第七章 钢桁架与门式刚架
第一节 概述
一、桁架的特点和应用 桁架是指由直杆在杆端
相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架
中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，
特别适用于跨度或高度较大的结构。
桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面
桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢
桁架引桥、钢闸门中的桁架等）。
本章主要介绍平面简支桁架的设计。
二、平面桁架的外形和腹杆体系 影响桁架外形选
择的因素,1.满足使用要求； 2.受力合理 ； 3.便于
制做和安装 ； 4.综合技术经济效果好。
常用的平面桁架的外形如图
桁架应具有适当的中部高度 H和端部高度 H0（三角形桁架端
部高度为零） 。 H取决于运输界限（铁路运输为 3.85m） 和建筑高
度要求的最大限值 Hmax、刚度要求的最小限值 Hmin、以及使弦杆
和腹杆总用钢量最少的经济高度 Hec。简支梯形和平行弦桁架，通
常 H=（ 1/6 ~ 1/10） L,简支梯形钢桁架对端部高度 H0无特殊要求。
当梯形钢桁架与柱刚接时，桁架端部有负弯矩，要求 H0具有一定
高度。钢屋架中常用 H0=（ 1.8~2.2） m。
三．门式刚架的特点和应用
1.定义 门式刚架是由梁、柱单元构件组成的
单跨或多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以
设置起重量不大于 300kN（ 30吨 ）的中、轻级工作
制桥式吊车或 30kN（ 3吨 ）悬挂式起重机的单层房
屋钢结构。
2．门式刚架的特点
(1)结构自重轻,基础造价低。
(2) 外形简洁、美观。
(3) 对抗震非常有利。
(4) 建造速度快，装拆方便。
3．适用范围 门式刚架通常用于跨度为 9～ 36m（我国单
跨门式刚架的跨度已达到 72m）；柱距为 4.5～ 12m；柱
高为 4.5～ 9m；设有吊车起重量较小的单层工业房屋或
公共建筑。
四．门式刚架的结构形式
门式刚架的结构形式可按不同的考虑划分,
1,按刚架的构件体系,可分为实腹式和格构式刚架。
2,按结构选材分, 有普通型钢截面、薄壁型钢截面和钢
管截面刚架等 ；
3．按跨度分为 单跨、双跨或多跨的单、双坡门
式刚架。
4,按截面形式分 有等截面和变截面 刚架 。设有
桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。
5．节点 横梁与柱为刚接，柱脚多采用铰支。当
用于厂房且有吊车时，或水平荷载较大，檐口标高
较高或刚度要求较高时，宜将柱脚设计为刚接。
6．围护结构
屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和 Z形冷
弯薄壁型钢檩条。
外墙宜采用槽形或帽形冷弯薄壁型钢墙梁和
双层压型钢板，并在双层压型钢板中间设置玻璃
纤维棉等卷材隔热 (或保温 )层的结构体系。墙梁
宜布置在刚架柱的外侧。墙体底部 1m高也可采
用砌体结构，对保护墙体非常有利，在实际工程
中采用较多。
板缝宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用
可滑动式连接件，可解决温度应力问题。
三．结构平面布置
1.定位轴线及尺寸 刚架 边柱 的定位轴线取柱外皮；
斜梁轴线 取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上
表面平行的轴线。 檐口高度 取地坪至房屋外侧檩
条上缘的高度； 最大高度 取地坪至屋盖顶部檩条
上缘的高度； 宽度 取房屋侧墙墙梁外皮之间的距
离； 长度 取两端山墙墙梁外皮之间的距离。
2.柱网布置 在满足使用要求和经济要求的前提下
确定最佳跨度和柱距。门式刚架房屋钢结构的纵
向温度区段长度不大于 300m，横向温度区段长度
不大于 150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩
条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构
造上允许胀缩；或者设置双柱。
3.山墙结构布置 山墙结构方案 （ 1）由屋面斜梁、
两侧角柱、抗风柱、墙梁和墙板组成的结构体系。
优点是角柱有利于纵、横两个方向的墙梁连接，
缺点是山墙架结构的横向刚度较差，并且不利于
房屋的纵向扩建。（ 2）用 横向框架 代替斜梁和
角柱。这种结构方案的优点是加强了山墙架结构
的横向刚度，特别适用于有桥式吊车的厂房和沿
纵向需要扩建的房屋。抗风柱的布置应与屋面横
向水平支撑的节点位置相配合。
4.墙梁布置 墙梁的间距与墙板的承载能力、房屋
所在地区的基本风压及房屋的高度等有关，同时
在门、窗框上端、窗台、檐口及室内地面处均应
设置墙梁。
第二节 支撑设计
一、桁架支撑设计
（一）桁架支撑的作用
平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，
但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保
持其几何不变，即使桁架上弦与檩条或屋面等铰
接相连桁架仍会侧向倾倒（如图 7-4（ (a)中虚线
所示）。为了防止桁架侧向倾倒破坏和改善桁架
工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系
统（水工结构中也称为联结系）。
桁架支撑的作用主要是,
（ 1） 保证桁架结构的空间几何稳定性即形状不变。
（ 2） 保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 。桁
架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁
架，桁架端部和中部的垂直支撑则与桁架竖杆组
成垂直桁架，无论竖向或纵、横向水平荷载，都
能通过一定的桁架体系把力传向支座，有足够的
刚度和整体性。
（ 3） 为桁架弦杆提供侧向支撑点 。水平和垂直支
撑作为桁架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在桁架
平面外的计算长度，提高其整体稳定承载力。
（ 4） 承受并传递水平荷载。
（ 5）保证结构安装时的稳定且便于安装 。
（二）、桁架支撑的种类和布置
如图 7-4（ b）所示，桁架支撑一般包括下列几种,
1.上弦横向水平支撑
位于相邻两榀桁架上弦杆之间的横向水（斜）平面内。 沿厂
房的纵向，上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端，或当有
温度缝时设置在温度缝区段的两端。一般设在第一个柱间
（图 7-4b）或设在第二个柱间。横向水平支撑的间距 L0不宜超
过 60m。 当温度区段长度 Lt超过 60m时，还应在温度区段中
部布置一道或几道横向水平支撑。
2,下弦横向水平支撑
布置原则, 一般情况均应设置下弦横向水平支撑。只有当桁
架跨度比较小（ L≤18m），且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂
吊车但起重吨位不大，厂房内也无较大的振动设备时，可不
设下弦横向水平支撑。
布置位置,与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，以形成空
间稳定体。
3,纵向水平支撑
布置位置,在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦） 端节
间 沿厂房纵向水平面内布置。
布置原则,当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级
工作制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设
备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求较高时，均应
布置纵向水平支撑。
4.垂直支撑,
所有厂房中均应设置垂直支撑。
布置位置, 梯形屋架在跨度 L≤30m,三角形屋架在跨度 L≤24m 时，
仅在屋架跨度中央设置一道垂直支撑，当屋架跨度大于上述数
值时，宜在跨度 1/3附近或天窗架侧柱处设置两道。 对于梯形屋
架，在屋架两端还应各设置一道垂直支撑。
沿厂房纵向，屋架的垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同
一柱间。
5.系杆,
系杆的作用,对于不设横向支撑的其它屋架，屋架上、下弦的侧
向稳定性则由与横向支撑节点相连的系杆来保证。
系杆的类型, 能承受压力和拉力的系杆称为 刚性系杆 ；只能承受
拉力的系杆叫 柔性系杆 。其长细比分别按压杆和拉杆控制。
布置原则, 在垂直支撑的平面内一般应设置上、下弦系杆；屋脊
节点及主要节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中附
近设置柔性系杆；当屋架横向支撑设在厂房端部第二柱间时，
则第一柱间的所有系杆均布置为刚性系杆。
（三）、桁架支撑的计算
1.计算原则, 除系杆外各种桁架支撑均是垂直于屋架平面的平面
桁架，由设置的支撑杆件和屋架的弦杆或竖杆组成。
当支撑桁架受力较小时，可不做内力计算，杆件截面按容许长
细比选择；交叉斜杆和柔性系杆按拉杆设计，可用单角钢；非交
叉斜杆、弦杆、竖杆及刚性系杆按压杆设计，可用双角钢组成 T形
或十字形截面。
当支撑桁架受力较大时，需按平面桁架体系计算支撑桁架的
杆件内力，进行杆件截面设计。
2.内力计算, 有交叉斜腹杆的支撑桁
架是超静定体系，但因受力较小，一
般可按下述简化方法计算,即只考虑
受拉腹杆按柔性方案参与工作 。
如图 7-5中用虚线表示的一组斜腹杆因
收压而退出工作，此时桁架按单斜杆
静定体系计算；当荷载反向作用时，
则认为另一组斜腹杆退出工作。
二,门式刚架支撑设计
（ 一）门式刚架支撑的作用
1.门式刚架支撑的作用和类型,
支撑的作用, 通过在门式刚架之间设置支撑，使其与各个平行
的刚架连成一体，形成一个具有足够强度、刚度和稳定性的空
间整体结构，从而保证门式刚架结构在厂房纵向的几何不变性
及梁柱构件在刚架平面外的稳定性。
支撑的类型,
如图 7-6所示；
门式刚架的支
撑主要有：屋
面横向水平支
撑及系杆、柱
间支撑、水平
系杆、隅撑等。
屋面横向水平支撑, 系设置在框架梁的上翼缘平面，由框架
梁的上翼缘作为弦杆，檩条和交叉斜杆作为腹杆而组成的水平
桁架。对于未设置横向水平支撑的框架梁则通过系杆（或檩条）
与之相连，从而使屋盖形成一个整体。
柱间支撑, 设置在纵向柱列轴线位置，并且应与屋面横向
水平支撑布置在同一开间。
隅撑,为了提高框架梁、柱的整体稳定性，应在下列梁、柱
的受压翼缘区域布置隅撑：（ 1） 框架梁下翼缘受压区段内的每
根檩条处； （ 2） 框架柱中靠近柱上端内翼缘压应力较大的区段 。
隅撑也加强了檩条的竖向刚度，有利于提高檩条的承载力； 隅
撑对加强门式刚架房屋钢结构 的空间刚度非常有利。
（二） 支撑结构的布置和计算
1,屋面横向水平支撑和系杆
布置原则,横向水平支撑一般布置在厂房（或温度区段）
两端第一或第二开间，并且每隔 30 ~ 40m再布置一道，最大
间距不应大于 60m（图 7-8）。 在横向水平支撑的节点处应设
置通长系杆，其中屋脊和檐口处系杆及当横向支撑布置在房
屋两端第二开间时的第一开间系杆均为刚性系杆，其它为柔
性系杆。
内力计算,屋面横向水平支撑的计算，应考虑由厂房两端
抗风柱所传递的纵向风荷载及因阻止框架梁侧向失稳而起支
撑作用所应承受的内力。 横向水平支撑中的交叉斜杆可按拉
杆设计，其竖腹杆应按压杆设计。
2.柱间支撑和水平系杆
布置原则,柱间支撑通常沿纵向柱列每隔 30~40m布置一
道，最大间距不应大于 60m，当房屋高度较大时，柱间支撑应
分层设置（如图 7-9所示）。在柱间支撑的节点处，沿纵向柱
列应设置通长的刚性水平系杆。
内力计算,柱间支撑内力计算时，应考虑屋面横向水平支撑传
来的纵向风荷载及为了减小柱的侧向计算长度而起支撑作用所
应承受的力。 当厂房设有吊车时，还应计入吊车的纵向制动力。
柱间支撑的计算简图可按支撑于柱脚基础上的悬臂桁架计算
（如图 7-9 所示）。
3.隅撑
在框架梁中,隅撑设置在框架梁下翼缘受压的区段内； 而在
框架柱中,隅撑则设置在框架柱中靠近柱上端内翼缘压应力较
大的区段。隅撑与梁、柱的连接方式如图 7-7所示。
第三节 桁架设计
一、桁架的内力计算
1,作用荷载,桁架上的作用荷载包括永久荷载和可变荷载两
类，计算桁架内力时，应考虑荷载分项系数、荷载组合系数，
并按最不利荷载组合情况计算桁架杆件内力。
2.桁架计算简图：按铰接平面桁架计算简图进行内力计算。
3.内力计算：首先把桁架上的作用荷载等效地转换到桁架节点
上得节点荷载，然后可按, 结构力学, 中的数解法、图解法或
平面桁架有限元程序计算铰接平面桁架杆件的轴力。
待求得节点荷载作用下
各杆件的轴力后，对有
节间荷载的弦杆，再按
刚接桁架计算该类杆件
的正负弯矩值 。简化
计算方法如图 7-11所示。
二、桁架杆件的计算长度
（ 一 ） 桁架平面内的计算长度 L0x
桁架平面内的计算长度根据杆件的节间长度和两端约束情
况确定,
1.上下弦杆, L0X=L（节间长度）
2,腹 杆, 支座处竖腹杆和斜腹杆 L0X=L（节间长度）
中部其它腹杆 L0X=0.8L（ L为节间长度）
3.交叉腹杆, L0X=节点中心至交叉点间的距离（如图 7-12）。
（二） 桁架平面外的计算长度 L0Y
桁架平面外的计算长度 L0Y应取侧向支撑点间的距离,
1,上下弦杆, L0Y=L1（侧向支点间的距离）
2,腹 杆, L0Y=L（节间长度）
3,交叉腹杆,交叉腹杆在桁架平面外计算长度的确定与杆件
受拉和受压有关，也与杆件在交叉点处的断开情况有关，具体
计算参见教材的相关规定。
● 受压弦杆的侧向支撑点间距 L1时常为节间长度的 2倍（图 7-
13（ a）），而弦杆两节间的轴心压力可能不相等（设 N1＞ N2），
当用较大的轴力 N1验算弦杆平面外稳定时，如果计算长度仍用 L1
显然过于保守。此时应按下式确定平面外的计算长度,
L0Y=L1（ 0.75+0.25N2/N1） 且 L0Y≥0.5L 1 计算时压力取正
号，拉力取符号。
● 再分式腹杆的受压主斜杆在桁架平面外的计算长度（图 7-
13b），也按上式计算。在桁架平面内的计算长度则取节点间的
距离。对于再分式受拉主斜杆在桁架平面外的计算长度仍取 L1。
（ 三）斜平面的计算长度
对于单角钢或双角钢组成的
十字形截面腹杆，受压杆件
将绕截面最小回转半径 imin的
轴整体失稳。该方向相对于
桁架平面为一斜平面。 绕该
轴的计算长度取为,
L0=0.9L（ L为节间长度）
三、桁架杆件的截面形式选择
基本原则,桁架杆件的截面形式应根据用料经济、连接构造简单和具有足
够刚度等要求综合确定。
（ 1）对于轴心受力的腹杆，应考虑两方向（绕 X轴,Y轴）的等稳定性要求。
（ 2）对于上弦杆，当为轴心压杆时，应考虑等稳定性要求；当为压弯构件
时，应适当加大弯矩作用方向的截面高度。
（ 3） 对于下弦杆，作为平面桁架的外框，应适当加大杆件在桁架平面外
的刚度。
普通桁架的杆件截面常采用角钢组合成的 T形、十字形或单角钢截面。重型
桁架常采用 H型钢、箱形截面或两槽钢组合截面。此外，钢管（圆管或方管）
也 是桁架结构中的杆件常用截面。
四、桁架杆件截面设计
桁架的杆件一般为轴心受力构件，当桁架弦杆作用有节间荷
载时，则弦杆为压弯（上弦）或拉弯（下弦）构件。对于轴心
受力构件和拉弯、压弯构件的截面设计方法可分别参考第四章
和第六章内容。普通纲桁架杆件截面设计时尚需注意下列问题,
（ 1）宜优先选用肢宽壁薄的截面，使杆件在相同用钢量的情况
下截面具有较大的回转半径和惯性矩。
（ 2） 需用 C级螺栓与支撑杆件相连接的桁架杆件角钢的边长，
应注意其所能采用的螺栓最大直径。
（ 3） 为减少拼接的设置，桁架弦杆的截面宜根据弦杆的最大
内力来选择，对于跨度不大的桁架宜采用等截面弦杆。
（ 4） 对于桁架的杆件，应根据杆件在桁架平面内、外的计算
长度不同，选择不同形式的双角钢组合截面，尽量做到 λx≈λy。
（ 5） 当桁架竖杆的外伸边需与垂直支撑相连时，则该竖杆宜
采用由双角钢组成的十字形截面，以使垂直支撑对该竖杆的连
接偏心为最小。
（ 6） 为了便于备料，整榀桁架所用的角钢规格不宜超过 5~6
种。
五、桁架的杆件设计
钢桁架一般在节点处设置节点板，交汇于节点的各杆件都与
节点板相连接，形成桁架的节点（图 7-17），各杆件把力传给节
点板并相互平衡。一般杆件（腹杆和端部弦杆）把杆件全部内力
N传给节点板，而在节点处连续的杆件（如中部区域弦杆）则把
节点两侧的内力差△ N传给节点板。当节点上作用有荷载 P时，
则传给节点板的力为 N或△ N与 P（如图 7-24）。有局部弯矩的杆
件则还要传递弯矩和剪力。
杆件与节点板的连接
通常采用焊接。对于输电
线路塔架和一些需拆卸的
桁架以及安装连接时也常
采用 C级螺栓。高强度螺
栓连接在重型桁架中应用
较多，可在工地现场进行
拼装。
本节主要介绍双角钢杆件组成的普通桁架的节点设计。
（一） 节点板的厚度
钢桁架各杆件在节点处都与节点板相连接，传递内力并相互
平衡。节点板中的应力分布非常复杂，确定节点板厚度的主要依
据是各节点处每根杆件传给节点板的内力。因为整榀桁架的节点
板厚度相同，故应以桁架的最大腹杆内力 Nmax（对三角形桁架取
弦杆端节间内力）来确定全桁架的节点板厚度。如表 7-2所示。
杆件的填板,双角钢 T形
或十字形是组合截面，
为保证两个角钢能整体
共同受力，应每隔一定
间距在两角钢间放置填
板（缀板），如图 7-18
所示。填板中距 Ld分别
为,压杆 Ld≤40i1
拉杆 Ld≤80i1。
（二） 节点设计的基本要求
（ 1） 各杆件的形心线理论上应与杆件轴线重合，以免出现偏
心受力而引起附加弯矩。但为了方便制造，通常将角钢肢背至
杆件轴线的距离取为 5mm的整数倍，所取数值应使轴线与杆件
的形心线间距最小，作为角钢的定位尺寸（如图 7-19）。当弦
杆截面有改变时，为方便拼接和安放屋面构件，应使角钢的肢
背齐平；此时应取两形心线的中线作为弦杆的共同轴线（图 7-
19），以减小两个角钢的形心线错开而产生的偏心影响。
（ 2） 节点处各杆件边缘间应留一定间隙 C（图 7-19），以便
于拼接和施焊，并避免焊缝过
于密集而使钢材焊接过热变脆。
一般取 c≥20mm；对直接承受
动力荷载的焊接桁架，腹杆与
弦杆之间的间隙取 c≥50mm。
但在桁架图中一般不直接表明
各处 c值，而是注明各切断杆
件的端距以控制有足够的间隙
c。
（ 3） 角钢的切断面一般应与其轴线垂直，为使节点紧凑需要
斜切时，只能切肢尖（图 7-20(a)）。节点板的形状和尺寸在绘
制桁架施工图时决定。节点板的形状应简单，如采用矩形、梯
形（图 7-20?）等凸多边形。
（ 4） 一般腹杆和端节间弦杆需将其全部内力传给节点板，节
点板外边缘与杆件边线间的扩大角宜 ≥1,4~1,3（ 15。 ~20。,
图 7-21(b)），强度用足的杆件宜 ≥1,2。
（ 5） 在屋架双角钢截面上弦杆上放置檩条或大型屋面板时，
角钢的水平伸出肢宽一般应 ≥70~90mm。角钢应有一定厚度以
免在集中荷载作用下发生过大弯曲，可参考表 7-3选用。当厚度
确有困难不能满足要求时，应采取加强措施，如图 7-22所示。
六,桁架的节点构造和计算
一般原则 桁架的节点设计宜结合绘制屋架施工图进行。
节点的设计步骤为,
①按正确角度画出交汇于该节点的各杆轴线（轴线至角钢
肢背的距离取 5mm的整数倍）。
② 按比例画出与各杆件轴线相应的角钢轮廓线，并依据杆
件边缘的间隙要求 c，确定各杆端位置。
③ 根据各杆件内力 N，计算各杆件端部与节点板的连接角
焊缝尺寸 lw，布置焊缝，并按比例绘于节点图上。
④ 确定节点板的合理形状（凸多边形）和尺寸，要求节点
板能框进所有焊缝，并注意沿焊缝长度方向多留约 2hf的长度
以考虑施焊时的焊口影响，垂直于焊缝长度方向应留出
10~15mm的焊缝位置。
⑤ 进行节点板的强度和稳定性验算。
钢桁架的节点主要有一般节点（无节点荷载、无拼接）、
有集中荷载的节点、弦杆的拼接节点和支座节点几种类型,
1、一般节点
一般节点是指无集中菏载和无弦杆拼接的节点，构造形式如
图 7-23所示。设计步骤如下,
① 根据各腹杆内力 Ni计算各腹杆与节点板的连接角焊缝尺寸,
肢背焊缝：取 hf1，计算 LW1=k1× Ni/(2× 0.7hf1× ffw)+2hf1
肢尖焊缝：取 hf2,计算 Lw2=k2× Ni/(2× 0.7hf2× ffw)+2hf2
② 按比例把各腹杆与节点板的连接焊缝尺寸标注在各杆端，并
确定节点板的形状和尺寸，节点板的尺寸应能框进所有的焊缝，
同时还应伸出弦杆角钢肢背 10-15mm，以便弦杆与节点板的焊接。
③ 计算弦杆角钢与节点板的连
接焊缝，由于弦杆不断开，故
弦杆与节点板的连接焊缝应按
相邻节间弦杆的内力差△ N=N1-
N2计算。通常所需焊缝长度远
小于节点板的实际长度，因此
可按构造要求的 hfmin满焊即可。
2、有集中荷载作用的接点
①② 确定各腹杆与节点板的连接焊缝及节点板形状和尺寸的步骤、方法同
一般节点。
③ 弦杆与节点板的连接焊缝计算：为了放置上部构件（檩条或大型屋面板），
节点板须缩入上弦角钢肢背不小于（ 0.5δ+2mm ),且不大于 δ(δ为节点板厚度 )的
深度,并用塞焊缝连接,常采用近似方法计算,即假定塞焊缝相当于两条焊脚尺寸
各为 hf1=δ/2、长度为 LW1（即节点板长度）的角焊缝，且仅承受 P力的作用。
计算时忽略屋架坡度的影响，设 P力垂直于焊缝，故焊缝强度应满足,
σ f = P/(β f× 2× 0.7hf1Lw1)≤f fw （ 7-2）
通常 P力不大，按上式算出的 σf很小，一般可不做计算。
角钢肢尖焊缝承受相邻节间弦杆的内力差 △ N=N1-N2和由其产生的偏心弯矩
M=（ N1-N2） e(e为角钢肢尖至弦杆
轴线的距离）。焊缝的强度应满
足式（ 7-3）的要求。
当△ N较大，按式（ 7-3）计算
的肢尖焊缝强度难以满足要求时，
可按图 7-24（ B）的形式处理和计
算。
3、弦杆的拼接节点
弦杆的拼接分工厂拼接和工地拼接两种。 工厂
拼接 是因型钢供应长度不足时所做的拼接，通常设
在内力较小的节间内。 工地拼接 是在桁架分段制造
和运输时的安装接头，弦杆的拼接位置一般在节点
处，多设在跨度中央 。
为保证拼接处具有足够的强度和在桁架平面外的刚
度，弦杆的拼接通常不利用节点板作为拼接材料，应采
用拼接角钢。拼接角钢取与弦杆相同的截面规格，以使
弦杆在拼接处基本保持强度和刚度不变。
屋架屋脊拼接节点和下弦拼接节点构造分别如图 7-
25a,b所示。
拼接角钢的长度应根据拼接角钢与弦杆连接焊缝的
长度确定，一般可按被拼接处弦杆的最大内力或偏安全
地按与弦杆等强（宜用于拉杆）计算，并假定 4条拼接焊
缝均匀受力。接头一侧需要的焊缝计算长度为,
Lw = N / (4× 0.7hfffw) (7-4)
N— 拼接处弦杆的最大内力，或 N=Af A为弦杆的截面
面积。 则拼接角钢的总长度为,
L = 2（ Lw+10） + a (mm) (7-5)
弦杆与节点板的连接焊缝，可按较大一侧弦杆内力的
15%与节点两侧弦杆的内力差△ N两者中的较大值计算。
计算方法同前述节点。
4、支座节点
桁架与柱的连接分铰接和刚接两种形式。图 7-26所示为梯形桁架的铰接支
座节点，采用由节点板、底板、加劲肋和锚栓组成的构造形式。加劲肋的作
用是分布支座反力，减小底板弯矩和提高节点板的侧向刚度。加劲肋应设在
节点的中心，其轴线与支座反力的作用线重合。为便于施焊，下弦杆和底板
间应保持一定距离（图 7-26中 S），一般不应小于下弦角钢水平肢的宽度。
支座节点的传力路线是：桁架端部各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，
再经节点板和加劲肋间的竖直焊缝将一部分力传给加劲肋，然后通过节点板、
加劲肋与底板间的水平焊缝将全部支座反力传给底板，最终传至柱。
支座节点可采用第六章铰接柱脚类似方法计算,
⑴ 底板面积； 按式（ 6-53）计算。
⑵ 底板厚度,按式（ 6-59）计算，但应注意
底板不宜太薄，以使柱顶压力分布均匀。
⑶加劲肋,加劲肋的高度应结合节点板的尺
寸确定。加劲肋的厚度可略小于中间节点板的
厚度。加劲肋可视为支承于节点板的悬臂梁，
可近似地取每块加劲肋承受 1/4支座反力。
加劲肋和节点板与底板间的水平焊缝按承
受全部支座反力计算。
5,T形钢作弦杆的桁架节点
如图 7-27 所示，桁架的弦杆和腹杆全部由 T形钢制成，对
于次种桁架，在腹杆端部需要进行较为复杂的切割，使得加
工制造难度有所增加。
图 7-28所示的桁架弦杆采用 T型钢，腹杆采用双角钢。双
角钢可直接与 T型钢腹板相连。
6、节点处板件的计算
⑴ 根据试验研究，连接节点处的板件受拉、剪作用时，应
按下列公式进行强度验算（图 7-29）
N / （ ∑ η iAi） ≤ f (7-6)
式（ 7-6）中各符号的物理意义见教材解释。
⑵ 考虑到桁架节点板的外形往往不规则，采用式（ 7-6）计算比较麻烦，也
可用有效宽度法进行验算。根据试验研究，节点板的强度也可按下式计算,
σ = N /(b et)≤f (7-7)
式中,be---板件的有效宽度（图 7-30（ a）），当用螺栓连接时，应取净宽度
（图 7-30(b)），图中 θ为应力扩散角，可取为 30。 。
⑶ 根据试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力 N作用下的稳定性可用下列方法
进行计算,● 对有竖腹杆的节点板,当 a/t≤15√235/f y 时，可不计算稳定，
否则按附录二 — B 中的要求进行稳定计算。
●对无竖腹杆的节点板：当 a/t≤10√235/ fy时，节点板的稳定承载力可取为
0.8be× t× f。 当 a/t＞ 10√235/f y时,应按附录二 — B中的要求计算。
关于节点板的其他要求参见教材相关内容。
第四节 门式刚架
一、内力和侧移计算
（一）变截面门式刚架内力计算
对构件为变截面的门式刚架，有可能在几个截面同时或接
近同时出现塑性铰，不宜利用塑性铰出现后的应力重分布；刚
架构件的腹板通常很薄，截面发展塑性的潜力也不大，故应 采
用弹性分析方法按平面结构进行内力分析。 当有必要且有条件
时，可考虑屋面板的蒙皮效应，具体方法见, 门式刚架轻型房
屋钢结构技术规程 CECS102,98,的条文说明。
变截面门式刚架的内力分析可按一般结构力学方法或利用
静力计算公式、图表进行；也可采用有限单元法计算。
（二）变截面门式刚架侧移计算
1、单跨刚架
当单跨变截面门式刚架横梁上翼缘坡度不大于 1,5时，在柱顶
水平力作用下的侧移 u可按下列公式估算,
柱脚铰接刚架 u=Hh3(2+ξ t)/(12EIc) (7-8)
柱脚刚接刚架 u=Hh3(3+2ξ t)/[12EIc(6+2ξ t) (7-9)
式中 ξt------刚架柱与刚架梁的线刚度比值,ξ t = IcL / (hIb);
h,L---刚架柱高度和刚架跨度；当横梁坡度大于 1,10时,L应取横梁沿
坡折线的总长度 2s（图 7-32）；
Ic,Ib----柱和横梁的平均惯性矩，对于楔形构件,Ic=（ Ic0+Ic1） /2,Ic0和
Ic1分别为柱小头和大头的惯性矩；对于双楔形横梁,Ib=[Ib0+α Ib1+（ 1-α ）
Ib2]/2,Ib0,Ib1和 Ib2分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面的惯性矩；
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 7-33）,柱脚铰接,
H=0.67W,W=（ w1+w2） 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 7-34）,
柱脚铰接,H=1.15η PC
柱脚刚接, H=η Pc
2、两跨刚架
中间柱为摇摆柱的两跨刚架,柱顶侧移可采用公式（ 7-8）和公式（ 7-9）
计算，但计算 ξt时，应以 2s代替 L,s为单坡面长度（图 7-35）。
当中间柱与横梁刚性连接时,可将多跨刚架看作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），按下式计算刚架在柱顶水平荷载作
用下的侧移,u = H/∑K i (7-10)
式中,∑ Ki------柱脚铰接时各单跨刚架的侧向刚度之和；
Ki=12EIei/[hi3(2+ξ ti） ],ξ ti=Ieili/(hiIbi);
hi-----所计算跨两柱的平均高度（图 7-36）； hi=(hl+hr)/2
li-----与所计算柱相连接的单跨刚架梁的跨度；
Iei----两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩,Iei=（ Il+Ir） /4 + IlIr/（ Il+Ir）
Il,Ir-----分别为所计算跨左、右两柱的惯性矩（图 7-36）
二、构件截面设计
（一） 变截面刚架的构件计算
1,板件最大宽厚比和屈曲后强度利用
工字形截面构件受压翼缘自由外伸宽度 b1与其厚度之比,b1/t≤15√235/f y
工字形截面梁、柱腹板的计算高度 h0与其厚度 tw之比,h0/tw≤250√235/f y
对于工字形截面的腹板，从经济考虑宜采用高薄形截面，此时，充分利用
腹板的屈曲后强度是比较合理的。对于工字形截面构件腹板的受剪板幅，当
腹板高度的变化不超过 60mm/m时，可考虑屈曲后强度，其抗剪承载力设计值
Vd按下式计算,Vd = hwtwfv’ (7-11)
式中 hw---腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度。
fv’---腹板屈曲后抗剪强度设计值，计算详见规程 CECS102:98
当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距 a宜在 (1~2)hw之间。
工字形截面构件腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度
计算截面特性,当截面全部受压时,有效宽度 he=ρ hw,ρ 是有效宽度系数，
其计算详见 CECS102,98； 当截面部分受拉时,受拉区全部有效，受压区有
效宽度 he=ρ hc,hc为腹板受压区高度。
2、刚架构件的强度计算和加劲肋设置
工字形截面受弯构件在剪力 V和弯矩 M共同作用下的强度应满足下列要求,
当 V≤0.5V d时 M≤M e (7-12)
当 0.5Vd≤V≤V d时 M≤M f+(Me-Mf)[1-(2V/Vd-1)2] (7-13)
式中 Mf---两翼缘所承担的弯矩,对双轴对称截面,Mf=Af(hw+t)f;
Me---构件有效截面所承担的弯矩,Me=Wef;
We---构件有效截面最大受压纤维的截面模量 ;
Af---构件翼缘截面面积。
工字形截面压弯构件在剪力 V、弯矩 M和轴心压力 N共同作用下的强度应
满足下列要求,
当 V≤0.5V d时 M≤M eN=Me-NWe/Ae （ 7-14）
当 0.5Vd≤V≤V d时 M≤M fN+（ MeN-MfN） [1-（ 2V/Vd-1） 2] （ 7-15）
式中 MfN---兼承受压力 N时两翼缘所能承受的弯矩，对双轴对称截面,
MfN=Af(hw+t)(f-N/A)
A---有效截面面积。
梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷载处和翼缘转折处设置横向加劲肋。
梁腹板利用屈曲后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的
压力外，还应承受拉力场产生的压力。该拉力场产生的压力 NS=V-0.9hwtwτ cr,
τ cr是利用拉力场时腹板的屈曲剪应力，其计算详见规程 CECS102,98。
当验算加劲肋的稳定性时，其截面应包括每侧 15√235/f y范围内的腹板
面积，计算长度取 hw,
3、变截面柱在刚架平面内的稳定计算
N0/(φ xγ Ae0)+ β mxM1/[(1- φ xγ N0/NE)We1]≤f (7 -16)
式中 NE---欧拉临界力，计算 λ 时，回转半径 I以小头为准；
N0---小头的轴向压力设计值；
Ae0— 小头的有效截面面积；
We1— 大头有效截面最大受压纤维的截面模量；
M1---大头的弯矩设计值；当柱最大弯矩不出现在大头时,M1和 We1分别取
最大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量；
β mx— 等效弯矩系数，有侧移刚架柱的等效弯矩系数 =1.0；
υ xγ — 杆件轴心受压稳定系数。计算长细比 λ 时，取小头的回转半径；
而对截面高度呈线形变化的楔形柱，在刚架平面内的计算长度 h0=μ γ h，计算
长度系数 μ γ 可按下列三种方法之一确定,
⑴查表法：用于柱脚铰接的刚架。
①柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 μ γ 可由表 7-4查得。
② 多跨刚架的中间柱为摇摆柱时
（图 7-37），摇摆柱的计算长度系数
μγ取为 1.0。边柱的计算长度按下式
计算,
h0=ημ γ h (7-17)
式中各符号的物理意义见讲义解释。
式（ 7-17）的计算长度系数 μγ适用于屋面坡度不大于 1,5的情况，超过此
值时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响（横梁轴向力将产生竖向分力）。
⑵ 一阶分析法,可用于柱脚铰接和刚接的刚架 。
对于单跨对称屋架 （图 7-38（ a）），按一阶分析法得出柱顶水平荷载 H作
用下的侧移刚度 K=H / U后，柱的计算长度系数可由下列公式计算,
当柱脚为铰接时 μγ=4.16√(EI c0/(Kh3)) (7-18)
当柱脚为刚接时 μγ=5.88√(EI c0/(Kh3)) (7-19)
对中间为非摇摆柱的多跨刚架 (图 7-38(b)),μγ可按下列公式计算,
当柱脚为铰接时 μγ=0.85√[1.2N E0i∑(N i/hi)/(K*N)] (7-20)
当柱脚为刚接时 μγ=1.20√[1.2N E0i∑(N i/hi)/(K*N)] (7-21)
式中 hi,Ni,NE0i分别为第 I根柱的高度、轴心压力和以小头为准的欧拉临界力
公式（ 7-20）和公式（ 7-21）也可用于单跨非对称刚架。
⑶ 二阶分析法； 可用于柱脚铰接和刚接的刚架。
当采用计入竖向荷载 -侧移效应（ P-U效应）
的二阶分析法计算内力时，构件的计算长度
系数 μγ由下列公式计算,
μ γ =1-0.375γ+0.08γ 2(1-0.0775γ)
式中,γ --构件的楔率,
γ=(d 1/d0)-1不大于 0.268L/d0及 6.0
d0,d1— 分别为柱的小头和大头的截面高度
(图 7-39),
4、变截面柱在刚架平面外的稳定计算
N0/(φ yAe0)+β t M1/(φ bγ We1)≤f (7 -23)
式中,φ Y— 轴心受压构件在刚架平面外的稳定系数，计算长度取
侧向支撑点间的距离，截面回转以小头为准；
β t— 等效弯矩系数，对一端弯矩为零的区段,β t=1-
N/NEx0+0.75(N/NEx0)2,NEx0为以小头为准的欧拉临界力；对两端弯
曲应力基本相等的区域,β t =1.0;
φ bγ ---均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数,可按讲义
中的公式 (7-24)及相关规定计算,
5、变截面柱柱端抗剪承载力验算
变截面柱下端铰接时，应验算柱端的抗剪强度。当不满足时，
应对该处腹板加强。
6、横梁设计
⑴ 实腹式横梁在刚架平面内和平面外均应按压弯构件计算强
度和稳定。当屋面坡度很小时（ α≤10 。 ），在刚架平面内可仅
按压弯构件计算其强度。
⑵ 变截面实腹式刚架横梁的平面内计算长度可取竖向支承点
间的距离；实腹式刚架横梁的平面外计算长度，应取侧向支撑点
间的距离 ； 当横梁的上、下翼缘侧向支撑点间的距离不等时，
应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。
⑶ 当 实腹式刚架横梁的 下翼缘受压时，必须在受压翼缘的两
侧布置隅撑（厂房端部刚架横梁仅布置在一侧）作为横梁的侧
向支撑；隅撑的另一端连接在檩条上或焊接于太空轻质大型屋
面板的边框上。
⑷ 当横梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加紧肋时，除应按
,钢结构设计规范, （ GB50017-）的规定验算腹板上边缘的正应
力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，还应满足
下式要求,F≤15 （ tf235/twfy)1/2× tw2× α mf (7-25)
式中,F— 上翼缘所承受的集中荷载；
tf,tw--横梁翼缘和腹板的厚度；
α m--参数,α m=1.5-M(Wef),且 α m≤1.0, 横梁负弯矩区
取零；
M— 集中荷载作用处的弯矩。
⑸ 横梁不需计算整体稳定的 侧向支撑点间最大长度，可取 横
梁 下翼缘宽度的 16(235/fy)1/2。
7、隅撑设计
隅撑应按轴心受压构件设计，轴心压力可按下式计算
N=Af(fy/235)1/2/（ 85cosθ ) (7-26)
式中,A— 实腹式横梁被隅撑所支撑翼缘的截面面积；
θ — 隅撑与檩条轴线的夹角；
f,fy— 实腹式 斜梁钢材的强度设计值和屈服强度。
隅撑宜采用单角钢制作，通常采用单个螺栓连接，计算时应考
虑强度设计值折减系数。隅撑与刚架构件腹板的夹角不宜小于
45。 。
（二） 等截面刚架构件计算
等截面构件可采用三块钢板焊成的工字形截面、高频焊接轻
型 H型钢及热扎 H型钢。等截面刚架按弹性设计时，可按上述变
截面刚架的规定进行设计。 等截面刚架按塑性设计时，可按
,钢结构设计规范, （ GB50017-）中有关塑性设计的规定进行
设计。
三、节点设计
（一） 横梁与柱连接
门式刚架横梁与柱的连接，可采用端板竖放（图 7-40(a)）、端板横放
（图 7-40(b)）和端板斜放（图 7-40?）三种形式。
端板连接应按连接初所受最大内力设计。 当内力较小时，应按能够
承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应采用高
强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用高强度螺栓摩擦型连接。
端板连接螺栓应成对对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均
应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。为此，应
采用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。当螺栓群间的力臂足够大
时或受力较小时，也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板齐平
式连接。
在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。与横梁端板连接的柱翼
缘部分应与端板等厚度（图 7-40(a)）。端板的厚度可根据支承条件（图 7-41）
按下列公式计算，但不宜小于 12mm。
● 伸臂类端板,( 7-27）
●无加劲肋类端板,（ 7-28）
●两边支承类端板,
bf
Net tf6?
fea
Net
w
tw )5.0( 3 ??
当两端板外伸时, (7-29）
当两端板齐平时, (7-30）
●三边支承类端板,
(7-31）
式中,Nt-一个高强度螺栓承受的拉力设
计值；
f--端板钢材的抗拉强度设计值。
feeebe
Neet
wffw
twf )](2[ 6 ???
feeebe
Neet
wffw
twf )](4[ 12 ???
febbbe
Neet
fsw
twf
]4)2([
6
2???
门式刚架的框架梁与框架柱相交的节点域，应按下式验算剪切强度，当
不能满足时，应加厚腹板或设置加劲肋 (图 7-40(b,c))。
（ 7-32）
式中 dc,tc分别为节点域柱腹板的宽度和厚度；
db框架 梁端部高度或节点域高度（图 7-40（））；
M— 节点承受的弯矩，多跨刚架中间柱应取两侧斜梁端弯 矩之代 数和
或柱端弯矩；
fv--节点域柱腹板钢材的抗剪强度设计值。
门式刚架梁、柱的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，使
焊缝截面与构件截面等强。当不满足要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚
腹板。
当 Nt≤0.4P时,(7-33)
当 Nt＞ 0.4P时,(7-34)
vccb ftdd
M ?? 2.1?
fteN
fteP
wwt
ww
??
??
)/(
)/(4.0
?
?
(二 )门式刚架框架梁拼接构造
图 7-42（ a）为屋脊处框架梁拼
接，图 7-42（ b）为非屋脊处框架梁
拼接，拼接构造要求和计算方法同
框架梁与框架柱的连接。
（三）门式刚架框架梁与摇摆柱的连接构造
图 7-43为框架梁与摇摆柱的连接，柱两端均为铰接。螺栓直径和布置
由构造决定，不考虑受力。加劲肋设置和设计应考虑有效地传递支承反力。
（四）门式刚架的柱脚构造
门式刚架柱脚分为 铰接柱脚 和 刚接柱脚 两种。 对于一般的门式刚架轻型钢
结构房屋，常采用制造方便的平板式铰接柱脚。图 7-44（ a）和图 7-44（ b）
为分别采用两个和四个锚栓的平板式铰接柱脚。前者当柱子绕 X-X轴有微小
转动时，锚栓不承受拉力，是一种比较理想的铰接构造；后者当柱子绕 X-X
轴有微小转动时，锚栓将受到拉力，但由于锚栓力臂较小，且锚栓受力后底
板易发生变形，故该拉力不大，这种柱脚构造接近于铰接，常用于横向刚度
要求较大的门式刚架柱脚。
图 7-45为用于摇摆柱的铰接柱脚构造。
刚接柱脚 用于设置有桥式吊车的门式刚架或大跨度刚架。对
于刚接柱脚，应至少有 4个锚栓对称布置在轴线两侧，并保证对
主轴 X— X具有较大的距离。此外，柱脚还必须有足够的刚度。
图 7-46（ a）为底板用加劲肋加强的刚接柱脚。图 7-46（ b）为
采用靴梁和加劲肋的刚接柱脚。
(五）、牛腿设计
牛腿的构造要求见图 7-47。 柱为焊接工字形截面，可为等
截面或变截面柱。牛腿板件截面尺寸与柱截面尺寸相协调，
牛腿个部分焊缝由计算确定。牛腿上、下翼缘与柱的连接可
采用焊透的 V形对接焊缝，也可采用角焊缝；角焊缝的焊脚尺
寸由牛腿翼缘传来的水平力 F=M/H确定。牛腿腹板与柱连接
采用角焊缝；角焊缝的焊角尺寸由剪力 V确定。
本章内容到
此结束！
谢谢！
第一节 概述
一、桁架的特点和应用 桁架是指由直杆在杆端
相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架
中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，
特别适用于跨度或高度较大的结构。
桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面
桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢
桁架引桥、钢闸门中的桁架等）。
本章主要介绍平面简支桁架的设计。
二、平面桁架的外形和腹杆体系 影响桁架外形选
择的因素,1.满足使用要求； 2.受力合理 ； 3.便于
制做和安装 ； 4.综合技术经济效果好。
常用的平面桁架的外形如图
桁架应具有适当的中部高度 H和端部高度 H0（三角形桁架端
部高度为零） 。 H取决于运输界限（铁路运输为 3.85m） 和建筑高
度要求的最大限值 Hmax、刚度要求的最小限值 Hmin、以及使弦杆
和腹杆总用钢量最少的经济高度 Hec。简支梯形和平行弦桁架，通
常 H=（ 1/6 ~ 1/10） L,简支梯形钢桁架对端部高度 H0无特殊要求。
当梯形钢桁架与柱刚接时，桁架端部有负弯矩，要求 H0具有一定
高度。钢屋架中常用 H0=（ 1.8~2.2） m。
三．门式刚架的特点和应用
1.定义 门式刚架是由梁、柱单元构件组成的
单跨或多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以
设置起重量不大于 300kN（ 30吨 ）的中、轻级工作
制桥式吊车或 30kN（ 3吨 ）悬挂式起重机的单层房
屋钢结构。
2．门式刚架的特点
(1)结构自重轻,基础造价低。
(2) 外形简洁、美观。
(3) 对抗震非常有利。
(4) 建造速度快，装拆方便。
3．适用范围 门式刚架通常用于跨度为 9～ 36m（我国单
跨门式刚架的跨度已达到 72m）；柱距为 4.5～ 12m；柱
高为 4.5～ 9m；设有吊车起重量较小的单层工业房屋或
公共建筑。
四．门式刚架的结构形式
门式刚架的结构形式可按不同的考虑划分,
1,按刚架的构件体系,可分为实腹式和格构式刚架。
2,按结构选材分, 有普通型钢截面、薄壁型钢截面和钢
管截面刚架等 ；
3．按跨度分为 单跨、双跨或多跨的单、双坡门
式刚架。
4,按截面形式分 有等截面和变截面 刚架 。设有
桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。
5．节点 横梁与柱为刚接，柱脚多采用铰支。当
用于厂房且有吊车时，或水平荷载较大，檐口标高
较高或刚度要求较高时，宜将柱脚设计为刚接。
6．围护结构
屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和 Z形冷
弯薄壁型钢檩条。
外墙宜采用槽形或帽形冷弯薄壁型钢墙梁和
双层压型钢板，并在双层压型钢板中间设置玻璃
纤维棉等卷材隔热 (或保温 )层的结构体系。墙梁
宜布置在刚架柱的外侧。墙体底部 1m高也可采
用砌体结构，对保护墙体非常有利，在实际工程
中采用较多。
板缝宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用
可滑动式连接件，可解决温度应力问题。
三．结构平面布置
1.定位轴线及尺寸 刚架 边柱 的定位轴线取柱外皮；
斜梁轴线 取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上
表面平行的轴线。 檐口高度 取地坪至房屋外侧檩
条上缘的高度； 最大高度 取地坪至屋盖顶部檩条
上缘的高度； 宽度 取房屋侧墙墙梁外皮之间的距
离； 长度 取两端山墙墙梁外皮之间的距离。
2.柱网布置 在满足使用要求和经济要求的前提下
确定最佳跨度和柱距。门式刚架房屋钢结构的纵
向温度区段长度不大于 300m，横向温度区段长度
不大于 150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩
条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构
造上允许胀缩；或者设置双柱。
3.山墙结构布置 山墙结构方案 （ 1）由屋面斜梁、
两侧角柱、抗风柱、墙梁和墙板组成的结构体系。
优点是角柱有利于纵、横两个方向的墙梁连接，
缺点是山墙架结构的横向刚度较差，并且不利于
房屋的纵向扩建。（ 2）用 横向框架 代替斜梁和
角柱。这种结构方案的优点是加强了山墙架结构
的横向刚度，特别适用于有桥式吊车的厂房和沿
纵向需要扩建的房屋。抗风柱的布置应与屋面横
向水平支撑的节点位置相配合。
4.墙梁布置 墙梁的间距与墙板的承载能力、房屋
所在地区的基本风压及房屋的高度等有关，同时
在门、窗框上端、窗台、檐口及室内地面处均应
设置墙梁。
第二节 支撑设计
一、桁架支撑设计
（一）桁架支撑的作用
平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，
但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保
持其几何不变，即使桁架上弦与檩条或屋面等铰
接相连桁架仍会侧向倾倒（如图 7-4（ (a)中虚线
所示）。为了防止桁架侧向倾倒破坏和改善桁架
工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系
统（水工结构中也称为联结系）。
桁架支撑的作用主要是,
（ 1） 保证桁架结构的空间几何稳定性即形状不变。
（ 2） 保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 。桁
架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁
架，桁架端部和中部的垂直支撑则与桁架竖杆组
成垂直桁架，无论竖向或纵、横向水平荷载，都
能通过一定的桁架体系把力传向支座，有足够的
刚度和整体性。
（ 3） 为桁架弦杆提供侧向支撑点 。水平和垂直支
撑作为桁架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在桁架
平面外的计算长度，提高其整体稳定承载力。
（ 4） 承受并传递水平荷载。
（ 5）保证结构安装时的稳定且便于安装 。
（二）、桁架支撑的种类和布置
如图 7-4（ b）所示，桁架支撑一般包括下列几种,
1.上弦横向水平支撑
位于相邻两榀桁架上弦杆之间的横向水（斜）平面内。 沿厂
房的纵向，上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端，或当有
温度缝时设置在温度缝区段的两端。一般设在第一个柱间
（图 7-4b）或设在第二个柱间。横向水平支撑的间距 L0不宜超
过 60m。 当温度区段长度 Lt超过 60m时，还应在温度区段中
部布置一道或几道横向水平支撑。
2,下弦横向水平支撑
布置原则, 一般情况均应设置下弦横向水平支撑。只有当桁
架跨度比较小（ L≤18m），且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂
吊车但起重吨位不大，厂房内也无较大的振动设备时，可不
设下弦横向水平支撑。
布置位置,与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，以形成空
间稳定体。
3,纵向水平支撑
布置位置,在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦） 端节
间 沿厂房纵向水平面内布置。
布置原则,当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级
工作制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设
备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求较高时，均应
布置纵向水平支撑。
4.垂直支撑,
所有厂房中均应设置垂直支撑。
布置位置, 梯形屋架在跨度 L≤30m,三角形屋架在跨度 L≤24m 时，
仅在屋架跨度中央设置一道垂直支撑，当屋架跨度大于上述数
值时，宜在跨度 1/3附近或天窗架侧柱处设置两道。 对于梯形屋
架，在屋架两端还应各设置一道垂直支撑。
沿厂房纵向，屋架的垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同
一柱间。
5.系杆,
系杆的作用,对于不设横向支撑的其它屋架，屋架上、下弦的侧
向稳定性则由与横向支撑节点相连的系杆来保证。
系杆的类型, 能承受压力和拉力的系杆称为 刚性系杆 ；只能承受
拉力的系杆叫 柔性系杆 。其长细比分别按压杆和拉杆控制。
布置原则, 在垂直支撑的平面内一般应设置上、下弦系杆；屋脊
节点及主要节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中附
近设置柔性系杆；当屋架横向支撑设在厂房端部第二柱间时，
则第一柱间的所有系杆均布置为刚性系杆。
（三）、桁架支撑的计算
1.计算原则, 除系杆外各种桁架支撑均是垂直于屋架平面的平面
桁架，由设置的支撑杆件和屋架的弦杆或竖杆组成。
当支撑桁架受力较小时，可不做内力计算，杆件截面按容许长
细比选择；交叉斜杆和柔性系杆按拉杆设计，可用单角钢；非交
叉斜杆、弦杆、竖杆及刚性系杆按压杆设计，可用双角钢组成 T形
或十字形截面。
当支撑桁架受力较大时，需按平面桁架体系计算支撑桁架的
杆件内力，进行杆件截面设计。
2.内力计算, 有交叉斜腹杆的支撑桁
架是超静定体系，但因受力较小，一
般可按下述简化方法计算,即只考虑
受拉腹杆按柔性方案参与工作 。
如图 7-5中用虚线表示的一组斜腹杆因
收压而退出工作，此时桁架按单斜杆
静定体系计算；当荷载反向作用时，
则认为另一组斜腹杆退出工作。
二,门式刚架支撑设计
（ 一）门式刚架支撑的作用
1.门式刚架支撑的作用和类型,
支撑的作用, 通过在门式刚架之间设置支撑，使其与各个平行
的刚架连成一体，形成一个具有足够强度、刚度和稳定性的空
间整体结构，从而保证门式刚架结构在厂房纵向的几何不变性
及梁柱构件在刚架平面外的稳定性。
支撑的类型,
如图 7-6所示；
门式刚架的支
撑主要有：屋
面横向水平支
撑及系杆、柱
间支撑、水平
系杆、隅撑等。
屋面横向水平支撑, 系设置在框架梁的上翼缘平面，由框架
梁的上翼缘作为弦杆，檩条和交叉斜杆作为腹杆而组成的水平
桁架。对于未设置横向水平支撑的框架梁则通过系杆（或檩条）
与之相连，从而使屋盖形成一个整体。
柱间支撑, 设置在纵向柱列轴线位置，并且应与屋面横向
水平支撑布置在同一开间。
隅撑,为了提高框架梁、柱的整体稳定性，应在下列梁、柱
的受压翼缘区域布置隅撑：（ 1） 框架梁下翼缘受压区段内的每
根檩条处； （ 2） 框架柱中靠近柱上端内翼缘压应力较大的区段 。
隅撑也加强了檩条的竖向刚度，有利于提高檩条的承载力； 隅
撑对加强门式刚架房屋钢结构 的空间刚度非常有利。
（二） 支撑结构的布置和计算
1,屋面横向水平支撑和系杆
布置原则,横向水平支撑一般布置在厂房（或温度区段）
两端第一或第二开间，并且每隔 30 ~ 40m再布置一道，最大
间距不应大于 60m（图 7-8）。 在横向水平支撑的节点处应设
置通长系杆，其中屋脊和檐口处系杆及当横向支撑布置在房
屋两端第二开间时的第一开间系杆均为刚性系杆，其它为柔
性系杆。
内力计算,屋面横向水平支撑的计算，应考虑由厂房两端
抗风柱所传递的纵向风荷载及因阻止框架梁侧向失稳而起支
撑作用所应承受的内力。 横向水平支撑中的交叉斜杆可按拉
杆设计，其竖腹杆应按压杆设计。
2.柱间支撑和水平系杆
布置原则,柱间支撑通常沿纵向柱列每隔 30~40m布置一
道，最大间距不应大于 60m，当房屋高度较大时，柱间支撑应
分层设置（如图 7-9所示）。在柱间支撑的节点处，沿纵向柱
列应设置通长的刚性水平系杆。
内力计算,柱间支撑内力计算时，应考虑屋面横向水平支撑传
来的纵向风荷载及为了减小柱的侧向计算长度而起支撑作用所
应承受的力。 当厂房设有吊车时，还应计入吊车的纵向制动力。
柱间支撑的计算简图可按支撑于柱脚基础上的悬臂桁架计算
（如图 7-9 所示）。
3.隅撑
在框架梁中,隅撑设置在框架梁下翼缘受压的区段内； 而在
框架柱中,隅撑则设置在框架柱中靠近柱上端内翼缘压应力较
大的区段。隅撑与梁、柱的连接方式如图 7-7所示。
第三节 桁架设计
一、桁架的内力计算
1,作用荷载,桁架上的作用荷载包括永久荷载和可变荷载两
类，计算桁架内力时，应考虑荷载分项系数、荷载组合系数，
并按最不利荷载组合情况计算桁架杆件内力。
2.桁架计算简图：按铰接平面桁架计算简图进行内力计算。
3.内力计算：首先把桁架上的作用荷载等效地转换到桁架节点
上得节点荷载，然后可按, 结构力学, 中的数解法、图解法或
平面桁架有限元程序计算铰接平面桁架杆件的轴力。
待求得节点荷载作用下
各杆件的轴力后，对有
节间荷载的弦杆，再按
刚接桁架计算该类杆件
的正负弯矩值 。简化
计算方法如图 7-11所示。
二、桁架杆件的计算长度
（ 一 ） 桁架平面内的计算长度 L0x
桁架平面内的计算长度根据杆件的节间长度和两端约束情
况确定,
1.上下弦杆, L0X=L（节间长度）
2,腹 杆, 支座处竖腹杆和斜腹杆 L0X=L（节间长度）
中部其它腹杆 L0X=0.8L（ L为节间长度）
3.交叉腹杆, L0X=节点中心至交叉点间的距离（如图 7-12）。
（二） 桁架平面外的计算长度 L0Y
桁架平面外的计算长度 L0Y应取侧向支撑点间的距离,
1,上下弦杆, L0Y=L1（侧向支点间的距离）
2,腹 杆, L0Y=L（节间长度）
3,交叉腹杆,交叉腹杆在桁架平面外计算长度的确定与杆件
受拉和受压有关，也与杆件在交叉点处的断开情况有关，具体
计算参见教材的相关规定。
● 受压弦杆的侧向支撑点间距 L1时常为节间长度的 2倍（图 7-
13（ a）），而弦杆两节间的轴心压力可能不相等（设 N1＞ N2），
当用较大的轴力 N1验算弦杆平面外稳定时，如果计算长度仍用 L1
显然过于保守。此时应按下式确定平面外的计算长度,
L0Y=L1（ 0.75+0.25N2/N1） 且 L0Y≥0.5L 1 计算时压力取正
号，拉力取符号。
● 再分式腹杆的受压主斜杆在桁架平面外的计算长度（图 7-
13b），也按上式计算。在桁架平面内的计算长度则取节点间的
距离。对于再分式受拉主斜杆在桁架平面外的计算长度仍取 L1。
（ 三）斜平面的计算长度
对于单角钢或双角钢组成的
十字形截面腹杆，受压杆件
将绕截面最小回转半径 imin的
轴整体失稳。该方向相对于
桁架平面为一斜平面。 绕该
轴的计算长度取为,
L0=0.9L（ L为节间长度）
三、桁架杆件的截面形式选择
基本原则,桁架杆件的截面形式应根据用料经济、连接构造简单和具有足
够刚度等要求综合确定。
（ 1）对于轴心受力的腹杆，应考虑两方向（绕 X轴,Y轴）的等稳定性要求。
（ 2）对于上弦杆，当为轴心压杆时，应考虑等稳定性要求；当为压弯构件
时，应适当加大弯矩作用方向的截面高度。
（ 3） 对于下弦杆，作为平面桁架的外框，应适当加大杆件在桁架平面外
的刚度。
普通桁架的杆件截面常采用角钢组合成的 T形、十字形或单角钢截面。重型
桁架常采用 H型钢、箱形截面或两槽钢组合截面。此外，钢管（圆管或方管）
也 是桁架结构中的杆件常用截面。
四、桁架杆件截面设计
桁架的杆件一般为轴心受力构件，当桁架弦杆作用有节间荷
载时，则弦杆为压弯（上弦）或拉弯（下弦）构件。对于轴心
受力构件和拉弯、压弯构件的截面设计方法可分别参考第四章
和第六章内容。普通纲桁架杆件截面设计时尚需注意下列问题,
（ 1）宜优先选用肢宽壁薄的截面，使杆件在相同用钢量的情况
下截面具有较大的回转半径和惯性矩。
（ 2） 需用 C级螺栓与支撑杆件相连接的桁架杆件角钢的边长，
应注意其所能采用的螺栓最大直径。
（ 3） 为减少拼接的设置，桁架弦杆的截面宜根据弦杆的最大
内力来选择，对于跨度不大的桁架宜采用等截面弦杆。
（ 4） 对于桁架的杆件，应根据杆件在桁架平面内、外的计算
长度不同，选择不同形式的双角钢组合截面，尽量做到 λx≈λy。
（ 5） 当桁架竖杆的外伸边需与垂直支撑相连时，则该竖杆宜
采用由双角钢组成的十字形截面，以使垂直支撑对该竖杆的连
接偏心为最小。
（ 6） 为了便于备料，整榀桁架所用的角钢规格不宜超过 5~6
种。
五、桁架的杆件设计
钢桁架一般在节点处设置节点板，交汇于节点的各杆件都与
节点板相连接，形成桁架的节点（图 7-17），各杆件把力传给节
点板并相互平衡。一般杆件（腹杆和端部弦杆）把杆件全部内力
N传给节点板，而在节点处连续的杆件（如中部区域弦杆）则把
节点两侧的内力差△ N传给节点板。当节点上作用有荷载 P时，
则传给节点板的力为 N或△ N与 P（如图 7-24）。有局部弯矩的杆
件则还要传递弯矩和剪力。
杆件与节点板的连接
通常采用焊接。对于输电
线路塔架和一些需拆卸的
桁架以及安装连接时也常
采用 C级螺栓。高强度螺
栓连接在重型桁架中应用
较多，可在工地现场进行
拼装。
本节主要介绍双角钢杆件组成的普通桁架的节点设计。
（一） 节点板的厚度
钢桁架各杆件在节点处都与节点板相连接，传递内力并相互
平衡。节点板中的应力分布非常复杂，确定节点板厚度的主要依
据是各节点处每根杆件传给节点板的内力。因为整榀桁架的节点
板厚度相同，故应以桁架的最大腹杆内力 Nmax（对三角形桁架取
弦杆端节间内力）来确定全桁架的节点板厚度。如表 7-2所示。
杆件的填板,双角钢 T形
或十字形是组合截面，
为保证两个角钢能整体
共同受力，应每隔一定
间距在两角钢间放置填
板（缀板），如图 7-18
所示。填板中距 Ld分别
为,压杆 Ld≤40i1
拉杆 Ld≤80i1。
（二） 节点设计的基本要求
（ 1） 各杆件的形心线理论上应与杆件轴线重合，以免出现偏
心受力而引起附加弯矩。但为了方便制造，通常将角钢肢背至
杆件轴线的距离取为 5mm的整数倍，所取数值应使轴线与杆件
的形心线间距最小，作为角钢的定位尺寸（如图 7-19）。当弦
杆截面有改变时，为方便拼接和安放屋面构件，应使角钢的肢
背齐平；此时应取两形心线的中线作为弦杆的共同轴线（图 7-
19），以减小两个角钢的形心线错开而产生的偏心影响。
（ 2） 节点处各杆件边缘间应留一定间隙 C（图 7-19），以便
于拼接和施焊，并避免焊缝过
于密集而使钢材焊接过热变脆。
一般取 c≥20mm；对直接承受
动力荷载的焊接桁架，腹杆与
弦杆之间的间隙取 c≥50mm。
但在桁架图中一般不直接表明
各处 c值，而是注明各切断杆
件的端距以控制有足够的间隙
c。
（ 3） 角钢的切断面一般应与其轴线垂直，为使节点紧凑需要
斜切时，只能切肢尖（图 7-20(a)）。节点板的形状和尺寸在绘
制桁架施工图时决定。节点板的形状应简单，如采用矩形、梯
形（图 7-20?）等凸多边形。
（ 4） 一般腹杆和端节间弦杆需将其全部内力传给节点板，节
点板外边缘与杆件边线间的扩大角宜 ≥1,4~1,3（ 15。 ~20。,
图 7-21(b)），强度用足的杆件宜 ≥1,2。
（ 5） 在屋架双角钢截面上弦杆上放置檩条或大型屋面板时，
角钢的水平伸出肢宽一般应 ≥70~90mm。角钢应有一定厚度以
免在集中荷载作用下发生过大弯曲，可参考表 7-3选用。当厚度
确有困难不能满足要求时，应采取加强措施，如图 7-22所示。
六,桁架的节点构造和计算
一般原则 桁架的节点设计宜结合绘制屋架施工图进行。
节点的设计步骤为,
①按正确角度画出交汇于该节点的各杆轴线（轴线至角钢
肢背的距离取 5mm的整数倍）。
② 按比例画出与各杆件轴线相应的角钢轮廓线，并依据杆
件边缘的间隙要求 c，确定各杆端位置。
③ 根据各杆件内力 N，计算各杆件端部与节点板的连接角
焊缝尺寸 lw，布置焊缝，并按比例绘于节点图上。
④ 确定节点板的合理形状（凸多边形）和尺寸，要求节点
板能框进所有焊缝，并注意沿焊缝长度方向多留约 2hf的长度
以考虑施焊时的焊口影响，垂直于焊缝长度方向应留出
10~15mm的焊缝位置。
⑤ 进行节点板的强度和稳定性验算。
钢桁架的节点主要有一般节点（无节点荷载、无拼接）、
有集中荷载的节点、弦杆的拼接节点和支座节点几种类型,
1、一般节点
一般节点是指无集中菏载和无弦杆拼接的节点，构造形式如
图 7-23所示。设计步骤如下,
① 根据各腹杆内力 Ni计算各腹杆与节点板的连接角焊缝尺寸,
肢背焊缝：取 hf1，计算 LW1=k1× Ni/(2× 0.7hf1× ffw)+2hf1
肢尖焊缝：取 hf2,计算 Lw2=k2× Ni/(2× 0.7hf2× ffw)+2hf2
② 按比例把各腹杆与节点板的连接焊缝尺寸标注在各杆端，并
确定节点板的形状和尺寸，节点板的尺寸应能框进所有的焊缝，
同时还应伸出弦杆角钢肢背 10-15mm，以便弦杆与节点板的焊接。
③ 计算弦杆角钢与节点板的连
接焊缝，由于弦杆不断开，故
弦杆与节点板的连接焊缝应按
相邻节间弦杆的内力差△ N=N1-
N2计算。通常所需焊缝长度远
小于节点板的实际长度，因此
可按构造要求的 hfmin满焊即可。
2、有集中荷载作用的接点
①② 确定各腹杆与节点板的连接焊缝及节点板形状和尺寸的步骤、方法同
一般节点。
③ 弦杆与节点板的连接焊缝计算：为了放置上部构件（檩条或大型屋面板），
节点板须缩入上弦角钢肢背不小于（ 0.5δ+2mm ),且不大于 δ(δ为节点板厚度 )的
深度,并用塞焊缝连接,常采用近似方法计算,即假定塞焊缝相当于两条焊脚尺寸
各为 hf1=δ/2、长度为 LW1（即节点板长度）的角焊缝，且仅承受 P力的作用。
计算时忽略屋架坡度的影响，设 P力垂直于焊缝，故焊缝强度应满足,
σ f = P/(β f× 2× 0.7hf1Lw1)≤f fw （ 7-2）
通常 P力不大，按上式算出的 σf很小，一般可不做计算。
角钢肢尖焊缝承受相邻节间弦杆的内力差 △ N=N1-N2和由其产生的偏心弯矩
M=（ N1-N2） e(e为角钢肢尖至弦杆
轴线的距离）。焊缝的强度应满
足式（ 7-3）的要求。
当△ N较大，按式（ 7-3）计算
的肢尖焊缝强度难以满足要求时，
可按图 7-24（ B）的形式处理和计
算。
3、弦杆的拼接节点
弦杆的拼接分工厂拼接和工地拼接两种。 工厂
拼接 是因型钢供应长度不足时所做的拼接，通常设
在内力较小的节间内。 工地拼接 是在桁架分段制造
和运输时的安装接头，弦杆的拼接位置一般在节点
处，多设在跨度中央 。
为保证拼接处具有足够的强度和在桁架平面外的刚
度，弦杆的拼接通常不利用节点板作为拼接材料，应采
用拼接角钢。拼接角钢取与弦杆相同的截面规格，以使
弦杆在拼接处基本保持强度和刚度不变。
屋架屋脊拼接节点和下弦拼接节点构造分别如图 7-
25a,b所示。
拼接角钢的长度应根据拼接角钢与弦杆连接焊缝的
长度确定，一般可按被拼接处弦杆的最大内力或偏安全
地按与弦杆等强（宜用于拉杆）计算，并假定 4条拼接焊
缝均匀受力。接头一侧需要的焊缝计算长度为,
Lw = N / (4× 0.7hfffw) (7-4)
N— 拼接处弦杆的最大内力，或 N=Af A为弦杆的截面
面积。 则拼接角钢的总长度为,
L = 2（ Lw+10） + a (mm) (7-5)
弦杆与节点板的连接焊缝，可按较大一侧弦杆内力的
15%与节点两侧弦杆的内力差△ N两者中的较大值计算。
计算方法同前述节点。
4、支座节点
桁架与柱的连接分铰接和刚接两种形式。图 7-26所示为梯形桁架的铰接支
座节点，采用由节点板、底板、加劲肋和锚栓组成的构造形式。加劲肋的作
用是分布支座反力，减小底板弯矩和提高节点板的侧向刚度。加劲肋应设在
节点的中心，其轴线与支座反力的作用线重合。为便于施焊，下弦杆和底板
间应保持一定距离（图 7-26中 S），一般不应小于下弦角钢水平肢的宽度。
支座节点的传力路线是：桁架端部各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，
再经节点板和加劲肋间的竖直焊缝将一部分力传给加劲肋，然后通过节点板、
加劲肋与底板间的水平焊缝将全部支座反力传给底板，最终传至柱。
支座节点可采用第六章铰接柱脚类似方法计算,
⑴ 底板面积； 按式（ 6-53）计算。
⑵ 底板厚度,按式（ 6-59）计算，但应注意
底板不宜太薄，以使柱顶压力分布均匀。
⑶加劲肋,加劲肋的高度应结合节点板的尺
寸确定。加劲肋的厚度可略小于中间节点板的
厚度。加劲肋可视为支承于节点板的悬臂梁，
可近似地取每块加劲肋承受 1/4支座反力。
加劲肋和节点板与底板间的水平焊缝按承
受全部支座反力计算。
5,T形钢作弦杆的桁架节点
如图 7-27 所示，桁架的弦杆和腹杆全部由 T形钢制成，对
于次种桁架，在腹杆端部需要进行较为复杂的切割，使得加
工制造难度有所增加。
图 7-28所示的桁架弦杆采用 T型钢，腹杆采用双角钢。双
角钢可直接与 T型钢腹板相连。
6、节点处板件的计算
⑴ 根据试验研究，连接节点处的板件受拉、剪作用时，应
按下列公式进行强度验算（图 7-29）
N / （ ∑ η iAi） ≤ f (7-6)
式（ 7-6）中各符号的物理意义见教材解释。
⑵ 考虑到桁架节点板的外形往往不规则，采用式（ 7-6）计算比较麻烦，也
可用有效宽度法进行验算。根据试验研究，节点板的强度也可按下式计算,
σ = N /(b et)≤f (7-7)
式中,be---板件的有效宽度（图 7-30（ a）），当用螺栓连接时，应取净宽度
（图 7-30(b)），图中 θ为应力扩散角，可取为 30。 。
⑶ 根据试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力 N作用下的稳定性可用下列方法
进行计算,● 对有竖腹杆的节点板,当 a/t≤15√235/f y 时，可不计算稳定，
否则按附录二 — B 中的要求进行稳定计算。
●对无竖腹杆的节点板：当 a/t≤10√235/ fy时，节点板的稳定承载力可取为
0.8be× t× f。 当 a/t＞ 10√235/f y时,应按附录二 — B中的要求计算。
关于节点板的其他要求参见教材相关内容。
第四节 门式刚架
一、内力和侧移计算
（一）变截面门式刚架内力计算
对构件为变截面的门式刚架，有可能在几个截面同时或接
近同时出现塑性铰，不宜利用塑性铰出现后的应力重分布；刚
架构件的腹板通常很薄，截面发展塑性的潜力也不大，故应 采
用弹性分析方法按平面结构进行内力分析。 当有必要且有条件
时，可考虑屋面板的蒙皮效应，具体方法见, 门式刚架轻型房
屋钢结构技术规程 CECS102,98,的条文说明。
变截面门式刚架的内力分析可按一般结构力学方法或利用
静力计算公式、图表进行；也可采用有限单元法计算。
（二）变截面门式刚架侧移计算
1、单跨刚架
当单跨变截面门式刚架横梁上翼缘坡度不大于 1,5时，在柱顶
水平力作用下的侧移 u可按下列公式估算,
柱脚铰接刚架 u=Hh3(2+ξ t)/(12EIc) (7-8)
柱脚刚接刚架 u=Hh3(3+2ξ t)/[12EIc(6+2ξ t) (7-9)
式中 ξt------刚架柱与刚架梁的线刚度比值,ξ t = IcL / (hIb);
h,L---刚架柱高度和刚架跨度；当横梁坡度大于 1,10时,L应取横梁沿
坡折线的总长度 2s（图 7-32）；
Ic,Ib----柱和横梁的平均惯性矩，对于楔形构件,Ic=（ Ic0+Ic1） /2,Ic0和
Ic1分别为柱小头和大头的惯性矩；对于双楔形横梁,Ib=[Ib0+α Ib1+（ 1-α ）
Ib2]/2,Ib0,Ib1和 Ib2分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面的惯性矩；
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 7-33）,柱脚铰接,
H=0.67W,W=（ w1+w2） 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 7-34）,
柱脚铰接,H=1.15η PC
柱脚刚接, H=η Pc
2、两跨刚架
中间柱为摇摆柱的两跨刚架,柱顶侧移可采用公式（ 7-8）和公式（ 7-9）
计算，但计算 ξt时，应以 2s代替 L,s为单坡面长度（图 7-35）。
当中间柱与横梁刚性连接时,可将多跨刚架看作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），按下式计算刚架在柱顶水平荷载作
用下的侧移,u = H/∑K i (7-10)
式中,∑ Ki------柱脚铰接时各单跨刚架的侧向刚度之和；
Ki=12EIei/[hi3(2+ξ ti） ],ξ ti=Ieili/(hiIbi);
hi-----所计算跨两柱的平均高度（图 7-36）； hi=(hl+hr)/2
li-----与所计算柱相连接的单跨刚架梁的跨度；
Iei----两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩,Iei=（ Il+Ir） /4 + IlIr/（ Il+Ir）
Il,Ir-----分别为所计算跨左、右两柱的惯性矩（图 7-36）
二、构件截面设计
（一） 变截面刚架的构件计算
1,板件最大宽厚比和屈曲后强度利用
工字形截面构件受压翼缘自由外伸宽度 b1与其厚度之比,b1/t≤15√235/f y
工字形截面梁、柱腹板的计算高度 h0与其厚度 tw之比,h0/tw≤250√235/f y
对于工字形截面的腹板，从经济考虑宜采用高薄形截面，此时，充分利用
腹板的屈曲后强度是比较合理的。对于工字形截面构件腹板的受剪板幅，当
腹板高度的变化不超过 60mm/m时，可考虑屈曲后强度，其抗剪承载力设计值
Vd按下式计算,Vd = hwtwfv’ (7-11)
式中 hw---腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度。
fv’---腹板屈曲后抗剪强度设计值，计算详见规程 CECS102:98
当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距 a宜在 (1~2)hw之间。
工字形截面构件腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度
计算截面特性,当截面全部受压时,有效宽度 he=ρ hw,ρ 是有效宽度系数，
其计算详见 CECS102,98； 当截面部分受拉时,受拉区全部有效，受压区有
效宽度 he=ρ hc,hc为腹板受压区高度。
2、刚架构件的强度计算和加劲肋设置
工字形截面受弯构件在剪力 V和弯矩 M共同作用下的强度应满足下列要求,
当 V≤0.5V d时 M≤M e (7-12)
当 0.5Vd≤V≤V d时 M≤M f+(Me-Mf)[1-(2V/Vd-1)2] (7-13)
式中 Mf---两翼缘所承担的弯矩,对双轴对称截面,Mf=Af(hw+t)f;
Me---构件有效截面所承担的弯矩,Me=Wef;
We---构件有效截面最大受压纤维的截面模量 ;
Af---构件翼缘截面面积。
工字形截面压弯构件在剪力 V、弯矩 M和轴心压力 N共同作用下的强度应
满足下列要求,
当 V≤0.5V d时 M≤M eN=Me-NWe/Ae （ 7-14）
当 0.5Vd≤V≤V d时 M≤M fN+（ MeN-MfN） [1-（ 2V/Vd-1） 2] （ 7-15）
式中 MfN---兼承受压力 N时两翼缘所能承受的弯矩，对双轴对称截面,
MfN=Af(hw+t)(f-N/A)
A---有效截面面积。
梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷载处和翼缘转折处设置横向加劲肋。
梁腹板利用屈曲后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的
压力外，还应承受拉力场产生的压力。该拉力场产生的压力 NS=V-0.9hwtwτ cr,
τ cr是利用拉力场时腹板的屈曲剪应力，其计算详见规程 CECS102,98。
当验算加劲肋的稳定性时，其截面应包括每侧 15√235/f y范围内的腹板
面积，计算长度取 hw,
3、变截面柱在刚架平面内的稳定计算
N0/(φ xγ Ae0)+ β mxM1/[(1- φ xγ N0/NE)We1]≤f (7 -16)
式中 NE---欧拉临界力，计算 λ 时，回转半径 I以小头为准；
N0---小头的轴向压力设计值；
Ae0— 小头的有效截面面积；
We1— 大头有效截面最大受压纤维的截面模量；
M1---大头的弯矩设计值；当柱最大弯矩不出现在大头时,M1和 We1分别取
最大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量；
β mx— 等效弯矩系数，有侧移刚架柱的等效弯矩系数 =1.0；
υ xγ — 杆件轴心受压稳定系数。计算长细比 λ 时，取小头的回转半径；
而对截面高度呈线形变化的楔形柱，在刚架平面内的计算长度 h0=μ γ h，计算
长度系数 μ γ 可按下列三种方法之一确定,
⑴查表法：用于柱脚铰接的刚架。
①柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 μ γ 可由表 7-4查得。
② 多跨刚架的中间柱为摇摆柱时
（图 7-37），摇摆柱的计算长度系数
μγ取为 1.0。边柱的计算长度按下式
计算,
h0=ημ γ h (7-17)
式中各符号的物理意义见讲义解释。
式（ 7-17）的计算长度系数 μγ适用于屋面坡度不大于 1,5的情况，超过此
值时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响（横梁轴向力将产生竖向分力）。
⑵ 一阶分析法,可用于柱脚铰接和刚接的刚架 。
对于单跨对称屋架 （图 7-38（ a）），按一阶分析法得出柱顶水平荷载 H作
用下的侧移刚度 K=H / U后，柱的计算长度系数可由下列公式计算,
当柱脚为铰接时 μγ=4.16√(EI c0/(Kh3)) (7-18)
当柱脚为刚接时 μγ=5.88√(EI c0/(Kh3)) (7-19)
对中间为非摇摆柱的多跨刚架 (图 7-38(b)),μγ可按下列公式计算,
当柱脚为铰接时 μγ=0.85√[1.2N E0i∑(N i/hi)/(K*N)] (7-20)
当柱脚为刚接时 μγ=1.20√[1.2N E0i∑(N i/hi)/(K*N)] (7-21)
式中 hi,Ni,NE0i分别为第 I根柱的高度、轴心压力和以小头为准的欧拉临界力
公式（ 7-20）和公式（ 7-21）也可用于单跨非对称刚架。
⑶ 二阶分析法； 可用于柱脚铰接和刚接的刚架。
当采用计入竖向荷载 -侧移效应（ P-U效应）
的二阶分析法计算内力时，构件的计算长度
系数 μγ由下列公式计算,
μ γ =1-0.375γ+0.08γ 2(1-0.0775γ)
式中,γ --构件的楔率,
γ=(d 1/d0)-1不大于 0.268L/d0及 6.0
d0,d1— 分别为柱的小头和大头的截面高度
(图 7-39),
4、变截面柱在刚架平面外的稳定计算
N0/(φ yAe0)+β t M1/(φ bγ We1)≤f (7 -23)
式中,φ Y— 轴心受压构件在刚架平面外的稳定系数，计算长度取
侧向支撑点间的距离，截面回转以小头为准；
β t— 等效弯矩系数，对一端弯矩为零的区段,β t=1-
N/NEx0+0.75(N/NEx0)2,NEx0为以小头为准的欧拉临界力；对两端弯
曲应力基本相等的区域,β t =1.0;
φ bγ ---均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数,可按讲义
中的公式 (7-24)及相关规定计算,
5、变截面柱柱端抗剪承载力验算
变截面柱下端铰接时，应验算柱端的抗剪强度。当不满足时，
应对该处腹板加强。
6、横梁设计
⑴ 实腹式横梁在刚架平面内和平面外均应按压弯构件计算强
度和稳定。当屋面坡度很小时（ α≤10 。 ），在刚架平面内可仅
按压弯构件计算其强度。
⑵ 变截面实腹式刚架横梁的平面内计算长度可取竖向支承点
间的距离；实腹式刚架横梁的平面外计算长度，应取侧向支撑点
间的距离 ； 当横梁的上、下翼缘侧向支撑点间的距离不等时，
应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。
⑶ 当 实腹式刚架横梁的 下翼缘受压时，必须在受压翼缘的两
侧布置隅撑（厂房端部刚架横梁仅布置在一侧）作为横梁的侧
向支撑；隅撑的另一端连接在檩条上或焊接于太空轻质大型屋
面板的边框上。
⑷ 当横梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加紧肋时，除应按
,钢结构设计规范, （ GB50017-）的规定验算腹板上边缘的正应
力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，还应满足
下式要求,F≤15 （ tf235/twfy)1/2× tw2× α mf (7-25)
式中,F— 上翼缘所承受的集中荷载；
tf,tw--横梁翼缘和腹板的厚度；
α m--参数,α m=1.5-M(Wef),且 α m≤1.0, 横梁负弯矩区
取零；
M— 集中荷载作用处的弯矩。
⑸ 横梁不需计算整体稳定的 侧向支撑点间最大长度，可取 横
梁 下翼缘宽度的 16(235/fy)1/2。
7、隅撑设计
隅撑应按轴心受压构件设计，轴心压力可按下式计算
N=Af(fy/235)1/2/（ 85cosθ ) (7-26)
式中,A— 实腹式横梁被隅撑所支撑翼缘的截面面积；
θ — 隅撑与檩条轴线的夹角；
f,fy— 实腹式 斜梁钢材的强度设计值和屈服强度。
隅撑宜采用单角钢制作，通常采用单个螺栓连接，计算时应考
虑强度设计值折减系数。隅撑与刚架构件腹板的夹角不宜小于
45。 。
（二） 等截面刚架构件计算
等截面构件可采用三块钢板焊成的工字形截面、高频焊接轻
型 H型钢及热扎 H型钢。等截面刚架按弹性设计时，可按上述变
截面刚架的规定进行设计。 等截面刚架按塑性设计时，可按
,钢结构设计规范, （ GB50017-）中有关塑性设计的规定进行
设计。
三、节点设计
（一） 横梁与柱连接
门式刚架横梁与柱的连接，可采用端板竖放（图 7-40(a)）、端板横放
（图 7-40(b)）和端板斜放（图 7-40?）三种形式。
端板连接应按连接初所受最大内力设计。 当内力较小时，应按能够
承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应采用高
强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用高强度螺栓摩擦型连接。
端板连接螺栓应成对对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均
应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。为此，应
采用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。当螺栓群间的力臂足够大
时或受力较小时，也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板齐平
式连接。
在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。与横梁端板连接的柱翼
缘部分应与端板等厚度（图 7-40(a)）。端板的厚度可根据支承条件（图 7-41）
按下列公式计算，但不宜小于 12mm。
● 伸臂类端板,( 7-27）
●无加劲肋类端板,（ 7-28）
●两边支承类端板,
bf
Net tf6?
fea
Net
w
tw )5.0( 3 ??
当两端板外伸时, (7-29）
当两端板齐平时, (7-30）
●三边支承类端板,
(7-31）
式中,Nt-一个高强度螺栓承受的拉力设
计值；
f--端板钢材的抗拉强度设计值。
feeebe
Neet
wffw
twf )](2[ 6 ???
feeebe
Neet
wffw
twf )](4[ 12 ???
febbbe
Neet
fsw
twf
]4)2([
6
2???
门式刚架的框架梁与框架柱相交的节点域，应按下式验算剪切强度，当
不能满足时，应加厚腹板或设置加劲肋 (图 7-40(b,c))。
（ 7-32）
式中 dc,tc分别为节点域柱腹板的宽度和厚度；
db框架 梁端部高度或节点域高度（图 7-40（））；
M— 节点承受的弯矩，多跨刚架中间柱应取两侧斜梁端弯 矩之代 数和
或柱端弯矩；
fv--节点域柱腹板钢材的抗剪强度设计值。
门式刚架梁、柱的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，使
焊缝截面与构件截面等强。当不满足要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚
腹板。
当 Nt≤0.4P时,(7-33)
当 Nt＞ 0.4P时,(7-34)
vccb ftdd
M ?? 2.1?
fteN
fteP
wwt
ww
??
??
)/(
)/(4.0
?
?
(二 )门式刚架框架梁拼接构造
图 7-42（ a）为屋脊处框架梁拼
接，图 7-42（ b）为非屋脊处框架梁
拼接，拼接构造要求和计算方法同
框架梁与框架柱的连接。
（三）门式刚架框架梁与摇摆柱的连接构造
图 7-43为框架梁与摇摆柱的连接，柱两端均为铰接。螺栓直径和布置
由构造决定，不考虑受力。加劲肋设置和设计应考虑有效地传递支承反力。
（四）门式刚架的柱脚构造
门式刚架柱脚分为 铰接柱脚 和 刚接柱脚 两种。 对于一般的门式刚架轻型钢
结构房屋，常采用制造方便的平板式铰接柱脚。图 7-44（ a）和图 7-44（ b）
为分别采用两个和四个锚栓的平板式铰接柱脚。前者当柱子绕 X-X轴有微小
转动时，锚栓不承受拉力，是一种比较理想的铰接构造；后者当柱子绕 X-X
轴有微小转动时，锚栓将受到拉力，但由于锚栓力臂较小，且锚栓受力后底
板易发生变形，故该拉力不大，这种柱脚构造接近于铰接，常用于横向刚度
要求较大的门式刚架柱脚。
图 7-45为用于摇摆柱的铰接柱脚构造。
刚接柱脚 用于设置有桥式吊车的门式刚架或大跨度刚架。对
于刚接柱脚，应至少有 4个锚栓对称布置在轴线两侧，并保证对
主轴 X— X具有较大的距离。此外，柱脚还必须有足够的刚度。
图 7-46（ a）为底板用加劲肋加强的刚接柱脚。图 7-46（ b）为
采用靴梁和加劲肋的刚接柱脚。
(五）、牛腿设计
牛腿的构造要求见图 7-47。 柱为焊接工字形截面，可为等
截面或变截面柱。牛腿板件截面尺寸与柱截面尺寸相协调，
牛腿个部分焊缝由计算确定。牛腿上、下翼缘与柱的连接可
采用焊透的 V形对接焊缝，也可采用角焊缝；角焊缝的焊脚尺
寸由牛腿翼缘传来的水平力 F=M/H确定。牛腿腹板与柱连接
采用角焊缝；角焊缝的焊角尺寸由剪力 V确定。
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