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。

利用腹板屈曲后强度后，构件的抗弯及抗压承载力略有降低，此时应按有效宽度计算截面特性，有效截面上的应力仍按直线分布。当腹板全部受压时:当腹板部分受拉时：有效宽度有效宽宝度系数，与板肆件局部睬稳定的坊临界应亡力咬有愉关，以通用艇高厚比即作摩为参数君，分为抛三个阶凯段，完尺全弹性扇、完全搅塑性及扯弹塑性滋，即：腹板的睬有效宽及度按下饭列规则驳分布：腹板全谱部受压元时：腹板部差分受拉拔时：二刚架梁素、柱构译件的强房诚度计算刚架咳内力俗分析在横向芽均布荷蜜载作用每下，刚泥架弯矩谈图如下刚架架弯矩惕图刚架局荷载那计算梦简图在水平息风荷载仆作用下巾，刚架匹弯矩图扮如下：荷载奴计算劝简图刚架弯贵矩图轻型钢优结构是膨以构件笔边缘最朴大压应弯力达到渠钢材屈荣服点作桌为临界状豪态，没有五考虑塑扬性发展幻玉的影响台，所以枕门式刚舰架一般骂按弹性维理论设姐计。考虑各福种荷载多组合内劲力分析妨结果，疏取出最大荷喇载值控制设股计，对孙初选截乱面梁柱巷按压弯钉构件进行磨验算。正应力消验算：剪应力庭验算：式中朵：—构件巩有效净构截面面纸积；、件—对主兴轴x和天y的有泉效净截伙面抵抗槐矩；、称—对主拥轴x和皮y的弯逃矩。工字图形截寒面受菜弯构就件在剪力神V和弯矩干M共同作鉴用下的座强度应夺符合下凭列要求贱：当惜时当桨时当截练面为勇双轴腐对称攻时注意：考晌虑屈疏曲后面强度雨的相鹿关公土式，枣当剪院力V问大于乐0.伪5Vd时，刺腹板批所能瞎承担生的弯惊矩应您乘以恋一个屈折减本系数工字形诞截面受摧弯构件邮在剪力笑V、黎弯矩作M和员轴力岔N共同着作用碑下的浓强度沸应符费合下愈列要两求：当标时当弹时当截垄面为艇双轴黎对称舍时三梁腹板希加劲肋盼的配置与中迫柱连吨接处较大亿集中看荷载耀作用而处翼缘转局折处柱腹仙板与蜜梁连症接处摧以及迟用连蛾接板冻与吊驱车梁变上翼萄缘相厚连处录应设嘱置横个向加避劲肋梁腹另板利帽用屈发曲后蛇强度真时，拣横向斤加劲疫肋的羊间距稼宜取hw膝～2纲hw当梁喷腹板来在剪凳应力勇作用维下发气生屈宴曲后溉，将葵以拉苗力带也的方窄式承欺受继轿续增粪加的手剪力扔，亦枕即起枣类似跃桁架箭斜腹债杆的乞作用雨，而障横向望加劲勺肋则椒相当顶于受堡压的童桁架哪竖杆榨。因墓此，晨中间哈横向侨加劲婚肋除缴承受孤集中淹荷载叠和翼米缘转雕折产授生的聪压力被外，典还要族承受子拉力质场产冰生的渣压力馅。加劲批肋稳施定性隙验算矮按规垒范规树定进知行，外计算腰长度收取腹享板高亲度h犯w，窄截面批取加除劲肋逃全部寇和其顶两侧灯各涨宽蔬度范例围内普的腹凑板面诞积，讯按两端毕铰接虎轴心翅受压公构件进行计写算。加劲板肋的深计算腹板平对均剪应胜力符合滴下表的狠要求时旷，不需剂要设置用横向加币劲肋。通常刚筋架斜梁饰的等截貌面段和软不受水料平集中域力作用译的刚架个柱符合通这一要如求，而泰不需设德置横向纽奉加劲肋梁腹板台不需要凡设置横伪向加劲监肋的条犁件不需恼要设据置横掩向加旷劲肋钉的条佩件四变截面志柱在刚彩架平面恭内的整伪体稳定计算公蝇式仍借蓄用了钢层结构设冈计规范航的形式。轴力患取小享头，丽弯矩毅取大棒头。等效弯研矩系数炸按有侧篇移刚架歪取1.鸣0由于搜考虑茄腹板全屈曲节后强蔽度，艇故采嘉用有道效截界面几峡何特位性。刚架柱损为楔形页，其在鹿刚架平获面内的景计算长备度系数寄、不能权再套用忧《钢结称构设计附规范》澡，《门述刚》规屋程另有梯特殊规钞定。对于变粱截面柱砍，变化宇截面高揪度的目却的是为了好适应辟弯矩反的变仅化，蔬合理挪的截烘面变棚化方神式应若使两祖端截云面的坊最大历应力租纤维丑同时扰达到魔限值。但绢是实站际上挺往往球是大头截化面用足晴，其应片力大于博小头截贤面，故公则式左端御第二项慕的弯矩吼M1，荣和有效堡截面模瞎量We维1应以陕大头为轿准。公式第堵一项源针自等截处面的稳拔定计算愤。根据之分析，潮小头稳青定承载冒力的小阀于大头管，且刚修架柱的荐最大轴律力就作如用在小叫头截面切上，故透第一项冲按小头咽运算比冒按大头买运算安车全。楔形虾柱在块刚架嘴平面遗内的伸计算角长度应取计算恐长度柏系数坐有莲三种毙确定形方法下：五变截面探柱在刚架亡平面内坏的计算旅长度查表胜法（己适合妙于手型算）一阶唐分析录法（赶普遍高适用泄于各榆种情蛋况，吐并且委适合息上机脾计算兄)二阶分沿析法（豪要求有号二阶分占析的计您算程序商）查表殊法柱脚铰贫接单跨夹刚架楔设形柱的浙可由表赴1-2肤查得。柱的线朋刚度K凶1和梁豪的线刚输度K2芝分别按孔下列公纸式计算往：表中和样式中、功—川分别盯为柱错小头嫩和大赏头的估截面旦惯性锡矩；—梁劣最小幼截面伙的惯现性矩觉；—半皮跨斜臭梁长奏度；—斜梁今换算长萍度系数古，见图泥1-9匹。当梁志为等截裕面时烧=1鸟。柱脚姿铰接睁楔形错柱的躲计算骄长度辽系数勒，能表1抱—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1捎-9中胜，λ1和λ2分别呜为第欢一、初二楔月形段宇的斜骆率。图1爆-9病楔形雀梁在液刚架盟平面布内的休换算重长度积系数多跨刚快架的中酷间柱为概摇摆柱毛时，边泊柱的计借算长度剧应取为放大系物数摇摆柱饲的计算才长度系昌数取1绕.0。对于屋刊面坡度螺大于1睡：5的来情况，寇在确定歪刚架柱仓的计算浴长度时默应考虑梦横梁轴氧向力对辛柱刚度帜的不利疏影响。修此时应有按刚架丑的整体吹弹性稳喂定分析杏通过电膊算来确凉定变截束面刚架慈柱的计大算长度交。一阶蹄分析豆法框架贡有侧父移失慌稳的幼临界饥状态撒和它衰的侧饲移刚晋度有裹直接把关系稳。框年架上盒的荷机载使科此刚裂度逐费渐退素化，扔荷载蕉加到素一定疲程度速时刚拿度完丑全消跨失，片框架居随即群不能喇保持爽稳定驱。因芽此框打架柱小的临尘界荷庙载或喉计算混长度蹦可以渔由侧遭移刚渔度得收出。计算刚废架柱顶握水平荷旷载作用造下的侧屑移刚度K=H土／u。一阶分旷析法对柱曲脚为桑铰接线和刚炊接的闲单跨做对称套刚架画(图奖1-肠11厨a)当柱脚继铰接时当柱脚苏刚接时多跨刚取架的中淹间柱为婶摇摆柱脸时，边澡柱的计普算长度驻应乘以组放大系系数摇摆牙柱的析计算尚长度筑系数蓝取1躲.0母。一阶辉分析矮法中间寇为非疗摇摆佛柱的同多跨丈刚架房诚(图猜1-饱-1脂1b卫)当柱洒脚铰拾接时当柱脚麻刚接时二阶遍分析义法当采用王计入竖牙向荷载硬一侧移瓦效应(灭即P-描u效应吓)的二合阶分析汽程序计显算内力融时，如果是佩等截面尿柱，取年μ=1粮，即计讨算长度店等于几则何长度。对筹于楔促形柱溉，其蚀计算熄长度耳系数类可由望下列丙公式百计算洒：六变截莲面柱在刚凤架平练面外破的整知体稳撇定按公折式计白算：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，按规范采用弯矩由作用酿平面铸内：弯矩作远用平面运外：适用于焦等截面寻构件的物整体稳鸣定七斜梁删和隅耻撑的能设计斜梁的设计实腹式帖刚架斜爱梁在平黄面内按稼照压弯捏构件计茂算其强漂度，在纸平面外愚按压弯营构件计极算稳定雾性。平面勤外的灾计算债长度番取侧扫向支借承点粪间的笔距离昨。当斜却梁下响翼缘缘瑞受压沫时，知必须堤在受旬压翼鼠缘的布两侧绑布置戏隅撑已（端单部仅笑布置公一侧搁）作栏为斜习梁的家侧向滥支承挺，隅钓撑的催另一腾端连刻接在净檩条罩上。斜梁不潜需计算催整体稳白定的侧避向支承越点间最演大长度仁，可取秀斜梁受亦压翼缘把宽度的悬倍侵，否则邮应验算娃斜梁平筛面外的紧稳定。当斜梁寒上翼缘忍承受集颗中荷载眉处不设沟置横向汪加劲肋她时，应题验算腹律板上边邮缘正应讲力、剪显应力和眠局部压千应力共捞同作用匪时的折涨算应力回；同时少还要验驶算腹板谊在集中叼力作用霉下的屈皱：隅撑的设计当实腹胖式刚架嚼斜梁的责下翼缘进受压时而，必须笑在受压址翼缘两杜侧布置档隅撑(耍山墙处群刚架仅晋布置在受一侧)多作、为驰斜梁的基侧向支肥承，隅彼撑的另绸一端连猎接在檩瞧条上。隅撑肾间距构不应去大于僻所撑蚂梁受健压翼楚缘宽偶度的葵倍抗。因故不然能设置雕隅撑的糖，必须途采取可垄靠措施幻玉以保证椒刚架的剑稳定。隅撑织截面段选用戒单根雾等边站角钢锻，与刚架区构件腹妨板的夹蒸角不宜估小于4冶5°。隅撑按晓轴心受胃压构件摘设计：当隅洁撑成们对布阿置时学，每擦根隅孙撑的疯计算腿轴压刚力可仆取N注/2货。需要注退意的是枣，单面爽连接的返单角钢叫压杆在鼻计算其闸稳定性万时，不思用换算善长细比忘，而是叮对f值桐乘以相绸应的折迷减系数合。或刚架梁泰与柱的千连接刚架铲梁的袖拼接柱脚牛腿摇摆柱柱与岂斜梁闪的连月接构仗造八孕刚亩架节点沸设计h1Me（a）专端板竖宜放（b陪）端秤板斜倒放（c耐）端香板平旁放（d）苗斜梁拼组接刚架消斜梁奸与柱滑的连普接及追斜梁悟间的奔拼接一般真采用湖高强冰螺栓反－端冷板连责接，弃按刚守接节厨点设勿计端板快连接曲属于消半刚炭性连豪接，旅在弹端性阶虫段视叉为刚昨性连扒接，界进入迁弹塑贺性工哀作阶抖段，省由于架连接型的变糕形，陈成为丸半刚检性连贱接，箩具有甲较好鄙的延镇性。还需符烈合下列款规定:（1）肿端板连遵接应按最大内准力设计。内皮力小邀时，兵按能周承受皱不小装于被羞连接洽截面鞋承载盐力的合一半须设计雅。（2）倚主刚架聋的连接郊采用高强铜螺栓嚷连接，不涛得采邀用普矛通螺病栓。遗M1匠6—轻M2非4（3）兄螺栓成对对貌称布置。斜梁唐拼接和株斜梁与隆钢柱连邀接的受喘拉区，丛宜采用端板的译外伸式叔连接，狗宜使翼盏缘内外制的螺栓姨群中心置与翼缘好的中心怀重合或浪接近。（4）俩与斜梁忆端板连如接的柱扰翼缘部沙分应与所端板等徒厚，不抖得切割盐柱腹板日。（5唉）螺帝栓排另列应僚符合还一定慈的构宫造要援求。（6）仆同时受桨拉和受许剪的螺逮栓，应个验算螺稠栓在拉侍剪共同地作用下疫的强度劳。（7）硬端板的狡厚度根份据支承票条件按谦公式计臂算，不起得小于悄16m柏m研究表拢明，外辽伸式连揪接转动拾刚度可苏以满足家刚性节绒点的要坑求。外凭伸式连抚接在节降点负弯陶矩作用歼下，可砖假定转孔动中心霜位于下刑翼缘中薯心线上阅。上翼稿缘两声侧对耳称设炊置4上个螺塞栓时，每个监螺栓承拦受下面赞公式表灯达的拉鸦力，并戴依此确询定螺栓许直径：h1Me端板外伸压力则由端板沈承压直接传遇递，端享板悬伸伸宽度e满足：受压翼屿缘的螺洗栓不宜俩少于两养排；当受拉作翼缘两瘦侧各设限一排螺朝栓尚不伙能满足爹承载力禽要求时残，可在转翼缘内穗侧增设逗螺栓，其间粘距可绢取7教5m誉m，确且不上于3瞒倍螺冶栓孔劝径。第三排揭螺栓拉绩力：第三排只一个螺践栓承担顺的弯矩节点上圈剪力可以认程为由除尚上边二摔排抗拉早螺栓以拼外的螺出栓承受贝，第三滔排螺碎栓拉力未绪用足，弹可以和下面漫二排旺螺栓共同抗苍剪。对同时受拉和票受剪的螺跳栓,域应督验算栋螺栓补在拉、给剪共处同作把用下的绸强度盯。螺栓拢排列茂应符糟合构躁造要犹求，网下图容的吉，逝应满铲足扣犯紧螺金栓所啊用工摊具的拌净空茂要求埋，通真常不穷小于迟35颈mm翁，螺间栓端予距不杜应小活于2重倍螺持栓孔很径，维两排形螺栓纪之间叉的最济小距庸离为哲3倍灭螺栓纯直径蛮，最姓大距秋离不怜应超宅过4逆00党mm首。端板迫的厚开度t野可根后据支承条员件按下列丑公式计巩算，但俩不应小惊于16执mm，砖和梁端轧板相连把的柱翼民缘部分偏应与端朗板等厚用度。(a紫)伸粘臂类乱端板(b污)无绑加劲崭肋类差端板(c)系两边支糠承类端终板当端板泛外伸时当端板娘平齐时(d广)三毙边支吓承类讲端板在门式质刚架斜到梁与柱墙相交的尤节点域战，应按蹄下列公埋式验算滩剪应力革：不满足浪时，增妙加腹板贯厚度或加辰设斜披加劲认肋刚架危构件乱的翼缘与颜端板的晋连接应廊采用全利熔透对盘接焊缝，腹板与击端板的租连接应杏采用角伍焊缝。在端业板设置践螺栓处，腹板边捡缘在螺筑栓拉力届作用下岛，需进纤行平面装内拉应吧力验算小，并按下列绞公式验良算构件圈腹板的凑强度：不满扫足时朋，可丙设腹指板加忍劲肋之或局冈部加秘厚腹低板Nt2——翼膜缘内第二损排一个矿螺栓娘的轴苦向拉叠力设菠计值狱；P—锣—高强单度螺栓括的预拉马力；刚架柱赴脚平板雨式铰戏接柱孙脚刚接眠柱脚一般情缠况当有桥倘式吊车新或刚架繁侧向刚丘度过弱帖时平板式铰接柱脚刚接柱脚柱脚庸的计焰算一、底钢板的计粒算1、兴底板交的平摆面尺凳寸底板面鼠积：式中—柱晃轴心俯压力河设计支值；—基础嘴混凝土庙轴心抗丙压强度骨设计值咬；—锚扮栓孔室面积秀。按构造爽要求确瓶定底板忠宽度：式中—柱司截面塔宽度舱或高纷度；—靴笨梁厚绿度；—底氧板悬谣臂长责度。再根毒据底帆板面槐积确贞定底作板长梅度。2、底肤板的厚琴度底板的映厚度决懂定于板欢的抗弯靠强度。式中繁：为底板记承受的刘最大弯饲矩值。楔形柱赛下端的英宽度视脖具体情欺况确定婆，但不宜小吴于20举0mm；柱身虽