钢结构工程刚架设计

1.3.1荷载及荷载组合

1.3.2刚架的内力和侧移计算

1.3.3刚架柱和梁的设计

1.3刚架设计永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

可变荷载：屋面活荷载、屋面雪荷载和积灰荷载吊车荷载、地震作用、风荷载。荷载及荷载组合

荷载组合原则：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。

在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：组合（1）(用于截面强度和构件稳定性计算):，永久荷载+活载：积灰、max{屋面均布活荷载，雪荷载}、风荷载、吊车竖向及水平荷载

由可变荷载控制的效应设计值：

由永久荷载控制的效应设计值：

组合（2）（用于锚栓抗拉计算）：在组合（1）中，由于永久荷载对锚栓抗拔有利，其荷载分项系数取1.0，屋面活荷载、楼面活荷载、屋面积灰荷载等，因其对锚栓抗拔有利，亦不考虑，风力对锚栓抗拔不利，应予考虑，其分项系数取1.4。

内力计算原则：

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，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。最小弯矩Mmin和同时出现的V及N的较大值。最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。（考虑锚栓的抗拔）1.3.2刚架内力和侧移计算侧移计算原则：

变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。侧移限制值：h/60.如果验算刚架侧移不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：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连接形式。1.3.3.1梁、柱板件的宽厚比限值与腹板屈曲后强度利用

工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：

1.3.3刚架柱和梁的设计腹板屈曲后强度利用：

在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度,《规程》给出了腹板屈曲后抗剪强度的计算公式。与简支梁的情况不同，门式刚架构件的剪力最大处，其弯曲正应力往往也最大，这时翼缘板对腹板没有约束作用。当腹板的高度变化不超过60mm/m时，工字形截面的受剪板幅的承载力设计值：腹板的有效宽度：

当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性。当腹板全部受压时：当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：he：腹板受压区有效宽度；ρ：有效宽度系数；hc:腹板受压区高度。1.3.3.2刚架梁、柱构件的强度计算刚架内力分析在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下刚架弯矩图刚架荷载计算简图在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：荷载计算简图

刚架弯矩图轻型疫钢结拜构是斩以构衫件边务缘最量大压伙应力异达到返钢材令屈服搅点作拉为临界殊状态况，没有兴考虑吐塑性浅发展索的影克响，瞒所以课门式虏刚架袋一般片按弹张性理掌论设点计。考虑各童种荷载升组合内忆力分析猛结果，日取出最大琴荷载歼值控制扛设计.正应历力验萌算：剪应力谜验算：式中秋：—构件滩有效跃净截够面面业积；、—对主轴x和y的有螺效净习截面扫抵抗酸矩；、—对主常轴x和y的弯掠矩。初选庆截面--梁柱按宜压弯构肚件进行奋验算弯矩惨作用熄平面邀内：弯矩作部用平面池外：当宵时当捉时当截洞面为恢双轴请对称螺时工形抓截面总受弯锯构件杜在剪力V和弯矩M作用摧下的忙强度当基时当坟时当截备面为警双轴聋对称淘时工形截组面受弯奴构件在剪力V、弯矩M和轴力N作用下妥的强度1.研3.宇3.挥3梁腹粘板加钥劲肋肃的配集置梁腹烟板应坑在中政柱连孩接处碗、较蜓大固廊定集查中荷独载作丈用处录和翼其缘转管折处皱设置既横向梳加劲公肋。英其他毯部位修是否贸设置浴中间婆加劲遮肋，泽根据湖计算枯需要洗确定娇。但《规程》规定,当利仇用腹即板屈嫌曲后气抗剪互强度帆时，鸡横向呈加劲刻肋间妇距a宜取hw～2h捉w。当梁度腹板愉在剪返应力尾作用笋下发突生屈插曲后罗，将士以拉后力带济的方赔式承耍受继取续增炊加的薯剪力忽，亦遍即起生类似访桁架突斜腹智杆的务作用萝，而条横向盒加劲索肋则轰相当炊于受欣压的隶桁架借竖杆卷。因竹此，斯中间巨横向质加劲椒肋除恭承受丢集中阶荷载晕和翼毒缘转辣折产合生的芳压力陶外，佣还要剖承受泛拉力神场产清生的捉压力屋。拉力场加劲肋佳稳定性腊验算按堤规范规羊定进行煮，计算看长度取腹板派高度hw，截来面取盟加劲愁肋全颂部和找其两微侧各宽度范慈围内的攀腹板面恳积，按寻两端铰接轴企心受释压构恶件进粗行计衬算。1.3点.3.遥4变截梅面柱书在刚通架平备面内莲的整摘体稳项定计是算:变截面钥柱在刚徐架平面握内的整砍体稳定仇按下列芝公式计抵算：对于酱变截收面柱棋，变孟化截兄面高谦度的目的是为了涛适应属弯矩湖的变父化，津合理侍的截远面变喘化方源式应圆使两秤端截徐面的征最大将应力吐纤维裹同时督达到没限值。但挡是实尖际上昂往往忽是大余头截禁面用冲足，摇其应摆力大宫于小面头截六面，焰故公剥式左鞋端第炉二项菌的弯探矩M1，和有叉效截面宫模量We1应以贯大头堡为准厅。公式第切一项源惹自等截孟面的稳剃定计算疫。根据钞分析，割小头稳坏定承载被力的小妖于大头党，且刚篮架柱的妙最大轴柴力就作符用在小为头截面居上，故道第一项污按小头芦运算比萌按大头齐运算安苹全。1.3竿.3.疼5变截面辱柱在刚桥架平面叫内的计素算长度截面哑高度景呈线义形变素化的忙柱，竿在刚算架平技面内议的计擦算长虾度应罪取为痕，式己中近为洞柱的茅几何瞒高度忧，盏为蔽计算捞长度始系数高。可由下费列三种廊方法确现定：查表沫法（姻适合岗于手螺算，钢用于斜柱脚来铰接液的对版称刚保架）一阶分症析法（朝普遍适糟用于各蜻种情况拼，并适穗合上机乡丰计算)二阶分窃析法（紧要求有父二阶分蛛析的计粪算程序碍）查表法柱脚铰运接单跨危刚架楔昆形柱的惨可由告表1-2（教乐材p1闸5）查惩得。柱的线惩刚度K1和梁洪的线丹刚度K2分别按选下列公澡式计算勇：表中和肯式中—分别摧为柱茶小头晒和大最头的基截面捆惯性耻矩；—梁最隆小截木面的至惯性驶矩；—半跨触斜梁暖长度辩；—斜梁完换算迫长度飘系数盾，见示图1-溉9。当革梁为还等截柱面时在图1-9中，λ1和λ分别屠为第狠一、集二楔木形段斩的斜连率。图1-太9楔形梁衔在刚架包平面内由的换算霉长度系镰数柱脚铰疯接楔形证柱的计嫂算长度珍系数矮，寄表1—2K2／Kl0.10.2O.3O.50.751.02.0≥10.00.0l0.428O.368O.3490.3310.3200.3180.3150.3100.020.6000.5020.4700.4400.4280.420O.411O.4040.03O.7290.599O.5580.5200.50l0.4920.4830.473O.050.931O.756O.6940.6440.6180.6060.5890.5800.071.075O.8730.8010.7420.7110.697O.672O.6500.101.2521.0270.9350.857O.8170.801O.7900.7390.151.5181.2351.1091.021O.965O.938O.8950.8720.201.7451.3951.2541.1401.0801.0451.0000.969多跨刚积架的中究间柱为眼摇摆柱鉴时，边扮柱的计甲算长度竿应取为式中——放大系悠数；——计算长资度系数破，由表1．2查得旅，但铜公式(1．26)中的美取与鸭边柱顷相连罗的一滔跨横教梁的钻坡面得长度尸，如区图1-1呢0所示进；——摇摆滴柱承闪受的流荷载扣；——边柱习承受锁的荷布载；——摇摆柱生高度；——刚架边送柱高度候。引进放央大系数蔽的原因塔是：当框携架趋括于侧权移或香有初屈始侧醋倾时捕，不迈仅框袭架柱惯上的踪蝶荷载Pfi对框架德起倾覆艺作用，著摇摆柱渴上的荷旨载Pli也同付样起兽倾覆质作用汁。这海就是恰说，宪图1-仿10框架边酬柱除承困受自身玩荷载的枯不稳定妥效应外吉，还要念加上中即间摇摆久柱荷载监效应。狭因此需灰要根据汪比值Σ(Pli／hli)／Σ(Pfi／hfi)对边柱六计算长皱度做出寒调整。图1-摄10计算边舱柱时的左斜梁长杂度摇摆正柱的津计算都长度钟系数抹取1.俭0。对于聚屋面歪坡度姨大于1：5的情维况，荐在确睬定刚冤架柱辰的计蹈算长抱度时管应考爱虑横赌梁轴叹向力陶对柱扛刚度剂的不刷利影败响。稀此时山应按伤刚架姑的整明体弹声性稳关定分仪析通拌过电掀算来绵确定似变截帜面刚秒架柱犯的计断算长琴度。框架点有侧牛移失碍稳的墙临界那状态将和它驰的侧摘移刚异度有球直接和关系汉。框贤架上夫的荷致载使溪此刚帜度逐梨渐退稿化，钳荷载造加到世一定败程度寄时刚古度完猜全消切失，体框架姑随即业不能弓保持寇稳定丢。因含此框工架柱木的临讨界荷材载或摩计算该长度优可以舌由侧巴移刚惨度得斗出。当刚架订利用一猜阶分析洒计算程缎序得出终柱顶水状平荷载舞作用下令的侧移俩刚度K=H／u时，泻柱计证算长坊度系今数可懒由下冰列公聪式计岁算：变截面饱刚架柱斤在平面掘内计算项长度的趴一阶分犹析法对柱脚剩为铰接夺和刚接调的单跨思对称刚沟架(图1-1就1a)当柱脚坊铰接时当柱梯脚刚脸接时中间为朵非摇摆暂柱的多烟跨刚架(图1-赴-1放1b鸡)当柱脚宁铰接时当柱营脚刚慈接时h为刚禁架柱慢的高楼度Ic盾0为柱底僵截面惯雀性矩；hi、Pi、PE0廉i分别为害第i根刚改架柱杆的高堪度、参竖向蔽荷载醒和以预小头喷为准威的欧残拉临受界荷庄载。（1-3事0a）（1-3定0b）（1-古31）（1-趴29德a）（1-2献9b）图1-滥11一阶分嚼析时的绸柱顶位雹移（a）单狡跨对言称刚嫁架薯（b）中间档柱为非蒜摇摆柱敲的多跨简刚架当采珠用计躲入竖无向荷浩载一蚊侧移主效应(即P-臣u效应)的二阶胜分析程胁序计算集内力时测，如果撕是等截亲面柱，号取μ=1，即计惯算长度忍等于几幅何长度角。对于阵楔形柱捕，其计遥算长度票系数可热由下列磁公式计狠算：变截盲面柱被在平农面内甘计算抛长度递的二区阶分埋析法式中:—构件饮的楔脖率；、—分别为刃柱小头甩和大头黄的截面变高度(图1.退12刻)。1.爬3.秋3.姜6变截颗面柱欺在刚秧架平粉面外笨的整收体稳碌定计棚算应分段段按面公式污计算郊：公式梳不同屿于规棵范中揉压弯蛾构件很在弯喝矩作帖用平揪面外梯的稳独定计甲算公叠式之准处有侦两点著：截面呜几何双特性私按有忽效截堵面计该算；考虑楔诱形柱的颤受力特斧点，轴力掀取小苍头截晋面，工弯矩碗取大绘头截杀面。1.诱3.嘉3.哀7斜梁抖和隅演撑的逐设计斜梁的朝设计当斜司梁坡胡度不洗超过1：5时，因演轴力很害小,可按压匪弯构件穗计算其鸡强度和浙刚架平腾面外的破稳定，坦不计算降平面内裳的稳定。实腹砖式刚茎架斜膏梁的孕平面怕外计污算长底度，爸取侧秒向支外承点贤的间乳距。当斜衔梁两考翼缘懂侧向斯支承观点间鸦的距捡离不狂等时瞒，应潮取最辟大受守压翼态缘侧正向支全承点嚷间的停距离杰。斜沫梁不猎需要紫计算开整体军稳定征性的德侧向戒支承报点间割最大苹长度攻，可重取斜依梁下弓翼缘雕宽度辱的动倍。当斜梁僻上翼缘道承受集邮中荷载亏处不设扰横向加术劲肋时啦，除应松按规范胸规定验秋算腹板觉上边缘攻正应力饱、剪应轰力和局笛部压应屋力共同礼作用时仅的折算辩应力外非，尚应向满足下郊列公式记的要求冈：隅撑晴设计当实吵腹式插刚架照斜梁冠的下抱翼缘想受压依时，吨必须唯在受虽压翼叨缘两检侧布给置隅间撑(山墙鱼处刚街架仅参布置奶在一社侧)作、为代斜梁的衣侧向支枝承，隅茶撑的另呢一端连像接在檩估条上。隅撑间份距不应优大于所级撑梁受电压翼缘煎宽度的励倍。隅撑姐应根勇据规怎范规朋定按武轴心腹受压叠构件明的支稻撑来摩设计掠。隅理撑截帆面选膏用单见根等拦边角壤钢，醉轴向借压力呈按下推式计脑算：当隅铺撑成奖对布榆置时捡，每见根隅烦撑的梦计算吐轴压楼力可饰取上氏式计疫算值店的一捏半。需要腐注意链的是照，单兴面连刊接的大单角叫钢压帐杆在宏计算财其稳宇定性湾时，边不用埋换算布长细畅比，张而是晋对f值乘途以相仔应的熄折减译系数墨。刚架芦横梁绑刚度底和柱遍顶水喉平位万移验李算横梁却容许诊挠度把：柱顶水铜平容许干位移：式中秋、交分别守为刚架偶横梁的岁跨度和独柱的高终度。1.3六.3.览8刚架节除点设计刚架横错梁与柱赶拼装节睛点刚架横慌梁屋脊莲拼装节病点柱脚设轧计牛腿融设计斜梁与桌柱的连嗓接及斜罢梁拼接斜梁晴与柱续的刚饲接连舍接一债般采货用高蛾强螺怪栓－怕端板铺连接但，按膀刚接耳节点攀设计甘，其腰形式挨：端板竖腐放端板斜昨放端板平决放斜梁拼覆接时也增可采用沟高强度观螺栓-端板堂连接溜，宜津使得惑端板购与构做件的念外边揭缘相锋互垂乱直。犬斜梁掘拼接夏应按葬所受掠的最揪大内绳力设截计，哑当内发力较耐小时览，应扰按能剖承受怖不小维于被适连接汇截面大承载五力的童一半狐进行吉设计咐。h1Me（a）端咸板竖屡放（b）端板挨斜放（c）端板作平放（d）斜梁追拼接刚架修斜梁睁与柱锻的连眉接及赌斜梁桌间的粗拼接高强巴螺栓脱计算验算最梁不利螺蔽栓的拉帜力：—横梁与疯柱在连蛾接处传动递的弯棒矩；—最远一因排螺栓宏至承压丝式点的距肉离；—螺栓阀列数扁；—任意本一排厘螺栓席至承幻玉压点彼的距泥离；—一个螺哗栓所能柔承受的腊抗拉容妈许承载甜力。分析研勤究表明攻，外伸飞式连接抢转动刚古度可以凶满足刚桥性节点症的要求幸。外伸魄式连惕接在材节点独负弯双矩作驶用下薪，可祝假定松转动队中心镰位于古下翼锹缘中背心线顿上。上翼沫缘两冒侧对恐称设芒置4个螺吉栓时犬，每吗个螺币栓承析受下浪面公木式表战达的脚拉力货，并泊依此读确定道螺栓厨直径苍：当受拉丧翼缘两通侧各设请一排螺蚂栓不能轻满足承冶载力要已求时，访可以在英翼缘内立侧增设娘螺栓。螺栓排兵列应符戒合构造签要求，迈下图的胖，誓应满协足扣紧规螺栓所旁用工具笼的净空并要求，渗通常不步小于35m农m，螺粉栓端妻距不倍应小祖于2倍螺栓窄孔径，股两排螺野栓之间怨的最小贱距离为3倍螺速栓直款径，每最大糊距离浩不应雕超过400昏mm。端板的兵厚度t可根据奴支承条等件按下询列公式尽计算，欺但不应患小于16m点m，和神梁端岁板相浓连的蜻柱翼亚缘部工分应辅与端江板等北厚度司。(a)伸臂胀类端挠板(b)无加劲扣肋类端偏板(c)两边支稀承类端刑板当端羞板外妥伸时当端板旷平齐时(d)三边渴支承救类端渴板在门式霞刚架斜融梁与柱臭相交的剪节点域励，应按免下列公端式验算炮剪应力俩：刚架构握件的翼缘忍与端吃板的凡连接棚应采郑用全遮熔透亚对接携焊缝，腹板伤与端扮板的融连接吹应采栏用角债焊缝。在端勿板设置封螺栓处军，应按他下列公减式验算蔑构件腹绿板的强星度：当井时扑，当善时，节点构蓬造设计节点顿有加搅腋与疲不加距腋两洪种基笑本形旧式。勺在加牙腋形辫式中拦又有沾梯形袋加腋楼与曲避线加轮腋之益分，春一般涉采用梯形加端腋并在政加腋得部分虹的两碧端设裤置加劲肋及侧向支探撑，以保覆证该加败腋部分搬的稳定攻性，防即止侧向职压屈。狸加腋连翼接可使跪截面的成变化符离合弯矩垦图形的警要求，廊并大大搏提高了龄刚架的埋承载能咏力。下蛾图为加啄腋节点句图。横梁屋脊拼装节点图柱脚财设计根据受膏力要求粪，柱脚海分刚接格柱脚和识铰接柱友脚两类春，当吊漆车起重判量≥5吨时摩应考霜虑设贵置刚栗性柱全脚。本工梁程实帮例：围吊车鸟吨位20吨，柱营脚形式宇为刚接队柱脚，帖主要用滑来传递决吊车荷捎载、风便荷载和谎结构自见重。柱脚形项式平板墙式铰愈接柱股脚刚接柱植脚一般责情况当有桥眠式吊车海或刚架知侧向刚每度过弱睬时平板卫式铰接柱浆脚刚接柱洗脚柱脚喜的计小算一、功底板寸的计蜓算1、底狸板的伤平面钻尺寸底板面冠积：式中—柱轴逢心压搭力设辆计值抵；—基础混掀凝土轴职心抗压遣强度设业计值；—锚栓雀孔面耗积。按构造朱要求确丑定底板瞧宽度：式中—柱截面蚕宽度或蔑高度；—靴梁把厚度屠；—底板渔悬臂做长度两。再根父据底桂板面委积确牵定底皮板长爪度。2、底浆板的床厚度底板的榴厚度决鱼定于板史的抗弯踏强度。式中：为底板装承受的抓最大弯丛矩值。柱脚果锚栓土应采作用Q23礼5或Q34读5钢材制饶作。锚拜栓的锚安固长度武应符合艘现行国掘家标准《建筑诱地基很基础廉设计书规范》(G麻B5午000亏7--惕200霸2)的规定谣，锚栓离端部按况规定设扶置弯钩妇或锚板折。计算慎风荷施载作馅用下转柱脚容锚栓转的上徐拔力售时，呼应计笔入柱圆间支写撑的让最大夺竖向萝分力悄，此剩时，扣不考只虑活可荷载(或雪姓荷载