轻型单层工业厂房钢结构设计PPT课件.pptx

1 屋面结构组成2 檩条的构造和设计3 拉条的布置4 拉条的计算 重点回顾 1 1 3 2 4屋面支撑构造和设计1 支撑形式和计算简图屋面水平支撑系统由刚架梁 斜杆和在刚架梁与斜杆相交处的系杆构成 形成一种桁架体系 屋面支撑系统的构成 2 1 圆钢斜杆的直径一般在20 30mm左右 不能用于受压 桁架体系的计算简图只考虑水平力作用 且只考虑受拉斜杆的作用 不考虑斜秆受压 从图中还可看出 系杆将受到压力作用 称这种能承受压力的系杆为 刚性系杆 屋面支撑系统的构成 3 1 作用在屋面水平支撑系统上的水平力主要由山墙面上的风荷载决定 通常假设山墙高度一半上方的风荷载通过屋面向内框架传递 屋面支撑系统的节点荷载可按下式计算 式中 风荷载标准值 山墙平均高度的一半 屋面支撑系统中刚性撑杆间距离 2 构件设计 1 斜杆设计圆钢斜杆只受拉力 因此只需按式 3 27 计算净截面强度式中 净截面面积 注意如有螺纹连接应取螺纹处的有效截面 4 1 2 系杆设计檩条可以兼作系杆 在这种情况下 檩条变成压弯件 即负担屋面竖向荷载产生的弯矩翔屋面纵向水平荷载产生的轴力 对这样的檩条应按压弯构件分别计算截面强度和整体稳定性 以单轴对称妁冷弯薄壁带卷边的槽形截面为例 考虑弯矩绕主轴怍用 构件两端简支时其计算公式知下 1 强度 构件计算截面的轴心压力诊计值和最大弯矩设计值 计算截面的有效净截面面积和有效净截面截面模量 5 1 2 弯矩作用平面内的整体稳定性 作用于构件上的最大轴心压力设计值和最大弯矩设计值 与最大弯矩同一截面的双力矩 按附录5附表5 4计算 对x轴的轴心受压构件稳定系数 分别为檩条毛裁面相当极惯性矩和扇性惯性矩 毛截面对主轴的回转半径 毛裁面的剪力中心在对称轴上的坐标 毛截面扇形摸量 取与弯曲应力计算点相同一点的模量值 扭转屈曲的计算长度 两端简支时取构件全长 构件对x轴的长细比 6 1 2 弯矩作用平面外的整体稳定性 系杆受到压力作用后 仅按檩条负荷设计的截面如不能满足要求 可采取以下措施 刚性系杆所在位置布置双檩条 当采用卷边c形冷弯薄壁型钢时 可以将两根型钢背对背的放置 在刚架粱的腹板高度 另设钢管或型钢等作为刚性系杆 檩条只负担屋面竖向荷载怍用 7 3 3墙面结构设计 3 3 1墙面体系门式刚架轻型房屋的墙面系统主要由墙面板 墙梁 拉条 框架柱构成 3 3 2墙板墙板可布置在墙梁外侧 也可两侧布置 墙面板通常设计成自承重式 墙板的重力直接传至基础 安装后的墙板主要承受水平方向的风荷载作用 计算方法与屋面板类似 8 1 2 墙梁布置 尽量等距离布置墙梁 墙面上沿 下沿 窗框上沿 下沿应设墙梁 当墙板自承重时 墙梁上可不设拉条 否则 墙梁上应设拉条 在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱 3 3 3墙梁设计墙梁的截面形式 1 墙梁截面一般为卷边C形钢 最大刚度平面在水平方向 9 1 拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载 减小墙梁平面内竖向挠度 墙梁主要承受由墙板传递的风荷载 墙梁的截面主要是C型和Z型两种冷弯薄壁型钢截面形式 10 11 12 13 14 1 墙梁的计算 1 荷载组合1 2 竖向永久荷载 1 4 水平风压力荷载1 2 竖向永久荷载 1 4 水平风吸力荷载 2 内力计算 设计公式注意 当构造无法保证墙梁的整体稳定时 需对墙梁进行稳定性验算 可按 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范 的相关规定计算 双侧挂墙板的墙梁 无需计算稳定性 15 1 3 3 4支撑构件设计 1 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 2 刚架斜梁上的横向水平支撑的内力 根据纵向风载按支承于柱顶的水平桁架计算 3 刚架柱间支撑的内力 根据该列柱所受的纵向风载 吊车纵向制动力按支承于柱脚上的竖向悬臂梁计算 4 支撑杆件拉杆 采用圆钢 应拉紧 压杆 宜采用双角钢T形或十字形截面 或圆钢管 16 柱间支撑的布置 17 18 柱间支撑的截面型式 采用两个角钢组成的T型截面 圆钢管截面 柱间支撑的布置 一般布置在厂房两端第一开间或者是第二开间 若厂房长度超过60米时 则需要在中部再加设一道支撑 柱间支撑的型式 根据厂房使用要求可以布置成十字型或者八字型 柱间支撑作用 主要传递山墙传来的风荷载 增加房屋整体刚度 19 十字型柱间支撑 20 八字型柱间支撑 21 八字型柱间支撑节点构造 22 柱间支撑连接节点详图 23 柱间支撑节点构造 24 25 1 3 3 5抗风柱设计 抗风柱与刚架梁之间的连接采用铰接方式 可以分为 1 弹簧片 2 开长圆孔连接方式 a 抗风柱用弹簧片连接 b 抗风柱腹板开长圆孔连接抗风柱与刚架梁的连接节点 26 3 4门式刚架设计 3 4 1门式刚架的结构形式 27 门式刚架梁柱构件的弯矩分布 a 屋面竖向荷载作用下弯矩分布图 b 横向风荷载作用下弯矩分布图 c 弯矩包络图 28 楔形构件的布置 a 单斜率柱和分段斜率梁假设的构件轴线与外表面平行 b 双段斜率柱和分段斜率梁假设的构件轴线是截面形心的连线 29 门式刚架计算简图示例 a 横向刚架计算简图 梁柱节点和柱脚节点的约束条件应符合实际构造 b 纵向排架计算简图 支撑为圆钢时 受压支撑按退出工作考虑 30 例3 3对图中所示的等截面构件刚架进行内力分析 1 结构概况单层厂房采用单跨双坡门式刚架 厂房横向跨度24m 柱高10m 共有11榀刚架 柱距6m 屋面坡度1 12 柱网及平面布置如图 屋面及墙面板为压型钢板复合板 檩条 墙梁为冷弯薄壁卷边槽钢 刚架计算简图和杆件截面3 31 c 图3 31例3 3门式刚架柱网及平面布置图 31 32 33 图3 31B等截面刚架简图和杆件截面图 34 图3 31C等截面刚架计算简图和荷载简图 35 截面表例表3 3 a 36 2 内力计算结果 轴力 剪力单位kN 弯矩单位kN m 图3 31D组合1时的内力 图3 31E组合2时的内力 37 图3 31F组合3时的内力 图3 31G组合4时的内力 38 图3 31H组合5时的内力 位移计算结果例表3 3 b 39 3 4 3刚架承载能力极限状态的校核 40 关于屈曲后强度的解读屈曲强度就是求得刚好让结构发生失稳的那个应力值 临界应力屈曲后强度考虑屈曲后强度是指受弯构件的腹板丧失局部稳定后仍具有一定的承载力 并充分利用其屈曲后强度的一种构件计算方法 屈曲后强度利用 顾名思义就是虽然屈曲了 还是强度还可以利用 41 42 43 44 45 46 47 腹板截面有效宽度的分布 a 腹板全部受压 b 腹板部分受压 48 图3 32腹板截面有效宽度的分布 a 腹板全部受压 b 腹板部分受压 49 50 3 柱底铰接的楔形变截面柱的整体稳定计算 51 52 53 54 55 1 屋面支撑构造和设计2 墙面结构组成 各构件的受力形式3 门式刚架结构体系4 拉条的计算 重点回顾 56 例3 4 刚架柱的计算 图3 35例3 4刚架柱 组合内力 1 2D 1 4L 例表3 4 57 图3 35A有效截面参数计算 58 解题思路 1 宽厚板验算2 强度验算 大头端和小头端 3 平面内稳定计算 59 3 平面外稳定计算 60 例3 5 梁的计算 图3 36例3 5刚架梁 61 组合内力 1 2D 1 4L 例表3 5 图3 36A左段梁大头端有效截面计算 62 图3 36B右段梁大头端有效截面计算 63 3 5钢结构连接设计 刚架横梁与柱拼装节点刚架横梁屋脊拼装节点柱脚设计牛腿设计 斜梁与柱的连接及斜梁拼接一般采用高强螺栓 端板连接 按刚接节点设计 其形式 端板竖放 端板斜放 端板平放 64 刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接 65 高强螺栓计算 1 摩擦型 一个高强螺栓承受的剪力墙一个高强螺栓承受的拉力 66 2 承压型 一个高强螺栓承受的力墙一个高强螺栓承受的拉力 67 螺栓排列应符合构造要求 下图的ew ef应满足拧紧螺栓所用工具的净空要求 通常不小于35mm 螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径 两排螺栓之间的最小距离为3倍螺栓直径 最大距离不应超过400mm 68 端板的厚度t可根据支承条件按下列公式计算 但不应小于16mm 和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度 a 伸臂类端板 b 无加劲肋类端板 端板计算 69 c 两边支承类端板当端板外伸时当端板平齐时 d 三边支承类端板 70 刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝 腹板与端板的连接应采用角焊缝 在端板设置螺栓处 应按下列公式验算构件腹板的强度 当时 当时 71 在门式刚架斜梁与柱相交的节点域 应按下列公式验算剪应力 图3 38梁柱刚接节点 a 端板竖放 b 端板横放 c 端板斜放 d 中柱节点 节点域 顶板和加劲肋之间围成的区域成为节点域 72 图3 39梁与中柱的铰接连接 73 节点构造设计节点有加腋与不加腋两种基本形式 一般采用梯形加腋并在加腋部分两端设置加劲肋及侧向支撑 以保证该加腋部分的稳定性 防止侧向压屈 加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求 并大大提高了刚架的承载能力 74 柱脚设计根据受力要求 柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类 当吊车起重量 5吨时应考虑设置刚性柱脚 柱脚形式 平板式铰接柱脚 刚接柱脚 一般情况 当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时 75 平板式铰接柱脚 刚接柱脚 76 柱脚的计算底板的计算1 底板的平面尺寸底板面积 式中N 柱轴心压力设计值 fcc 基础混凝土轴心抗压强度设计值 A0 锚栓孔面积 按构造要求确定底板宽度 式中b0 柱截面宽度或高度 tb 靴梁厚度 c 底板悬臂长度 再根据底板面积确定底板长度 77 按下式校核底面积是否满足混凝土基础顶面的承压要求 2 底板的厚度底板的厚度决定于板的抗弯强度 底板可划分为悬臂板和三边支承板区格 各区格底板的弯矩效应为 悬臂板 三边支承板 78 根据板上弯矩 可求得所需板厚 3 锚栓直径选用的锚栓直径不应小于24mm 原因 实际铰接柱脚具有一定的嵌固作用 4 剪力键承剪面积柱底剪力首先考虑由摩擦力传递 剪力键所需的承剪面积 79 柱脚构造详图 铰接柱脚 刚接柱脚 80 加劲板 加劲板 地脚螺栓 81 浇入素混凝土保护地脚锚栓 82 3 6柱间支撑设计 3 6 1柱间支撑的形式和计算 吊车梁以上部分为上层支撑 吊车梁以下部分为下层支撑 为了保证纵向刚度 连接简单 常采用十字交叉形式 十字交叉支撑的倾角最好在45 左右 83 为了减小温度作用 常将柱间支撑设置在纵向框架的中间部位 而在两端仅在上柱部分设置交叉支撑 当纵向长度较小时可设置在两端 84 柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式 八字式 门架式等 十字交叉支撑的构造简单 传力直接 用料节省 使用最为普遍 其斜杆倾角宜为45 左右 下层支撑高而不宽者可以用两个十字形 图b 高而刚度要求严格者可以占用两个开间 图c 上层支撑在柱间距较大时可改用斜杆 图d 当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时 可采用门架式支撑 图d 图e的支撑形式 上层为V形 下层为人字形 它与吊车梁系统的连接应做成能传递纵向水平力而竖向可自由滑动的构造 85 为了便于厂房内运输 支撑形式也可采用八字型和门架形式 柱间支撑的荷载作用于柱间支撑的厂房纵向水平荷载包括 纵向风荷载 W 吊车纵向水平荷载Tz 作用于厂房纵向的其它水平荷载H 如管道设备产生 厂房位于地震区时 尚应验算作用于厂房的纵向