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第2章轻型门式刚架结构 2 1结构材料 组成 形式2 2结构布置2 3刚架设计2 4压型钢板 檩条 墙梁 支撑设计2 5节点设计及构造设计2 6轻型门式刚架设计实例 2 4结构材料 组成 形式 2 4 1屋面压型钢板的设计2 4 2檩条的设计2 4 3墙梁设计2 4 4支撑设计 2 4 1屋面压型钢板的设计 压型钢板材料 按原板表面处理方法分为 镀锌钢板彩色镀锌钢板彩色镀铝锌钢板压型钢板材料选择据建筑功能 使用条件 使用年限和结构形式等因素考虑 压型钢板截面形式 压型钢板型表示方法 YX波高 波距 有效覆盖宽度YX35 125 750按波高分为低波 中波 高波压型钢板设计时 荷载包括恒载 可变荷载进行强度和刚度计算实际有厂家提供资料和最大檩距选用 2 4 2檩条的设计 一 檩条的截面形式檩条的截面形式分为实腹式和格构式当檩条跨度 柱距 不超过9m 选用实腹式檩条 b 为高频焊接H型钢截面 适用于檩条跨度较大的场合 c 卷边槽钢 C形钢 檩条适用于屋面坡度i 1 3的情况 d e 直卷边和斜卷边Z形檩条适用于坡度i 1 3的情况 斜卷边Z形钢存放时可叠层堆放 占地少 做成连续梁檩条时 构造上也很简单 格构式檩条的截面形式有下撑式 图a 平面桁架式 图b 和空腹式 图c 等 当屋面荷载较大或檩条跨度大于9m时 宜选用格构式檩条 格构式檩条的构造和支座相对复杂 侧向刚度较低 但用钢量较少 二 檩条的荷载和荷载组合 1 永久荷载屋面板重量 悬挂物重量和檩条自重 2 可变荷载除需考虑屋面均布活荷载 雪荷载和积灰荷载外 还需考虑施工检修集中荷载 一般取1 0kN 当施工检修集中荷载大于1 0kN时 应按实际情况取用 1 檩条的荷载 计算檩条的内力时 主要考虑两种荷载组合 1 1 2 永久荷载 1 4 max 屋面均布活载 雪载 2 1 2 永久荷载 1 4 施工检修集中荷载换算值在风荷载很大的地区 需考虑风吸力对屋面的受力影响时 还应进行下式的荷载组合 3 1 0 永久荷载 1 4 风吸力荷载 檩条风荷载体型系数应按 门刚规程 表A 2采用 对封闭的建筑 中间区为 1 15 1 3 边缘带为 1 4 1 7 角部为 1 4 2 9 随有效受风面积的大小取值 2 檩条的荷载组合 三 檩条的内力分析 设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下 沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用 属于双向受弯构件 在进行内力分析时 首先要把均布荷载q分解为沿截面形心主轴方向的荷载分量qx qy qx qsin 0qy qcos 0 0 竖向均布荷载q和形心主轴y轴的夹角屋面坡度不大的情况下 卷边Z形钢的qx指向上方 屋脊 而卷边槽钢和H型钢的qx总是指向下方 屋檐 对设有拉条的简支檩条 由qx qy分别引起的My和Mx按表 p80 计算 对于多跨连续梁 在计算Mx时 不考虑活荷载的不利组合 跨中和支座弯矩都近似取qyl2 10 檩条的截面选择 1 强度计算当屋面能阻止檩条的失稳和扭转时 可按下列强度公式验算截面 Mx My 对截面x轴和y轴的弯矩 Wenx Weny 对两个形心主轴的有效净截面模量 冷弯薄壁型钢构件板件宽而薄 在压应力作用下 截面板件容易产生凸曲变形 发生局部失稳 但是板件在局部失稳后并不立即丧失承载能力 而是仍能承担一定的荷载增量直至构件整体失效 这个过程称为屈曲后强度的利用 可以采用有效宽度法或有效截面法概念利用板件或截面的屈曲后强度 简化计算可取Wenx 0 9Wx Weny 0 95Wy 当下翼缘有拉条孔时可取Wenx 0 85Wx Weny 0 9Wy 2 整体稳定计算 2 整体稳定计算 当屋面不能阻止檩条的侧向失稳和扭转时 如采用扣合式屋面板时 应按稳定公式验算截面 Wex Wey 对两个形心主轴的有效截面模量 受弯构件绕强轴的整体稳定系数 对于冷弯薄壁型钢 按GB50018计算 3 变形计算 实腹式檩条应验算垂直于屋面方向的挠度 对卷边槽形截面的两端简支檩条 应按下式进行验算 qky 沿y轴作用的分荷载标准值 Ix 对x轴的毛截面惯性矩 对Z形截面的两端简支檩条 应按下式进行验算 屋面坡度 Ix1 Z形截面对平行于屋面的形心轴的毛截面惯性矩 容许挠度 v 按下表取值 构造要求 1 设置拉条 刚性撑杆当檩条跨度大于4m时 应在檩条间跨中位置设置拉条 当檩条跨度大于6m时 应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条 拉条的作用是防止檩条侧向变形和扭转 并且提供x轴方向的中间支点 此中间支点的力需要传到刚度较大的构件 为此 需要在屋脊或檐口处设置斜拉条和刚性撑杆 没有风荷载和屋面风吸力小于重力荷载的情况 当檩条用卷边槽钢时 横向力指向下方 斜拉条布置于屋脊处 图a b 当檩条为Z形钢而横向荷载向上时 斜拉条应布置于屋檐处 图c 当风吸力超过屋面永久荷载时的情况 横向力的指向相反 Z形钢檩条的斜拉条需要设置在屋脊处 而卷边槽钢檩条则需设在屋檐处 为了兼顾两种情况 在风荷载大的地区 1 在屋檐和屋脊处都设置斜拉条 2 把横拉条和斜拉条做成可以既承拉力又承压力的刚性杆 拉条通常用圆钢做成 圆钢直径不宜小于10mm 当在无风的情况下 檩条上翼缘受压时 圆钢拉条可设在距檩条上翼缘1 3腹板高度范围内 当在风吸力作用大的情况下 檩条下翼缘受压时 屋面宜用自攻螺钉直接与檩条连接 拉条宜设在下翼缘附近 为了兼顾无风和有风两种情况 可在上 下翼缘附近交替布置 当采用扣合式屋面板时 拉条的设置根据檩条的稳定计算确定 刚性撑杆可采用钢管 方钢或角钢做成 通常按压杆的刚度要求 220来选择截面 拉条 撑杆与檩条的连接见图 斜拉条可弯折 也可不弯折 前一种方法要求弯折的直线长度不超过15mm 后一种方法则需要通过斜垫板或角钢与檩条连接 2 设置檩托 实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接 檩托可用角钢和钢板做成 檩条与檩托的连接螺栓不应少于2个 并沿檩条高度方向布置 设置檩托的目的是为了阻止檩条端部截面的扭转 以增强其整体稳定性 3 槽形和Z形檩条上翼缘的肢尖 或卷边 应朝向屋脊方向 以减少荷载偏心引起的扭矩 4 计算檩条时 不能把隅撑作为檩条的支承点 普通热轧槽钢檩条设计 钢材Q235 B F 焊条采用E4313型 压型钢板屋面 能够保证檩条的整体稳定性 坡度为i 1 3 檩条跨度 檩条水平间距 压型钢板及檩条支撑自重为0 25kN m2 雪载为0 35kN m2 积雪不均匀系数1 4 檩条采用普通热轧槽钢 12 6 验算檩条是否满足设计要求 檩条截面参数 檩条跨度6m 檩条水平间距1 5m 设置1道拉条 压型钢板及檩条支撑自重为0 25kN m2 雪载为0 35kN m2 1 作用于檩条的荷载 2 内力计算 3 截面验算 3墙梁设计 墙梁的截面形式及布置墙梁一般采用冷弯卷边槽钢 也可采用卷边Z形钢 墙梁在自重 墙体材料和水平风荷载作用下 是双向受弯构件 墙板常做成落地式并与基础相连 墙板的重力直接传至基础 故墙梁的最大刚度平面在水平方向 当采用卷边槽形截面墙梁时 槽口向上放置 窗框下沿的墙梁则需槽口向下放置 墙梁应等间距设置 在墙面的上沿 下沿及窗框的上沿 下沿处应设置一道墙梁 为了减少竖向荷载产生的效应 减少墙梁的竖向挠度 可在墙梁上设置拉条 并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱 墙梁的设置原则和檩条相同 墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁 前者运输方便 节点构造相对简单 后者受力合理 节省材料 墙梁的荷载组合有两种 1 1 2 竖向永久荷载 1 4 水平风压力荷载2 1 2 竖向永久荷载 1 4 水平风吸力荷载在墙梁截面上 由外荷载产生的内力有 1 水平风荷载qx产生的弯矩Mx 剪力Vx2 竖向荷载qy产生的弯矩My 剪力Vy 墙梁的计算 墙梁的设计公式和檩条相同 当墙板放在墙梁外侧且不落地时 其重力荷载没有作用在截面剪力中心 计算还应考虑双力矩B的影响 上册3 2 3梁的扭转 4支撑设计 门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计 非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计 刚架斜梁上横向水平支撑的内力 根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算 对于交叉支撑可不计压