钢结构之刚架设计三

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：对于变专截面柱桨，变化首截面高傻度的目的是为了举适应秆弯矩蜻的变怒化，踏合理牢的截盖面变减化方巾式应访使两喊端截恶面的投最大躁应力均纤维后同时堪达到秆限值。但叫是实传际上宵往往计是大翻头截度面用杜足，摔其应概力大造于小忧头截私面，焦故公多式左贪端第啄二项碰的弯骆矩M1，和有衡效截旧面模湾量We滥1应以胳大头拴为准丙。公式第芽一项源辰自等截脾面的稳端定计算蹄。根据株分析，米小头稳掌定承载忍力的小找于大头焦，且刚铃架柱的肆最大轴绪力就作行用在小埋头截面拘上，故孟第一项紧按小头火运算比均按大头煌运算安替全。变截凑面柱死在刚怀架平心面内质的计哪算长原度截面高核度呈线沟形变化饿的柱，恩在刚架恰平面内问的计算各长度应症取为抽，式斥中为柱的固几何高慎度，为计算嗽长度系续数。可由帝下列到三种绑方法窑确定泊：查表法排（适合搜于手算存）一阶分殖析法（扑普遍适盏用于各写种情况损，并且旷适合上他机计算)二阶分腹析法（终要求有陆二阶分曲析的计室算程序饭）查表法柱脚铰风接单跨岭刚架楔教形柱的逮可由表1-2查得晓。柱的线仅刚度K1和梁厨的线亡刚度K2分别午按下抱列公赞式计各算：表中自和式激中、—分别为公柱小头蔬和大头充的截面剪惯性矩叹；—梁最小炊截面的刃惯性矩注；—半跨斜刺梁长度从；—斜梁恼换算范长度绳系数驰，见域图1-杏9。当梁拌为等截意面时=1。在图1咳-9中碰，λ1和λ分别侧为第氏一、仰二楔立形段叹的斜杜率。图19社楔形梁由在刚架引平面内芹的换算思长度系叮数柱脚铰谅接楔形圆柱的计宝算长度件系数稳，相表1—他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多跨刚按架的中序间柱为寇摇摆柱知时，边灶柱的计迹算长度练应取为式中——放警大系数解；——尘计算趣长度偶系数抵，由装表1具．2家查得累，但爽公式骂(1树．2考6)淘中的召取与专边柱骂相连罗的一恰跨横落梁的蕉坡面丽长度厅，如李图1善-1非0所饱示；——聚摇摆墨柱承核受的毫荷载混；——丘边柱诉承受哗的荷睬载；——搂摇摆召柱高鞭度；——刚旅架边柱袄高度。引进拦放大苗系数矛的原耐因是连：当框架翠趋于侧北移或有顺初始侧坟倾时，许不仅框遵架柱上盈的荷载梅Pfi鬼对框架剖起倾覆论作用，束摇摆柱虏上的荷仗载Pl机i也同亮样起倾仍覆作用盆。这就馒是说，困图1-往10框挺架边柱拆除承受茫自身荷纵载的不胸稳定效轨应外，真还要加驾上中间弃摇摆柱炼荷载效誓应。因运此需要缘瑞根据比乞值Σ(害Pli渗／hl正i)／润Σ(P迁fi／兽hfi滚)对边温柱计算端长度做幸出调整届。图1绩-1镜0陵计叶算边匠柱时削的斜兼梁长超度摇摆柱嘉的计算霞长度系死数取1.0。对于费屋面姑坡度立大于1：5的情况基，在确滩定刚架逐柱的计生算长度厘时应考茅虑横梁发轴向力足对柱刚派度的不讽利影响创。此时届应按刚弯架的整竹体弹性单稳定分睡析通过讨电算来督确定变室截面刚摔架柱的辱计算长仔度。框架有胸侧移失谦稳的临胶界状态砌和它的务侧移刚衬度有直扇接关系犯。框架咬上的荷闷载使此祝刚度逐海渐退化法，荷载悲加到一冤定程度差时刚度漂完全消裁失，框掘架随即巡寿不能保拾持稳定织。因此劲框架柱袄的临界快荷载或遮计算长榨度可以赛由侧移床刚度得只出。当刚架忆利用一迅阶分析蚕计算程乌序得出剖柱顶水翼平荷载唯作用下蚂的侧移老刚度K：H／u时，伸柱计矮算长疑度系铜数可词由下笔列公涂式计候算：一阶分昌析法对柱练脚为声铰接的和刚习接的抬单跨讽对称缎刚架(图1-载11避a)当柱脚产铰接时当柱脚肚刚接时中间为坊非摇摆步柱的多碰跨刚架(图1--恭11b效)当柱卷脚铰勉接时当柱脚寒刚接时图1豆-1商1曾一押阶分甘析时烤的柱匀顶位列移当采用麻计入竖解向荷载案一侧移晶效应(即P-其u效应)的二阶借分析程期序计算晃内力时柜，如果仓是等截众面柱，棍取μ=1，即计算到长度等读于几何房诚长度。苹对于楔枕形柱，本其计算淋长度系兆数可由岸下列公耽式计算斤：二阶分联析法式中:桃—构件妖的楔率编；、—素分别为亚柱小头季和大头举的截面怜高度(秋图1.轮12)骂。图1-持12水变截商面构件察的楔率变截面锻柱在刚绕架平面喊外的整智体稳定肝计算应分段调按公式最计算：公式贫不同葬于规折范中圾压弯夺构件输在弯韵矩作孩用平惕面外黑的稳仍定计根算公汤式之惠处有划两点落：截面几医何特性渴按有效普截面计凤算；考虑楔滤形柱的弊受力特拢点，轴翁力取小戚头截面版，弯矩否取大头许截面。斜梁和视隅撑的拥设计斜梁李的设胆计当斜腹梁坡她度不原超过1：5时，耗因轴屿力很垦小可鹊按压延弯构螺件计延算其功强度易和刚槽架平休面外凝的稳诞定，嫩不计黎算平冈面内撞的稳广定。实腹享式刚销架斜型梁的驶平面诵外计器算长灰度，垦取侧润向支护承点惜的间让距。好当斜耐梁两贤翼缘昼侧向脖支承疮点间爸的距答离不铅等时抱，应收取最寻大受塌压翼湿缘侧哪向支害承点训间的凭距离榜。斜迁梁不啄需要师计算望整体凤稳定亩性的忽侧向壮支承要点间逆最大猴长度荣，可弹取斜垃梁下股翼缘慎宽度竞的倍。当斜梁甜上翼缘咽承受集顷中荷载筝处不设劫横向加河劲肋时室，除应吩按规范玩规定验奇算腹板慰上边缘客正应力衔、剪应价力和局振部压应认力共同叔作用时假的折算瞧应力外私，尚应广满足下窗列公式笋的要求肺：隅撑霉设计当实浇腹式喂刚架掠斜梁拐的下概翼缘涨受压聚时，辈必须物在受西压翼请缘两吓侧布掘置隅津撑(山墙赏处刚胡架仅驶布置误在一槽侧)作、为纹斜梁的鞠侧向支润承，隅旱撑的另粉一端连奸接在檩名条上。隅撑株间距各不应为大于盆所撑猜梁受妥压翼宝缘宽找度的倍。隅撑应营根据规爆范规定方按轴心余受压构逝件的支叙撑来设尝计。隅朴撑截面银选用单池根等边喷角钢，陪轴向压霜力按下湿式计算惹：当隅撑醒成对布瓜置时，缠每根隅为撑的计量算轴压谣力可取狗上式计毯算值的子一半。需要编注意浩的是尽，单耽面连踩接的冰单角趟钢压汤杆在惠计算伏其稳芳定性浸时，拥不用燃换算仪长细歼比，巴而是仗对f值乘以悼相应的枪折减系物数。刚架莲横梁圾刚度胀和柱镜顶水外平位液移验怨算横梁旅容许漆挠度夜：柱顶城水平垦容许垒位移返：式中慨、博分别融为刚下架横斧梁的嘱跨度肠和柱杨的高湾度。刚架版节点插设计刚架会横梁吓与柱戚拼装毛节点刚架横令梁屋脊严拼装节谅点柱脚傻设计牛腿选设计斜梁与淋柱的连喜接及斜浩梁拼接一般采饥用高强贩螺栓－榜端板连赴接，按楼刚接节广点设计哲，其形蹲式：端板院竖放端板斜挨放端板库平放h1Me（a很）端拜板竖灾放（b柴）端备板斜怎放（c藏）端碑板平机放（d）霉斜梁拼滥接刚架斜凡梁与柱滨的连接蠢及斜梁受间的拼笼接高强宋螺栓榜计算验算最塔不利螺惊栓的拉恒力：—横玩梁与机柱在着连接冻处传炎递的疑弯矩以；—最远家一排螺浊栓至承考压点的兆距离；—螺给栓列梨数；—任意破一排螺刚栓至承占压点的锦距离；—一蔬个螺僵栓所敲能承茎受的醋抗拉凡容许余承载魂力。分析云研究聪表明老，外怨伸式歉连接可转动母刚度而可以浴满足丝式刚性萌节点量的要枣求。闲外伸送式连颗接在智节点民负弯也矩作关用下筒，可承假定娘转动渣中心声位于仅下翼谁缘中挂心线久上。阀上翼窝缘两警侧对由称设午置4伏个螺示栓时续，每蝇个螺反栓承样受下疮面公菊式表简达的川拉力里，并门依此手确定钓螺栓衫直径孔：当受拉兄翼缘两伍侧各设祸一排螺典栓不能绩满足承垫载力要惊求时，山可以在漫翼缘内佳侧增设排螺栓。螺栓跑排列毒应符赛合构陕造要羡求，鬼下图热的，堵应族满足静扣紧但螺栓隙所用叼工具者的净脑空要肝求，掌通常唉不小让于35m彻m，螺栓端社距不应警小于2倍螺接栓孔麦径，箩两排毛螺栓撇之间描的最适小距天离为3倍螺日栓直座径，怀最大馆距离息不应盐超过40嫌0m泼m。端板史的厚箱度t可根脉据支伪承条标件按卡下列恼公式松计算壶，但盛不应喝小于16现mm，和梁端踪蝶板相连避的柱翼茶缘部分员应与端翠板等厚蓄度。(a滚)伸臂类方端板(b缴)无加劲冒肋类端桌板(c镇)两滔边支葬承类扇端板当端板供外伸时当端板梅平齐时(d测)三悠边支看承类夺端板在门式评刚架斜盘梁与柱遣相交的馒节点域响，应按锦下列公火式验算任剪应力览：刚架巷构件母的翼昼缘与摧端板潜的连打接应国采用少全熔演透对适接焊淋缝，付腹板桨与端仁板的女连接尺应采劣用角堡焊缝章。在凝端板捕设置榜螺栓毒处，芬应按距下列焦公式煌验算销构件辰腹板晋的强以度：当时，当时，节点构热造设计节点有酸加腋与钥不加腋昂两种基考本形式注。在加亏腋形式赴中又有摧梯形加幸腋与曲巾线加腋碍之分，便一般采罗用梯形加码腋并在加称腋部分作的两端偿设置加劲萍肋及侧向冲支撑，以保伶证该加流腋部分狐的稳定茂性，防棒止侧向臂压屈。醉加腋连遥接可使决截面的俘变化符楚合弯矩中图形的假要求，污并大大戏提高了确刚架的皆承载能籍力。下虏图为加辱腋节点描图。横梁屋脊拼装节点图柱脚设嘉计根据具受力游要求速，柱妥脚分廊刚接搜柱脚味和铰孔接柱肺脚两陶类，放当吊目车起僻重量≥5吨时纳应考监虑设践置刚线性柱笨脚。本工程刃实例：透吊车吨慨位20吨，柱脚形凭式为刚当接柱脚斩，主要深用来传冒递吊车金荷载、斯风荷载低和结构云自重。柱脚形汪式平板式抓铰接柱浑脚刚接柱两脚一般情恋况当有桥品式吊车寄或刚架美侧向刚著度过弱梳时平板式铰接柱辛脚刚接摄柱脚柱脚的简计算一、躲底板立的计柿算1、馆底板粗的平吧面尺故寸底板乘面积陕：式中—柱轴炮心压力驴设计值良；—基继础混顷凝土盐轴心没抗压茫强度迟设计匪值；—锚怠栓孔青面积抹。按构造家要求确献定底板慨宽度：式中—柱辱截面研宽度脾或高尚度；—靴锯梁厚攀度；—底板截悬臂长袍度。再根据暂底板面匹积确定饶底板长滴度。2、底航板的厚份度底板物的厚丝式度决犯定于蓄板的偷抗弯经强度帐。式中：为底板策承受的峰最大弯展矩值。柱脚锚翁栓应采挡用Q2骡35或Q34忠5钢材衫制作薯。锚埋栓的矿锚固圈长度贴应符顺合现稳行国轧家标魄准《建筑挪地基裙基础翻设计孝规范》(针GB挥5沸00疾07僻--共20复02受)的规们定，笼锚栓仔端部望按规叹定设蛙置弯踪蝶钩或掉锚板弄。计算风职荷载作猎用下柱阶脚锚栓眉的上拔定力时，蜡应计入识柱间支夕撑的最皱大竖向姑分力，岭此时，肿不考虑厨活荷载(或雪段荷载)、积限灰荷混载和酷附加勇荷载嘱的影顽响，腾同时纠永久粥荷载倍的分隆项系她数1.浆0。锚持栓直刚径不僵宜小急于24m页m，且应采跪用双螺懒帽以防孕松动。柱脚勒锚栓凡不宜敬用于杜承受吸柱脚购底部猫的水炉平剪桂力。咳此水泛平剪谁力可村由底冠板与询混凝悟土基酷础之答间的