钢结构门式刚架结构设计ppt课件

1、门式刚架构造设计门式刚架构造设计 济南大学济南大学 土木建筑学院土木建筑学院柱距1.1 1.1 概述概述 1.1.1 单层门式刚架的组成单层门式刚架的组成 主承重骨架 檩条、墙梁 屋面、墙面 支撑1.1.2 单层门式刚架构造的特点单层门式刚架构造的特点 u质量轻质量轻u普通普通10-30kg/m210-30kg/m2，根底费用低。地震反响小，留意风吸，根底费用低。地震反响小，留意风吸力力u工业化程度高，施工周期短工业化程度高，施工周期短u主要构件工厂制造，现场高强螺栓安装主要构件工厂制造，现场高强螺栓安装u综合经济效益高综合经济效益高u柱网布置比较灵敏柱网布置比较灵敏u门式刚架整体性可以依托檩

2、条、墙梁和隅撑来保证，支门式刚架整体性可以依托檩条、墙梁和隅撑来保证，支撑数量可减少，且多用张紧的圆钢撑数量可减少，且多用张紧的圆钢 梁柱多用变截面，省材梁柱多用变截面，省材 梁、柱腹板利用屈曲后强度梁、柱腹板利用屈曲后强度 塑性设计不再适用多个塑性铰塑性设计不再适用多个塑性铰 摇摆柱摇摆柱 柱脚约束柱脚约束 应力蒙皮效应应力蒙皮效应板件较薄板件较薄 焊接板件焊接板件 3mm 冷弯构件冷弯构件 1.5mm 压型钢板压型钢板 0.4mm1.1.3 我国工程运用情况我国工程运用情况始于始于20世纪世纪60年代，屋面用瓦材。年代，屋面用瓦材。20世纪世纪70年代在工程上极少运用；年代在工程上极少运用

3、；20世纪世纪80年代在经济特区引进国外门式刚架年代在经济特区引进国外门式刚架轻钢房屋，压型钢板始见用于屋面和墙面；轻钢房屋，压型钢板始见用于屋面和墙面； 20世纪世纪90年代初外国轻钢企业进入中国大陆，年代初外国轻钢企业进入中国大陆，带动了内资轻钢企业的开展。中期以来，采带动了内资轻钢企业的开展。中期以来，采用门式刚架轻型房屋钢构造的工程数量越来用门式刚架轻型房屋钢构造的工程数量越来越多，工程规模越来越大，充分展现了这种越多，工程规模越来越大，充分展现了这种构造的优越性。构造的优越性。国家规范的制定情况国家规范的制定情况 1966 1966年版本未公布；年版本未公布； TJ18-75 TJ1

4、8-75 GBJ18-87 GBJ18-87 GB50018-2002 GB50018-2002 CECS102:98 CECS102:98 CECS102:2002 CECS102:2002 1.2 1.2 构造方式构造方式 和构造布置和构造布置1.2.1 1.2.1 门式刚架的构造方式门式刚架的构造方式按跨度：单跨、双跨、多跨刚架以及按跨度：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的方式带挑檐的和带毗屋的方式按屋面坡脊数：单脊单坡、单脊双坡按屋面坡脊数：单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡和多脊多坡常做成一个大双坡屋面，防止渗漏和堆雪常做成一个大双坡屋面，防止渗漏和堆雪单脊双坡多跨刚架单脊双坡多跨

5、刚架无桥式吊车：中柱多为摇摆柱无桥式吊车：中柱多为摇摆柱有桥式吊车：中柱宜两端刚接有桥式吊车：中柱宜两端刚接截面方式截面方式无桥式吊车：梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接工无桥式吊车：梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接工字形截面或轧制字形截面或轧制H H形截面形截面有桥式吊车：柱宜采用等截面方式有桥式吊车：柱宜采用等截面方式柱脚方式柱脚方式无桥式吊车：多按铰接支承设计，通常为平板支座无桥式吊车：多按铰接支承设计，通常为平板支座有桥式吊车：刚接有桥式吊车：刚接坡度坡度1/201/81/201/8运输单元运输单元柱子单独一个，梁可为多个。单元内焊接，单元间可经过柱子单独一个，梁可为多个。单元内

6、焊接，单元间可经过端板用高强螺栓衔接端板用高强螺栓衔接吊车吊车悬挂吊车：起分量不大于悬挂吊车：起分量不大于3吨吨桥式吊车：不大于桥式吊车：不大于20吨，轻、中级任务制吨，轻、中级任务制1.2.2 构造布置构造布置 刚架的建筑尺寸和布置刚架的建筑尺寸和布置 跨度：跨度：936m；高度：；高度：4.59m室室内净空；内净空； 柱轴线：下端中心线或柱外皮柱轴线：下端中心线或柱外皮 梁轴线：最小截面中线，与上外表梁轴线：最小截面中线，与上外表平行平行 柱距：柱距：6m，7.5m或或9m 挑檐：挑檐：0.51m 温度区段：纵向温度区段：纵向300m，横向，横向150m。 设置伸缩缝的方法：双柱；檩条和设

7、置伸缩缝的方法：双柱；檩条和屋面板构造屋面板构造 有吊车时设置双柱，加插入距有吊车时设置双柱，加插入距檩条布置 普通等间距布置，间距由计算确定； 屋脊附近双檩距屋脊200mm ； 天沟附近布置一根以固定天沟； 思索天窗、采光带等的详细情况。 墙梁布置 思索门窗、挑檐、雨棚等的详细情况； 压型钢板墙面宜布置在柱外； 间距由计算确定。支撑和刚性系杆布置 布置原那么： 温度区段 柱间支撑与屋面横向支撑同时设置 位置、间距(3045;60) 高度大时分层设，宽度大时内柱设 刚架转机处 支撑交叉点 支撑方式： 十字交叉圆钢支撑，夹角30-60型钢支撑1.3 1.3 刚架设计刚架设计 除除 (CECS 1

8、02)(CECS 102)有有专门规定外，按专门规定外，按 (GB50009)(GB50009)采用采用永久荷载永久荷载 构造自重：按构造自重：按 GB50009GB50009采用采用 悬挂荷载：按实践情况悬挂荷载：按实践情况可变荷载可变荷载 屋面活荷载：对压型钢板屋面，按程度投影计，取屋面活荷载：对压型钢板屋面，按程度投影计，取0.5kN/m20.5kN/m2，常取，常取0.3kN/m20.3kN/m2 施工检修集中荷载人和小工具的重力：施工检修集中荷载人和小工具的重力：1kN 1kN ，按最不利位置按最不利位置 1.3.1 荷载及荷载组合荷载及荷载组合ksz0wwwk风荷载规范值kN/m2

9、；w0根本风压，按的规定采用；z风荷载高度变化系数，按的规定采用； 当高度小于10m时，应按10m高度处的数值采用；s风荷载体型系数，思索内、外风压最大值的组合，含阵风系数。 其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定采用。 表 1 刚架的风荷载体型系数 分 区 端 区 中 间 区 建筑 类型 1E 2E 3E 4E 5E 6E 1 2 3 4 5 6 封闭式 0.50 1.40 0.80 0.70 0.90 0.30 0.25 1.00 0.65 0.55 0.65 0.15 部分封闭式 0.10 1.80 1.20 1.10 1.00 0.20 0.15 1.40 1.05 0.95 0.

10、75 0.05 注： 表中正号(压力)表示风力由外朝向表面，负号(吸力)表示风力自表面向外离开，下同； (a) (b) 图 5 刚架的风荷载体型系数分区 (a) 双坡刚架；(b) 单坡刚架 荷载效应组合荷载效应组合: : 应符合以下原那么应符合以下原那么 屋面均布活荷载不与雪荷载同时思索，屋面均布活荷载不与雪荷载同时思索，应取两者中的较大值；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；中的较大值同时思索； 施工或检修集中荷载不与屋面资料或檩施工或检修集中荷载不与屋面资料或檩条自重以外的其它荷载同时思索；条自重以外的其它荷载同时思

11、索； 多台吊车的组合应符合多台吊车的组合应符合GB50009GB50009的规定；的规定； 风荷载不与地震作用同时思索。风荷载不与地震作用同时思索。 在进展刚架内力分析时，需求思索的荷载效应组合有： 1.2 永久荷载0.9 1.4 积灰荷载max屋面均布活荷载、雪荷载风荷载吊车竖向荷载吊车程度荷载； 1.0 永久荷载1.4 风荷载或 1.0 永久荷载1.4 0.9( 风荷载吊车荷载 组合(1)用于截面强度和构件稳定计算，(2)用于柱脚锚栓验算。起有利作用者不加，但要留意同时发生的荷载。 地震作用组合，采用底部剪力法，按GB50011计算。1.3.2 刚架内力和侧移计算刚架内力和侧移计算 内力内

12、力 变截面门式刚架：弹性分析方法变截面门式刚架：弹性分析方法全部为等截面构件时：可采用塑性分析方全部为等截面构件时：可采用塑性分析方法设计法设计取单榀刚架按平面构造分析内力，普通不取单榀刚架按平面构造分析内力，普通不思索应力蒙皮效应，而把它当作平安思索应力蒙皮效应，而把它当作平安贮藏。贮藏。计算内力时可采用有限元法直接刚度计算内力时可采用有限元法直接刚度法。法。分段等截面单元或楔形单元。分段等截面单元或楔形单元。手算校核时，可将变截面构件折算为等截手算校核时，可将变截面构件折算为等截面构件面构件 控制截面的内力组合柱顶、底、牛腿处 ，梁端、跨中 1对构件：最大压力Nmax和相应的M和V； 2对

13、构件：最大弯矩Mmax和相应的N和V； 3对锚栓：最小压力Nmin和相应的M和V。 侧移计算 采用弹性分析方法确定，计算时荷载取规范值，不思索荷载分项系数。 简化计算公式：参见CECS102 侧移限值 在风荷载规范值作用下的刚架柱顶侧向位移不应超越以下限值： 不设吊车：采用轻型钢板墙时为h/60，采用砌体墙时为h/100，h为柱高； 设有桥式吊车：吊车有驾驶室时为h/400，吊车由地面操作时为h/180。 不满足时可采取的措施 放大截面 修正柱脚约束 假设有摇摆柱，上端改为刚接 受弯构件的挠度限值受弯构件的挠度限值 门式刚架斜梁竖向挠度：门式刚架斜梁竖向挠度：L L为构件跨度为构件跨度 仅支承

14、压型钢板和檩条仅支承压型钢板和檩条 L/180 L/180 尚有吊顶尚有吊顶 L/240L/240 有悬挂起重机有悬挂起重机 L/400L/400 屋面坡度改动值：屋面坡度改动值：屋面坡度的屋面坡度的1/31/3 檩条竖向挠度：檩条竖向挠度： 仅支承压型钢板仅支承压型钢板 L/150L/150 有吊顶有吊顶 L/240L/240 压型钢板竖向挠度：压型钢板竖向挠度： 接受活荷载或雪荷载接受活荷载或雪荷载 L/150 L/150 构件长细比要求构件长细比要求 受压构件：主要构件受压构件：主要构件 180， 其它构件及支撑其它构件及支撑 220； 受拉构件：接受静力荷载时，桁架构件受拉构件：接受静

15、力荷载时，桁架构件 350； 吊车梁以下柱间支撑吊车梁以下柱间支撑 300； 其它支撑其它支撑 400； 接受动力荷载时接受动力荷载时 250。 张紧的圆钢或钢绞线：不限制张紧的圆钢或钢绞线：不限制 1.3.3 刚架柱、梁设计刚架柱、梁设计 梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度运用梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度运用(1) 梁柱板件宽厚比限值梁柱板件宽厚比限值 梁柱的翼缘，不能发生部分失稳，要求受压梁柱的翼缘，不能发生部分失稳，要求受压翼缘：翼缘： 对于梁柱的腹板:ywwfth235250 (腹板应按规程要求计算有效宽度。1y23515btf(2)腹板屈曲后强度利用腹板屈曲后强度利

16、用 工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超越变化不超越60mm/m时可思索屈曲后强度拉力时可思索屈曲后强度拉力场，其抗剪承载力设计值应按以下公式计算：场，其抗剪承载力设计值应按以下公式计算： dw wvVh t f wvvwvwvwvwv0.8 0.81.4 10.64(0.8)1.4 (10.275)ffffff当时，当时，当时，wwwy37235htkf2ww2ww1 4 5.34 ()1 5.34 4 ()a hka ha hka h 当时，当，(3) 腹板的有效宽度腹板的有效宽度(工字形截面腹板工字形截面腹板) 当腹板全部受压时, he

17、=hw 当腹板部分受拉时，拉区全部有效，压区有效宽度为 he=hc当8 . 0时 1 当2 . 18 . 0时 )8 . 0(9 . 01 当2 . 1时 )2 . 1(24. 064. 0 wwy28.1235htkf11112. 011622k12 当腹板边缘最大应力10时 e1e25hhe2ee1hhh当截面部分受拉，即0.6时，进展弹塑性修正：bb1.070.282/1.0 斜梁和隅撑设计斜梁和隅撑设计1斜梁设计 当斜梁坡度不超越1:5时，在平面内可仅按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构件计算稳定。 平面外计算长度，应取侧向支承点间的间隔。 上翼缘接受集中荷载处不设加

18、劲肋时，验算腹板上边缘正应力、剪应力和部分压应力共同作用的折算应力外，还应满足下式要求 ： 2fm wwy23515tFt ftfme1.5/()MW f集中荷载作用下的屈皱m在负弯矩区取02隅撑设计 当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必需在受压翼缘两侧布置隅撑端部仅布置一侧作为斜梁的侧向支承，隅撑的另一侧连在檩条上。 隅撑按轴心受压构件设计。轴心力为： /60cosM hN 当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取一半。计算时不用角钢的换算长细比，要思索单面衔接时资料强度的折减。 梁与柱衔接节点、梁与梁拼接节点和柱脚节点。有吊车时还有牛腿节点。 1 刚架梁、柱衔接及梁拼接高强螺栓-端板衔接

19、斜梁与柱的衔接方式：端板竖放、 端板斜放和端板平放。斜梁拼接时宜使端板与构件外边缘垂直。 节点设计节点设计 (a) (b) (c) (d) 图 7 刚架梁与柱及梁与梁的连接 v斜梁拼接按最大受力计算，且不小于被衔接截面承载力斜梁拼接按最大受力计算，且不小于被衔接截面承载力的一半；的一半；v衔接满足强度和刚度要求；衔接满足强度和刚度要求；v衔接分摩擦型和承压型衔接；衔接分摩擦型和承压型衔接；v螺栓成对布置，翼缘内外各设一排；转动中心在下翼缘螺栓成对布置，翼缘内外各设一排；转动中心在下翼缘形心线处；形心线处；v抗剪由受拉力较小螺栓抗剪由受拉力较小螺栓v 或受压螺栓承当；或受压螺栓承

20、当；v构造要求，构造要求，35mm; 400mm。t14MNh112Mehbf 端板的厚度t应根据支承条件按以下公式计算，但不应小于16mm： 伸 臂 类 端 板 bfNettf6 (4a) 无加劲肋类端板 feaNetwtw)5 . 0 (3 (4b) 两边支承类端板 当端板外伸时 原那么：螺栓到达极限拉力，板区屈服；设计时改为设计承载力Nt受拉承载力设计值 (4b) 两边支承类端板 当端板外伸时 (4c) 当端板平齐时 (4d) 三边支承类端板 与翼缘板相连的边视为简支与翼缘板相连的边视为简支feeebeNeetwffwtwf)(26 (4c) 当端板平齐时 feeebeNeetwffwt

21、wf)(412 (4d) 三边支承类端板 (4d) 三边支承类端板 febbeNeetfswtwf4)2(62 (4e) 式中和图中 Nt 一个高强度螺栓的拉力设计值； ew、ef 分别为螺栓中心至腹板和翼缘板表面的距离； b、bs 分别为端板和加劲肋板的宽度； a 螺栓的间距； f 端板钢材的抗拉强度设计值。 在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，按下式验算剪应力： vbc cMfd d t当不满足上式要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。2柱脚设计柱脚设计 柱脚可采用刚接或铰接方式，前者可节约钢材，但根柱脚可采用刚接或铰接方式，前者可节约钢材，但根底费用有所提高，加工、安装也较为复杂。普通情况宜底费

22、用有所提高，加工、安装也较为复杂。普通情况宜采用平板式铰接柱脚。采用平板式铰接柱脚。 (a) (b) (c) (d)图1.17 门式刚架柱脚方式 柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制造。锚栓的锚固长度应符合现行国家规范(GB 50007)的规定，锚栓端部应设置弯钩、或锚板。锚栓的直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽。 柱脚底板的锚栓孔径，宜取锚栓直径加510 mm；锚栓垫板的锚栓孔径，取锚栓直径加2mm；锚栓垫板的厚度通常取与底板厚度一样。 锚栓的数目常采用2个或4个。在柱子安装校正终了后，应将锚栓垫板与柱底板焊牢 。 锚栓不宜用于接受柱脚底部的程度剪力，应由柱脚底板与其下部的混凝土根底间的

23、摩擦力来抵抗，摩擦力系数取0.4。不满足时设抗剪键：fb0.4VNV3牛腿设计牛腿设计 牛腿根部的牛腿根部的V和和M为为Dmax1.21.4VPDMVev 焊接工字形截面v 支承加劲肋v 与吊车梁衔接为长圆孔v hH/2v 翼缘对接焊，腹板角焊缝v 螺栓直径M16M244摇摆柱与斜梁的衔接摇摆柱与斜梁的衔接1.4 压型钢板设计 1.4.1 压型钢板的资料和截面方式压型钢板的资料和截面方式 压型钢板资料压型钢板资料种类种类 镀锌钢板：组合楼板镀锌钢板：组合楼板 彩色镀锌钢板：屋面板和墙面板彩色镀锌钢板：屋面板和墙面板 彩色镀铝锌钢板：屋面板和墙面板，价彩色镀铝锌钢板：屋面板和墙面

24、板，价钱较贵钱较贵原板资料：建筑功能、运用条件、运用年原板资料：建筑功能、运用条件、运用年限和构造方式限和构造方式 厚度取厚度取0.41.6mm，用于组合楼板时不，用于组合楼板时不小于小于0.5mm资料资料 Q215和和Q235钢，工程中多用钢，工程中多用Q235A 压型钢板的截面方式截面方式 表示方法 YX波高-波距-有效覆盖宽度：YX35-125-750分类 低波板波高70mm 屋面板选用中、高波板 墙板选用低波板1.5 檩条设计 1.5.1 檩条的截面方式檩条的截面方式 截面方式 实腹式：跨度9m以下 格构式：荷载较大或跨度大于9m1.5.2 檩条的荷载和荷载组合檩条的荷载和荷载组合 和压型钢板类似，只是添加了檩条和悬挂物的自重，组合仍为3种。风载体型系数按CECS 102 附录表A-2采用。 1.5.3 檩条的内力分析檩条的内力分析 檩条为双向受弯构件，在两个主轴的分力为： q