第2章 门式刚架节点设计

2.1概述2.2结构与选型2.3刚架设计2.4压型钢板设计2.5檩条设计2.6墙梁设计2.7支撑构件设计2.8设计实例第2章轻型门式刚架结构(Light-weightBuildingswithGabledFrames)2021/5/91§2.3.6节点设计(DesignofJointsofGabledFrames)

2021/5/921、斜梁与柱的连接及斜梁拼接h1Me端板竖放端板斜放端板平放斜梁拼接端板竖放端板斜放端板平放端板与构件边缘垂直2021/5/932021/5/94端板连接：连接施工简单方便；使用阶段为刚性连接，罕遇地震弹塑性阶段刚性连接，利于吸收地震能量。2021/5/95构造要求（1）主刚架构件的连接可采用承压型或摩擦型高强螺栓连接,M16～M24。（2）端板厚度不小于16mm及0.8倍的螺栓直径。（3）斜梁拼接处，应采用外伸式连接，并使得翼缘内外的螺栓中心与翼缘的中心重合或接近。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。三角形短加劲肋长边:短边

1.5:1.0。（4）端板连接只承受轴力和弯矩时，或剪力小于其抗滑移承载力时，端板可不做摩擦面处理。2021/5/96A、梁梁拼接节点rafter-rafterconnectionrafterpurlin端板设计连接螺栓计算梁与端板的连接，端板螺栓处构件腹板强度梁梁连接受力：最大内力；较小截面承载力的一半取两者的大值计算2021/5/971)端板计算伸臂类端板无肋类端板两边支承三边支承端板两边bewew两边无肋efefaefef伸臂板宽：满足焊缝要求，梁翼缘宽+1.5mm

；外伸长度：满足最小螺栓间距和边距要求；板厚：按支撑条件确定并满足构造要求，

16mm,0.8倍螺栓直径。端板外伸端板平齐2021/5/982)连接螺栓计算主刚架构件的连接可采用承压型或摩擦型高强螺栓连接(M16~M24)。两边bewew两边无肋efefaefef伸臂ew，ef应满足拧紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于45mm，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，否则应增设一对螺栓。2021/5/993)梁与端板的连接翼缘与端板：翼缘厚度大于12mm时，全熔透的对接焊缝腹板与端板：角对接组合焊缝或与腹板等强的角焊缝rafter-rafterconnectionrafterpurlin当不满足上式要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。

在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：2021/5/910B、梁柱拼接节点h1Me端板竖放端板斜放端板平放•螺栓受剪拉作用•安装稍难•适用于等截面柱•

可减少螺栓剪力•

安装最方便•

螺栓不对称•

抗弯力臂加长,

有利于螺栓布置•

螺栓受剪力较小•

安装精度高，安装难梁柱节点类型：端板竖放、端板横放、端板斜放设计方法同梁梁连接，并增加计算4）节点域剪应力和5）端板连接刚度2021/5/9114）斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力：当不满足（2.43）时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。h1Me2021/5/9122021/5/913刚架梁柱转动刚度节点域设置斜加劲肋可使梁柱连接刚度明显提高。h1Me5）端板连接刚度：节点域腹板厚度两条斜加劲肋的总截面积斜加劲肋倾角与节点域剪切变形相对应的刚度连接弯曲刚度端板惯性矩

2021/5/914例题解：①连接螺栓计算采用10.9级M16摩擦型高强度螺栓，接触面喷砂处理。2021/5/915③节点域剪应力计算故取t=16mm②端板厚度2021/5/916④构件腹板强度⑤连接刚度验算2021/5/917A、柱脚的形式和构造平板式铰接柱脚刚接柱脚2、柱脚2021/5/9182021/5/919柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作，有一定的锚固长度；水平剪力由底板与混凝土基础之间的摩擦力（摩擦系数可取0.4），不满足时可设置抗剪键承受；计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数1.0。2021/5/920柱脚抗剪键的设置2021/5/9213、牛腿当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿与柱焊接连接。牛腿根部所受剪力V、弯矩M根据下式确定：2021/5/922§2.4次结构设计(DesignofSecondnarymembers)

一、压型钢板压型钢板的加工将薄钢板(彩色薄钢板）经辊压冷弯成V型、U型、W型等类似形状，用于建筑屋面、墙面和楼板的建筑材料。2021/5/923压型钢板的加工2021/5/924外墙彩钢板2021/5/925屋面彩钢板2021/5/926组合楼板里的镀锌压型钢板2021/5/927彩色镀铝锌钢板2021/5/928彩色压型钢板的构成3.涂层：聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。由基材、镀层和涂层三部分组成1.基材：由板厚度为0.5mm～2.0mm的薄钢板经冷轧或冲压成型。2.镀层：热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。2021/5/929压型钢板的分类按表面处理方法分

镀锌钢板彩色镀锌钢板

彩色镀铝锌钢板仅适用于组合楼板

适用于屋面和墙面

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-20022021/5/930按波高分

低波板(<30mm)

中波板(30-75mm)高波板(>75mm)适用于屋面

适用于墙面

截面形式单层压型钢板2021/5/9312021/5/932YX波高－波距－有效覆盖宽度。如YX15-380-760，表示：波高为15mm、波距为380mm、板的有效覆盖宽度为760mm的板型；压型钢板的厚度需另外注明。表示方法：2021/5/933连接构造

搭接要求长向搭接长度：

高波（波高≥70mm）压型钢板：≥350mm

低波（波高<70mm）压型钢板：屋面坡度≤1/10时：≥250mm

屋面坡度>1/10时：≥200mm

墙面：压型钢板：≥120mm屋面：2021/5/934侧向搭接：与主导风向一致有搭接、扣合式、咬合式连接三种。2021/5/935搭接式扣和式咬合式2021/5/9362021/5/937

与檩条的连接2021/5/938钩头螺栓自攻螺钉2021/5/939

二、檩条1、截面形式截面形式实腹式格构式热轧型钢H型钢冷弯薄壁型钢下撑式平面桁架式空腹式跨度大于9m2021/5/940实腹式檩条的截面形式热轧型钢H型钢

冷弯薄壁型钢

这两种檩条适用于荷载较大的屋面。适用于压型钢板的轻型屋面2021/5/941适用于屋面坡度≤1/3适用于屋面坡度>1/32021/5/9422、布置和连接布置应等间距布置。在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长(一般200mm)；在天沟附近，应布置一道檩条，以便于天沟的固定。

确定檩条间距时，应综合考虑屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般1~3m。2021/5/943檩条2021/5/944屋面檁条布置实例2021/5/945檩条可设计为单跨简支构件或连续构件；简支檩条和连续檩条一般通过搭接方式不同实现。连续C形檩条可通过采用稍大一点足够长的C形槽钢套在屋面檩条外后用螺栓锁紧实现，直卷边或带斜卷边的Z形连续檩条可采用叠置搭接来实现。（a）钢板檩托（b）角钢檩托

檩条连接构造连接2021/5/946拉条和撑杆是提高檩条侧向稳定性的重要构造措施，拉条仅传递拉力，撑杆主要承受压力，和拉条共同作用，将檩条沿屋面坡度方向的分力传给梁或柱。3、拉条与撑杆2021/5/947拉条和撑杆的布置原则：（1）当檩条跨度l≤4m时，可不设置拉条；（2）当檩条跨度4m＜l≤6m时，应在檩条跨中受压翼缘设置一道拉条；（3）当跨度6m＜l≤9m时，宜在檩条三分点处各设一道拉条；2021/5/948檩条、拉条布置图2021/5/949（a）直拉条

（b）斜拉条（c）剪刀拉条

（d）撑杆

拉条和撑杆的截面应按计算确定，拉条一般采用直径10～16mm的圆钢，撑杆可采用钢管、方管或角钢做成，其长细比按压杆要求不能大于200。2021/5/950

拉条、撑杆与檩条的连接见图所示，斜拉条可弯折，也可不弯折。前一种方法要求弯折的直线长度不超过15mm，后一种方法则需要通过斜垫板或角钢与檩条连接。2021/5/9514、荷载1）永久荷载屋面材料重量（防水、保温、隔热层等）、支撑和檩条自重2）可变荷载

屋面均布活荷载、屋面雪荷载、积灰荷载和风荷载、施工及检修荷载（檩距小于1米）。

3）荷载组合1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载，雪荷载}；

1.2×永久荷载+1.4

×施工检修集中荷载换算值。当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响时，还应进行下式的荷载组合：

1.0×永久荷载+1.4×风吸力荷载。2021/5/9525、计算1）内力分析

设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下，沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用，属于双向受弯构件（与一般受弯构件不同）。2021/5/953

q表示垂直向下重力荷载；α为屋面坡度

当屋面坡度i≤1/3时，qx值较小，檩条近似为单向受弯构件。qqyqxXXYYα

C型檩条在荷载作用下计算简图如下：2021/5/954当跨中设置一道拉条时檁条的计算简图及内力简支梁的跨中弯矩对X轴:连续梁的支座及跨间弯矩对Y轴：2021/5/955檩条在最大弯矩、作用下引起截面正应力符号如下图所示（正号表示拉应力，负号表示压应力）。2021/5/956截面1.2.3.4点正应力计算公式如下：（最大压应力）（最大拉应力）2021/5/957

檩条的内力计算表2.7

拉条设置情况由产生的内力由产生的内力

无拉条

跨中有一道拉条拉条处负弯矩拉条与支座间正弯矩

三分点处各有一道拉条拉条处负弯矩拉条与支座间正弯矩

2021/5/9582）强度计算冷弯薄壁型钢（1）当屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，实腹式檩条可仅作强度计算：腹板平面内弯矩设计值腹板平面内有效净截面模量腹板平面内剪力设计值2021/5/9593）稳定计算（1）当屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可不计算檩条的整体稳定性。（2）当屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可按下式计算檩条的稳定性Wex、Wey——对主轴x、y的毛截面模量；

by——受弯构件绕强轴的整体稳定性；f——钢材的强度设计值。冷弯薄壁型钢热轧型钢如果考虑风吸力作用呢？2021/5/9604）变形计算实腹式檩条应验算垂直于屋面方向的挠度。对卷边槽形截面的两端简支檩条：对Z形截面的两端简支檩条：2021/5/961

容许挠度[v]按下表取值檩条的容许挠度限值仅支承压型钢板屋面有吊顶2021/5/962

刚性撑杆可采用钢管、方钢或角钢做成，通常按压杆的刚度要求选择截面:

[λ]≤200撑杆2021/5/963跨中设一道拉条L≤6米跨中设二道拉条L>6米拉条2021/5/964拉条所需要的截面面积计算公式：

—

拉条净截面面积；

—

钢材设计强度。2021/5/965三、墙梁1、墙梁布置

墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、以及墙面板等组成。墙面板砖墙（砌块）或压型钢板-设防烈度<6度；压型钢板或非嵌砌砌体-设防烈度为7度、8度；压型钢板或与柱柔性连接的轻质墙板-设防烈度9度

2021/5/9662021/5/967地梁与基础的位置关系2021/5/968地瓜石砖墙地梁2021/5/969

①墙梁：考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求，一般取2m左右。

②采用压型钢板时，墙梁设置在刚架柱的外侧。

墙梁的截面主要是C型和Z型两种冷弯薄壁型钢截面形式。2021/5/970拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递的风荷载。

当墙梁跨度大于4-6m时，宜在跨中位置设置一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，应在墙梁跨度三分点处各设置一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱和墙架柱；当墙板的竖向荷载有可靠途径传至地面或托梁时，可不设斜拉条。2021/5/971