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门式刚架中国建筑金属结构信息网设计评述

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    陈友泉 译

    [摘要] 虽然在一定范围内门式刚架是一种最简单的结构型式，但设计者至少要像其他更复杂结构一样，满足不同的结构设计准则。按照最近研究的门式刚架的工况特性回顾当前的门式刚架设计，特别是加腋梁的稳定性问题。给出了这类构件的侧向稳定验算导则。
        一、前言
        近年来，有大量的门式刚架设计的验算问题提出来，工程师们在验算过程中不总是像塑性设计那样熟悉。在过去20年，英国的门式刚架已定型化，在檐口处设计高腋得到细长的刚架，这导致了进一步设计带有高而细长的加腋的大跨度刚架。尽管已有了一般的设计原理导则，包括构件的侧向稳定，但仍存在有忽视导则，或错误理解导则的问题。现在适宜去检查当前的设计方法、评价设计的“灰色”领域，特别是加腋梁的失稳问题。着重给出一个验算这类构件侧向稳定的方法。

        虽然在一定范围内门式刚架是一种最简单的结构型式，设计者或许满足了比其他结构更多的设计准则，图1给出了这类结构的一些设计准则。在讨论各种不同方面的细节之前，简单地回顾一下门式刚架的塑性设计应用的背景情况。
        剑桥大学的Baker教授和他的同事们做了研究工作提出塑性分析方法，几年后，在50年代中期，该理论成功地应用于门式刚架建筑中，现今，有40%的中国建筑金属结构信息网为门式刚架，全部采用了这个设计方法。
        图2（图2略）说明了剑桥大学的试验形式，与当今大跨度刚架相比属于小尺寸试验。
        从破坏的刚架照片可以清楚地看到，真实的结构塑性分布超过最初的屈服截面，产生一个延伸的屈服区域，不像理得到论所假定的简单塑性铰。注意到相对刚度大的檐口梁连接2个刚架对柱子顶部有一定位约束，檩条在破坏过程中已横向扭曲。
        二、整体强度考虑
        在门式刚架设计中应用塑性理论通常是采用半图解法，采用这种方法按照几何尺寸和刚架上的荷载先定义未知内力（反力），然后反力产生的弯矩按图3的简支弯矩图迭加。对于等截面刚架这清楚地显示了迭加后的弯矩图，可看作是反力弯矩图和简支弯矩图两者之差，通过排列足够的塑性铰得到破坏模式，只要塑性铰的弯矩代表最大值条件，则可以得到唯一的解答。根据允许铰弯矩可以确定构件尺寸。
        允许荷载系数对于塑性设计是1.7，然而新提出的极限状态法建议采用荷载分项系数法，表明等效的荷载系数可以减少到大约1.55，精确值取决于外加荷载与恒载之比例。这意味着挠度和稳定将对最后的设计有更大的影响，荷载越低，刚架变得越细长。
        在这个国家（注：指英国）通常恒载加活荷载产生的弯矩控制设计（见图3所示），除非刚架是非常高或有极端的大风压力。在许多国家，例如中东，雪荷载不是设计控制条件，普通的破坏模式可以是侧向摇摆失稳，即风荷载变成为控制设计的因素。如果不能确定是否由对称性破坏模式控制最大设计弯矩，这两种力学模式总是需要验算的。

           通常的门式刚架在檐口处有一个加腋（见图1所示），表明了一个典型的结构型式。最初，采用一个短的加腋是考虑加大螺栓群的力臂。然而实际认识到，用一个更长的加腋可能减少梁的弯矩从而减少梁的尺寸。当然，柱子的弯矩会有相应的增加，即，有不同的截面用于柱和梁。这样的结果证明是经济的，因为梁的长度通常大于柱子的长度。用钢量的节省足以补偿加腋的材料费用及其制作费用。一个典型的加腋门架的组合弯矩见图4所示。注意，靠近加腋处柱子的弯矩取决于连接处的加腋高度。在屋脊处的加腋（见图1）有助于减少挠度，但对强度没有影响，因为塑性铰发展远离其加腋处。然而，屋脊加腋的措施对于屋脊处连接的设计有重要影响。
           檐口加腋的尺寸取决于刚架的几何尺寸和作用的荷载，即加腋必须能够承受弯矩、轴力、剪力以及维持在其端头的塑性变形。通常的实践是设计成二倍于基本梁的高度以便加腋部分的材料能从同样的梁中得到，即UB（一剖两）切割。当然，采用焊接板，加腋的制作有所不同。然而，虽然从强度的观念这些板是可接受的，但它们能在靠近受压翼缘引起高残余应力，使得加腋对失稳更敏感。当构件整体稳定和局部屈曲控制设计时，有时采用比基本梁截面更大的翼缘加腋是有优势的。
           柱底为铰接刚架的快速设计方法是假定一个适当的梁截面，根据其塑性铰的位置是在屋脊附近处，定义该处的弯矩，就可求得柱基础的水平反力，由此，加腋处的柱弯矩可以很容易算出，一个适当的构件尺寸可以确定。这个分析是假定塑性铰是在梁和柱的等截面部位，而不是在加腋区内，因此，重要的是在加腋区内的弹性应力小于所考虑截面的屈服弯矩所对应的应力，即，加腋在允许荷载条件下必须保持为弹性状态。
           对于多跨等截面刚架，屈服肯定仅出现在端跨，设计并不比单跨刚架更复杂。内部柱可以设计成简单摇摆柱，但不推荐这种办法，事实上，可假定外加雪载在多跨刚架中产生不平衡荷载，建议要检查内部柱子的内力。相似的多跨刚架（凹谷处的梁支撑主刚架，而没有内部柱的帮助），应对不对称荷载进行考虑，即：应验算保证凹谷处的梁在不平衡扭曲荷载作用下满足弹性设计要求。
           随着计算机的应用，特别是微型计算机的广泛应用，构件的分析和设计迅速发展成为仅仅是电算程序的应用，它们在处理多跨刚架在不同荷载条件下，最为有效。当今许多商业化的电算程序通过线性规划依据用钢量最省或造价最低的原则编制。借助于任何一个软件包，设计者的责任是检查从电脑中得出的结果。
           一般来说，开孔不影响构件的设计，除非是在塑性铰的位置上开孔，在这种情况下，应当验算其强度。
           三、稳定考虑
           塑性理论假定次效应（例如局部构件的稳定）在极限荷载到达之前并不引起结构失效，不管是柱子还是梁。局部屈曲取决于翼缘的宽厚比，如果宽厚比超过其限值（与钢材的设计强度有关），是不允许塑性变形的。这些限值列在手册BCSA/Constrado的承载能力表中。
           设计的主要的问题是验算构件是否稳定，如果一个构件不稳定，应确定需要多少侧向支撑，及安置在什么位置以保证构件稳定。侧向支撑的间距在塑性铰部位最为重要，这些部位在刚架完全压溃之前必须能够出现转动。一种很好的做法总是在檐口处的塑性铰处加一侧向约束，极少可能第一个塑性铰在屋脊附近形成。除非在构件长度内包含一个塑性铰，屋面梁上的侧向约束要求与BS449（注：指英国规范）中弹性设计是相同的。
           柱子稳定按塑性设计在早期的BCSA-23版讨论了，现在的新版作为补编列在塑性设计中。后者给出了几个构件稳定性的验算例子，类似地可以对于含有一个塑性铰等截面梁进行验算，然而不必强调BCSA-23版的验算不可用于验算构件的变截面部分，尤其是加腋。
           有时会出现柱子不能在整个长度被面板墙梁约束的情况，这种情况在实践中可能出现（例如在一个大的门洞附近），在柱子中部受压翼缘无支撑。在这种情况中，要么柱子的截面加大到可满足整个自由长度的稳定条件，要么将柱子包裹起来直到加腋的下面。除非砖墙由销子或墙筋牢固连在柱子上，否则，在建筑物的整个使用期内，墙体能否约束柱子的侧向稳定是值得怀疑的。
           BCSA-23版中的曲线已知是保守的（见图5所示典型的曲线），作为将来进一步研究的问题，更新的一套曲线发表在Consdrado的专题研究报告中。

           BCSA-23版也考虑其他设计准则，如腹板的初始屈曲。如果腹板高厚比超过规定的值（取决于钢材设计强度），将出现初始屈曲，除非平均的轴向应力被限定。这些限定值也已在出版的《塑性设计》中给出。
           应该注意到，在BCSA-23版中关于验算失稳的要点是针对无约束构件。不用说，门式刚架中的边柱的一个翼缘通常由面板墙梁有间隔地约束。在柱底铰接刚架中，破坏的模式是对称的，正是受拉翼缘被墙梁约束。屋面梁类似地被檩条约束。次构件和围护板之间的组合作用足以约束主构件的侧向移动，即主构件的出腹板平面外被约束。另一方面，由檩条、墙梁对主构件的扭转约束效果取决于许多因素，即：次结构的刚度，次构件和主构件之间的连接件的弯矩一转角特性，主构件的局部变形和蒙皮面板的特性。主构件和檩条/墙梁之间的标准连接没有显著的抗弯能力（见图6），因此，通常在理论分析时忽略不计它们所具有的小抗扭能力。
           事实上，Horne和Ajmani在验算稳定时考虑了次构件对受拉翼缘提供的侧向约束，他们表明，对于具有足够小的檩条/墙梁间距，一个带有端弯矩的轴向受力构件会绕着与连接件一致且平行于构件中心轴扭转屈曲，即无约束受压翼缘整体绕约束轴扭转，导致构件整体破坏（见图6所示，图略）。如果檩条/墙梁间距大于?临界值，屈曲将出现在约束构件之间，即“支撑间的破坏”。当出现支撑间破坏时，应采用BCSA-23版中所给出的设计方法，该方法应用于支撑间的计算长度中含有一个支撑处的塑性铰。对应于最大作用应力低于屈服应力的弹性设计方法也在BCSA-23版中给出。
           Horne和Ajmani所研究的特殊问题提出了整体破坏的弹性和塑性设计方法，考虑了弯矩在两支撑端之间线性变化的轴向受力构件，如柱子的情况。假定绕约束轴扭转屈曲破坏和一般的处理方法类似于无约束构件，该两种设计方法可在Constrado专题研究报告再导出。对于更小的长细比，适用的荷载在塑性范围内，两端弯矩比（β）可以是任意的，所对应的稳定曲线通过考虑屈曲后行为导出。一个更一般的适合于等截面梁的计算方法也被提出，Horne将其延伸用到非等截面梁，例如加腋。
           当考虑梁的加腋部分时，应验算弹性稳定以保证加腋处的应力不超过失稳，正如所提到的，BCSA-23版中关于梁稳定的要点导则是根据等截面梁情况进行的。影响承受平面内弯曲的结构构件稳定的一个重要判据是沿构件的应力分布，因为弹性截面模量对于等截面梁是不变的，这个判据因素由弯矩递度参数β来代替。然而，在变截面构件中，例如加腋梁，正是沿构件的实际应力分布是设计判据，而不是弯矩（见图7所示）。当塑性铰在加腋未端，只要对塑性铰部位的受压翼缘有侧向约束，加腋本身可能按弹性理论设计。再进一步推荐，加腋本身不设计成包含一个塑性铰，因为塑性失稳的要求条件比弹性失稳更严。曼切斯特大学最近研究了在使用荷载水平作用下让加腋梁达到塑性状态，结果表明侧向支撑之间的有效计算长度的计算规则变得更为严格，即需要用更多的侧向约束。塑性并不仅限于塑性铰位置而是分布在加腋区这一事实导致构件更容易失稳，特别是如果还有其他的失稳因素存在，例如来自于受压翼缘附近的焊接残余应力。

           四、加腋构件的弹性侧向稳定
           验算加腋构件的弹性侧向稳定是根据沿其受拉翼缘有间隔布置在主刚架之间的檩条约束，构件承受允许轴向力P连同腹板平面内的弯矩，见图8所示。



           方程（3）假定计算应力时的弹性抗弯模量仅根据双翼缘截面，即忽略了任何中间的翼缘。然而Horne和Morris将计算方式推广到中间翼缘，仅需调整方程（3）中的3000为4200。假定弹性抗弯模量是由梁的正交截面得到（见附录A中的计算方法）。
           曼切斯特大学的研究评估了中间翼缘对加腋构件的稳定的影响以及比较试验结果和不同的理论计算，加腋梁的试验装置之一就是构造类似的现场条件，即受拉翼缘由冷弯型钢檩条约束，檩条上有石棉板排列约束。屋面系统对试件的约束按照实际工程类型且有类似的刚度（见图9，略），檩条的远端支承在一个可转动的支点上，随着试件的变形被迫做竖向移动以致试验时没有人为约束或干扰荷载作用在梁上。通过这项措施，可以研究任何荷载作用下加腋梁及其连接的工况行为。
           虽然稳定的计算采用了稍为复杂的表达式，它表达了加腋构件的计算方法，希望最后的推荐方法具有简单的形式。当然，这和微型电脑的问世不相干。
           五、侧向约束
           在塑性设计中，构件的各部分要求在塑性铰位置处能够非弹性转动。这些部件不仅仅在设计荷载条件下必须能够屈服，而且也必须有非弹性约束以便能提供必要的铰转动，因此，在塑性铰位置处构件应有适当的支撑来抵抗在极限状态下的侧向位移和扭转变形，后者的要求不针对最后一个塑性铰的形成。两个翼缘都需要侧向约束，否则受压翼缘将出现平面外反弹（kick），这种现象甚至在格构式刚架中观察到。
           在弹性设计的高应力构件和塑性设计的塑性铰区域之外构件的部分存在相同的平面外屈曲趋势，但没有那样严重，因为塑性铰没有包括在内。中间约束（它们远离塑性铰位置）要求有足够刚度使构件的屈曲发生在约束点之间，即约束点变成了侧向的反弯点。再者，需要设计提供适当的强度和刚度约束来防止侧向位移和扭转。
           防止侧向失稳所需约束力的大小是被约束的受压板件最大受力的2%。虽然约束力相对很小，但提供这样的力（以支撑的形式）是很重要的。如果一个侧向约束屈曲了或是撤移了，屈曲的模式变得更为严重，趋于更不稳定。考虑到此，《塑性设计》的作者给出了受压翼缘面积4%的值，但没有给出刚度要求。在极限荷载试验时，支撑结构过早地失效，意味事实上刚度的要求可能控制支撑结构的设计，Horne教授已经指出约束构件的最大长细比应该是100。可有趣地注意到：4%的强度要求和长细比100的刚度要求用在实际的典型加腋构件中，产生相类似的支撑设计。
           在支撑细节设计中，记住以下是重要的：正是高应力受压翼缘需要约束其侧向位移。有时，很难在塑性铰位置精确定位设置侧向支撑。如果塑性铰截面被认为是侧向约束住了（就像对加腋端头的受压翼缘所描述的那样），则支承点不应该远离塑性铰位置D/2以上，D是在该特殊点处的截面高度，注意，正是受压翼缘必须在塑性铰位置的D/2范围内被约束。侧向约束可以是任何形式，即交叉支承或纵向系杆只要受压翼缘的侧向移动被限制。有许多不同的约束型式最近被注意到，如图10所示，一些是有效的，另一些则不是。

           六、檐口构件
           两个问题经常被问到??檐口构件的作用是什么？檐口构件是必需的吗？（这显然意味某些人不想用檐口构件）。
           一个檐口构件的功能就是为柱上端提供定位约束，将纵向风力传给支撑系统。此外，这些要求可以结合其他的设计考虑，当设计者需要檐口构件作为围护板的横梁或檩条甚至天沟支架时。很清楚，檐口构件通常安装在柱子的顶部，有时在柱子外边──工程中似乎用得越来越多。
           由此，除非檐口构件和受压翼缘直接牢靠连接，否则檐口构件不能提供侧向约束，这个侧向约束对于柱子加腋交界面的受压翼缘是非常必要的。对于通常的结构，受压翼缘的侧向约束要求与柱子顶端的定位约束要求是分开考虑的。
           参考图2，表明试验装置中的“檐口构件”似乎是结合了两个功能，这是因为檐口构件的截面高度和梁一样，这样就为内部受压翼缘提供了一个定量的侧向约束，仅仅很小的门式刚架会是这种构造情况。
           七、螺栓连接
           除了验算构件侧向稳定外，螺栓连接的设计不可避免最受关注，连接的设计已经存在有很大的偏差情况。最基本的是，连接的作用是将两个主要的构件连成一个单元体而不失去强度或引起不适当问题例如大的变形。连接必须具有足够的强度，在节点内部不会产生塑性铰。另一方面，局部构件允许有一定的塑性变形能力以便得到一个有效的节点。如果连接中不发生塑性铰，则在连接区域不需要转动能力。连接刚度影响到刚架的整体刚度，虽然起初对结构的刚度反应仅仅有一个边际效果。连接设计考虑的主要因素之一是制作成本和便易安装，虽然成本取决于工厂加工，但详图设计都由设计人员处理。通常，如果工厂焊接减少，则会导致制作成本减少，设计连接时应对细部加以检查。
           首先，8.8级或HSFG螺栓无足够延性去产生塑性受力分布，见图12（c）所示。一般按低弯矩阶段最实际的螺栓受力分布计算，见图12（a）所示，其中图12（b）提供了一个在极限荷载下的螺栓受力分布的计算模式。后者模式与结构表现相一致，转动中心定在刚度最大的部位，翼缘顶住柱腹板（封口连接）或毗邻梁的翼缘（屋脊连接），这在试验中通过观察端板的边缘已“刺伤”毗连构件的支承表面而得以表明。

           檐口连接由于薄的柱翼缘与相对厚的端板相结合引起了复杂的问题，这个问题通常不会延伸到梁的受拉翼缘范围之外。柱子翼缘上螺栓的作用力引起双弯曲（杠杆撬力作用），端板经受一个对应顶排螺栓的悬臂作用力，此力来自于翼缘的拉力，剩余的拉力主要通过腹板传递到最上的二排螺栓。由曼切斯特大学所做的试验证据建议，螺栓受力分布分布（b）是实际的，应被设计采纳。然而，取决于受拉区的刚度构造，受拉翼缘的第二排螺栓也可能随着第一排螺栓接近破坏而达到弹性极限，见图12（b）中的虚线。
           假定螺栓受力分布按图12（b）所示，通过螺栓群的抗弯能力等于连接的作用弯矩计算出螺栓的大小。当采用极限设计弯矩时，可以假定外排螺栓承担最大的荷载等于螺栓的弹性极限荷载。有许多计算端板厚度的方法，Douty和MeGuire根据悬臂作用导出计算式，但是假定作用力由整个梁的拉力引起。然而试验表明不是这种情况，在端板附近翼缘的力显著减小，由于一部分力直接通过梁腹板传递到螺栓。Blockley的方法似乎不增加端板厚度。然而，根据端板工况观察的一个新近方法表明：一个好的经验作法是端板厚度接近等于螺栓直径，只要螺栓孔的横向间距接近5倍螺栓的直径。一个无加劲肋的端板厚度小于螺栓直径则太柔，导致不能达到连接的设计抗弯能力。
           当连接中的柱翼缘厚度小于端板时，螺栓中的附加撬力必须要计算，或者是柱翼缘强度必须加强，这可以设置小加劲肋以减少翼缘中的横向弯曲或是设置垫板（见图13所示）。建议垫板的厚度至少等于端板厚度减去柱翼缘厚度之差的1.25倍。为了减小板的弯曲和由此而来的杠杆撬力作用，在设计中应懂得螺栓的位置以安装工具尽量能靠近梁翼缘、腹板和加劲肋来确定。

           如果屋脊节点端板延伸到受拉翼缘的外面，该端板需要用三角形板加劲，最好采用UB（一剖两）剪切，否则，无加劲板由于相对柔性将屈服和变形，此作用会引起梁截面内的第一排螺栓承受的荷载比设计计算的更多而可能导致过早的破坏，由Deakin的试验得到这样的破坏。采用薄的端板由加劲肋加强以消除横向弯曲的做法看来是不够经济的方案，因为它要附加制作成本。
           研究表明，连接中受压区域的螺栓能适当地传递常规门式刚架的竖向剪力。
           转而讨论螺栓的类型问题，8.8级或HSFG螺栓，这两种螺栓的材质实际上是相同的，在极限荷载试验中的行为是相似的，主要的差别在于螺栓连接的板件发生分离时。由于HSFG螺栓的予拉力，端板的分离推迟到正常使用荷载之后才发生。但一旦端板发生分离，这两种类型的螺栓工况就没有什么差别。HSFG螺栓予拉力的作用改善了连接的初始刚度，减少了杠杆撬力，然而，由现行设计规范采用允许应力，设计者可以采用比8.8级普通螺栓多25%的拉力荷载，即如果采用HSFG型螺栓，需要的数量更少。
           检查HSFG螺栓标记的人员要求节点板接触面必须是密贴的，不对的是，在门式刚架范围内HSFG螺栓的使用并不是摩擦型，而是予拉力型（高张拉力螺栓）。对于这样一个问题：滑移（最大2mm）对门式刚架的整体效应如何？答案一定是没有的，予拉力是一个很强的条件，高张拉螺栓无需结合考虑HSFG螺栓的无滑移工况条件，这无疑很快消除了关于HSFG螺栓的使用纯粹只是考虑它们的高张拉强度而没有考虑滑移问题的争论。
           端板与加腋构件的连接焊缝是至关重要的。如果可能，应采用角焊缝而不是对接焊缝，这样，不仅仅免除了昂贵的（坡口）边缘预加工，而且减小了层状撕裂的危险，试验已表明这种情况。对于极限荷载条件，角焊缝的设计可按简化规则──翼缘焊缝的组合焊喉厚度至少等于翼缘厚度，腹板焊缝的组合焊喉厚度至少等于腹板厚度。一个附加条件是：受拉一边较大的焊缝应延伸到腹板至少50mm以防止在角焊缝根部拉裂，但是推荐较大的焊缝连续伸过第2排螺栓，因为梁的拉力通过该区传递。
           最后，值得注意的是：所有的端板承受由焊缝传递的厚度方向应力，在这种情况下，板的层状危害是严重的。所有的端板应验算端部二排受拉螺栓区域的层状撕裂。
           八、柱子腹板区域的适当性
           靠近檐口连接的柱腹板必须能承受大的局部拉应力和压应力。在拉力区域超过屈服能导致过度的扭曲，而受压边应验算腹板压溃和屈曲。还有一种屋盖梁延伸到边柱的设计情况，在这种情况下，剪切作用在柱子腹板横截面中产生。柱子腹板的设计主要是验算无加劲腹板承受加腋力等于 的能力， 是从受压翼缘的转动中心到头二排受拉螺栓的中间距离（见图14和15），如果腹板验算不够，则必须通过某种加劲形式提高其承载能力。


           另一个关于螺栓连接的问题是：螺栓并不总是直接安置在板件受力的部位，通常情况出现在加腋的受拉翼缘。应正确地理解，连接区域的工况不但取决于节点加腋一边所发生的情况，而且与柱子板域的工况有关。来自于加腋截面的拉力，通过螺栓引起柱子螺栓部位的翼缘变形，任何一个过度的横向弯曲变形可以采用小加劲肋得到减少。另一个要求减少制作成本的办法是加垫板。不幸的是，这些加强办法（也包括加顶板）不能改善板域的抗剪能力。
           作为一个众所周知的次要问题，研究了一种新的加劲型式，可以同时解决抗剪和柱翼缘变形问题（见图13(f)所示）。该加劲肋采用交叉拉力构件和水平加劲肋相结合的型式，这实际的形状可简单弯折形成。最近，由试验研究比较了这种新型加劲肋和更传统的加劲肋型式，试验结果表明：Morris加劲肋结构上有效。再者，它是经济的，克服了螺栓通过其他加劲肋的困难。图13给出了试件样品的细节，由图13(a)~(d)描述的四个试件表现了类似的样式，除了柱子翼缘的局部效果不一样。图16表明新型加劲肋改善了抗剪功能且因其制作简单超过了K型加劲肋。

           虽然需弯曲，Morris加劲肋可以设计成一个常规的斜向加劲肋，Bose、McNiece和Sherbourne已经表明，斜加劲肋的水平投影（ ）不应超过腹板的剪切面积，因为采用更强的加劲肋不能显著地提高抗剪承载能力。
           九、柱子基础
           当前的柱基础的设计方法一般是经验性的，不考虑钢柱底和砼基础之间的相互作用，单独考虑土层条件的效果。这方面的设计研究正在进行，但推荐用于设计仍为时过早。钢和砼的相互作用工况取决于钢板的柔性、灌浆的标准和质量、砼基础上的HD锚栓的支承能力等。
           直到最近，铰接柱脚的典型型式为沿着H柱的中性轴安置两个HD锚栓，尽管严格说来，这种设计有一些抗弯能力。然而，为了遵守关于火灾的规程，当屋盖在火灾时倒塌，柱子仍能保持不倒，这个规定可解释为使铰接柱脚有一定的嵌固度。这可在柱子截面高度范围内安排4个HD锚栓，在此情况中，可以有把握地假定柱脚产生的部分刚接能力等于20%的柱截面的弯矩能力，只要土层条件是适当的，弯矩分布可按此效果而适当调整。
           尽管有这样的防火规则，但由于场地条件或需要简化基础构造，门式刚架设计中一般仍假定为铰接基础。这是相当合乎规范的，因为柱底部分刚接的存在对刚架强度没有害处。通过柱底锚固于砼基础面或利用基础下面的土层摩擦力或土层对横向移动的被动抗阻，柱底的水平抗剪键可以取消。
           一个固定柱底的方法是采用杯口基础，柱子由此伸入到基础内，然后灌浆定位。更常用的方法是安置4个HD锚栓在柱子截面的外边，配以适当的基础底板的加强筋，但能够达到充分刚接吗？需要做进一步的研究工作来确定这个规则。
           十、刚架设计的总体考虑
           过去以为整体稳定问题通常不影响常规坡度门式刚架的设计，因为柱子中的平均轴向应力很小。虽然这是对的，但也应认识到许多刚架在弯曲平面内是细长的，这可以导致弹性极限荷载与塑性破坏荷载之比是非常低，尤其是附有系杆的门式刚架。在这种情况下，需二阶弹塑性分析计算刚架的承载能力。
           对于单跨刚架，当承受风荷载作用时，限制挠度条件后，通常可保证整体稳定不是控制因素，当柱子顶部的侧移限定在使用荷载下不超过柱高的1/300时这种情况可以确定。然而，如果能证明更大的挠度不会损害结构的有效强度或导致最后的破坏，挠度值可以超过。因此需要一个不影响结构强度和稳定的安全挠度条件由下面的规定给出。
           柱顶在水平力作用下的水平挠度 不得超出1.8H(mm)，其中H是柱子的高度（m），该水平力作用在每个柱子顶部且方向相同，等于1%的柱子竖向使用荷载。
           多跨刚架有两种形式的失稳：一种是当内部柱子较细长时，内部摇摆失稳；另一种是“跃越”屈曲失稳，对于具有拱效应的小坡度屋面尤其危险。对于单跨刚架，摇摆失稳正是其设计控制条件，对于“跃越”屈曲失稳，新规程给出了设计公式。
           来自于理论分析的“刚塑性”承载能力计算应由BCSA-29版中原始给出的图表修正，。该图表在Constradode增补版的“塑性设计”中再次给出，它考虑几何改变的效果和单跨刚架的应变硬化。这个图表假定了刚架全部是等截面构件，通过假定有效长度等于跨度L减去加腋总长度的一半，这个图表仍然可以应用于加腋刚架。
    结束：
           如果本篇论文有助于减少关于门式刚架设计的争论问题，则本文目的即已达到。
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