门式刚架内力及节点设计

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。荷载及荷载组合风荷载体型系数的特殊规定《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002对风荷载作用下的体型系数有特殊规定。对刚架、檩条、屋面板、墙梁等均有专门的规定。房屋端区的风荷载体型系数不同于中间区比较荷载规范：风荷载体型系数

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。1.3.2刚架内力和侧移计算内力计算原则按弹性分析方法计算构件内力；把刚架作为平面结构，一般不考虑蒙皮效应；必要条件下，可考虑屋面板的应力蒙皮效应，提高刚架的整体刚度和承载力。蒙皮效应是指在建筑物的表面覆盖材料（屋面板和墙板），利用本身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用。工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的紧固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔板。这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁深梁中的腹板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘，可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用。应力蒙皮效应蒙皮效应在工程中只将其作为一种结构上的储备。目前在满足一定条件的压型钢板以及轻型钢框架组成的轻钢住宅和门式刚架体系中存在着较大的蒙皮效应。

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。

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：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。侧移计算原则：如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，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。

1.3.3刚架柱和梁的设计一）梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度的利用；二）刚架梁、柱构件的强度计算；三）梁腹板加劲肋的配置；四）变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算；五）变截面柱在刚架平面内的计算长度；六）变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算；七）隅撑和斜梁的设计八）节点设计梁、柱板件的宽厚比限值：

工字形截面构件受压翼缘板的外伸宽厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：一

梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度的利用对于腹板高厚比限值，建议按如下取值：刚架柱：无桥式吊车时，取有桥式吊车时，取刚架斜梁：取腹板屈曲后强度的利用腹板受弯及受压板幅屈曲后强度的利用有效宽度理论计算受剪板幅屈曲后强度的利用拉力场理论计算腹板受剪板幅屈曲后强度利用——拉力场理论基本假定：①屈曲后腹板中的剪力，一部分由小挠度理论算出的抗剪力承担，一部分由斜张力场作用承担；②翼缘的弯曲刚度小，假定不承担腹板斜张力场产生的垂直分力的作用。张力场带——斜拉杆，翼缘——上下弦杆，加劲肋——竖杆。腹板屈曲后的实腹梁犹如一桁架：腹板受剪屈曲后的极限剪力=屈曲剪力+张力场剪力。精确确定张力场剪力值需要算出张力场宽度，比较复杂，为简化计算采用了相当于下限的近似公式：式中λw——用于抗剪计算的腹板通用高厚比。

上式的条件是腹板的高度变化率≤60mm/m，当＞60mm/m时，不宜利用腹板的屈曲后抗剪承载力。

可采取：1）调整截面高度变化，使之满足要求；2）加大腹板厚度，满足不考虑屈曲后强度对腹板高厚比限值的要求；3）设置横向加劲肋。当利用屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋的间距宜取2.腹板受弯及受压板幅的屈曲后强度的利用—有效宽度理论当腹板不满足要求时，在弯矩作用下腹板局部会发生弹性屈曲，因薄膜效益，梁还可以继续承载，但受压区的应力不再呈直线分布，中和轴下移，直到板边缘应力达到才达到极限承载力。利用腹希板屈曲馅后强度血后，构昌件的抗书弯及抗旨压承载逐力略有罪降低，祸此时应细按有效肥宽度计算胆截面助特性码，有爷效截泡面上长的应臣力仍浓按直黄线分减布。当腹板全部受压时:当腹板部分受拉时：有效宽嫩度有效宽型度系数，与板倒件局部恰稳定的储临界应铺力絮有如关，以通用恩高厚比煮作朋为参数钓，分为恼三个阶扩段，完痰全弹性床、完全孙塑性及笔弹塑性荐，即：腹板赢的有酷效宽帽度按戏下列爆规则险分布衫：腹板全拼部受压服时：腹板懂部分妖受拉行时：二刚架梁沸、柱构百件的强盏度计算刚架泳内力彻分析在横向谷均布荷挣载作用描下，刚兼架弯矩续图如下刚架弯谱矩图刚架荷门载计算浅简图在水平次风荷载押作用下葱，刚架缸弯矩图仔如下：荷载计勤算简图刚架弯扭矩图轻型钢世结构是谁以构件分边缘最的大压应戴力达到音钢材屈吗服点作课为临界裳状态，没有虫考虑塑欺性发展病的影响形，所以张门式刚育架一般余按弹性爷理论设大计。考虑饰各种夕荷载诞组合原内力勉分析够结果北，取盏出最大荷杰载值控制替设计养，对呼初选洲截面歇梁柱殿按压弯构浇件进行验勿算。正应力使验算：剪应黎力验恋算：式中它：—构驾件有裁效净嚷截面摘面积估；、莫—惹对主驱轴x庙和y睡的有拌效净阿截面鉴抵抗乌矩；、灾—抛对主佳轴x搜和y反的弯歇矩。工字豆形截贴面受玩弯构继件在剪力珍V和弯矩M共同窃作用阔下的稳强度枕应符严合下溉列要管求：当笛时当嘉时当截菊面为摆双轴易对称咏时注意：考虑煌屈曲后园强度的裹相关公垮式，当缴剪力V谨大于0卸.5Vd时，浪腹板害所能屿承担阴的弯伶矩应崭乘以辨一个痰折减棉系数工字形斥截面受土弯构件浩在剪力V旷、弯矩陷M和轴搞力N共同跌作用宇下的予强度才应符静合下辆列要浩求：当医时当批时当截效面为姿双轴唱对称粱时三梁腹般板加垮劲肋习的配疼置与中掩柱连羽接处较大衔集中浆荷载步作用蔑处翼缘转蛛折处柱腹板酷与梁连致接处以担及用连污接板与韵吊车梁驱上翼缘钉相连处扩应设置苗横向加剪劲肋梁腹板腊利用屈吊曲后强盲度时，拳横向加慨劲肋的逗间距宜仓取hw～联2hw当梁衬腹板浇在剪拍应力而作用山下发递生屈罚曲后宪，将卷以拉米力带湾的方益式承休受继松续增藏加的堂剪力俗，亦轿即起株类似行桁架固斜腹艳杆的吩作用泽，而裳横向逝加劲廊肋则胃相当丙于受它压的奴桁架赞竖杆永。因掀此，雄中间帮横向爱加劲坛肋除恰承受罢集中翅荷载玩和翼先缘转辫折产面生的惜压力辣外，绣还要谱承受柱拉力贩场产伸生的柄压力属。加劲肋疮稳定性阔验算按希规范规犯定进行油，计算习长度取躬腹板高刺度hw盲，截面伟取加劲剑肋全部趁和其两杠侧各小宽度范胸围内的狼腹板面解积，按两端铰怜接轴心巾受压构晋件进行计耀算。加劲搬肋的震计算腹板平鼠均剪应址力符合遇下表的农要求时脚，不需伸要设置生横向加哨劲肋。通常刚旺架斜梁族的等截贞面段和以不受水邻平集中挠力作用罚的刚架律柱符合饰这一要轻求，而雁不需设无置横向分加劲肋梁腹级板不盏需要莫设置阁横向菌加劲盆肋的旦条件不需要册设置横郑向加劲志肋的条反件四变截面平柱在刚凝架平面既内的整竿体稳定计算绵公式隐仍借比用了筋钢结绸构设宽计规黄范的形式。轴力取奥小头，切弯矩取脸大头。等效弯蚀矩系数计按有侧颗移刚架残取1.科0由于博考虑含腹板原屈曲凶后强段度，去故采畜用有傍效截承面几注何特萍性。刚架香柱为吼楔形扑，其恨在刚贵架平毕面内湖的计三算长哨度系济数、乒不能拔再套笑用《易钢结族构设劲计规讯范》谎，《彻门刚牵》规摇程另林有特周殊规册定。对于变编截面柱台，变化云截面高闹度的目鞋的是为了适扬应弯矩渣的变化缝，合理缴的截面需变化方国式应使哗两端截辣面的最雕大应力嫌纤维同华时达到森限值。但嘉是实带际上者往往兰是大头阶截面例用足裂，其坦应力匙大于刻小头霸截面，故公缺式左端踢第二项贤的弯矩灵M1，约和有效细截面模净量We历1应以砌大头为可准。公式贪第一够项源野自等初截面橡的稳旗定计逆算。下根据躲分析俘，小伟头稳驱定承睛载力桨的小久于大粪头，绿且刚辫架柱胁的最听大轴苏力就徒作用凉在小聪头截钥面上张，故葱第一念项按能小头谦运算劫比按辛大头盆运算布安全蜡。楔形柱酿在刚架载平面内话的计算面长度取计算长昆度系数械有三毫种确定网方法：五变截面块柱在刚倦架平姓面内漆的计悉算长慎度查表法脱（适合镇于手算隆）一阶井分析杜法（村普遍压适用仔于各胸种情耽况，曲并且嗽适合检上机倾计算变)二阶分尸析法（匪要求有锦二阶分唯析的计枪算程序亮）查表法柱脚铰堪接单跨骄刚架楔言形柱的廊可由表威1-2题查得。柱的线说刚度K懂1和梁朱的线刚国度K2逃分别按恶下列公挽式计算家：表中和确式中、榆—分别康为柱小老头和大罪头的截气面惯性正矩；—梁倚最小妖截面牺的惯臂性矩君；—半跨熔斜梁长播度；—斜辩梁换劳算长薪度系警数，某见图榴1-扎9。枣当梁赏为等兴截面瓜时净=做1。柱脚推铰接仪楔形欲柱的劲计算进长度虏系数吹，耐表1衔—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在图胞1-场9中算，λ1和λ2分别苦为第晋一、蛛二楔绩形段虫的斜剑率。图1-小9楔形城梁在刚圈架平面漠内的换室算长度援系数多跨乔刚架望的中辉间柱答为摇际摆柱掏时，束边柱耽的计忍算长坝度应装取为放大系籍数摇摆关柱的覆计算孝长度笼系数既取1娇.0啦。对于屋厘面坡度横大于1油：5的块情况，判在确定朵刚架柱史的计算鲜长度时浸应考虑瓣横梁轴窗向力对蚕柱刚度剩的不利培影响。乎此时应崭按刚架购的整体仓弹性稳迷定分析脸通过电抹算来确描定变截肢面刚架刊柱的计过算长度子。一阶抬分析猎法框架有寇侧移失企稳的临含界状态事和它的穿侧移刚册度有直啄接关系缴。框架脑上的荷铅载使此桶刚度逐窑渐退化南，荷载织加到一位定程度嫌时刚度辩完全消样失，框脖架随即杂不能保烦持稳定蜡。因此俭框架柱耕的临界遭荷载或门计算长攻度可以柄由侧移宅刚度得姻出。计算处刚架哗柱顶落水平茅荷载朝作用朽下的粉侧移铸刚度K=似H／弯u。一阶浪分析值法对柱脚赴为铰接给和刚接确的单跨第对称刚庄架(图壁1-1袍1a)当柱雅脚铰箩接时当柱锁脚刚朽接时多跨刚帆架的中合间柱为锹摇摆柱买时，边舒柱的计猎算长度学应乘以郑放大系茅数摇摆散柱的糟计算章长度服系数闸取1拥.0敬。一阶分愿析法中间为户非摇摆佣柱的多薄跨刚架呜(图1梢--1相1b)当柱伪脚铰术接时当柱掠脚刚氏接时二阶咬分析浊法当采挖用计合入竖脂向荷叹载一寇侧移脆效应话(即决P-磁u效级应)神的二灰阶分心析程降序计孕算内病力时屯，如果极是等淘截面江柱，灾取μ费=1删，即待计算裹长度伸等于挤几何闷长度。对蹦于楔葵形柱燥，其执计算搬长度片系数宾可由衡下列郊公式塘计算恒：六变截劫面柱在刚架诵平面外狗的整体蚁稳定按公式晴计算：公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点：截面几何特性按有效截面计算；

考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头，弯矩取大头。采用楔形受弯构件的整体稳定系数；截面不对称时，引入大于0.6，按规范采用弯矩作逆用平面最内：弯矩作分用平面佩外：适用歉于等呈截面锋构件悠的整绿体稳添定七斜梁茄和隅春撑的压设计斜梁的设计实腹式晶刚架斜猎梁在平堵面内按宣照压弯抹构件计械算其强件度，在烫平面外蠢按压弯隙构件计洽算稳定洒性。平面信外的煤计算诉长度时取侧滴向支刘承点奔间的尼距离健。当斜禾梁下碧翼缘平受压蛇时，储必须钱在受粪压翼俩缘的禾两侧抬布置价隅撑墙（端疤部仅侦布置倡一侧残）作小为斜紧梁的帽侧向缘瑞支承晓，隅想撑的浇另一凡端连兴接在嫂檩条执上。斜梁放不需柄计算咳整体外稳定狸的侧谣向支示承点冷间最娱大长驳度，事可取雄斜梁检受压估翼缘广宽度乔的卖倍，编否则的应验谁算斜构梁平显面外胡的稳羞定。当斜溪梁上希翼缘寨承受姥集中折荷载传处不帅设置翁横向障加劲羽肋时凶，应炒验算邪腹板渠上边证缘正动应力含、剪蒸应力块和局框部压饼应力挣共同密作用蝴时的川折算愈应力帐；同溉时还病要验喊算腹奖板在怠集中池力作杂用下研的屈皱：隅撑的设计当实衬腹式折刚架传斜梁窑的下呀翼缘筛受压职时，众必须济在受筋压翼茶缘两烫侧布嘱置隅希撑(以山墙词处刚草架仅谁布置薄在一盆侧)锤作、偏为斜棵梁的益侧向仆支承猾，隅代撑的成另一母端连兔接在慨檩条也上。隅撑单间距忘不应排大于希所撑勒梁受禽压翼笋缘宽互度的稻倍屯。因故不织能设置沉隅撑的犁，必须朵采取可蓬靠措施痕以保证爽刚架的伸稳定。隅撑丙截面齐选用姻单根翠等边配角钢粥，与刚把架构遗件腹值板的训夹角墙不宜吸小于抽45轻°。隅撑椒按轴秋心受卵压构镇件设渐计：当隅晃撑成做对布羽置时邮，每倡根隅腹撑的旨计算猛轴压愤力可扎取N增/2饱。需要注茶意的是犹，单面趣连接的售单角钢贤压杆在星计算其图稳定性织时，不习用换算嫌长细比总，而是欲对f值漆乘以相题应的折杀减系数止。或刚架染梁与典柱的违连接刚架梁缸的拼接柱脚牛腿摇摆迅柱与塘斜梁毒的连跑接构送造八告刚误架节叼点设羽计h1Me（a翠）端塘板竖义放（b）体端板斜果放（c）这端板平科放（d）仁斜梁拼蔬接刚架筛斜梁跑与柱来的连旷接及南斜梁纯间的愉拼接一般采扩用高强烟螺栓－暗端板连矮接，按蛮刚接节境点设计端板汤连接吗属于敏半刚半性连桌接，爹在弹意性阶跑段视壳为刚稼性连步接，象进入眼弹塑塌性工使作阶胖段，尿由于缎连接依的变将形，聪成为禁半刚够性连很接，挤具有民较好县的延碍性。还需莲符合片下列洞规定喷:（1繁）端团板连旗接应态按最大柳内力臣设计。内登力小魔时，让按能搞承受疲不小弟于被株连接城截面降承载捏力的训一半隐设计右。（2棋）主爪刚架抓的连帜接采腿用高强螺纺栓连接，不贝得采咬用普吧通螺僵栓。息M1贿6—能M2宴4（3）珠螺栓成对对桃称布置。斜梁嘴拼接和货斜梁与晚钢柱连舌接的受楼拉区，仿宜采用端板的久外伸式疼连接，抖宜使翼木缘内外裤的螺栓匹群中心熔与翼缘葡的中心热重合或商接近。（4）晶与斜梁捷端板连膀接的柱姻翼缘部睡分应与粉端板等巨厚，不浪得切割屿柱腹板装。（5）造螺栓排糠列应符岗合一定暴的构造肥要求。（6伴）同乡丰时受墨拉和俱受剪旨的螺固栓，香应验加算螺误栓在房诚拉剪粉共同程作用耕下的弟强度享。（7）急端板的智厚度根浪据支承印条件按比公式计瞒算，不痰得小于坑16m干m研究表贯明，外云伸式连建接转动找刚度可厨以满足当刚性节石点的要贼求。外仙伸式连垃接在节膀点负弯材矩作用则下，可次假定转虹动中心友位于下墓翼缘中资心线上依。上翼缘看两侧对蜜称设置过4个螺水栓时，每迁个螺稳栓承嚷受下皱面公折式表东达的融拉力睬，并听依此踪蝶确定典螺栓溜直径坊：h1Me端板外伸压力则由端板便承压直接瞧传递者，端影板悬合伸宽贼度e满足：受压翼塘缘的螺含栓不宜还少于两数排；当受拉领翼缘两桨侧各设棋一排螺堡栓尚不责能满足惭承载力益要求时劫，可在悦翼缘内已侧增设肠螺栓，其间暑距可粪取7查5m尾m，摆且不玩于3船倍螺格栓孔娇径。第三酒排螺药栓拉耕力：第三烘排一忧个螺慌栓承执担的捕弯矩节点枪上剪耽力可以罗认为插由除劝上边奖二排止抗拉役螺栓祥以外叉的螺能栓承朋受，第三移排螺森栓拉力抖未用疤足，裤可以睡和下面连二排阵螺栓共同抗吧剪。对同时受拉唱和受晓剪的螺填栓,跟应宽验算蒙螺栓塞在拉、剪扇共同作素用下的纷强度技。螺栓朝排列辆应符磁合构柄造要滑求，著下图有的泽，垮应满挨足扣兴紧螺欧栓所碰用工僚具的叨净空蛋要求单，通煮常不甩小于趴35舅mm搭，螺参栓端非距不寺应小殿于2秆倍螺痰栓孔链径，暑两排驴螺栓于之间矮的最旺小距珠离为兵3倍艘螺栓渔直径琴，最胁大距闲离不甚应超裳过4管00派mm扭。端板的滩厚度t夺可根据支承条笔件按下贴列公缸式计锄算，暗但不林应小恳于1事6m牙m，导和梁纹端板洞相连扎的柱最翼缘努部分炼应与讽端板苗等厚链度。(a虎)伸松臂类柄端板(b)晨无加劲脚肋类端散板(c)葱两边支剩承类端圆板当端板欺外伸时当端板嚼平齐时(d郊)三役边支驾承类感端板在门式期刚架斜担梁与柱有相交的横节点域栏，应按固下列公留式验算识剪应力色：不满足红时，增哭加腹板箱厚度或加设旅斜加劲荐肋刚架构愉件的翼缘与悄端板的番连接应刮采用全冻熔透对渗接焊缝，腹板宋与端万板的止连接浴应采筐用角纵焊缝。在端乳板设置掀螺栓处，腹板墙边缘计在螺刚栓拉勇力作哭用下剧，需剩进行陶平面业内拉致应力物验算努，并按下胞列公杂式验粗算构期件腹警板的趋强度填：不满足偿时，可柔设腹板字加劲肋板或局部逐加厚腹物板Nt2——铅翼缘肺内第二沟排一个泳螺栓锄的轴暑向拉希力设师计值娱；P—别—高强阻度螺栓胳的预拉农力；刚架胖柱脚平板阴式铰叶接柱边脚刚接寇柱脚一般情岛况当有桥围式吊车毕或刚架融侧向刚众度过弱膏时平板式铰接柱脚刚接柱脚柱脚技的计慌算一、底幻玉板的计颜算1、底丛板的平盘面尺寸底板捞面积惊：式中—柱贞轴心简压力纲设计悲值；—基扇础混献凝土府轴心曾抗压碰强度晒设计滤值；—锚栓想孔面积街。按构拘造要舍求确趴定底围板宽族度：式中—柱截节面宽度伤或高度塑；—靴梁栋厚度；—底板伪悬臂长醒度。再根焦据底钉板面泼积确诉定底丸板长湖度。2、底托板的厚烫度底板的放厚度决乌定于板梦的抗弯续强度。式中：为底板筝承受的任最大弯调矩值。楔形柱粉下端的筒宽度视萄具体情复况确定妨，但不宜小李于2