门式刚架 PPT课件

门式刚架系统介绍 1 目录 门式刚架概述及特点结构形式建筑尺寸和结构布置钢材的种类与规格刚架系统支撑系统吊车系统檩条 拉条 隅撑天沟 2 概述 单层门式刚架结构是指以轻型焊接H型钢 等截面或变截面 热轧H型钢 等截面 或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架 用冷弯薄壁型钢 槽形 卷边槽形 Z形等 做檩条 墙梁 以压型金属板 压型钢板 压型铝板 做屋面 墙面 采用聚苯乙烯泡沫塑料 硬质聚氨酯泡沫塑料 岩棉 矿棉 玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系 3 门式刚架为一种传统的结构体系 该类结构的上部主构架包括刚架斜梁 刚架柱 支撑 檩条 系杆 山墙骨架等 门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单 传力路径明确 构件制作快捷 便于工厂化加工 施工周期短等特点 因此广泛应用于工业 商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中 门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国 经历了近百年的发展 目前已成为设计 制作与施工标准相对完善的一种结构体系 在目前的工程实践中 门式刚架的梁 柱构件多采用焊接变截面的H型截面 单跨刚架的梁 柱节点采用刚接 多跨者大多刚接和铰接并用 柱脚可与基础刚接或铰接 围护结构采用压型钢板的居多 玻璃棉由于具有质量轻 保温隔热性能好及安装方便等特点 用作保温隔热最为普遍 4 门式刚架各部位名称 5 钢结构现场 6 单层门式刚架结构的特点 1 设计风格灵活 丰富在梁高相同的情况下 钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50 从而使建筑布置更加灵活 2 结构自重轻与混凝土结构自重相比轻 结构自重的降低 减少了结构设计内力 可使建筑结构基础处理要求低 施工简便 造价降低 3 结构稳定性高以热轧H型钢为主的钢结构 其结构科学合理 塑性和柔韧性好 结构稳定性高 适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构 抗自然灾害能力强 特别适用于一些多地震发生带的建筑结构 据统计 在世界上发生7级以上毁灭性大地震灾害中 以H型钢为主的钢结构建筑受害程度最小 7 4 增加结构有效使用面积与混凝土结构相比 钢结构柱截面面积小 从而可增加建筑有效使用面积 视建筑不同形式 能增加有效使用面积4 6 5 环保采用H型钢可以有效保护环境 具体表现在三个方面 一是和混凝土相比 可采用干式施工 产生的噪音小 粉尘少 二是由于自重减轻 基础施工取土量少 对土地资源破坏小 大量减少混凝土用量 减少开山挖石量 有利于生态环境的保护 三是建筑结构使用寿命到期后 结构拆除后 产生的固体垃圾量小 废钢资源回收价值高 6 工业化制作程度高以热轧H型钢为主的钢结构工业化制作程度高 便于机械制造 集约化生产 精度高 安装方便 质量易于保证 可以建成真正的房屋制作工厂 桥梁制作工厂 工业厂房制作工厂等 发展钢结构 创造和带动了数以百计的新兴产业发展 8 7 工程施工速度快占地面积小 且适合于全天候施工 受气候条件影响小 用热轧H型钢制作的钢结构的施工速度约为混凝土结构施工速度的2 3倍 资金周转率成倍提高 降低财务费用 从而节省投资 以我国 第一高楼 上海浦东的 金贸大厦 为例 主体高达近400m的结构主体仅用不到半年时间就完成了结构封顶 而钢混结构则需要两年工期 8 柱网布置比较灵活传统的结构形式由于受屋面板 墙板尺寸的限制 柱距多为6m 当采用12m柱距时 需设置托架及墙架柱 而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板 所以柱网布置不受模数限制 柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定 9 门式刚架结构除了上述特点外 还有一些特点 门式刚架体系的整体性可以依靠檩条 墙梁及隅撑来保证 从而减少了屋盖支撑的数量 同时支撑多用张紧的圆钢做成 很轻便 门式刚架的梁 柱多采用变截面 可以节省材料 柱为楔形构件 梁则多由多段楔形构件组成 梁 柱腹板在设计时利用屈曲后强度 可使腹板宽厚比放大 腹板厚度较薄 当然 由于变截面门式刚架达到极限承载力时 可能会在多个截面处形成塑性铰而使刚架瞬间变成机动体系 因此塑性设计不再适用 10 门式刚架的结构形式 门式刚架又称山行门式刚架 其结构形式按跨度可分为单跨 双跨和多跨 按屋面坡脊数可分为单脊单坡 单脊双坡 多脊多坡 结构形式 按跨度 按屋面坡脊数 单跨 双跨 多跨 单脊单坡 单脊双坡 多脊多坡 11 结构形式 12 结构形式 13 刚架选型注意事项 对于多跨刚架 在相同跨度条件下 多脊多坡与单脊双坡的刚架用钢量大致相当 常做成一个屋脊的大双坡屋面 这是因为金属压型板屋面为长坡面排水创造了条件 而多脊多坡刚架的内天沟容易产生渗漏及堆雪现象 不等高刚架这一问题更为严重 在实际工程中应尽量避免这种刚架形式 单脊双坡多跨刚架 用于无桥式吊车房屋时 当刚架柱不是特别高且风荷载也不很大时 中柱宜采用两端铰接的摇摆柱 中间摇摆柱和梁的连接构造简单 而且制作和安装都省工 这些柱不参与抵抗侧力 截面也比较小 但是在设有桥式吊车的房屋时 中柱宜为两端刚接 以增加刚架的侧向刚度 中柱用摇摆柱的方案体现 材料集中使用 的原则 边柱和梁形成刚架 承担全部抗侧力的任务 包括传递水平荷载和防止门架侧移失稳 由于边柱的高度相对比较小 即长细比比较小 材料能够比较充分的发挥作用 14 摇摆柱 多跨刚架中采用的上下两端均铰接不能抵抗侧向荷载的柱称为摇摆柱 摇摆柱自身的稳定性依赖刚架的抗侧移刚度 作用于摇摆柱中的内力将起促进刚架失稳的作用 门式刚架结构设计中 为满足大跨度 大空间设计需要 常常需要在边榀框架设置抗风柱 为节省用钢量 抗风柱一般设计成上下两端铰接的摇摆柱 设置摇摆柱可以同时减小梁柱内力和截面 使结构用钢量更低 受力更合理 然而摇摆柱的设置往往使刚架边柱的长细比超限 为此提出降低边柱平面内计算长度 增大稳定承载力的建议 设置在结构房屋两端山墙内 抵抗水平风荷载的简称为抗风柱 将抗风柱在水平方向连接起来 起整体加固作用的钢梁简称为抗风横梁 一般用于高耸 内部大空间 横墙少的房屋 如工业厂房 大型仓库等 抗风柱和摇摆柱两者都可以是两端铰接 区别在于摇摆柱承受轴力 而抗风柱不承受 提示 15 主刚架连接节点 天沟做内天沟时 尽量做横板连接 做竖板的话 外侧的加劲板很可能会和天沟碰 提示 16 刚架的建筑尺寸 门式刚架的跨度取横向刚架柱间的距离 跨度宜为9 36m 门式刚架的高度应取柱轴线与斜梁轴线交点至地坪的高度 宜取4 5 9m 必要时可适当放大 当边柱宽度不等时 其外侧应对齐 门式刚架的高度应根据使用要求的室内净高确定 有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空的要求确定 柱的轴线可取通过柱下端 较小端 中心的竖向轴线 工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮 斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线 17 结构平面布置 轻型门式刚架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定 结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置 考虑到温度效应 轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m 横向温度区段不应大于150m 当建筑尺寸超过时 应设置温度伸缩缝 温度伸缩缝可通过设置双柱 或设置次结构及檩条的可调节构造来实现 温度效应 纵向温度区段长度 横向温度区段长度 300m 150m 18 支撑布置原则 支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架 布置的主要原则如下 1 柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内形成抵抗纵向荷载的支撑桁架 支撑桁架的直杆和单斜杆应采用刚性系杆 交叉斜杆可采用柔性构件 刚性系杆是指圆管 H型截面 Z或C型冷弯薄壁截面等 柔性构件是指圆钢 拉索等只受拉截面 柔性拉杆必须施加预紧力以抵消其自重作用引起的下垂 2 支撑的间距一般为30m 40m 不应大于60m 3 支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间 当布置在第二个开间时 第一开间的相应位置应设置刚性系杆 19 4 45 的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载 当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时应考虑设置双层柱间支撑 5 刚架柱顶 屋脊等转折处应设置刚性系杆 结构纵向于支撑桁架节点处应设置通长的刚性系杆 6 轻钢结构的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作 刚度或承载力不足时设置附加系杆 除了结构设计中必须正确设置支撑体系以确保其整体稳定性之外 还必须注意结构安装过程中的整体稳定性 安装时应该首先构建稳定的区格单元 然后逐榀将平面刚架连接于稳定单元上直至完成全部结构 在稳定的区格单元形成前 必须施加临时支撑固定已安装的刚架部分 缆风绳 20 钢材的分类 钢结构常用类型有 碳素结构钢 低合金结构钢 高强度钢 耐火耐侯钢等 轻型钢结构一般采用碳素结构钢和低合金结构钢 碳素结构钢按含碳量的大小 碳素结构钢可分为低碳钢 中碳钢和高碳钢 含碳量越高钢材强度越高 建筑结构中主要使用低碳钢 按钢材质量 碳素结构钢可分为A B C D四个等级 由A到D表示质量由低到高 碳素结构钢以Q235 B F为例 其钢号由四个部分构成 他们分别是 Q 代表屈服强度的 屈 字汉语拼音的首位字母 235 代表屈服强度的数值 单位是N mm B 代表质量等级符号 即A B C D表示质量等级 其质量从前至后依次提高 F 代表脱氧的符号 脱氧方法有F Z 和TZ几种 分别表示沸腾钢 镇静钢和特殊镇静钢 21 低合金结构钢低合金钢是在碳素结构钢中添加一种或几种少量的合金元素 钢内各合金元素的总含量小于5 从而提高其强度 耐腐蚀性 耐磨性或低温冲击韧性 低合金结构钢的含碳量一般较低 少于0 20 以便于钢材的加工和焊接 低合金结构钢质量等级分为A B C D E五级 由A到E表示质量由低到高 22 钢材的种类与规格 1 热轧钢板热轧钢板分为特厚钢板 厚度大于60mm 厚钢板 厚度4 5 60mm 薄钢板 厚度0 35 4mm 以及扁钢 厚度4 60mm 宽度12 200mm 钢板的表达方法为在符号 后加 宽度x厚度x长度 如 600 x10 x1200 单位为mm 2 热轧型钢热轧型钢有角钢 工字钢 H型钢 T型钢 槽钢和钢管 1 角钢 分为等边和不等边角钢两种 常用制作折架等格构式结构杆件和支撑等连接杆件 不等边角钢的表示方法为 L 后加 长边宽x短边宽x厚度 如 L140 x90 x8 等边角钢 L 后加 边宽x厚度 如L125x8 23 2 工字钢 其型号用符号 I 加截面高度厘米数来表示 腹板的厚度用a b c进行分类 如I30a表示高度为30cm 腹板厚度为a类的工字钢 3 H型钢和T型钢 H型钢的翼缘板的内外表面平行 便于与其他构件连接 可分为宽翼缘 HW 中翼缘 HM 窄翼缘 HN 三种 H型钢还可剖成T型钢 它们的规格标记均用 高度x宽度x腹板厚度x翼缘厚度 表示 如HW400 x400 x13x21和TW200 x400 x13x21 T型钢由H型钢对半分割而成 4 槽钢 其型号用符号 加截面高度厘米数来表示 腹板的厚度用a b c进行分类 型号与工字钢相似 如 32a表示截面高度为32cm 腹板为a类的槽钢 5 钢管 分为无缝钢管和焊接钢管两种 符号为 外径x壁厚 表示 如 300 x8 单位为mm 24 热轧型钢截面 25 3 薄壁型钢 1 冷弯薄壁型钢 冷弯薄壁型钢是用薄钢板冷轧而制成 其壁厚一般为1 5 6mm 对于承重结构受力构件的壁厚不宜小于2mm 冷弯薄壁型钢常有等边角钢 卷边等边角钢 Z型钢 卷边Z型钢 槽钢 卷边槽钢 C型钢 和钢管等 2 冷弯厚壁型钢 其壁厚一般大于6mm 冷弯厚壁型钢即用厚钢板冷弯成的方管 矩形管和圆管 3 压型钢板 有防锈涂层的彩色镀锌或镀铝压型钢板 所用钢板厚度为0 3 1 6mm 彩色镀锌或镀铝锌钢板经冷轧成的各种类型的波形板 用作轻型屋面及墙面等构件 26 薄壁型钢截面形式 27 刚架系统 钢柱 钢柱按截面形式可分为实腹柱和格构柱 实腹柱具有整体的截面 有H型截面 十字型截面 箱型截面 圆形截面 最常用的是H型截面 格构柱的截面分为两肢或多肢 各肢间用缀条或缀板联系 当荷载较大 柱身较宽时钢材用量较省 H型截面 实腹柱 十字型截面 箱型截面 圆形截面 28 H型钢柱 十字型钢柱 抗剪键是用较厚的槽钢垂直焊在柱脚底面的水平钢板上 并埋在砼基础内构成 抗剪键的首要作用是抵抗剪力 限制柱脚在某个方向发生位移 不允许锚栓抗剪 是因锚栓与底板孔配合间隙大 起不到限制位移的作用 故用不用抗剪键要看柱脚接点能不能和需不需要限制位移 提示 29 箱型钢柱 栓钉 30 圆管柱 31 圆管柱 32 格构式钢柱 角钢缀条 连接板 33 格构式钢柱 双层吊车梁 34 钢梁 门式刚架的钢梁基本上是H型钢 檩托 隅撑连接板 35 36 支撑系统 柱间支撑 定义 为保证建筑结构整体稳定 提高侧向刚度和传递纵向水平力而在相邻两柱之间设置的连系杆件 布置原则 整体考虑车间长度 要间隔30 40m左右设置一道 通常在第二间设置支撑 与第一间使用系杆连接 也可以设置在端部 主要考虑支撑距离不要超过标准 柱间支撑与屋面支撑应在同一间 否则无效 如遇门洞无法设置 可设刚性支撑或可考虑错开 但屋面支撑要增加至原支撑跨 37 柱间支撑类型 常见的下层柱间支撑是单层十字形 支撑的倾角应控制在35 55 之间 如果单层十字形不能满足这种构造的要求 可选用人字形 K形 Y形 双层十字形或单斜杆形 如果由于柱距过大 12m 或其他原因 例如工艺或建筑上的需要 不能设置上述形式的下层柱间支撑时 可以考虑采用门形 L形柱间支撑 上层柱间支撑的常见形式 一般采用十字形 人字形或K形 柱距较大时可取V形或八字形 38 上层柱间支撑形式 39 下层柱间支撑形式 40 下层柱间支撑 双角钢支撑 41 柱间支撑节点形式 42 柱间支撑的构造要求 柱间支撑的截面及连接均要由计算决定 从构造上讲 采用角钢时 柱间支撑的截面不宜小于L75x6 采用槽钢时 不宜小于 12 下层柱间支撑一般设置为双片 分别与吊车肢和屋盖肢相连 以便有效地减小柱在框架平面外的计算长度 双片支撑之间以缀条相连 缀条常采用单角钢 以控制其长细比不超过200 且不小于L50 x5为宜 上层柱间支撑一般设置为单片 但端部应和上柱的两个翼缘相连接 如果上柱设有人孔或截面高度过大 大于等于800mm 亦应采用双片 支撑的连接可采用焊缝或高强度螺栓 43 吊车系统 牛腿 厂房中 柱身上为了搁置吊车梁等而设置的外挑物就是牛腿 牛腿 44 牛腿剖面图 45 吊车梁 用于专门装载厂房内部吊车的梁 就叫吊车梁 一般安装在厂房上部 吊车梁是支撑桁车运行的路基 用于钢结构厂房中 吊车梁上有吊车轨道 桁车就通过轨道在吊车梁上来回行驶 吊车梁跟钢梁相似 区别在于吊车梁腹板上焊有密集的加劲板 为了桁车吊运重物提供支撑力 提示 吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载 竖向荷载 横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载 46 吊车梁上的动力荷载 纵向水平荷载是指吊车刹车力 其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑 计算吊车梁截面时不予考虑 横向水平荷载应等分于桥架的两端 分别由轨道上的车轮平均传至轨道 其方向与轨道垂直 并考虑正反两个方向的刹车情况 对于悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受 可不计算 手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载 计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度 稳定性以及连接 吊车梁 制动结构 柱相互间的连接 的强度时 由于轨道不可能绝对平行 轨道磨损及大车运行时本身可能倾斜等原因 在轨道上产生卡轨力 因此钢结构设计规范规定应考虑吊车摆动引起的横向水平力 此水平力不与小车横行引起的水平荷载同时考虑 吊车梁应能够承受吊车在使用中产生的荷载 竖向荷载在吊车梁垂直方向产生弯矩和剪力 水平荷载在吊车梁上翼缘平面产生水平方向的弯矩和剪力 吊车梁一般设计成简支梁 设计成连续梁固然可节省材料 但连续梁对支座沉降比较敏感 因此对基础要求较高 47 吊车梁图片 48 吊车梁现场图片 吊车梁 49 系杆 XG 抵抗纵向力的构件 保证整体稳定性 50 系杆的现场图片 系杆 51 系杆的平面布置图 52 水平支撑 SC 水平支撑一般情况是倾斜的连接构件 最常见的是人字形和交叉形状的 截面形式可以是钢管 H型钢 角钢等 作用是增强结构的稳定性 说到拉条一般是指拉结檩条的圆钢 说白了就是粗钢筋 也是为了增强檩条的稳定性 使檩条在一定的外力作用下不容易失稳破坏 檩条的截面形式一般有H型钢 C形 Z形等 作用是减小屋面板的跨度并固定屋面板 提示 一般情况下 屋面采用连续Z形冷弯薄壁檩条 墙面采用C形冷弯薄壁檩条 53 水平支撑平面布置图 54 圆钢水平支撑 55 檩条 檩条的分类檩条有主檩和次檩之分 主檩条连接安装在屋面及外墙结构柱梁上 次檩条用于把屋面板及外墙板连接在基础结构上 主次檩条都是近代钢结构建筑设计常用的主要结构部件 作用固定屋面彩钢板 为装饰装修屋顶 安装一些设施搭建平台 比如采光带 屋顶风机等 56 檩条的截面形式 檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种 当檩条跨度 柱距 不超过9m时 宜优先选用实腹式檩条 实腹式檩条截面有热轧槽钢截面 高频焊接H型钢截面 卷边槽钢 C形钢 直卷边Z形 斜卷边Z形 格构式檩条截面主要有平面桁架式 空间桁架式 空腹式 提示 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 57 58 Z形连续檩条 59 Z形连续檩条 连续檩条在中间支座处的搭接总长度可取单侧跨度的10 两侧跨度之和的5 搭接总长度 1 当单侧跨度六米以下时取600mm 2 单侧跨度6米到9米时取900mm 3 单侧跨度9米到12米时取1200mm 提示 60 C形檩条 61 桁架式檩条 62 檩条的构造要求 当檩条跨度4m L 6m时 应在檩条间跨中位置设置拉条 当檩条跨度L 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 63 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 槽形和Z形檩条上翼缘的肢尖