轻型门式刚架结构设计ppt课件

1、第七章 轻型门式刚架构造设计本章内容 第一节 构造方式和布置 第二节 檩条设计 第三节 构造设计 第四节 围护构造 第五节 设计实例了解轻型门式刚架的特点、运用现状和开展前景，熟习门式刚架的构造体系、维护构造及设计方法。学习目的学习目的学习难点学习难点了解轻型钢构造和普通钢构造的区别。第一节 构造方式和布置一、门式刚架特点及适用范围一构造特点1刚架梁、柱采用轻型H型钢等截面或变截面组成；2刚架梁与柱刚接，柱脚与根底宜采用铰接；当设有桥式吊车、檐口标高较高或对刚度要求较高时，柱脚和根底可采用刚接；3构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓衔接，安装方便快捷，土建任务量小。4在非地震区可采

2、用张紧的圆钢作为支撑；5用C形、Z形薄壁型钢做檩条、墙梁，以彩钢板或夹芯板做屋面、墙面。山墙角柱山墙抗风柱山墙檩条门洞立柱通长刚性系杆刚性系杆墙面直拉条墙面斜拉条窗边立柱屋脊斜拉条通长刚性系杆柱间支撑屋面水平支撑刚架梁刚架柱屋面檩条屋檐斜拉条屋面直拉条门式刚架构造表示厂房内部厂房外立面二适用范围 跨度936m、柱距6m9m、柱高4.512m、设有吊车起分量较小的单层工业房屋或公共建筑潮湿、车站候车室、码头建筑等。目前国内单跨刚架的跨度已到达72m。三优点 和屋架构造相比，整个构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，减小建筑体积，在建筑外型上也较简约美观。 屋架构造(一)

3、构造方式与布置1 构造方式：分为单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的刚架等方式。二、构造方式与布置a单跨刚架 b双跨刚架 c多跨刚架d带挑檐刚架 e带毗屋刚架 f单坡刚架跨度：横向刚架柱轴线间的间隔；高度：地坪至柱轴线与横梁轴线交点的高度，根据运用要求的室内净高确定。无吊车时，高度普通为4.59m；有吊车时应根据轨顶标高和吊车净空要求确定，普通为912m。柱距：宜为6m，通常介于4.59m之间。檐口高度：地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度：地坪至房屋顶部檩条上缘的高度；房屋宽度：房屋侧墙墙梁外皮之间的间隔；房屋长度：房屋两端山墙墙梁外皮之间的间隔；屋面坡度：宜取1/81/20，在雨水

4、较多地域可取较大值。 2门式刚架的尺寸1温度区段布置2伸缩缝设置 可经过设置双柱，或搭接檩条及吊车梁的螺拴衔接处采用长圆孔进展调理。3构造布置温度区段长度结构情况纵向温度区段横向温度区段柱顶为刚接柱顶为铰接采暖和非采暖地区房屋220120150热车间和采暖地区非采暖房屋180120125露天结构1204实腹屋面梁和托梁1实腹屋面梁实腹屋面梁构造体系是在钢筋混凝土构造上用钢梁、檩条、屋面支撑和屋面板搭建而成。屋面钢梁采用人字钢梁，按简支梁设计，可根据受力情况分段采用变截面，钢梁对混凝土柱有推力。实腹梁钢屋架方式2托梁当因建筑或工艺要求门式刚架柱被抽除时，应沿纵向柱列布置托梁以支承已抽位置上的中间

5、榀刚架上的斜梁。托梁普通采用焊接工字形截面，当屋面荷载偏心产生较大扭矩时，可采用箱型截面。托梁的方式和尺寸1柱间支撑1无吊车时柱间支撑的间距宜取3045m；当有吊车时宜设设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m；2当建筑物宽度大于60m时，内柱列宜适当添加柱间支撑；3支撑与构件的夹角应在3060范围内，宜接近45；4柱间支撑可采用带张紧安装的十字交叉圆钢支撑，当桥式吊车起分量大于5时，宜采用型钢支撑；5柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向荷载如风、吊车制动力按支承于柱脚根底上的竖向悬臂桁架计算；三、支撑体系布置柱间支撑布置 6对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一

6、柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可按均匀分布思索；7在每一伸缩缝区段，沿每一纵向柱列均应设置柱间垂直支撑。2屋面程度支撑1屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间；2在刚架转机处柱顶和屋脊应沿房屋全长设置刚性系杆；a b屋面程度支撑布置3柱间支撑和屋面支撑必需布置在同一开间内，构成抵抗纵向荷载的支撑桁架；4屋面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应按压杆设计；5刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足对压弯构件的刚度和承载力要求；6屋盖横向程度支撑可仅设在接近上翼缘处；7交叉支撑可采用圆钢，按拉杆设计；8屋面横向程度支撑内力，应根据纵向风荷载按支承于柱顶

7、的程度桁架计算，对于交叉支撑可不计压杆的受力。为保证刚架梁下翼缘和柱内翼缘的平面外稳定性，可在梁与檩条或柱与墙梁之间增设隅撑。隅撑应按轴心受压构件设计，轴压力按下式计算3 隅撑布置隅撑构造235cos60yfAfNA 实腹式横梁被支承翼缘的截面面积；f 实腹式横梁钢材的强度设计值；fy 实腹式横梁钢材的屈服强度； 隅撑与檩条轴线间的夹角。檩条檩托屋架上弦檩托檩条檩条檩托檩托檩条屋架上弦第二节 檩条设计a b c d e f实腹式檩条一截面方式 檩条普通设计成单跨简支构件，有实腹式和桁架式两大类，实腹式檩条也可以设计成延续构件。一、檩条布置和衔接桁架式檩条1檩条接受弯曲和改动的共同作用；2C形和

8、Z形檩条，宜将上翼缘肢尖或卷边朝向屋脊方向；3屋脊檩条应采用双檩条方案，并应在高度1/3处用圆钢或钢管相互拉结；4檩条跨度由主刚架柱距决议；5檩条间距应综合思索天窗、通风屋脊、采光带、天沟、屋面资料、檩条规格等要素，普通应等间距布置，但在屋脊和檐口处，为便于屋脊盖板和天沟收边，檩条布置应做部分调整。二布置和衔接三衔接1檩条可设计为单跨简支构件或延续构件；2简支檩条和延续檩条普统统过搭接方式不同实现。延续C形檩条可经过采用稍大一点足够长的C形槽钢套在屋面檩条外后用螺栓锁紧实现，直卷边或带斜卷边的Z形延续檩条可采用叠置搭接来实现。檩条刚架梁角钢檩托刚架梁刚架梁檩条刚架梁檩条钢板檩托檩条角钢檩托a钢

9、板檩托 b角钢檩托 檩条衔接构造 拉条图ac和撑杆图d是提高檩条侧向稳定性的重要构造措施，拉条仅传送拉力，撑杆主要接受压力，和拉条共同作用，将檩条沿屋面坡度方向的分力传给梁或柱。拉条和撑杆的截面应按计算确定，拉条普通采用直径816mm的圆钢，撑杆可采用钢管、方管或角钢做成，也可采用钢管内设拉条的做法，其长细比按压杆要求不能大于200。四拉条与撑杆檩条间距圆钢檩条间距圆钢檩条间距檩条1/3h1/3hh圆管圆钢拉条a直拉条 b斜拉条c剪刀拉条 d撑杆拉条和撑杆的布置原那么：1当檩条跨度l4m时，可按计算要求确定能否需求设置拉条；2当屋面坡度i1/10或檩条跨度l4m时，应在檩条跨中受压翼缘设置一道

10、拉条；当跨度大于6m时，宜在檩条三分点处各设一道拉条图3-13；3当屋盖有天窗时，应在天窗两侧檩条之间设置斜拉条和直撑杆；撑杆处应同时设置斜拉条，将檩条沿屋面坡度方向的分力传到钢梁或钢柱上。4拉条普通设置在离檩条上翼缘1/3高度处，当檩条在风吸力作用下，受力反号且平面外稳定不满足要求时，宜在檩条的上下翼缘1/3腹板高度处设剪刀式拉条。一荷载1.永久荷载屋面资料分量包括防水、保温、隔热层等、支撑和檩条自重；2.可变荷载屋面均布活荷载、屋面雪荷载、积灰荷载和风荷载、施工及检修荷载。对轻型屋面，檩条设计的风荷载要思索向上的吸力和向下的风压力两种情况。采用双檩条兼做刚性系杆时，应思索檩条作为纵向支撑体

11、系的一部分而产生的轴向附加内力；对设有隅撑的檩条，尚应思索作为刚架梁受压翼缘侧向支承产生的附加轴力和弯矩。二、檩条计算3.荷载组合原那么1屋面均布活荷载不与雪荷载同时思索，应取两者中较大值；2积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时思索；3施工或检修集中荷载不与屋面资料或檩条自重以外的其他荷载同时思索；4当需求思索地震作用时，风荷载不与地震作用同时思索。 二计算aC型截面 bZ型截面檩条计算表示图0cosppy0sinppx01.内力分析垂直于主轴x和y的分荷载按下式计算：式中p 檩条竖向荷载设计值；0 p与主轴y的夹角：对C形、槽形和工字型截面 0=，为屋面坡角； 对Z形截面 ， 为

12、主轴x与平行于屋面轴x1的夹角。2.强度计算fWMWMenyyenxxMx、My 刚度最大主平面由py引起的弯矩和刚度 最小主平面由px引起的弯矩；Wenx、Weny 对主轴x、y的有效净截面模量；x、y 截面塑性开展系数；f 钢材的强度设计值。1当屋面能阻止檩条侧向失稳和改动时，可不计算檩条的整体稳定性。2当屋面不能阻止檩条侧向失稳和改动时，可按下式计算檩条的稳定性fWMWMeyyexbxx3.稳定计算Wex、Wey 对主轴x、y的毛截面模量；bx 受弯构件绕强轴的整体稳定性； f 钢材的强度设计值。 vEIlpwxky38454两端简支檩条的挠度验算公式为Ix截面对主轴x-x的毛截面惯性矩

13、；v 允许挠度，对无积灰的瓦楞铁、石棉瓦等屋面为 1/150；对压型钢板、积灰的瓦楞铁、石棉瓦等屋 面为1/200；其他屋面为1/200；Pky 沿y轴荷载的规范值。4.变形计算一、荷载及荷载组合一荷载1永久荷载 构造自重，普通为0.250.35kN/m2，屋面悬挂荷重按实践取值。2可变荷载 包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载、悬挂或桥式吊车荷载。第三节 刚架设计3地震作用 普通采用基底剪力法，对无吊车且高度不大的刚架可采用单质点简图；当有吊车荷载时，可采用2质点简图。a单质点 b两质点竖向荷载的传力过程表示图 程度荷载的传力过程表示图 恒载柱距6m活载柱距6m左风柱距6m，根本风压

14、0.55右风柱距6m，根本风压0.551不思索地震作用时荷载组合 永久荷载1.2+0.9竖向可变荷载1.4+风荷载1.4+吊车竖向可变荷载1.4+吊车程度可变荷载1.4； 永久荷载1.0+0.9风荷载1.4+邻跨吊车程度可变荷载1.4； 永久荷载1.0+风荷载吸力1.4； 永久荷载1.2+竖向可变荷载1.4。 上述1、4项组合用于计算最大弯矩及最大轴力的内力组合以进展刚架截面强度的计算；2、3项组合主要用于计算轴力最小而相应弯矩最大内力组合进展柱脚及锚栓的计算。二荷载组合2思索地震作用时荷载组合 计算刚架地震作用及自振特性时，永久荷载+竖向可变 荷载0.5+悬挂吊车或桥式吊车自重。 计算刚架思

15、索地震作用组合的内力时，永久荷载+竖 向可变荷载0.5+悬挂吊车或桥式吊车竖向轮压 1.2+地震作用1.3。实践阅历阐明，当地震设防烈度为7度而相应风荷载大于0.35kN/m2规范值或为8度、类场地上而风荷载大于0.45kN/m2时，地震作用组合普通不起控制造用，可只进展根本的内力计算。二、构件截面设计门式刚架计算简图变截面门式刚架应采用弹性分析方法，按平面构造确定各种内力，仅当构件全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。计算控制性截面的内力组合时普通应计算以下四种组合： Nmax情况下Mmax及相应V； Nmax情况下Mmin(即负弯矩最大)及相应V； Nmin情况下Mmax及相应V； Nmi

16、n情况下Mmin及相应V。内力计算原那么：根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置普通在柱底、柱顶、柱牛腿衔接处及梁端、梁跨中等截面。一刚架的内力计算边柱和梁以受弯为主，中柱以受压为主。梁柱截面采用焊接工字形截面并利用腹板的屈曲后强度，截面绕弱轴抗弯性能较差，构件的平面外稳定为构造设计的控制性要素。1变截面柱1平面内稳定计算二构件的稳定设计fWNNMANexExmxex1001001)1 . 1/(2020eExEAN 3-132平面外稳定计算fWMANebtey11000ExNN0为小头的轴向压力设计值M1为大头的弯矩设计值；Ae0为小头的有效截面面积；We1为大

17、头的有效面积最大受压纤维截面模量；xy杆件轴心受压稳定系数，楔形柱轴心受压稳定系数， 计算长细比时取小头的回转半径；y为轴心受压构件弯矩作用平面外的稳定系数，以小头 为准；by为均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数；mx、 t为等效弯矩系数； 计算时回转半径i0以小头为准。对双轴对称、均匀弯曲的工字形楔形截面杆件)235()4 . 4()(43202000200020yywsxybyfhtWhA00ysyilfsAlh0023. 01000385. 01ywil式中A0、h0、Wx0、t0 分别为构件小头的截面面积、截面高度、截面模量、受压翼缘截面厚度；Af 受压翼缘截面面积；iy0 受压翼缘与

18、受压区腹板高度组成的截面绕轴的回转半径；l 楔形构件计算区段的平面外计算长度，取支撑点间的间隔。1程度横梁可不思索轴力的影响，只需按截面受弯构件进展验算，普通应验算强度、整体稳定、部分稳定和挠度。2等截面折线型横梁，坡度不大于1/3时，可不思索横梁内轴力的影响，仅需按受压、受弯构件进展验算；当坡度大于1/3时，应按压弯构件进展验算。3横梁不需计算整体稳定的侧向支承点间最大长度，可取横梁上下翼缘宽度的 倍。 当横梁上翼缘接受集中荷载处不设横向加劲肋时，除按下式验算该处的折算应力外yf235162程度横梁fcc12223c、腹板计算边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和部分压应力。 尚应满足以下要

19、求 ywfmwfttftF235152)(5 . 1fWMem式中F 上翼缘所受的集中荷载；tf、tw 横梁翼缘和腹板的厚度；m 参数，m 1.0，在横梁负弯矩区取零；M 集中荷载作用途的弯矩；We 有效截面最大受压纤维的截面模量。3变截面刚架斜梁1实腹式斜梁在平面内按压弯构件计算强度，在平面外按压弯构件计算稳定；2实腹式刚架横梁的平面外计算长度，应取侧向支承点间的间隔；3当横梁两翼缘侧向支承点间的间隔不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的间隔。4当实腹式刚架横梁的下翼缘受压时，必需在受压翼缘的两侧布置隅撑作为横梁的侧向支承，隅撑的另一端衔接在檩条上。 三部分稳定1.板件最大宽厚比和利用屈曲后

20、强度：工字形截面采用三块板焊成受弯构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主；增大腹板的高度，可使翼缘的抗弯才干发扬更为充分；增大腹板厚度，可利用板件屈曲后的强度。)(23515构技术规程门式刚架轻型房屋钢结yftb)(23513钢结构设计规范yftb2.工字形截面构件受压翼缘自在外伸宽度b与其厚度t之比，应符合下式要求3.工字形截面梁、柱构件腹板的计算高度hw与其厚度tw之比，不应大于 。yf235250)2(123tcEIHhuttcEIHhu2623*123bcthILI/ 当单跨变截面刚架横梁上缘坡度不大于1：5时，在柱顶程度力作用下的侧移u，可按以下公式估算：柱脚铰接刚架柱脚刚接刚架h、L

21、 刚架柱高度和刚架跨度，当坡度大于1：10时，L 应取横梁沿破折线的总长度L=2s；Ic、Ib 柱和横梁的平均惯性矩；H 刚架柱顶等效程度力。三、单跨刚架侧移计算2/ )(10cccIII2/ )1 (210bbbbIIII变截面柱和横梁的平均惯性矩，可按下式计算：对于楔形柱对于双楔形横梁刚架柱顶等效程度力可按以下公式计算：当估算刚架在沿柱高度均布的程度风荷载作用下的侧移时WH67. 0柱脚铰接刚架 WH45. 0hwwW*)(41柱脚刚接刚架 其中 cPH15. 1cPH当估算刚架在吊车程度荷载Pc作用下的侧移时，柱脚铰接刚架 柱脚刚接刚架 式中W 均布风荷载的总值； 吊车程度荷载Pc作用高

22、度与柱高度之比；Pc 吊车程度荷载；w1、w2 风荷载的均值。两跨刚架：中间柱为摇摆柱的两跨刚架，柱顶侧移计算同单跨刚架，但L的应以2s替代，s为单坡面长度。中间柱与横梁刚接时：可将多跨刚架视为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，按以下公式计算整个刚架在柱顶程度荷载作用下的侧移：iKH)2(123tiieiihEIKbiiieitiIhlI/rlrlrleiIIIIIII4式中 Ki 柱脚铰接时各跨刚架的侧向刚度之和； hi 所计算跨两柱的平均高度； li 与所计算柱相衔接的单跨刚架梁的长度； Iei 两柱惯性矩不同时的等效惯性矩；Il 、 Ir 左、右两柱的惯性矩。当刚架

23、侧移不满足要求，需求采用以下措施之一进展调整： 放大柱或梁的截面尺寸； 改铰接柱脚为刚接柱脚； 把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点衔接方式。一梁柱衔接及梁拼接节点1门式刚架横梁与柱的衔接，可采用端板竖放、平放和斜放三种方式。2主刚架构件的衔接可采用承压型或摩擦型高强螺栓衔接。高强度螺栓直径通常采用M16M24。3斜梁拼接处，应采用外伸式衔接，并使得翼缘内外的螺栓中心与翼缘的中心重合或接近。与斜梁端板衔接的柱翼缘部分应与端板等厚度。四、节点设计a 端板竖放 b 端板横放 c端板斜放 d斜梁拼接梁柱衔接节点端板支承条件 端板的厚度应根据支承条件确定，但不应小于16mm。1伸臂类端板bfNe

24、ttf6feaNetwtw5 . 032无加劲肋类端板feeebeNeetwffwtwf)(263两边支承类端板当端板外伸时1端板厚度确定feeebeNeetwffwtwf)(412当端板平齐时febbeNeetfswtwf4)2(624三边支承类端板Nt一个高强螺栓的受拉承载力设计值；ew、ef分别为螺栓中心至腹板和翼缘板外表的间隔；b、bs螺栓的间距；a分别为端板和加劲肋板的宽度；f端板钢材的抗拉强度设计值。vccbftddM2节点域剪应力验算门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应验算剪应力。dc、tc分别为节点域的宽度和厚度；db斜梁端部高度或节点域高度；M节点接受的弯矩，对多跨刚架中间柱处，

25、应取两侧斜 梁端弯矩的代数和或柱端弯矩；fv节点域钢材的抗剪强度设计值。ftePPNwwt4 . 04 . 02时，当fteNPNwwtt224 . 0时，当3端板螺栓处构件腹板强度验算Nt2翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值；P高强度螺栓的预拉力；ew螺栓中心至腹板外表的间隔；tw腹板厚度；f腹板钢材的抗拉强度设计值。二柱脚1多用平板式铰接柱脚或刚接柱脚；2程度剪力由底板与混凝土根底间的 摩擦力摩擦系数取或设置抗剪键 接受；3计算带有柱间支撑的柱脚锚栓在风 荷载作用下的上拔力时，应计入柱 间支撑产生的最大竖向分力。地脚螺栓加劲板a)锚栓锚栓底板双螺母及垫板柱b)底板双螺母及垫板柱铰接柱脚a

26、)b)锚栓锚栓底板柱加劲板加劲板底板锚栓支承托座柱显露式刚接柱脚一、屋面和墙面板屋面常见作法：一种采用夹芯钢板作为屋面的保温防水层；一种采用压型钢板防水并接受屋面荷载，钢板下铺设超细玻璃纤维棉保温。墙面系统也分为两种：一种为压型钢板内加玻璃纤维棉保温，如对外观要求较高，可在玻璃棉内侧增设彩钢平板；一种情况为采器具有保温功能的夹芯板。按构造作法屋面和墙面板可分为三大类即螺钉外露式、暗扣式和锁缝式。第四节 围护构造屋面构造作法a压型钢板 b夹芯板屋面板作法 墙梁普通采用C型和Z型冷弯薄壁型钢，最大刚度平面在程度方向。一纵墙构造布置1墙梁的间距取决于墙板的资料强度、尺寸、所受荷载的大小、门窗洞口等普

27、通不大于2.5m；2墙梁跨度为46m时，宜在跨中设一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。 当墙粱单侧挂墙板时，拉条应衔接在墙梁挂墙板的一侧1/3处；当墙梁两侧均挂有墙板时，拉条宜衔接在墙梁重心点处。3在最上层墙梁处宜设拉条将拉力传至承重柱或墙架柱。二、墙面布置和衔接撑杆斜拉条墙梁刚架柱刚架柱门框直拉条111-1兼做窗框窗框纵墙构造布置二山墙构造布置墙梁焊于屋面檩条下墙面檩条刚架梁门框22刚架柱2-2直拉条撑杆斜拉条刚架柱抗风柱山墙构造布置1荷载墙梁主要接受墙面板传来的风压力、风吸力和竖向自重荷载。计算墙梁的荷载组合有两种：竖向荷载+程度荷载风压；竖向荷载+程度荷载风吸。2计算单侧挂墙板的墙梁，应按以下公式计算其强度和稳定：1在接受朝向面板的风压时，墙梁的强度可按下式计三墙梁计算fWMWMenyyenxxvyfthV0max,23vxftbV0max,43Mx、My分别为程度荷载和竖向荷载产生的弯矩；Vx、Vy分别为程度荷载和竖向荷载产生的剪力；Wenx、Weny分别为绕主轴x和主轴y的有