第1章 绪论
1.1选题的目的和意义
门式刚架顾名思义，是如同门一样的结构，它在国内外是一种比较常见的结构形式，而且应用非常广泛。门式刚架本身的质量比较轻，结构不是很复杂，柱网布置较灵活，因此，其施工周期就会比较短，成本就可以很好的控制。在1910年的德国布鲁塞尔专为世博会建造的机械工程展厅，采用了多层阶形布置的刚架结构，是早期典型的门式刚架结构；1932 年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构。
门式刚架结构具有大跨度，可以应用于需要大空间结构要求的建筑，如单层厂房，人员较多的超级市场，储存大量物资的仓库等工业与民用建筑等，在很多方面门式刚架都具有很强的竞争力，而且有着很广阔的市场前景。
虽然门式刚架优点很多，但是在我国的钢结构建筑却发展的比较晚，直到1990年以后，钢结构体系才在我国的到了比较全面发展。在单层厂房、超级市场、大型仓库中门式刚架得到大规模应用；多高层建筑也开始采用钢框架；传统钢结构维护构件质量大造价高，而近几年的薄壁彩钢板的应用大大改观了现状；钢管的交会焊接结构与拉索结构的结合一直延伸到了许多文化体育等社会公共建筑当中；冷弯薄壁型钢在当今建筑行业已被广泛应用，檩条就是其典型的代表，除了在维护构件方面得到应用，它也作为受力构件进行使用。
随着科技的进步和钢材的质量越来越高，一些发达国家看到了钢结构的重要性，而且也越来越重视。我国的钢铁产业在得到快速发展的同时，也注意到了钢结构建筑的重要性。自1996年以后我国的钢铁产量实现了飞跃式的成绩，达到并突破了一亿吨，而且在随后的七年里，一直位于世界钢铁产量的首位。而在2000以后我国凭借钢产量是世界的0.23%的数据，成为钢消费大国。进入到2004年，中国的钢铁产量已经是世界钢铁总量的25%，已经是1996年的将近三倍，达到了2.6亿吨。中国钢铁业的这种从无到有，从有到丰富的这种大跨越发展，促使国家相继推出了有关发展钢材的制造，生产，安装的一系列技术政策。到目前为止，中国钢铁行业摆脱由于钢铁缺乏的枷锁，由原来的限制钢结构发展，已经变成鼓励建筑钢结构的发展。
1.2 门式刚架厂房的研究现状
与常见的钢结构相比，我国在大跨度门式刚架的资料还很少理论也不成熟，由于种种原因，大跨度门式刚架要想普遍应用，还有很长的路要走，有很大的探索空间。大跨度门式刚架理论研究和应用，在向外国引进的同时，要发展自己的技术理论来适应国内市场，只有有了自己的一套成熟的理论和实践经验，才能为钢结构在我国的发展奠定基础，才能产生更大的经济效益和社会效益，以满足生产和市场的需要。门式刚架就目前的几个问题如下：
（1）理论验证方面
蒙皮效应被发现时就与很多建筑的支撑体系相联系，门式刚架的支撑体系也不例外；工字型截面梁柱有关腹板局部屈曲后稳定性问题以及在屈曲时的极限承载力；把用钢量作为目标函数，此时的极限承载力可能不适用于电算控制变形参数进行分析；优化理论的完善。
（2）实验研究方面
节点的基本组成和整体刚架结构，静态和动态载荷作用下失效机理及其对极限强度冲击下的力学性能；刚性框架结构的工作性能，其在地震作用下工作情况和破坏机理。
（3）设计和生产方面
结构越简单越容易施工，而且节省成本，节点设计也是如此，但必须保证安全可靠。如何提高焊接 H 型钢生产线的加工工艺和效率，和各环节效率的协调同步，以及具体领域内特殊技术，如切割，装配，焊接，校正和防锈和防腐蚀保护技术。与传统的安装技术相比，门式刚架的安装有所不同。刚性安装根据具体情况，可以选择整体吊装或者组合吊装。整体吊装速度快，但需要使用大型机械设备和起重设备，过程中应注意的稳定性和工作安全问题；组合吊装需要起重机械和设备相对较少，但是工作量比较大，施工周期较长。因为工作量大，就会带来许多安全问题，如空中长时间作业吊装问题。这两种吊装的方法也有其共同点，即它们都注意安装时的受力影响和精度控制。同一工程选择不同的安装方式时，要注意节点的安装和板件的连接质量问题，同时要满足外形美观和功能的需求。
第2章 门式刚架结构设计
2.1 门式刚架结构设计的一般原则
采用实腹式变截面 H 型钢门式刚架，根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的规定，变截面门式刚架采用弹性分析方法确定各种内力，按平面结构分析内力，不考虑应力蒙皮效应。
门式刚架在进行设计的原则如下：
（1）保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系，结构组成空间静定结构，才能稳定承担各种荷载和其他外在效应。
（2）弄清各种荷载从作用点到基础的传播形式路径和传播过程中引起的其他影响
（3）设计的过程中计算和构造必须一致。
2.2 门式刚架设计内容
首先要进行柱网布置，以宏观确定厂房的的大小，柱距，梁的跨度；第二，刚架荷载的取值，包括竖向荷载，也就是门式刚架梁上各部件的重量，雪荷载，积灰荷载等；水平荷载，水平荷载包括风荷载，吊车荷载和水平地震荷载。第三，刚架梁柱截面设计选取和刚架的内力和侧移计算；第四，檩条的设计；第五，隅撑的设计，第六，确定屋面支撑和柱间支撑的形式。
在设计的过程中，通过对设计要点和重点的把握，以及对结构的合理配置，可以有效的节省钢材，方便运输与安装。
2.2.1门式刚架的布置
在门式刚架设计当中，跨度一般是柱网轴线横向两根柱子的间距；刚架的高度的选取，按规范是地面到柱上端端点即横梁柱子交点之间的距离。门式刚架的高度除根据一般要求外，也可以按照室内净高确定，有吊车的厂房还可以根据梁上轨道的顶部标高和吊车的净高确定。
钢柱的轴线一般是通过柱子且垂直与地面的直线，定位轴线一般取柱外皮，钢梁的轴线，取变截面梁段最小端中心与钢梁上表面平行的轴线。门式刚架檐口的高度根据规范，应该取地面到屋外一侧檩条上端的距离；宽度的选取为房屋两侧外墙之间的间距；长度为房屋两端边边榀刚架墙外侧间距。
门式刚架跨度的具体范围，一般为9-36m，以3m为模数，边柱的宽度不相等时，其外侧要对齐。门式刚架的高度，宜为4.5-9.0m，必要时可适当加大。门式刚架的间距一般为6m，在不同的荷载作用下跨度也可以取7.5m或9m，但不能超过12m。在门式刚架荷载较小即跨度不大时，可以选择12m。
第3章 门式刚架结构分析····················17
3.1 门式刚架设计工程概况·····················17
3.2 门式刚架的内力计算·························18
第4章 节点的设计与分析··············45
第5章 结论与展望···················61
5.1 结论 ················61
5.2 展望 ······················61
第4章 节点的设计与分析
4.1 设计时应该注意的问题
高强度螺栓的选择，是应用线性分析计算进行选择。但是由于端板的变形和其他因素的影响，实际的受力分布是不理想的线性。因此英国，美国和欧洲都采取了不同规格的非线性张力分布。我国的轻钢结构规范基于我国的实际情况，制定的规范内容和相应现值是偏于安全的。
当按刚性连接考虑端板时，连接可以认定为线性的。然而，在截面和传力这的形式很大的变化，其实，端板和弯矩是非线性的。半刚性端板连接节点从规范的规定是有所不同的。一般情况下，节点动刚度束焊接在10?105kN米/弧度，而螺栓节点转动刚度为2?10?104kN米/弧度，是焊接刚性节点的大约六分之一到三十分之一。因为存在半刚性节点，在计算中内力发生变化，从而导致内力重分布，增加了变形。
第5 章 结论与展望
5.1 结论
门式刚架是应用非常广泛的结构形式，但是超过60m的大跨度门式刚架在国内不是很常见，具有一定研究价值，因此本文是在参考了实际工程的基础上，通过查阅大量文献和相关书籍，对60m大跨度门式刚架进行分析。通过运用PKPM结构设计软件STS模块（2010版），建立一榀60m门式刚架，经过分析得出了一些有参考价值的的结论：
(1)通过调研收集门式刚架的相关资料文献，研究门式架的发展历程，性能特点，以及其市场的发展前景。
(2)参考门式刚架设计有关的文献资料，总结门式刚架的设计和分析方法，设计梁柱截面时采用穷举法，找到最优截面。分析方法采用图标法，具体总结出结构的受力情况，分析结构与规范规定是否有出入。
(3)构建60m大跨度门式刚架模型，结合计算的数据进行内力分析，研究其在不同工程情况下的状况，看其可行性。经过计算分析，结构符合要求，每榀用钢量为10.725t，能够达到省钢的目的。
(4)对门式刚架进行节点的设计，设计形式用图片展出，节点的合理性通过计算分析得出，经过分析节点设计符合要求，切实可行。
参考文献（略）