钢结构之刚架设计

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）：

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}]+0.9×1.4×(风荷载+吊车竖向及水平荷载)组合（2）：

1.0×永久荷载+1.4×风荷载

组合(1)－用于截面强度和构件稳定性计算，组合(2)－用于锚栓抗拉计算。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。最大弯矩Mmax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。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。如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要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。梁、柱板件的宽厚比限值：

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。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。有效宽度取值：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。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

刚架弯矩图轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响，所以门式刚架一般按弹性理论设计。考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。正应力验算：剪应力验算：

式中：—构件有效净截面面积；、—对主轴x和y的有效净截面抵抗矩；、—对主轴x和y的弯矩。弯矩作用平面内：弯矩作用平面外：工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下的强度应符合下列要求：

当时当时当截面为双轴对称时工字形截面受弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N共同作用下的强度应符合下列要求：

当时当时当截面为双轴对称时

梁腹板加劲肋的配置:

梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置中间加劲肋，根据计算需要确定。但《规程》规定,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜取hw～2hw。

当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。拉力场

加劲肋稳定性验算按规范规定进行，计算长度取腹板高度hw，截面取加劲肋全部和其两侧各宽度范围内的腹板面积，按两端铰接轴心受压构件进行计算。变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算:

变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式计算：对于填变截澡面柱那，变躁化截怎面高递度的目的是为了适组应弯矩叨的变化椒，合理电的截面胆变化方翁式应使袍两端截易面的最钓大应力耍纤维同向时达到启限值。但是睡实际上现往往是遣大头截棚面用足符，其应衡力大于却小头截岭面，故叹公式左稼端第二歉项的弯响矩M1，和有当效截继面模华量We1应以巴大头兄为准罚。公式第殖一项源喇自等截邀面的稳废定计算绍。根据下分析，来小头稳北定承载煤力的小跳于大头农，且刚鸡架柱的喷最大轴偿力就作修用在小谈头截面披上，故冒第一项用按小头圆运算比摸按大头期运算安岛全。变截面竹柱在刚号架平面钩内的计竟算长度截面高便度呈线寸形变化脖的柱，深在刚架膊平面内侄的计算好长度应剂取为讲，式杀中为柱楚的几铸何高洞度，为计算品长度系充数。可由没下列着三种哪方法页确定名：查表浓法（功适合势于手织算）一阶并分析敌法（劲普遍近适用祖于各匆种情秧况，拼并且年适合倚上机币计算)二阶仰分析刘法（友要求祸有二富阶分袜析的贷计算婚程序摇）查表法柱脚根铰接泥单跨谢刚架完楔形价柱的仁可葱由表1-爸2查得授。柱的线廉刚度K1和梁的梳线刚度K2分别瘦按下恩列公疑式计吓算：表中银和式秩中、—分别为叉柱小头勤和大头定的截面娇惯性矩粉；—梁最小焦截面的停惯性矩戏；—半跨斜抢梁长度晴；—斜梁换箭算长度别系数，笔见图1-9。当梁搞为等截签面时=1。在图1被-9中咽，λ1和λ分别为义第一、凡二楔形岭段的斜错率。图1迟9楔绑形梁烂在刚示架平映面内比的换锤算长脏度系悔数柱脚耽铰接丘楔形垃柱的绢计算阿长度麦系数塔，织表1浇—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多跨刚号架的中亏间柱为咏摇摆柱针时，边强柱的计轻算长度匆应取为式中——递放大彼系数烫；——计逗算长度弄系数，垫由表1耻．2查牲得，但前公式(俘1．2菌6)中篮的葡取与边承柱相连疼的一跨歌横梁的腊坡面长备度重，如图额1-1衰0所示泰；——负摇摆央柱承久受的渐荷载新；——边大柱承受头的荷载叛；——焦摇摆呈柱高喊度；——方刚架营边柱支高度直。引进脸放大店系数昌的原弓因是沉：当框架拍趋于侧思移或有僚初始侧由倾时，煤不仅框出架柱上泉的荷载芝Pfi稿对框架择起倾覆谁作用，美摇摆柱召上的荷敬载Pl耻i也同凝样起倾灿覆作用她。这就锈是说，孩图1-盏10框击架边柱丈除承受把自身荷祖载的不欠稳定效纤应外，佩还要加塘上中间里摇摆柱胡荷载效殿应。因抚此需要牛根据比六值Σ(姓Pli申／hl爽i)／尘Σ(P劳fi／尚hfi浓)对边加柱计算络长度做爸出调整在。图1弱-1待0躁计荡算边锻柱时切的斜镰梁长逗度摇摆举柱的傍计算邪长度予系数宫取1.0。对于屋耽面坡度也大于1：5的情况砍，在确境定刚架尊柱的计庄算长度救时应考珍虑横梁树轴向力眯对柱刚避度的不底利影响兄。此时猪应按刚裳架的整弦体弹性白稳定分愤析通过壶电算来内确定变封截面刚甚架柱的些计算长既度。框架艰有侧取移失搏稳的堤临界皂状态汇和它锤的侧售移刚型度有忌直接鸭关系僚。框盟架上迟的荷烈载使载此刚顶度逐哲渐退映化，先荷载符加到及一定勿程度增时刚症度完酬全消钩失，虏框架和随即孤不能辱保持桶稳定灭。因弦此框怠架柱挽的临黎界荷隶载或筒计算扶长度咸可以舱由侧饥移刚桥度得嘉出。当刚立架利待用一竖阶分而析计嚼算程责序得意出柱转顶水骂平荷丹载作袭用下少的侧初移刚割度K：H／u时，柱鞠计算长船度系数荡可由下升列公式仙计算：一阶就分析集法对柱脚刃为铰接似和刚接隐的单跨埋对称刚灶架(图1-栗11好a)当柱造脚铰雪接时当柱脚汽刚接时中间为淹非摇摆晕柱的多变跨刚架(图1-先-1啄1b漠)当柱殖脚铰较接时当柱授脚刚煤接时图1裹-1稿1礼一某阶分霉析时忆的柱产顶位字移当采因用计甚入竖抗向荷摔载一枕侧移遣效应(即P-根u效应)的二呜阶分博析程羽序计调算内蒙力时幸，如需果是留等截堵面柱宿，取μ=1，即计谷算长蓝度等典于几写何长期度。旨对于的楔形厌柱，进其计纯算长坚度系和数可炮由下宫列公薪式计舍算：二阶分瞒析法式中生:凝—构助件的弃楔率峡；、滔—分载别为识柱小业头和已大头傲的截去面高言度(闪图1狭.1扛2)各。图1-差12单变截浊面构件钞的楔率变截但面柱防在刚率架平惨面外平的整染体稳榨定计疲算应分布段按暑公式淘计算桥：公式不匪同于规杏范中压钟弯构件责在弯矩侨作用平运面外的沈稳定计援算公式他之处有罗两点：截面铁几何贩特性赛按有私效截尤面计成算；考虑楔嫩形柱的头受力特季点，轴思力取小怖头截面大，弯矩缩慧取大头佩截面。斜梁和炊隅撑的反设计斜梁的袍设计当斜缓梁坡恳度不扯超过1：5时，变因轴资力很萍小可辱按压示弯构湾件计圆算其业强度钟和刚赵架平欺面外俯的稳扎定，运不计支算平彩面内魄的稳淋定。实腹式租刚架斜遇梁的平命面外计林算长度盯，取侧沿向支承贸点的间宋距。当溪斜梁两荡翼缘侧纪向支承锁点间的农距离不衡等时，返应取最药大受压犹翼缘侧滑向支承且点间的貌距离。骨斜梁不袋需要计捏算整体下稳定性均的侧向派支承点横间最大蚁长度，嫁可取斜塘梁下翼驾缘宽度巩的倍。当斜梁包上翼缘眨承受集稻中荷载狮处不设惯横向加盏劲肋时绑，除应臭按规范您规定验木算腹板丽上边缘亲正应力被、剪应到力和局临部压应拥力共同闹作用时牺的折算忽应力外琴，尚应旧满足下比列公式泉的要求霉：隅撑月设计当实桌腹式返刚架朗斜梁眼的下享翼缘尺受压朴时，摩必须袄在受廉压翼扒缘两毫侧布善置隅鹅撑(山墙处吃刚架仅花布置在填一侧)作、为军斜梁的废侧向支听承，隅筝撑的另暴一端连地接在檩阻条上。隅撑间帽距不应盒大于所钱撑梁受裙压翼缘煤宽度的倍。隅撑英应根币据规西范规拐定按话轴心级受压羞构件症的支加撑来欢设计狸。隅腹撑截夫面选驱用单侍根等丧边角虎钢，陡轴向万压力私按下揪式计誉算：当隅撑胀成对布垦置时，脖每根隅糖撑的计谨算轴压模力可取拥上式计猎算值的培一半。需要注包意的是活，单面仍连接的飘单角钢惩压杆在击计算其倚稳定性养时，不丛用换算项长细比下，而是乳对f值乘抽以相梦应的馆折减顾系数呆。刚架横础梁刚度清和柱顶肺水平位煤移验算横梁纷容许薄挠度昂：柱顶哥水平尖容许象位移屡：式中味、何分别晓为刚锄架横查梁的编跨度使和柱泽的高暗度。刚架节平点设计刚架横桥梁与柱钞拼装节榴点刚架横排梁屋脊幻玉拼装节祸点柱脚设催计牛腿杰设计斜梁与锁柱的连杨接及斜供梁拼接一般采嗓用高强验螺栓－羊端板连即接，按类刚接节仓点设计赛，其形虚式：端板杏竖放端板赚斜放端板攀平放h1Me（a乖）端拳板竖客放（b）森端板斜剥放（c）价端板平列放（d）率斜梁拼阴接刚架际斜梁创与柱势的连鲜接及沫斜梁晓间的屠拼接高强南螺栓枣计算验算最殃不利螺蛮栓的拉他力：—横梁龄与柱在窝连接处滚传递的第弯矩；—最远付一排螺毒栓至承抢压点的鞋距离；—螺兼栓列返数；—任姜意一彩排螺愁栓至齿承压脚点的反距离倒；—一糊个螺茧栓所狐能承活受的交抗拉员容许祝承载羞力。分析研天究表明牙，外伸辩式连接弦转动刚讨度可以奏满足刚歇性节点路的要求哥。外伸侄式连接结在节点且负弯矩迈作用下锻，可假浩定转动做中心位蚂于下翼敲缘中心希线上。梳上翼缘额两侧对门称设置垃4个螺册栓时，忌每个螺怜栓承受币下面公喇式表达屑的拉力斗，并依吨此确定激螺栓直登径：当受拉渣翼缘两铜侧各设伶一排螺询栓不能衫满足承淡载力要哑求时，腿可以在勇翼缘内线侧增设挂螺栓。螺栓挂排列角应符岭合构绞造要趁求，肿下图定的，姑应刮满足粱扣紧酱螺栓喂所用艇工具结的净纸空要显求，即通常址不小端于35筒mm，螺栓端穷距不应责小于2倍螺栓奶孔径，宿两排螺质栓之间拴的最小湖距离为3倍螺旅栓直蓄径，泉最大锦距离滋不应敬超过40种0m佣m。端板跃的厚掩度t可根崖据支程承条按件按割下列榴公式牲计算译，但尿不应楚小于16掩mm，和梁凤端板首相连包的柱堤翼缘双部分负应与堤端板纺等厚午度。(a犁)伸臂顽类端塑板(b)无加劲并肋类端究板(c)骑两边支肺承类端炕板当端板夏外伸时当端板裹平齐时(d)终三边支被承类端忘板在门式化刚架斜姑梁与柱害相交的欲节点域孕，应按匆下列公王式验算习剪应力鲜：刚架松构件跪的翼悬缘与孔端板凤的连拌接应桐采用蹲全熔粒透对赤接焊红缝，哗腹板晨与端句板的殖连接换应采讽用角拨焊缝唯。在接端板纺设置略螺栓堤处，良应按善下列雅公式腔验算锯构件牵腹板更的强直度：当时，当时，节点窜构造除设计节点有死加腋与验不加腋寨两种基翠本形式询。在加事腋形式耕中又有锻梯形加及腋与曲僻线加腋撑之分，巾一般采蹈用梯形古加腋并在方加腋咐部分双的两遣端设送置加劲肋及侧向支对撑，以枣保证公该加宾腋部梦分的敲稳定予性，值防止菌侧向康压屈骑。加幻玉腋连棚接可垂使截或面的刃变化象符合凭弯矩亲图形冈的要丛求，点并大族大提滑高了臂刚架捆的承械载能恨力。胆下图判为加惭腋节扔点图态。横梁屋脊拼装节点图柱脚设年计根据纠受力深要求设，柱秘脚分羡刚接乎柱脚虾和铰搭接柱劣脚两歌类，吵当吊摆车起墓重量≥5吨时应启考虑设材置刚性叉柱脚。本工脱程实愤例：扑吊车厨吨位20吨，柱脚形喝式为刚向接柱脚兵，主要油用来传帽递吊车权荷载、池风荷载霉和结构膛自重。柱脚形拔式平板式艳铰接柱住脚刚接讯柱脚一般锦情况当有维桥式欣吊车亮或刚扑架侧遣向刚胖度过删弱时平板式铰接竹柱脚刚接芬柱脚柱脚的症计算一、底疑板的计肿算1、啊底板听的平跳面尺仆寸底板书面积挪：式中—柱轴耀心压力呢设计值臭；—基逃础混销凝土登轴心路抗压际强度控设计沙值；—锚栓剑孔面积连。按构造绩要求确郊定底板博宽度：式中—柱截骗面宽度胖或高度炸；—靴梁匪厚度；—底板禾悬臂长侨度。再根聋据底致板面总积确若定底择板长妇度。2、垂底板镰的厚秃度底板的冈厚度决贞定于板定的抗弯丹强度。式中临：为底板徐承受的族最大弯祖矩值。柱脚锚寺栓应采睁用Q2惑35或Q34挥5钢材凡制作毒。锚王栓的本锚固涂长度肯应符叔合现酸行国抚家标桐准《建筑地宏基基础抱设计规占范》(非GB狗5傅00堡07可--桃20掠02饶)的规定秀，锚栓煌端部按竹规定设躺置弯钩症或锚板祝。计算风举荷载作脆用下柱规脚锚栓密的上拔榨力时，被应计入交柱间支自撑的最侵大竖向宣分力，细此时，香不考虑著活荷载(或雪乓荷载)、积灰径荷载和秧附加荷摘载的影勺响，同央时永久分荷载的税分项系救数1.0。锚栓距直径不跌宜小于24讯mm，且应榜采用币双螺屈帽以酷防松思动。柱脚身锚栓卡不宜纲用于拴承受烧柱脚隙底部馆的水拔平剪写力。滋此水吓平剪瓣力可事由底站板与猫混凝放土基畅础之蝇间的狐摩擦榨力(摩擦系富数可取0.4