轻型单层工业厂房钢结构设计2PPT课件

1、1屋面支撑构造和设计1.1.支撑形式和计算简图屋面水平支撑系统由刚架梁、斜杆和在刚架梁与斜杆相交处的系杆构成，形成一种桁架体系。屋面支撑系统的构成第1页/共88页1n圆钢斜杆的直径一般在2030mm2030mm左右，不能用于受压。n桁架体系的计算简图只考虑水平力作用，且只考虑受拉斜杆的作用，不考虑斜秆受压。n从图中还可看出，系杆将受到压力作用称这种能承受压力的系杆为“刚性系杆”。屋面支撑系统的构成第2页/共88页1作用在屋面水平支撑系统上的水平力主要由山墙面上的风荷载决定。通常假设山墙高度一半上方的风荷载通过屋面向内框架传递。屋面支撑系统的节点荷载可按下式计算：式中 风荷载标准值； 山墙平均高

2、度的一半； 屋面支撑系统中刚性撑杆间距离ka a1.4(3-26)Ww H lal aHkw 2 2构件设计 (1)(1)斜杆设计 圆钢斜杆只受拉力，因此只需按式(327(327) )计算净截面强度式中 净截面面积，注意如有螺纹连接应取螺纹处的有效截面。(3-27)nNfAnA第3页/共88页1(2)(2)系杆设计 檩条可以兼作系杆。在这种情况下，檩条变成压弯件，即负担屋面竖向荷载产生的弯矩翔屋面纵向水平荷载产生的轴力。对这样的檩条应按压弯构件分别计算截面强度和整体稳定性。 以单轴对称妁冷弯薄壁带卷边的槽形截面为例，考虑弯矩绕主轴怍用，构件两端简支时其计算公式知下： 1 1) )强度M(3-2

3、8)WxenenxNfA构件计算截面的轴心压力诊计值和最大弯矩设计值；计算截面的有效净截面面积和有效净截面截面模量MxN、WenenxA 、第4页/共88页12)2)弯矩作用平面内的整体稳定性作用于构件上的最大轴心压力设计值和最大弯矩设计值；与最大弯矩同一截面的双力矩，按附录5 5附表5-45-4计算；对x x轴的轴心受压构件稳定系数分别为檩条毛裁面相当极惯性矩和扇性惯性矩；毛截面对主轴的回转半径；毛裁面的剪力中心在对称轴上的坐标；毛截面扇形摸量取与弯曲应力计算点相同一点的模量值；扭转屈曲的计算长度，两端简支时取构件全长；构件对x x轴的长细比；ExxMB(3-29)AWN1-NxexexNf

4、WBtII、MxN、xxyii、0eWIx第5页/共88页12)2)弯矩作用平面外的整体稳定性系杆受到压力作用后，仅按檩条负荷设计的截面如不能满足要求，可采取以下措施： 刚性系杆所在位置布置双檩条，当采用卷边c c形冷弯薄壁型钢时，可以将两根型钢背对背的放置； 在刚架粱的腹板高度，另设钢管或型钢等作为刚性系杆，檩条只负担屋面竖向荷载怍用MB(3-33)AWxyebxexNfW第6页/共88页3.3 墙面结构设计墙面体系 门式刚架轻型房屋的墙面系统主要由墙面板、墙梁、拉条、框架柱构成。 墙板 墙板可布置在墙梁外侧，也可两侧布置。 墙面板通常设计成自承重式（墙板的重力直接传至基础）。安装后的墙板主

5、要承受水平方向的风荷载作用。计算方法与屋面板类似。 第7页/共88页1(2)(2)墙梁布置墙梁布置 尽量等距离布置墙梁。尽量等距离布置墙梁。 墙面上沿、下沿，窗框上沿、下沿应设墙梁。墙面上沿、下沿，窗框上沿、下沿应设墙梁。 当墙板自承重时，墙梁上可不设拉条；否则，墙梁上当墙板自承重时，墙梁上可不设拉条；否则，墙梁上应设应设拉条拉条；在最上层墙梁处设；在最上层墙梁处设斜拉条斜拉条将拉力传至刚架柱。将拉力传至刚架柱。3.3.3 墙梁设计 墙梁的截面形式 (1)墙梁截面 一般为卷边C形钢，最大刚度平面在水平方向。第8页/共88页1拉条的作用主要是拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙梁平面内承受墙

6、梁竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递墙梁主要承受由墙板传递的风荷载。的风荷载。墙梁的截面主要是墙梁的截面主要是C C型和型和Z Z型型两种冷弯薄壁型钢截面形式。两种冷弯薄壁型钢截面形式。第9页/共88页墙梁墙梁岩棉保温材岩棉保温材料料第10页/共88页墙梁支架墙梁支架墙梁墙梁第11页/共88页墙梁墙梁第12页/共88页墙梁支架墙梁支架窗洞支架窗洞支架第13页/共88页1 墙梁的计算墙梁的计算 (1)(1)荷载组合荷载组合 1.21.2竖向永久荷载1.41.4水平风压力荷载 1.21.2竖向永久荷载1.41.4水平风吸力荷载 (2)(2)内力计算，设计公式内力计算

7、，设计公式注意：当构造无法保证墙梁的整体稳定时，需对墙梁进行稳定性验算，可按门式刚架轻型房屋钢结构技术规范的相关规定计算。双侧挂墙板的墙梁，无需计算稳定性。ymaxv03(3-34)2Vfh t03(3-35)4xmaxvVfb t第14页/共88页1支撑构件设计支撑构件设计 (1)(1)交叉支撑和柔性系杆可按拉杆拉杆设计；非交叉支撑中的受 压杆件及刚性系杆按压杆压杆设计。 (2)(2)刚架斜梁上的横向水平支撑的内力横向水平支撑的内力，根据纵向风载按支 承于柱顶的水平桁架计算。 (3)(3)刚架柱间支撑的内力柱间支撑的内力，根据该列柱所受的纵向风载、吊 车纵向制动力按支承于柱脚上的竖向悬臂梁计

8、算。 (4)(4)支撑杆件 拉杆拉杆 采用圆钢，应拉紧； 压杆压杆 宜采用双角钢T T形或十字形截面，或圆钢管。第15页/共88页柱间支撑的布置柱间支撑的布置十字型柱间支撑十字型柱间支撑八字型柱间支八字型柱间支撑撑第16页/共88页上柱柱间支撑上柱柱间支撑下柱柱间支下柱柱间支撑撑第17页/共88页柱间支撑的截面型式柱间支撑的截面型式：采用两个角钢组成的采用两个角钢组成的T T型截面、圆钢管截面。型截面、圆钢管截面。柱间支撑的布置柱间支撑的布置: :一般布置在厂房两端第一开一般布置在厂房两端第一开间或者是第二开间，若厂房长度超过间或者是第二开间，若厂房长度超过6060米时，米时，则需要在中部再加

9、设一道支撑。则需要在中部再加设一道支撑。柱间支撑的型式：柱间支撑的型式：根据厂房使用要求可以布根据厂房使用要求可以布置成十字型或者八字型置成十字型或者八字型。柱间支撑作用：柱间支撑作用：主要传递山墙传来的风荷载，主要传递山墙传来的风荷载，增加房屋整体刚度增加房屋整体刚度。第18页/共88页十字型柱间支撑十字型柱间支撑第19页/共88页八字型柱间支撑八字型柱间支撑第20页/共88页八字型柱间支撑节点构八字型柱间支撑节点构造造圆管支撑圆管支撑节点板节点板第21页/共88页柱间支撑连接节点详图柱间支撑连接节点详图柱角钢支撑杆角钢支撑杆节点板节点板第22页/共88页柱间支撑节点构造柱间支撑节点构造节点

10、板节点板圆管钢柱圆管钢柱圆管支撑圆管支撑第23页/共88页圆管支撑圆管支撑扁钢连接件扁钢连接件第24页/共88页1抗风柱设计抗风柱设计抗风柱与刚架梁之间的连接抗风柱与刚架梁之间的连接采用铰接方式采用铰接方式可以分为：可以分为：1、弹簧片、弹簧片2、开长圆孔连接方式、开长圆孔连接方式（a）抗风柱用）抗风柱用弹簧片弹簧片连接连接 （b）抗风柱腹板）抗风柱腹板开长圆孔开长圆孔连接连接抗风柱与刚架梁的连接节点抗风柱与刚架梁的连接节点第25页/共88页3.4 门式刚架设计门式刚架的结构形式第26页/共88页门式刚架梁柱构件的弯矩分布(a)屋面竖向荷载作用下弯矩分布图;(b)横向风荷载作用下弯矩分布图;(

11、c)弯矩包络图第27页/共88页楔形构件的布置(a)单斜率柱和分段斜率梁假设的构件轴线与外表面平行;(b)双段斜率柱和分段斜率梁假设的构件轴线是截面形心的连线第28页/共88页门式刚架计算简图示例(a)横向刚架计算简图(梁柱节点和柱脚节点的约束条件应符合实际构造);(b)纵向排架计算简图(支撑为圆钢时,受压支撑按退出工作考虑)第29页/共88页例3-3 对图中所示的等截面构件刚架进行内力分析。1.结构概况 单层厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度24m，柱高10m，共有11榀刚架，柱距6m，屋面坡度1/12.柱网及平面布置如图。屋面及墙面板为压型钢板复合板，檩条、墙梁为冷弯薄壁卷边槽钢。 刚

12、架计算简图和杆件截面3-31（c）图3-31例3-3门式刚架柱网及平面布置图第30页/共88页第31页/共88页第32页/共88页图3-31B等截面刚架简图和杆件截面图第33页/共88页图3-31C等截面刚架计算简图和荷载简图第34页/共88页 截面表 例表3-3(a)第35页/共88页（2）内力计算结果（轴力、剪力单位kN，弯矩单位kN.m）图3-31D组合1时的内力图3-31E组合2时的内力第36页/共88页图3-31F组合3时的内力图3-31G组合4时的内力第37页/共88页图3-31H组合5时的内力位移计算结果 例表3-3(b)第38页/共88页刚架承载能力极限状态的校核第39页/共8

13、8页关于屈曲后强度的解读屈曲强度就是求得刚好让结构发生失稳的那个应力值临界应力屈曲后强度考虑屈曲后强度是指受弯构件的腹板丧失局部稳定后仍具有一定的承载力，并充分利用其屈曲后强度的一种构件计算方法。屈曲后强度利用，顾名思义就是虽然屈曲了，还是强度还可以利用。第40页/共88页第41页/共88页第42页/共88页第43页/共88页第44页/共88页第45页/共88页第46页/共88页腹板截面有效宽度的分布(a)腹板全部受压；(b)腹板部分受压第47页/共88页图3-32腹板截面有效宽度的分布(a)腹板全部受压;(b)腹板部分受压第48页/共88页第49页/共88页3.柱底铰接的楔形变截面柱的整体稳

14、定计算010001M/(3-54)(1-/ )xrexrEx deNf AN NW第50页/共88页0t1ye0bre1/(3-57)N Mf A W第51页/共88页第52页/共88页第53页/共88页第54页/共88页1 1. .屋面支撑构造和设计2.2.墙面结构组成、各构件的受力形式3.3.门式刚架结构体系4.4.拉条的计算重点回顾第55页/共88页【例【例3-4】刚架柱的计算】刚架柱的计算图3-35例3-4刚架柱组合内力组合内力:(1.2D+1.4L) 例表例表3-4第56页/共88页图3-35A有效截面参数计算第57页/共88页解题思路：1.宽厚板验算2.强度验算（大头端和小头端）N

15、de0.5,(3-51a)VVMM当时 NNN2ddfefd0.5,(-)1-( /0.5-1) (3-51b)VVVMMMMVV当时3.平面内稳定计算010001M/(3-54)(1-/ )xrexrEx deNf AN NW第58页/共88页3.平面外稳定计算0t1ye0bre1/(3-57)N Mf A W第59页/共88页【例【例3-5】梁的计算】梁的计算图3-36例3-5刚架梁第60页/共88页组合内力组合内力:(1.2D+1.4L) 例表例表3-5图3-36A左段梁大头端有效截面计算第61页/共88页图3-36B右段梁大头端有效截面计算第62页/共88页3.5 钢结构连接设计刚架横

16、梁与柱拼装节点刚架横梁屋脊拼装节点柱脚设计牛腿设计 斜梁与柱的连接及斜梁拼接 一般采用高强螺栓端板连接，按刚接节点设计，其形式： 端板竖放端板斜放端板平放第63页/共88页刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接第64页/共88页 高强螺栓计算高强螺栓计算（1）摩擦型一个高强螺栓承受的剪力墙一个高强螺栓承受的拉力N1/(3-68)NNvtbbvtNNvtN 、v/ (3-69)NV n12iM(3-71)ytyN0.9n P(3-70)bvfN0.8P(3-72)tvN第65页/共88页（2）承压型一个高强螺栓承受的力墙一个高强螺栓承受的拉力22N1/ (3-73 )NNvtbbvtNa2dn(3-7

17、4)4bbvvvNf2d(3-75)4bbettNfN /1.2(3-73 )bvcNb第66页/共88页螺栓排列应符合构造要求，下图的 ew ，ef 应满足拧紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过400mm。第67页/共88页端板的厚度端板的厚度t可根据支承条件按下列公式计算，但不应可根据支承条件按下列公式计算，但不应小于小于16mm，和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚，和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度。度。 (a)(a)伸臂类端板伸臂类端板 (b)(b)无加劲肋类端板无加劲肋类端板6fte

18、Ntbf30.5wtwe Ntaef 端板计算端板计算第68页/共88页(c)(c)两边支承类端板两边支承类端板当端板外伸时当端板外伸时当端板平齐时当端板平齐时(d)(d)三边支承类端板三边支承类端板2624fwtwsfe e Ntebbef62fwtwffwe e Nte beeef124fwtwffwe e Nte beeef第69页/共88页刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：应按下列公式验算构件腹板的

19、强度： 当当 时，时， 当当 时时，ftePww4 . 0fteNwwt220.4tNP20.4tNP第70页/共88页在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力：图3-38梁柱刚接节点(a)端板竖放;(b)端板横放;(c)端板斜放;(d)中柱节点节点域：顶板和加劲肋之间围成的区域成为节点域第71页/共88页图3-39梁与中柱的铰接连接/(3-79)h tvbc wMfh第72页/共88页 节点构造设计节点构造设计 节点有加腋与不加腋两种基本形式，一般采用节点有加腋与不加腋两种基本形式，一般采用梯梯形加腋形加腋并在加腋部分两端设置并在加腋部分两端设置加劲肋及侧向支撑加劲肋及侧向支撑

20、，以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压屈。加腋以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求，并大大连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求，并大大提高了刚架的承载能力。提高了刚架的承载能力。第73页/共88页柱脚设计柱脚设计根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类，当吊车起重量两类，当吊车起重量5吨时应考虑设置刚性吨时应考虑设置刚性柱脚。柱脚。柱脚形式平板式铰接柱脚刚接柱脚一般情况当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时第74页/共88页平板式铰接柱脚刚接柱脚第75页/共88页柱脚的计算底板的计算1、底板的平面尺寸底板面积：式中

21、N柱轴心压力设计值； fcc基础混凝土轴心抗压强度设计值； A0锚栓孔面积。按构造要求确定底板宽度：式中 b0柱截面宽度或高度；tb靴梁厚度； c底板悬臂长度。再根据底板面积确定底板长度。0AfNAccctbBb220第76页/共88页0f /(3-80)-ccNBH A按下式校核底面积是否满足混凝土基础顶面的承压要求：2、底板的厚度底板的厚度决定于板的抗弯强度。底板可划分为悬臂板和三边支承板区格。各区格底板的弯矩效应为：悬臂板：三边支承板：20.5(/ )(3-81 )cM c N m ma21(/ ) (3-81 )cM a N m mb第77页/共88页根据板上弯矩，可求得所需板厚：6/

22、(3-82)tM f3、锚栓直径 选用的锚栓直径不应小于24mm。原因：实际铰接柱脚具有一定的嵌固作用。4.剪力键承剪面积柱底剪力首先考虑由摩擦力传递。剪力键所需的承剪面积：V/f(3-83)vcA 第78页/共88页柱脚构造详柱脚构造详图图铰接柱脚刚接柱脚第79页/共88页加劲板加劲板地脚螺栓第80页/共88页浇入素混凝土保护地脚锚栓第81页/共88页3.6 柱间支撑设计柱间支撑的形式和计算吊车梁以上部分为上层支撑，吊车梁以下部分为下层支撑。为了保证纵向刚度，连接简单，常采用十字交叉形式。十字交叉支撑的倾角最好在45左右。第82页/共88页为了减小温度作用，常将柱间支撑设置在纵向框架的中间部位，