钢结构设计格构式柱的等效惯性矩

1、国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 课程主要内容：课程主要内容： 1 1、荷载、荷载 2 2、内力分析、内力分析 3 3、内力组合、内力组合 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 厂房横向框架的计算厂房横向框架的计算 1 1荷载荷载 l恒载：结构自重、屋盖及墙面等重量恒载：结构自重、屋盖及墙面等重量 l活载：屋面活荷载、风、雪、活载：屋面活荷载、风、雪、 积灰和吊车荷载、地震荷载积灰和吊车荷载、地震荷载 l作用在横向框架上的吊车荷载：作用在横向框架上的吊车荷载： 最大竖向压力：最大竖向压力： maxmax DPy minmin DPy 1 TTy 最小竖向压力：最小竖

2、向压力： 横向水平力：横向水平力： 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 1234 yyyyy 式中，式中，Pmax，Pmin吊车每个车轮的最大及最小轮压；吊车每个车轮的最大及最小轮压； T1吊车每个车轮所传来的水平横向制动力吊车每个车轮所传来的水平横向制动力 y最不利车轮位置，各个车轮处的影响线纵坐标之和。最不利车轮位置，各个车轮处的影响线纵坐标之和。 l对单跨厂房，当框架柱两侧的吊车梁同时有2台吊车时，一榀横 向框架将同时承受4台吊车的荷载的作用，但这是小概率事件，因 此通常设定在一榀横向框架中参与组合的吊车台数不多于两台； l对多跨厂房，在同一柱距内同时出现2台以上吊车的机会

3、增加。 但考虑隔跨吊车对结构的影响减弱和计算方便，容许在计算吊车竖 向荷载时，最多考虑4台吊车； l而在计算吊车横向水平荷载时，由于多台吊车同时制动的机会很 少，最多只考虑2台吊车。 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 2 2内力分析内力分析 空间整体分析：复杂，软件（空间整体分析：复杂，软件（STS,3D3S,MST)STS,3D3S,MST) 平面框架：简单，方便平面框架：简单，方便, ,手算。手算。 l计算跨度取上段柱轴线间距离，计算跨度取上段柱轴线间距离， l计算高度取柱脚底面至屋架下弦轴线间的距离，（屋架为上升式）计算高度取柱脚底面至屋架下弦轴线间的距离，（屋架为上升式

4、） l柱脚底面至屋架端部高度形心处的距离。（屋架为下降式）。柱脚底面至屋架端部高度形心处的距离。（屋架为下降式）。 合理模型合理模型 计算模型计算模型横向框架横向框架 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 22 01122 ()IA yA y u屋架的等效惯性矩：屋架的等效惯性矩： 式中，式中，A1、A2-屋架跨中上弦杆和下弦杆的截面积；屋架跨中上弦杆和下弦杆的截面积； y1、y2-屋架跨中上弦杆和下弦杆的截面形屋架跨中上弦杆和下弦杆的截面形 心至屋架中和轴的距离心至屋架中和轴的距离 - -考虑屋架高度变化和腹杆变形的修正系数，考虑屋架高度变化和腹杆变形的修正系数， 屋架上弦坡度1

5、/81/101/121/150 0.650.70.750.80.9 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 u格构式柱的等效惯性矩：格构式柱的等效惯性矩： 式中，式中，A1、A2分肢分肢1和分肢和分肢2的截面面积；的截面面积； x1、x2分肢分肢1的重心线和分肢的重心线和分肢2的重心线至中和轴的距离，的重心线至中和轴的距离， 22 01 122 0.9()IA xA x f hM I 2 max 0 式中：式中：Mmax简支屋架跨中的最大弯矩；简支屋架跨中的最大弯矩； h屋架跨中上下弦杆轴线间的距离；屋架跨中上下弦杆轴线间的距离； f钢材的强度设计值。钢材的强度设计值。 u初选截面时

6、屋架的惯性矩初选截面时屋架的惯性矩I0可先近似地按简支屋架计算可先近似地按简支屋架计算: 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 3内力组合内力组合 内力分析方法：力法、位移法、弯矩分配法，内力分析方法：力法、位移法、弯矩分配法， 静力计算手册或图表静力计算手册或图表 内力组合：考虑承载力极限状态和正常使用极限状态，内力组合：考虑承载力极限状态和正常使用极限状态， 求出各控制截面上可能的最不利内力求出各控制截面上可能的最不利内力 （1 1）框架柱最不利内力组合）框架柱最不利内力组合 控制截面：柱顶、上段柱下端、下段柱上端及柱脚控制截面：柱顶、上段柱下端、下段柱上端及柱脚 还应组合柱脚

7、锚栓的计算内力。还应组合柱脚锚栓的计算内力。 +Mmax及相应的及相应的N、V； -Mmax及相应的及相应的N、V； Nmax及相应的及相应的M、V； Nmin及相应的及相应的M、V； 44 33 22 11 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 （2 2）屋架最不利内力组合）屋架最不利内力组合 u 施工时先安装屋面，再将屋架与柱固定施工时先安装屋面，再将屋架与柱固定 屋架与柱 临时固定 屋架与 柱固定 M1M1 M1M1 在屋盖自重作用下简支桁在屋盖自重作用下简支桁 架的内力分析，架的内力分析， 其它荷载作用下按屋架和其它荷载作用下按屋架和 框架柱刚接分析内力框架柱刚接分析内力

8、国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 （2 2）屋架最不利内力组合）屋架最不利内力组合 u 施工时先将屋架与柱固定，再安装屋面在所有荷载作施工时先将屋架与柱固定，再安装屋面在所有荷载作 用下均按屋架和框架柱刚接计算。用下均按屋架和框架柱刚接计算。 u 屋架端弯矩对屋架杆件的不利作用：屋架端弯矩对屋架杆件的不利作用： 原有内力（拉杆和或压杆）增大；原有内力（拉杆和或压杆）增大； 使原来受拉杆件变成受压。使原来受拉杆件变成受压。 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 u屋架端弯矩对屋架杆件的最不利作用组合：屋架端弯矩对屋架杆件的最不利作用组合： 使屋架下弦产生最大压力，如图

9、使屋架下弦产生最大压力，如图3-22(3-22(a a) )所示；所示； 使屋架上弦产生最大压力，如图使屋架上弦产生最大压力，如图3-22(3-22(b b) )所示；所示； 使腹杆产生最大拉力，如图使腹杆产生最大拉力，如图3-22(3-22(c c) )所示；所示； 使腹杆产生最大压力，如图使腹杆产生最大压力，如图3-22(3-22(d d) )所示；所示； 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 厂房横向框架的计算厂房横向框架的计算-小结小结 掌握作用在横向框架上的荷载计算方法掌握作用在横向框架上的荷载计算方法 了解横向框架模型简化方法了解横向框架模型简化方法 掌握框架和屋架最不

10、利内力组合掌握框架和屋架最不利内力组合 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 厂房柱设计厂房柱设计 1 1 柱的截面形式和构造柱的截面形式和构造 2 2 柱的截面验算柱的截面验算 3 3 阶形柱变截面处的构造阶形柱变截面处的构造 4 4 柱脚构造和计算柱脚构造和计算 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 柱的形式和构造柱的形式和构造 1.1.厂房柱形式厂房柱形式 厂房柱设计厂房柱设计 (a)等截面柱；(b)实腹单阶柱；(c)格构单阶柱； u实腹式柱：实腹式柱：构造简单，构造简单， 适用于柱高度适用于柱高度10m,10m,吊吊 车额定起重量车额定起重量20t20t； u阶

11、形柱：阶形柱：根据吊车层根据吊车层 数分为数分为单阶柱单阶柱和和双阶柱双阶柱， 吊车梁支承在截面改变吊车梁支承在截面改变 处，偏心小，构造合理，处，偏心小，构造合理， 应用广泛；应用广泛； 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 (d)分离式柱；(e)双阶边柱；(f )双阶中柱 u分离式柱分离式柱： 屋盖肢屋盖肢: :和横梁形成框架和横梁形成框架 吊车肢吊车肢: :承受吊车竖向荷载承受吊车竖向荷载 两肢分别单独承担荷载两肢分别单独承担荷载, ,减减 小吊车肢在框架平面内的计小吊车肢在框架平面内的计 算长度算长度, , 构造、制作及安装简单方便，构造、制作及安装简单方便， 但刚度较差，

12、用钢量大，通但刚度较差，用钢量大，通 常在扩建厂房中采用。常在扩建厂房中采用。 柱的截面形式和构造柱的截面形式和构造 1.1.厂房柱形式厂房柱形式 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 框架柱截面由所承受荷载大框架柱截面由所承受荷载大 小确定：小确定： 实腹柱：等截面柱实腹柱：等截面柱 （h h1m)1m)、阶形柱上柱、阶形柱上柱、 截面高度较小的下柱、分截面高度较小的下柱、分 离式柱的屋盖肢和吊车肢。离式柱的屋盖肢和吊车肢。 格构柱：格构柱： 阶形柱的下柱（阶形柱的下柱（h h1m)1m) 柱的截面宽度不宜小于柱的截面宽度不宜小于 0.4m0.4m。 用于边列柱用于中列柱 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 2.2.柱身构造柱身构造 u 横向加劲肋横向加劲肋 腹板采用纵向加劲肋，腹板采用纵向加劲肋， 腹板的高厚比腹板的高厚比80时，时， 其间距约为（其间距约为（