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门式刚架结构型式探讨

摘要

石化类门式刚架一般采用柱底刚接的全钢结构，钢结构施工方便快捷、易于

修改，但钢结构造价较高、刚接柱脚基础短柱尺寸大占地面积多。本文结合工程

实例，对比分析刚接柱脚的常规门式刚架、铰接柱脚的常规门式刚架以及牛腿以

下柱为混凝土柱上柱为钢结构柱的厂房结构，分析了铰接柱脚常规门式刚架的适

用范围，得出高跨比较高时刚接柱脚优于铰接柱脚、混凝土结构柱经济性优于钢

结构柱的结论。

关键字：门式刚架；钢结构；混凝土；埋件；刚接；铰接

1绪论

石化行业单层工业厂房多采用门式刚架轻型房屋钢结构型式，此种结构类型

具有施工方便快捷、受力明确等优点，但也有钢结构造价较高等缺点。带桥式吊

车的厂房柱脚与基础一般设计为刚接，厂房内若有压缩机等设备，需搭建二层平

台来检修或操作设备，加上电仪支架以及高位油箱等附属设施需求，总高度一般

大于15米，另外二层平台横梁与厂房柱铰接时横梁线刚度为零，因此石化厂

[6]

房柱在风荷载以及吊车横向水平力作用下位移较大。刚接柱脚石化工业厂房牛腿

以下柱多采用钢结构材料，若能用混凝土来替代钢材或能节省工程造价。

本文根据某项目工业厂房实例，对采用刚接柱脚的常规钢结构门式刚架、采

用铰接柱脚的常规钢结构门式刚架以及牛腿以上钢结构柱（以下简称上柱）与牛

腿以下混凝土柱（以下简称下柱）刚接的厂房结构进行对比，分析了铰接柱脚常

规门式刚架的适用范围，并设计了上钢下砼柱节点埋件，最后对比了相关经济性。

2厂房不同结构型式对比

拟建厂房所在地区抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计

地震分组第一组，场地类别II类，场地特征周期0.35s，基本风压值0.65kPa，

地面粗糙度类别A类；钢结构柱截面大于HW300x300时钢结构材料选用Q345B，

混凝土强度等级为C35，受力主筋采用HRB400E级；该厂房设计高度17.8m，纵

向三跨均为6m，横向中间跨为单跨16m，横向边跨柱距分别为5m、6m、5m；吊车

20/5t。采用PKPM门式刚架二维设计模块进行计算分析。

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》规定有桥式吊车的门式刚架柱顶位

[1]

移限值为H/400（其中H是刚架柱高度），而石化单层厂房吊车为轻级工作制，

对风荷载作用下的位移要求降低为H/300；在吊车水平荷载作用下的位移限值为

Hc/600（其中Hc为牛腿顶面到柱底的距离）。为了满足以上两个条件，经分析

试算柱脚刚接的常规钢结构门式刚架（以下称：类型一）构件选型如图Fig2.1；

柱脚铰接的常规钢结构门式刚架（以下称：类型二）很难满足位移要求，梁柱构

件截面尺寸较大，构件选型如图Fig2.2；上钢下砼的厂房结构（以下称类型三）

构件选型如图Fig2.3；

Fig2.1类型一构件Fig2.2类型二构件Fig2.3类型三构

尺寸尺寸件尺寸

风荷载作用下柱顶位移如图Fig2.4~Fig2.6所示，由图所示以上三种类型结

构选型在风荷载作用下位移均满足H/300的要求，且位移十分接近。

Fig2.4类型一风荷Fig2.5类型二风荷Fig2.6类型三风荷

载下柱顶位移载下柱顶位移载下柱顶位移

吊车水平荷载作用下柱顶位移如图Fig2.7~Fig2.9所示，由图所示三种类型

结构柱在吊车水平力作用下横向位移也均满足Hc/600的要求。

Fig2.7类型一吊车Fig2.8类型二吊车Fig2.9类型三