度、高度和荷载不同，刚架梁可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或料制 H形截面。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形，必要时也可改变腹板厚度，如图3.15 所示。 图3,15刚架形式及变戴面刚架梁形式 二、刚架柱 对于无吊车的单层门式刚架轻型钢结构房屋，边柱及与梁刚接的中柱宜采用楔形柱：摇 摆柱及与梁较接的中柱宜采用等截面柱（日型钢柱、圆管柱、方管柱、矩形柱等）。 对于设有桥式吊车的单层门式刚架轻型钢结构房屋，当吊车起重量小于5时，宜采用
14 Il、Ir——分别为左、右两柱的惯性矩（图 3.14）。 图 3.13 有摇摆柱的两跨刚架图 图 3.14 左右两柱的惯性矩 3.4.3 轻型门式刚架侧移限值 根据以上公式或计算机计算侧移结果不应超过表 3-2 的规定限值。 表 3-2 刚架柱顶位移限值 吊车情况 其他情况 柱顶位移限值 无吊车 当采用轻型钢墙板时 当采用砌体砌体时 h/60 h/100 有桥式吊车 当吊车有驾驶室时 当吊车由地面操作时 h/400 h/180 3.5 轻型门式刚架结构的构件设计 3.5.1 刚架梁、柱截面尺寸预估 实腹式刚架梁的截面高度 h 与其跨度 l 之比即 h/l 宜取 1/25~1/15，截面高度 h 宜以 10mm 为模数。实腹式刚架梁的截面宽度 b 与其高度 h 之比，即 b/h 宜采用 1/5~1/2，截面宽度宜 以 5mm 为模数。 实腹式刚架柱的截面高度应根据柱高和吊车情况，并参照刚架梁的截面高度选用，宜采 用刚架柱高度 H 的 1/20~1/10，并可与刚架梁等截面或不等截面。 3.5.2 刚架梁、柱构件形式选择 一、 刚架梁 根据跨度、高度和荷载不同，刚架梁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。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形，必要时也可改变腹板厚度，如图 3.15 所示。 图 3.15 刚架形式及变截面刚架梁形式 二、刚架柱 对于无吊车的单层门式刚架轻型钢结构房屋，边柱及与梁刚接的中柱宜采用楔形柱；摇 摆柱及与梁铰接的中柱宜采用等截面柱（H 型钢柱、圆管柱、方管柱、矩形柱等）。 对于设有桥式吊车的单层门式刚架轻型钢结构房屋，当吊车起重量小于 5t 时，宜采用
与梁刚接的楔形柱或等截面柱：当吊车起重量大于或等于5t时，宜采用与梁刚接的等截面 柱。 3.5.3刚架梁、柱的计算长度 一、刚架柔的计算长度 刚架梁在刚架平面内的计算长度可近似取竖向支撑点间距离。 刚架柔在刚架平面外的计算长度，取侧向支撑点间距离。当梁两边缘侧向支撑点间距离 不等时，应取最大受压边缘侧向支摔点间距离， 二、刚架柱的计算长度 刚架柱在刚架平面的计算长度应按下式计算： ho=Mh 式(3-6) 式中： 一刚架柱的高度 4 刚架柱的计算长度系数，对等截面柱，4的数值可查表33确定 表3-3等面刚架柱的计算长度系数 柱与基础 梁柱线刚度比值K 连接方式0 0.51.02.03.04.05.0 7010.0≥220 锻接 8 2.632332.172.12.082.072.03 2.03 2.00 接 2.01281.161.081.061041.031.021.021.00 注：K=12h/11,其中、2分别为梁、柱的截面惯性矩，h为柱的高度，1为梁沿折线的总长度。 对变截面柱，4的数值可由下列三种方法之一确定： 1.查表法 (1对柱脚较接单跨刚架楔形柱的4，可查表34获得 表3一4柱與较接提形柱的计算长度系数4， K/K。 01 02 03 05 075 10 20 ≥10 00 0.428 03680249 0331 0320 031g 0315 0310 0.60 0.502 0.470 040 0.428 0420 040 0.03 0.72 0.599 0.558 0.520 0.501 0.492 0.48 0.473 0.05 0.93 0.756 0.694 0.644 0.618 0.606 0.58 0.580 loofla 007 1075 0873 001 0742 0711 0697 0679 0650 010 1252 1027 0935 0857 0.817 080 0.790 0.739 151 1235 人g 0938 089 0.87 020 1.745 1.39明 1.254 1.140 1.080 L045 1.000 0.969 表中K。和K,分别为柱的线刚度和梁的线刚度，应分别按下列式子计算： K= 式(37) 式(3-8) 2 式中：10、一一柱小头、大头的截面惯性矩（表34）： 一梁最小截面惯性矩： 当梁为等 酸面时，w=1。 (2)对中间柱为摇摆柱的多跨刚架（图3.16），边柱计算长度为：
15 与梁刚接的楔形柱或等截面柱；当吊车起重量大于或等于 5t 时，宜采用与梁刚接的等截面 柱。 3.5.3 刚架梁、柱的计算长度 一、 刚架梁的计算长度 刚架梁在刚架平面内的计算长度可近似取竖向支撑点间距离。 刚架梁在刚架平面外的计算长度，取侧向支撑点间距离。当梁两边缘侧向支撑点间距离 不等时，应取最大受压边缘侧向支撑点间距离。 二、 刚架柱的计算长度 刚架柱在刚架平面的计算长度应按下式计算： h0 = rh 式（3-6） 式中：h——刚架柱的高度； r ——刚架柱的计算长度系数，对等截面柱， r 的数值可查表 3-3 确定。 表 3-3 等截面刚架柱的计算长度系数 r 柱与基础 连接方式 梁柱线刚度比值 K 0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 ≥20 铰接 8 2.63 2.33 2.17 2.11 2.08 2.07 2.03 2.03 2.00 刚接 2.0 1.28 1.16 1.08 1.06 1.04 1.03 1.02 1.02 1.00 注： K I h I l = 2 1 ，其中 1 I 、 2 I 分别为梁、柱的截面惯性矩， h 为柱的高度， l 为梁沿折线的总长度。 对变截面柱， r 的数值可由下列三种方法之一确定： 1. 查表法 （1）对柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 r ，可查表 3-4 获得。 表 3-4 柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 r Kc Kb 0.1 0.2 0.3 0.5 0.75 1.0 2.0 ≥10 c0 c1 I I 0.01 0.428 0.368 0.349 0.331 0.320 `0.318 0.315 0.310 0.02 0.600 0.502 0.470 0.440 0.428 0.420 0.411 0.404 0.03 0.729 0.599 0.558 0.520 0.501 0.492 0.483 0.473 0.05 0.931 0.756 0.694 0.644 0.618 0.606 0.589 0.580 0.07 1.075 0.873 0.801 0.742 0.711 0.697 0.672 0.650 0.10 1.252 1.027 0.935 0.857 0.817 0.801 0.790 0.739 0.15 1.518 1.235 1.109 1.021 0.965 0.938 0.895 0.872 0.20 1.745 1.395 1.254 1.140 1.080 1.045 1.000 0.969 表中 Kc 和 Kb 分别为柱的线刚度和梁的线刚度，应分别按下列式子计算： h I K c1 c = 式（3-7） s I K 2 b0 b = 式（3-8） 式中： c0 I 、 c1 I ——柱小头、大头的截面惯性矩（表 3-4）； b0 I ——梁最小截面惯性矩； s ——半跨斜梁长度； ——斜梁换算长度系数，由 CECS102：2002 附录 D 的曲线查得；当梁为等 截面时， =1。 （2）对中间柱为摇摆柱的多跨刚架（图 3.16），边柱计算长度为：