第八章轻型门式刚架29课件讲解

第八章轻型门式刚架本章要点☆知识点

□轻型门式刚架的组成、特点及适用范围□轻型门式刚架的结构形式及结构布置□轻型门式刚架的荷载和内力计算□轻型门式刚架的截面选择及构造要求□轻型门式刚架的设计计算和构造□轻型门式刚架施工图的内容和绘制本章教学要求☆了解：□轻型门式刚架的整体构造和组成□轻型门式刚架支撑的作用□轻型门式刚架的荷载和内力的计算☆熟悉：□轻型门式刚架的组成、特点及适用范围□轻型门式刚架的结构形式□轻型门式刚架的结构布置☆掌握：□轻型门式刚架设计的内容、步骤和计算□轻型门式刚架施工图的绘制方法和要求主要内容第一节轻型门式刚架的特点及适用范围第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论第四节轻型门式刚架的作用效应计算第五节轻型门式刚架设计第六节轻型门式刚架设计实例第一节轻型门式刚架的特点及适用范围轻型钢结构就是指“结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构”。一、轻型门式刚架的组成轻型门式刚架的定义目前还没有一个统一的标准，一般来说，是指主要承重结构为单跨或多跨实腹式刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙、可以设置起重量不大于20t的A1～A5（中、轻级）工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构。

第一节轻型门式刚架的特点及适用范围轻型门式刚架的结构体系包括以下组成部分：（1）主结构，如横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等；（2）次结构，如屋面檩条和墙梁等；（3）围护结构，如屋面板和墙面板；辅助结构，如楼梯、平台、扶栏等；（4）基础。第一节轻型门式刚架的特点及适用范围平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻型门式刚架的主要受力骨架，即主结构体系。屋面檩条和墙梁既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型门式刚架的次结构。屋面板和墙面板对整个结构起围护和封闭作用，由于蒙皮效应，事实上也增加了轻型门式刚架的整体刚度。外部荷载直接作用在围护结构上。其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的平面门式刚架上，门式刚架依靠其自身刚度抵抗外部作用。纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。第一节轻型门式刚架的特点及适用范围二、轻型门式刚架的特点1、采用轻型屋面，可减小梁柱截面及基础尺寸。2、在大跨建筑中增设中间柱做成一个屋脊的多跨大双坡屋面，以避免内天沟排水。中间柱可采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小。3、刚架侧向刚度可由檩条和墙梁的隅撑保证，以减少纵向刚性构件和减小翼缘宽度。4、刚架可采用变截面，根据需要可以改变腹板高度、厚度及翼缘宽度，做到材尽其用。第一节轻型门式刚架的特点及适用范围5、刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后的强度，即按有效宽度设计，可减小腹板厚度，不设或少设横向加劲肋。6、竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作用。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。7、支撑可做得较轻便。将其直接或用水平节点板连接在腹板上，可采用张紧的圆钢。8、结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，安装方便快速，土建施工量小。第一节轻型门式刚架的特点及适用范围三、轻型门式刚架的适用范围轻型门式刚架通常用于跨度9～36m、柱距6m、柱高4.5～12m、吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑（超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑）。设置桥式吊车时，宜为起重量不大于20t的中、轻级工作制（Al～A5）吊车；设置悬挂吊车时，其起重量不宜大于3t。思考题1、简述门式刚架的组成及各部分的作用？2、门式刚架的特点有哪些？第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求一、结构形式刚架结构是梁、柱单元构件的组合体。其形式种类多样，如图所示。在单层工业与民用房屋的钢结构中，应用较多的为单跨（a）、双跨（b）或多跨（c）刚架以及带挑檐（d）和带毗屋（e）的刚架等形式。多跨刚架宜采用双坡或单坡屋面（f），必要时也可采用多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。根据通风、采光的需要，刚架厂房可设置通风口、采光带和天窗架等。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求（a)单跨刚架；（b)双跨刚架；（c)多跨刚架；（d)带挑檐刚架；（e)带毗屋刚架；（f)单坡刚架门式刚架的形式第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可采用砌体外墙或底部为砌体，上部为轻质材料的外墙。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。单层门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层，也可以采用带隔热层的板材作屋面。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求根据跨度、高度及荷载不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度，做成楔形，必要时也可以改变腹板厚度。结构构件在运输单元内一般不改变翼缘截面，必要时可改变翼缘厚度，相邻的运输单元可采用不同的翼缘截面。门式刚架可由多个梁、柱单元构件组成。柱一般为单独单元构件，斜梁可根据运输条件划分为若干个单元，单元构件本身采用焊接，单元之间可通过端板采用高强度螺栓连接。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为刚接。二、结构布置1、平面布置门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距）不大于300m，横向温度区段不大于150m，当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求当需要设置伸缩缝时，可采用两种做法：在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩；设置双柱。吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔。在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托梁或托架。屋面檩条的布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条供货规格等因素的影响。屋面压型钢板厚度和檩条间距应按计算确定。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。2、墙架布置门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格确定，且不应大于计算要求的值。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢墙板或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。3、支撑布置支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求支撑和刚性系杆的布置宜符合下列规定：屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30～45m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m；当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置；第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆；由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。在设有带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间，应在屋盖边缘设置纵向支撑桁架。当桥式吊车起重量较大时，尚应采取措施增加吊车梁的侧向刚度。刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求；当不满足时，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面的杆件。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30°～60°范围内，宜接近45°。当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑；当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向刚架。三、建筑尺寸门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应符合下列规定：门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度；高度应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定。门式刚架轻型房屋的檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；门式刚架轻型房屋的长度，应取两端山墙墙梁外皮之间的距离。柱的轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮；斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求门式刚架的跨度宜采用9～36m，当边柱宽度不等时，其外侧应对齐；门式刚架的平均高度宜采用4.5～9.0m，当有桥式吊车时不宜大于12m；门式刚架的间距，即柱网轴线间的纵向距离宜采用6～9m；挑檐长度可根据使用要求确定，宜采用0.5～1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。四、钢材选用钢材选用的原则是既能使结构安全可靠地满足使用要求，又尽量节约结构钢材和降低造价。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求一般而言，轻型门式刚架设计中钢材的选择应考虑以下几方面：结构类型及其重要性。结构可分为重要、一般和次要三类。重级工作制吊车梁和特别重要的轻型钢结构主结构及次结构构件属于重要结构；普通轻型钢结构厂房的主结构梁柱和次结构构件属于一般结构；辅助结构中的楼梯、平台、栏杆等属于次要结构。重要结构可选用Q345钢或Q235-C、Q235-D，一般结构可选用Q235-B，次要结构可选用Q235-B·F。第二节轻型门式刚架的结构形式及有关要求荷载性质。荷载可分为静力荷载和动力荷载两种，动力荷载又有经常满载和不经常满载的区别。直接承受动力荷载的结构一般采用Q235-B、Q235-C、Q235-D及Q345钢。对于环境温度高于－20℃，起重量Q<50t的中、轻级工作制吊车梁也可选用Q235-B·F。承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构可选用Q235-B和Q235-B·F。工作温度。应根据结构工作温度选择结构的质量等级。例如，工作温度低于－20℃时，宜选用Q235-C或Q235-D；高于－20℃时，可选用Q235-B。思考题1、门式刚架轻型房屋钢结构设置伸缩缝时的做法有哪两种？2、门式刚架轻型房屋钢结构的跨度、宽度、高度、轴线是如何规定的？3、门式刚架轻型房屋钢结构钢材选用需考虑的因素有哪些？第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论一、计算模型的建立计算模型的简化和建立，必须符合实际结构的受力特点，同时现有的结构理论能够分析计算模型。轻型门式刚架结构形成原理是：梁和柱通过高强度螺栓连接形成平面门式刚架；各榀刚架通过支撑和系杆相互联系，形成空间刚架；空间刚架与围护材料、基础形成一个完整的空间结构体系。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论轻钢结构计算模型建立过程在确定计算模型时，我们忽略实际结构的蒙皮效应后，可以得到由空间梁系组成的空间刚架；忽略空间刚架的空间共同工作效应后，可以得到由平面梁系组成的平面门式刚架；忽略刚架柱脚与基础之间连接的弹性刚度后，可以得到理想的铰接或刚接支座，从而最终确定计算模型。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论二、蒙皮效应1、蒙皮效应的概念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。蒙皮效应的结构概念来自于飞机和轮船行业。其工作机理是：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。这种构造具有蒙皮效应功能，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。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论蒙皮效应在门式刚架结构中主要表现为：在垂直荷载作用下，门式刚架坡顶的运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形。屋面板将与支承檩条一起以深梁的形式来抵抗这一变形趋势。这时，屋面板承受剪力，起深梁腹板的作用，而边缘檩条承受轴力起深梁翼缘的作用。显然，屋面板的抗剪切能力要远远大于其抗弯曲能力，从这个角度来说，蒙皮效应指的是蒙皮板的抗剪切刚度对板平面内产生变形的荷载的抵抗效应。对于门式刚架坡顶，抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度，坡度越大则蒙皮效应越显著；而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应，则随着坡度的减小而增加。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论（a）山形门式建筑的受力蒙皮效应（b）平屋顶建筑的受力蒙皮效应蒙皮效应第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论2、蒙皮效应的作用在门式刚架中的屋面板用于抵抗山墙抗风柱传来的水平荷载，将其传递至檐口处，再通过墙面蒙皮效应或支撑传至基础。门式刚架中的山墙面，利用墙板抗剪蒙皮作用后，可将山墙面框架设计成排架且不加柱间支撑（墙面开洞面积过大则除外）。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论在竖向重力作用下，屋面檩条会产生侧弯曲和扭转变形，通过连接在檩条上的板，将消除此变位，面板蒙皮效应将其剪力传至檩条与屋面梁连接处，再通过檩条与屋面梁连接件传至各个屋面梁上。板平面内有足够刚度可对檩条上翼缘形成侧向约束，减少了檩条的稳定计算长度，大大提高了檩条的稳定承载能力。屋面蒙皮使各个平面刚架连成整体空间结构，减少刚架侧移。当檐口较高，由柱顶侧移控制结构计算时，可带来经济效益。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论总之，蒙皮效应使得各平面的刚架组合在一起，形成了具有空间刚度和稳定的建筑，可取代或部分取代屋盖系统支撑间的纵向系杆，可减少屋面的横向水平支撑，有很好的经济效益；将山墙框架设计成全部简支的小排架，且不设柱间支撑；对于边墙，如果门窗开洞数量多，使蒙皮效应大大减弱，此时，可全部由柱间支撑抵抗纵向水平荷载；可省去檩条上翼缘拉条系统的设置，带来一定经济效益；在檐口较高、由刚架侧移控制设计时，可减小刚架侧移，从而减少用钢量。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论3、蒙皮效应的应用根据蒙皮效应的工作机理可以看出，并不是所有的结构和结构构造在设计时都可以考虑蒙皮效应，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。然而，由于蒙皮效应的机理和作用条件及效果十分复杂，在实际工程设计中定量的应用蒙皮效应还有一定困难。所以现行设计规程中没有明确给出利用蒙皮效应的条款，设计计算公式都忽略了蒙皮效应。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论三、计算理论1、一阶弹性理论轻型门式刚架结构内力和位移的计算采用一阶弹性理论，即线性的结构力学方法。一阶弹性理论的基本假定是结构处于弹性状态，结构产生的较小位移引起的二阶效应可以忽略不计。如果结构的内力和位移采用一阶弹性理论，可以得到足够精确的分析结果，这类结构被称为线弹性结构。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论一阶弹性理论具有线性的可叠加特性，即：荷载效应的组合结果与荷载组合后的效应分析结果是一致的。荷载效应的组合结果是指首先进行各单个荷载工况下的内力和位移效应分析，然后进行效应组合叠加所得的结果；荷载组合后的效应分析结果是指首先进行荷载的组合叠加，然后进行各组合荷载下的内力和位移效应分析结果。按照我国现行的建筑结构设计规范规定，内力和位移的计算结果应该是荷载效应的组合结果。事实上，门式刚架结构的分析可以取荷载效应的组合值，也可以取荷载组合下的效应分析值，这两者是一致的。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论2、二阶弹性理论事实上，一阶弹性理论是近似的。结构的节点位移会产生杆端内力的P-效应，而杆件本身的变形也会产生杆身内力的P-效应。P-和P-效应反过来又会引起结构位移的变化，这样的相互耦联和相互影响的效应称为结构的二阶效应。如果结构的二阶效应较大而不可忽略，必须采用二阶弹性理论分析其内力和位移，相应的这类结构被称为非线性弹性结构。第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论结构的P-和P-效应第三节轻型门式刚架的计算模型与计算理论二阶弹性理论不具有线性的叠加性质，即：荷载效应的组合结果不再等于荷载组合后的效应分析结果。非线性结构的内力和位移是指组合荷载作用下的效应。所以必须首先对各荷载工况进行组合，然后进行组合荷载作用下的结构二阶弹性分析。一阶弹性理论适用于线弹性结构，其内力和位移计算值可以取荷载效应组合值或荷载组合下的效应计算值；二阶弹性理论适用于非线性弹性结构，其内力和位移计算值必须取荷载组合下的效应计算值。思考题1、简述轻钢结构计算模型建立过程？2、什么是蒙皮效应，在门式刚架房屋中是如何体现的？3、简述蒙皮效应的作用？第四节轻型门式刚架的作用效应结构设计的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。一般而言，轻型门式刚架设计时应首先选择截面，使结构满足承载能力极限状态的要求，然后校核其是否满足正常使用极限状态。承载能力极限状态结构的承载能力极限状态是指结构在设计荷载作用下不发生强度或稳定破坏的极限状态。承载能力极限状态的一般表达式为：式中为结构重要性系数；为最不利的荷载效应组合值；R为结构抗力。第四节轻型门式刚架的作用效应结构的荷载效应是结构构件及其连接在荷载作用下的内力（或应力），由结构分析理论计算得到。各类结构分析或设计软件（如ANSYS、SAP、STS、3D3S等）是很有效和方便的计算手段。结构抗力是构件截面和连接节点的强度以及构件的稳定承载力等。需要注意的是，计算承载能力极限状态时，荷载效应和结构抗力都是指设计值。轻型门式刚架结构中各个构件和各个连接节点都必须满足上式。

第四节轻型门式刚架的作用效应正常使用极限状态除了满足结构的承载能力极限状态外，设计者还必须确保结构在使用荷载下能令人满意地完成其预定功能。对于轻型门式刚架结构而言，正常使用极限状态是指结构和构件的位移满足相应的容许值，这可以通过验算结构的变形来保证；同时结构和构件不产生振动，这可以通过限制构件的长细比来保证。轻型钢结构的位移指标有柱顶侧移和梁柱构件相对变形两项。位移验算的一般公式为：构件长细比验算的一般公式为：第四节轻型门式刚架的作用效应在计算结构正常使用极限状态时，应采用荷载标准值。由于轻型门式刚架结构较柔，在很多情况下构件截面是由位移控制的。相对而言，对于结构强度和稳定问题的研究要远比对于结构位移容许值的研究深入得多。所以，对于同一类结构体系，各国的规范甚至国内不同规程对于位移限值的规定也不一样。轻型门式刚架结构位移限值确定必须考虑到以下因素：不影响次结构与主结构之间、围护结构与次结构之间的连接承载能力，以及围护结构连接处的水密性；第四节轻型门式刚架的作用效应不会导致屋面板排水坡度的过度平缓，从而引起平坡积水和渗漏；不会引起屋面和楼面梁以及悬挂天花板产生视觉上明显和过分的挠度；由于抗风柱的支承，端部刚架梁竖向位移较小，而中部刚架梁位移较大，结构位移不能引起屋脊线的明显挠曲；不能导致维修时屋面的扭曲运动；风荷载作用下结构不会产生过度扭曲运动及吱嘎有声；不能影响或危及悬挂于刚架梁上吊车的正常运行；第四节轻型门式刚架的作用效应不能影响或危及轨道吊车的正常运行；不能导致内外砖墙的开裂破坏。一、荷载及其组合1、荷载作用在轻型钢结构上的荷载包括以下类型：（1）恒载（G）：结构自重和设备重。按现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用。第四节轻型门式刚架的作用效应（2）活载（Q）：包括屋面均布活载、检修集中荷载、积灰荷载、雪荷载等。其中《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）规定均布活载的标准值（按投影面积算）取0.5kN/m2；检修集中荷载标准值取1.0kN或实际值；积灰荷载与雪荷载按现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用。均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取其中较大值（记为L）计算，积灰荷载与雪荷载、均布活载中的较大值同时考虑，检修荷载只与结构自重荷载同时考虑。第四节轻型门式刚架的作用效应（3）风载（W）：现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECSl02：2002）对于风荷载的取用是以（GB50009-2001）为基础的；关于风荷载体形系数，按照美国金属房屋制造商协会MBMA《低层房屋体系手册》（1996）中有关小坡度房屋的规定取用。（4）温度（T）：按实际环境温差考虑。（5）吊车（C）：按（GB50009-2001）的规定取用。但吊车的组合一般不超过2台。（6）地震作用（E）：按（GB50009-2001）的规定取用，不与风荷载作用同时考虑。第四节轻型门式刚架的作用效应2、荷载组合（1）计算承载能力极限状态。对于轻型钢结构，可取下述荷载效应组合：①1.2G+1.4L；②1.2G+1.4M；③1.2G+1.4C;④1.2G+1.4W;⑤1.2G+0.9(1.4L+1.4D);⑥1.2G+0.9(1.4L+1.4W);第四节轻型门式刚架的作用效应⑦1.2G+0.9(1.4C+1.4W);⑧1.2G+0.9(1.4L+1.0T);⑨1.2G+0.9(1.4W+1.0T);⑩1.2G+1.4L+1.3E。式中：G表示恒载的标准值；L表示活载的标准值；D表示积灰荷载的标准值；M表示检修荷载的标准值；W表示风载的标准值；T表示温度效应的标准值；C表示吊车荷载的标准值；E表示地震效应的标准值。第四节轻型门式刚架的作用效应（2）计算正常使用承载能力。对于轻型钢结构，可取下述荷载效应组合：①G+L；②G+M；③G+C；④G+W；⑤G+L+0.9D；⑥G+L+0.6W；⑦G+W+0.7L；⑧G+C+0.6W；⑨G+W+0.7C；⑩G+L+0.6T；11G+W+0.6T；12G+L+E。第四节轻型门式刚架的作用效应二、变截面门式刚架的内力和侧移计算1、内力对变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，一般不考虑应力蒙皮效应；当有必要且有条件时，可考虑屋面板的蒙皮效应，但目前还难以利用，只能当作潜力。变截面门式刚架的内力分析宜按平面结构考虑，可按一般结构力学方法或利用静力计算公式、图表进行计算，也可采用有限元法（直接刚度法）计算。计算时宜将构件分为若干段，每段的几何特征可视为常量，也可采用楔形单元。如需考虑地震作用效应时，可采用底部剪力法确定。第四节轻型门式刚架的作用效应2、侧移（1）单跨刚架当单跨变截面刚架横梁上缘坡度不大于1:5时，在柱顶水平力作用下的侧移可按下列公式估算：柱脚铰接时柱脚刚接时第四节轻型门式刚架的作用效应式中：h、L——刚架柱高度和刚架跨度，当坡度大于1：10时，L应取横梁沿坡折线的总长度2s；Ic、Ib——柱和横梁的平均惯性矩；H——刚架柱顶的等效水平力；——刚架柱与刚架梁的线刚度比值。按公式计算的侧移值应不超过允许的侧移限值。第四节轻型门式刚架的作用效应变截面刚架的几何尺寸第四节轻型门式刚架的作用效应变截面柱和横梁的平均惯性矩可按下列公式计算：楔形构件双楔形横梁式中：、——分别为柱小头和大头的惯性矩；、、——分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面的惯性矩；

——楔形横梁长度比值。第四节轻型门式刚架的作用效应刚架柱顶等效水平力可按下列公式计算：当估算刚架在沿柱高度均布的水平风荷载作用下的侧移时，柱顶等效水平力H可取：柱脚铰接时：柱脚刚接时：其中：刚架在均布风荷载作用下柱顶的等效水平力第四节轻型门式刚架的作用效应当估算刚架在吊车水平荷载Pc作用下的侧移时，柱顶等效水平力H可取：柱脚铰接时：柱脚刚接时：刚架在吊车水平荷载作用下柱顶的等效水平力第四节轻型门式刚架的作用效应式中：W——均布风荷载的总值；

——吊车水平荷载作用高度与柱高度之比；——吊车水平荷载；、——风荷载的均布值（）。（2）多跨刚架中间柱为摇摆柱的两跨或多跨刚架，柱顶侧移可采用上式计算，但公式中的L应以双坡斜梁全长2s代替，s为单坡面长度。第四节轻型门式刚架的作用效应有摇摆柱的两跨刚架当中间柱与横梁刚性连接时，可将多跨刚架视为多个单跨刚架的组合体（每个中柱分为两半，惯性矩各为），按下列公式计算整个刚架在柱顶水平荷载作用下的侧移：第四节轻型门式刚架的作用效应式中：——柱脚铰接时各单跨刚架的侧向刚度之和；

——所计算跨两柱的平均高度；

——与所计算柱相连接的单跨刚架梁的长度；

——两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩；、——分别为左、右两柱的惯性矩；——与所计算柱相连接的单跨刚架梁的惯性矩；——所计算柱与相连接的单跨刚架梁的线刚度比值。第四节轻型门式刚架的作用效应左右两柱的惯性矩三、等截面门式刚架对等截面门式刚架，采用弹性分析方法确定内力时，可参考上述公式进行；对于不直接承受动力荷载的等截面门式刚架允许采用塑性设计，即考虑构件沿长度方向的截面间的内力重分布。思考题1、门式刚架的计算理论有哪两种，它们的区别是什么？2、轻型钢结构的位移指标有哪些，它们是从哪个极限状态要求考虑的？第五节轻型门式刚架设计简介一、变截面刚架构件计算（一）板件最大宽厚比和屈曲后的强度利用工字形截面（由三块钢板焊成）受弯构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主。增大腹板的高度，可使翼缘的抗弯能力充分发挥。如在增大腹板高度的同时厚度也相应增大，则腹板耗钢量过多，不经济。因而，不过多增大腹板厚度而充分利用板件屈曲后的强度是比较合理的。第五节轻型门式刚架设计简介1、板件最大宽厚比工字型截面构件受压翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比，不应大于；工字形截面梁、柱构件腹板的计算高度与其厚度之比，不应大于。2、屈曲后的强度利用（1）有效宽度当工字形截面构件腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算截面特性。有效宽度取值如下：当截面全部受压时第五节轻型门式刚架设计简介当截面部分受拉部分受压时，受拉区全部有效，受压区有效宽度取：式中：——腹板受压区宽度；

——有效宽度系数，按下列规定采用：当≤0.8时当0.8＜

≤1.2时当>1.2时第五节轻型门式刚架设计简介上式中的为与板件受弯、受压有关的参数，按下列规定采用：上式中的为截面边缘正应力比值，；为杆件在正应力作用下的屈曲系数。第五节轻型门式刚架设计简介当板边最大应力时，计算可用代替公式中的，为抗力分项系数。对Q235和Q345钢，。腹板有效宽度应按下列规则分布：有效宽度的分布第五节轻型门式刚架设计简介当截面全部受压，即>0时当截面部分受拉，即<0时（2）腹板的抗剪承载力工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm/m时可考虑屈曲后强度（拉力场），其抗剪承载力设计值按下列公式计算：第五节轻型门式刚架设计简介当时当时当时式中：——钢材抗剪强度设计值；——腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度；——与板件受剪有关的参数；——腹板屈曲后抗剪强度设计值。当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距宜取（1～2）。第五节轻型门式刚架设计简介参数按下列公式计算：当时当时式中：——受剪板件的屈曲系数；当不设横向加劲肋时，取；

——加劲肋间距。第五节轻型门式刚架设计简介（二）刚架构件的强度计算和加劲肋的设置规定1、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式中：——两翼缘所承担的弯矩；——构件有效截面所承担的弯矩，；第五节轻型门式刚架设计简介——构件有效截面最大受压纤维的截面模量；——构件翼缘的截面面积；——腹板抗剪承载力设计值。2、工字形截面压弯构件在剪力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第五节轻型门式刚架设计简介式中：——有效截面面积；——兼承压力N时两翼缘所能承受的弯矩。3、梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。梁腹板利用屈后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力。该压力应按下列公式计算：第五节轻型门式刚架设计简介当时当时式中：——拉力场产生的压力；——利用拉力场时腹板的屈曲剪应力；——参数。当验算加劲肋稳定时，其截面应包括每侧宽度范围内的腹板面积，计算长度取。第五节轻型门式刚架设计简介（三）变截面柱在刚架平面内的稳定计算变截面柱在平面内的稳定计算按下式计算：式中：——小头的轴向压力设计值；——大头的弯矩设计值；——小头的有效截面面积；第五节轻型门式刚架设计简介——大头有效截面最大受压纤维的截面模量；——杆件轴心受压稳定系数，楔形柱根据表8-2规定的计算长度系数按照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）查得，计算长细比时取小头的回转半径；——等效弯矩系数，对有侧移的刚架柱，取；——欧拉临界力，计算时，取小头回转半径计算。第五节轻型门式刚架设计简介第五节轻型门式刚架设计简介截面高度呈线性变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为，式中，为柱高；计算长度系数可由下列三种方法确定：1、查表法柱脚铰接单跨刚架楔形柱的可由表8-2查得。表中柱的线刚度和梁的线刚度应分别按下式计算：式中：、——分别为柱大头和小头的截面惯性矩；

——梁的最小截面惯性矩；第五节轻型门式刚架设计简介

——半跨斜梁的长度；

——横梁换算长度系数，按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）附录D确定，当梁为等截面时为1.0。多跨刚架的中间柱为摇摆柱时

计算边柱时的斜梁长度第五节轻型门式刚架设计简介边柱的计算长度应取：式中：——计算长度系数，由表8-2查得，但公式中的s取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度lb，如图所示；（注：系数只适用于屋面坡度不大于1﹕5的情况，超过此值时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响。）

——放大系数；——摇摆柱承受的荷载；——边柱承受的荷载；第五节轻型门式刚架设计简介——刚架边柱高度；——摇摆柱高度。对于带毗屋的刚架，可近似的将毗屋柱视为摇摆柱，此时主刚架柱的系数可由表8-2查得，并应乘以按式计算的系数。计算时，为毗屋柱承受的竖向荷载，为主刚架柱承受的荷载。2、一阶分析法当刚架利用一阶分析法计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度时，柱计算长度系数可由下列公式计算：第五节轻型门式刚架设计简介（1）对单跨对称刚架，可按下列公式计算：当柱脚铰接时当柱脚刚接时式中：h——柱的高度。上述公式也适用于坡度不大于1﹕5的有摇摆柱的多跨对称刚架的边柱，但算得的系数还应乘以放大系数；摇摆柱的计算长度系数取1.0。一阶分析时的柱顶位移第五节轻型门式刚架设计简介（2）对中间柱为非摇摆柱的多跨刚架，可按下列公式计算：当柱脚铰接时当柱脚刚接时式中：、、——分别为第i根柱的高度、竖向荷载和以小头为准的参数。可用于单跨非对称刚架。一阶分析时的柱顶位移第五节轻型门式刚架设计简介3、二阶分析法当采用计入竖向荷载—侧移效应（即P-u效应）的二阶分析程序计算内力时，计算长度系数可按下列公式计算：式中：——构件的楔率，不大于0.268

h/d0及6.0；d0、d1——分别为柱小头和大头的截面高度（图8-14）。变截面构件的楔率第五节轻型门式刚架设计简介（四）变截面柱在刚架平面外的稳定计算变截面柱在刚架平面外的稳定计算公式为：对一端弯矩为零的区段对两端弯曲应力基本相等的区段第五节轻型门式刚架设计简介式中：——轴心受压构件弯矩作用平面外的稳定系数，以小头为准，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的规定采用，计算长度取纵向支撑点间的距离。若各段线刚度差别较大，确定计算长度时可考虑各段间的相互约束。

——均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数，双轴对称的工字形截面杆件按以下公式计算；各符号具体含义详见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）；第五节轻型门式刚架设计简介

——所计算构件段小头截面的轴压力；——所计算构件段大头截面的弯矩；——等效弯矩系数；——在刚架平面内以小头为准的柱的欧拉临界力。当不能满足公式的要求时，应设置侧向支撑点（隅撑），并验算每段的平面外稳定。（五）变截面柱柱端受剪承载力计算变截面柱下端铰接时，应验算柱端的受剪承载力。当不满足要求时，应对该处腹板进行加强。第五节轻型门式刚架设计简介（六）斜梁设计实腹式刚架斜梁在平面内和平面外均应按压弯构件计算强度及稳定。当屋面坡度很小时，在刚架平面内仅按压弯构件计算其强度。变截面实腹式刚架斜梁的平面内计算长度可取竖向支承点间的距离。实腹式刚架斜梁的出平面计算长度，应取侧向支承点间的距离；当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。第五节轻型门式刚架设计简介当斜梁上翼缘承受集中荷载处布设横向加劲肋时，除应按国家标准《钢结构设计规范》（GB500l7-2003）的有关规定验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满足下列要求：

第五节轻型门式刚架设计简介式中：F——上翼缘所受的集中荷载；M——集中荷载作用处的弯矩；We——有效截面最大受压纤维的截面模量；——参数，，在斜梁负弯矩区取零；——分别为斜梁翼缘和腹板的厚度。斜梁不需计算整体稳定的侧向支承点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度的倍。第五节轻型门式刚架设计简介(七)隅撑设计门式刚架的破坏首先是由于受压最大翼缘屈曲引起的，斜梁下翼缘与刚架柱内翼缘连接处是出现屈曲的关键部位，在该处附近设置隅撑十分重要，因此在檐口位置，刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处，应各设置一道隅撑。在斜梁下翼缘受压区也应设置隅撑，其间距不得大于相应受压翼缘宽度的倍。如斜梁下翼缘受压区因故不设置隅撑．则必须采取可靠措施保证刚架的稳定。第五节轻型门式刚架设计简介隅撑宜采用单角钢制作，可连接在刚架构件下(内)翼缘附近的腹板上距翼缘不大于100mm处，也可连接在下(内)翼缘上。隅撑与刚架、檩条或墙梁应采用螺栓连接，每端通常采用单个螺栓，计算时应考虑单面连接的单角钢的强度折减系数。隅撑与刚架构件腹板的夹角不宜小于45度。第五节轻型门式刚架设计简介隅撑应接轴心受压构件设计，轴压力N计算：式中：A——实腹斜梁被支撑翼缘的截面面积；

——隅撑与檩条轴线的夹角；

f——实腹斜梁钢材的强度设计值；

fy——实腹斜梁钢材的屈服强度。当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取上式计算值的一半。第五节轻型门式刚架设计简介二、等截面刚架构件计算等截面刚架按弹性设计时，可按上述变截面刚架的规定进行设计。当等截面刚架按塑性设计时，其构件按国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中塑性设计的规定进行。构件截面可采用三块板焊成的工字形截面、高频焊接轻型H型钢及热轧H型钢。第五节轻型门式刚架设计简介三、檩条设计（一）檩条的布置和构造轻型门式刚架的檩条构件可以采用C型冷弯卷边槽钢和Z型带斜卷边或直卷边的冷弯薄壁型钢。构件的高度一般为140～250mm，厚度1.4～2.5mm。冷弯薄壁型钢构件一般采用Q235或Q345钢，大多数檩条表面涂层采用防锈底漆，也有采用镀铝或镀锌的防腐措施。第五节轻型门式刚架设计简介1、檩条间距和跨度的布置檩条的设计首先应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、及檩条供货规格的影响，以确定檩条间距，并根据主刚架的间距确定檩条的跨度。确定最优的檩条跨度和间距是一个复杂的问题。随着跨度的增大，主刚架及檩条的用量势必加大。但主刚架榀数的减少可以降低用钢量，檩条间距的加大也可以减少檩条的用量。厚度更大的檩条也可以降低单位用钢量的价格。但是檩条跨度的加大，支撑用量也相应增多。所有这些因素需要综合考虑。一般情况下，对于跨度超过20米的刚架，7.5米的刚架间距是最比较经济的；对于跨度小于20米的刚架，4.5米的刚架间距比较经济。第五节轻型门式刚架设计简介2、简支檩条和连续檩条的构造檩条构件可以设计为简支或连续构件，前者目前常用。檩条的简支搭接方式，其搭接长度很小，对于C型檩条可以分别连接在檩托上。采用连续构件可以承受更大的荷载和变形，因此比较经济。檩条的连续化构造也比较简单，可以通过搭接和拧紧来实现。带斜卷边的Z型檩条可采用叠置搭接，卷边槽型檩条可采用不同型号的卷边槽型冷弯型钢套来搭接，注意连续檩条的工作性能是通过耗费构件的搭接长度来获得的，所以连续檩条一般跨度大于6米，否则并不一定能达到经济的目的。第五节轻型门式刚架设计简介檩条布置（中间跨，简支搭接方式）第五节轻型门式刚架设计简介檩条布置（连续檩条，连续搭接）第五节轻型门式刚架设计简介3、侧向支撑的设置因为坡屋面的影响，檩条腹板倾斜，外荷载作用下檩条同时产生弯曲和扭转的共同作用。其中，扭转作用更加突出。因此，侧向支撑是保证冷弯薄壁型钢檩条稳定性的重要保障。（1）屋面板的支撑作用一些用自攻螺丝连接的屋面板，可以作为檩条的侧向支撑，使檩条的稳定性大大提高。原因是可以将屋面视为一大构件，考虑屋面板的蒙皮效应第五节轻型门式刚架设计简介（2）拉条和支撑提高檩条稳定性的重要构造措施是采用拉条或撑杆从檐口一端通长连接到另一端，连接每一根檩条。拉条一般采用圆钢，直径不宜小于10mm。拉条的设置与檩条的跨度有关，当檩条跨度大于4m时，宜在檩条间跨中位置设置拉条；当跨度大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设一道拉条，在屋脊处还应设置斜拉条和撑杆，撑杆宜采用角钢或钢管。拉条应与刚性檩条连接，屋脊两侧相邻檩条要可靠连接，以防止所有檩条向一个方向失稳。当屋面材料为压型钢板，屋面刚度较大且与檩条有可靠连接时，可少设或不设拉条。第五节轻型门式刚架设计简介拉条一般设在距檩条上翼缘1/3腹板高度的范围内。当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，拉条宜在檩条上下翼缘附近适当布置。拉条的布置第五节轻型门式刚架设计简介3）檩托在简支檩条的端部或连续檩条的搭接处，设置檩托可以有效的防止檩条在支座处倾覆或扭转。檩托常采用角钢或钢板拼接制成，竖肢（板）高度约为檩条高度的3/4，且与檩条以螺栓连接。为了其防止变形，可在竖肢（板）中间设置一块与其垂直的加劲板。檩条构件之所以要离开主梁一段距离，主要是防止薄壁型钢构件在支座处的腹板压曲。第五节轻型门式刚架设计简介（二）设计和计算1、荷载及荷载效应组合作用在檩条上的荷载及荷载效应组合，对于门式刚架轻型房屋钢结构有其自身的特点，与现行国家标准《建筑结构荷载规范》并不完全相同。设计计算时应予以充分重视，并按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）有关规定执行。第五节轻型门式刚架设计简介檩条设计的荷载主要有以下5种：1）屋面材料和檩条自重；2）屋面均布活荷载；3）屋面雪荷载和积灰荷载；4）风荷载，由于屋面较轻，檩条设计的风荷载主要考虑向上的吸力；5）施工及检修荷载。第五节轻型门式刚架设计简介荷载效应组合一般考虑以下几种情况，其中活荷载指的是屋面均布活荷载与雪荷载的较大值并迭加积灰荷载：1）1.2恒+1.4活2）1.2恒+1.4活+0.6×1.4风3）1.0恒+1.4风+0.7×1.4活4）1.2恒+1.4施工荷载第五节轻型门式刚架设计简介2、檩条的设计设计檩条时需要考虑檩条的强度、稳定及刚度。当屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可仅计算檩条在风正压力下的强度，而整体稳定性可不做计算；当屋面不能阻止檩条侧向位移和扭转时，还应计算檩条在风正压力作用下的稳定性。第五节轻型门式刚架设计简介式中：——对截面x轴和y轴的弯矩；、——对主轴x和主轴y的有效净截面模量（对冷弯薄壁型钢）或净截面模量（对热轧型钢）。冷弯薄壁型钢的有效净截面，应按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）第5.6节的规定计算；、——对主轴x和主轴y的有效截面模量（对冷弯薄壁型钢）或毛截面模量（对热轧型钢）；第五节轻型门式刚架设计简介——梁的整体稳定系数，根据不同情况按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）或《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的规定计算。注：计算檩条时，不应考虑隅撑作为檩条的支承点。檩条的刚度验算根据屋面材料的不同有不同的限值。仅支承压型钢板的檩条构件挠度一般控制在1/150。3、拉条支撑的设计简介檩条间拉条和撑杆的截面应按计算确定。拉条一般采用张紧的圆钢，其直径不得小于8mm；撑杆通常采用钢管或角钢，其长细比不得大于200。第五节轻型门式刚架设计简介张紧的檩条间拉条（撑杆）可视作檩条的侧向支撑。拉条（撑杆）的内力可按其所拉接的檩条承受的线荷载的坡向分量（qx1）作用下的连续梁反力进行计算。设计时，取受力最大的一根拉条按轴心受拉构件（撑杆按轴心受压构件）选择截面。有若干根檩条以拉条拉接时,拉条所承受的最大轴向拉力应取按上法算得的单根檩条使拉条产生的内力与所拉接檩条数的乘积。第五节轻型门式刚架设计简介拉条内力计算示意图第五节轻型门式刚架设计简介四、墙架构件设计简介（一）布置和构造轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边槽形或斜卷边Z形的冷弯薄壁型钢。分为连续和简支两种形式。墙梁（墙面檩条）的布置与屋面檩条的布置有类似的考虑原则。墙梁的布置首先应考虑门窗、挑檐、遮雨蓬等构件和围护材料的要求，综合考虑墙板板型和规格，以确定墙梁间距。墙梁的跨度取决于主刚架的柱距。当柱距过大，引起墙梁使用不经济时，可设置墙架柱。墙梁的放置方式一般与门窗匹配。第五节轻型门式刚架设计简介连续式墙梁简支式墙梁第五节轻型门式刚架设计简介（二）墙梁的设计简介冷弯薄壁型钢的墙梁与檩条的设计方法相似，但也有不同点。墙梁承受的荷载与其布置有关。一般与墙梁连接的墙面板都做成自承重体系，墙梁只承受少量自身重量和风荷载，当开有门窗时，门窗以上的墙面板荷载由墙梁承受，那么它的受荷要大一些。第五节轻型门式刚架设计简介墙梁的设计根据其与墙面板的连接方式不同而有所变化。当单侧与墙面板连接时，若墙面板是自承重体系，则可以按单向受风荷载考虑墙梁的强度和稳定问题；若墙面板的重量由墙梁支撑，则应该按双向弯曲考虑其稳定和强度。当墙梁的双侧都有墙面板连接时，则侧向稳定可由墙面板来防止，墙梁只需作强度的验算。另外，墙梁的刚度验算也必须进行，根据墙面板的连接方式，也分为水平及竖向的挠度控制。第五节轻型门式刚架设计简介（三）拉条的设置当墙梁跨度l为4～6m时，宜在跨中设一道拉条，当跨度l>6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱或墙架柱；再当墙板的竖向荷载有可靠途径直接传至地面或托梁时，可不设拉条。第五节轻型门式刚架设计简介五、刚架支撑构件设置门式刚架横梁顶面应设置上弦横向水平支撑，在柱间应设置柱间支撑。横梁上弦横向水平支撑和柱间支撑最好设置在同一个柱间内，一般应设置在房屋两端或温度伸缩区段的两端的第一个柱间，当房屋两端以山墙承重时，支撑的位置可缩进第二个柱间。当房屋两端的横向水平支撑间距较大时，应酌情在中间的柱间内再增设支撑，支撑间距一般不宜大于60m。第五节轻型门式刚架设计简介横向支撑和柱间支撑一般采用张紧的圆钢构件，X形交叉布置。圆钢支撑应采用特制的连接件与梁柱腹板连接，经校正定位后张紧固定。圆钢支撑与刚架构件的连接，一般不设连接板，可直接在刚架构件腹板上靠外侧设孔连接，不宜在构件的翼缘上开孔，以免降低刚架构件的承载能力。当圆钢直径大于25mm或腹板厚度不大于5mm时，应对支撑孔周围进行加强。第五节轻型门式刚架设计简介圆钢支撑与刚架的连接宜采用带槽的专用楔形垫块，以使螺栓的平垫圈在不同夹角下能与支撑杆件保持垂直。也可在孔的两侧设置弧形的支撑板。圆钢的端部应设置丝扣，并宜采用花篮螺丝张紧。第五节轻型门式刚架设计简介六、屋面板和墙板设置墙板应根据所受荷载计算其强度和变形。屋面板和墙板可选用建筑外用彩色镀锌或镀铝锌压型钢板、夹芯压型复合板和玻璃纤维增强水泥外墙板等轻质材料。一般建筑屋面或墙面宜采用压型钢板，其厚度不宜小于0.4mm，具体计算和构造遵照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）的规定。墙板的自重宜直接传给地面。当在屋面板上开设直径大于300mm的圆洞和单边长度大于300mm的方洞时，宜根据计算采用次结构加强。不宜在屋脊上开洞。屋面板上应避免通长大面积开孔（含采光孔），开孔宜分块均匀布置。第五节轻型门式刚架设计简介七、吊车梁简介直接支承吊车轮压的受弯构件有吊车梁和吊车桁架，一般设计成简支结构。吊车梁有型钢梁、组合工字形梁及箱形截面梁等；吊车桁架常用截面形式为上行式直接支承吊车桁架和上行式间接支承吊车桁架。第五节轻型门式刚架设计简介上行式直接支撑吊车桁架上行式间接支撑吊车桁架吊车桁架结构简图第五节轻型门式刚架设计简介吊车梁系统一般由吊车梁（吊车桁架）、制动结构、辅助桁架及支撑（水平支撑和垂直支撑）等组成。边列吊车梁中列吊车梁吊车梁系统构件的组成第五节轻型门式刚架设计简介吊车梁（或吊车桁架）的设计，应首先考虑吊车工作制的影响，一般将吊车工作制分为轻、中、重和特重四级，在进行吊车梁设计时，应根据工艺提供的资料确定其相应的级别。吊车梁（或吊车桁架）均应满足强度、稳定和容许挠度的要求；对重级工作制吊车梁和重、中级工作制吊车桁架尚应进行疲劳验算。当进行强度和稳定计算时，一般按两台最大吊车的最不利组合考虑。进行疲劳验算时，则按一台最大吊车考虑（不计动力系数）。第五节轻型门式刚架设计简介八、节点设计1、连接形式及注意事项门式刚架横梁与柱连接，可采用端板竖放、端板平放和端板斜放三种形式，横梁拼接时宜使端板与构件外缘垂直。梁-柱连接与梁-梁连接节点形式第五节轻型门式刚架设计简介端板连接设计时，应取所受的最大内力，当内力较小时，应按能够承受不小于被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应采用高强度螺栓。当为端板连接且只受轴向力和弯矩，或剪力小于其实际抗滑移承载力（按抗滑移系数为0.3计算）时，宜采用高强度承压型螺栓连接。吊车梁与制动梁的连接可采用高强度摩擦型螺栓连接或焊接。吊车梁与刚架连接处宜设长圆孔。高强度螺栓直径可根据需要选用，通常采用M16～M24螺栓。檩条和墙梁与刚架横梁和柱的连接通常采用M12螺栓。端板连接螺栓应对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。为此，应采用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。第五节轻型门式刚架设计简介在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设一排螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓，其间距可取75mm，且不小于3倍螺栓孔径；与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓；同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉剪共同作用下的强度。螺拴中心至翼缘板表面的距离，应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不应小于2倍的螺栓孔径。端板竖放时的构造第五节轻型门式刚架设计简介2、端板厚度t的设计端板的实际应力分布情况由高强螺栓位置和周边支承方式决定，如图给出了两边支承板件的受力情况。螺栓位置可以根据螺栓设计结果得到，而支承方式由构件翼缘和腹板提供，必要时通过增加加劲板改进支承条件。连接端板受力模型第五节轻型门式刚架设计简介连接端板中按照支承情况可以分为悬臂类端板区域、无加劲肋类端板区域、两边支承类端板区域、三边支承端板区域四大类，如图所示。每类区域规范中列出了不同的板厚设计公式。在连接端板设计过程中，要求对每个区域都进行板厚设计，最后取最大的板厚作为最终结果。端板的支承条件第五节轻型门式刚架设计简介板厚计算公式如下：（1）伸臂类端板（2）无加劲肋类端板（3）两边支承类端板当端板外伸时第五节轻型门式刚架设计简介当端板平齐时（4）三边支承类端板式中：Nt——一个高强度螺栓的受拉承载力设计值；ew、ef——分别为螺栓中心至腹板和翼缘板表面的距离；b、bs——分别为端板和加劲肋板的宽度；a——螺栓间距；f——端板钢材的抗拉强度设计值。第五节轻型门式刚架设计简介3、节点域设计节点域是指弯剪共同作用下应力情况比较复杂的节点区域。节点域第五节轻型门式刚架设计简介节点域板件的过度变形会影响节点强度，从而降低计算的准确性，对构件强度和结构变形造成不利影响；未经加强的节点域板件在复杂应力下甚至会发生破坏。一般通过增加节点域加劲板或额外增加该区域板件厚度来加强节点域的承载能力。节点域强度验算公式如下：式中：、——分别为节点域柱腹板的宽度和厚度；

——斜梁端部高度或节点域高度；M

——节点承受的弯矩，对多跨刚架中间柱处，应取两侧斜梁端弯矩的代数和或柱端弯矩；第五节轻型门式刚架设计简介

fv——节点域钢材的抗剪强度设计值。当不满足上述公式要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。斜加劲肋可采取如上图所示形式或其它合理形式。4、节点处翼缘与端板的连接方式刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角对接组合焊缝或与腹板等强的角焊缝。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：当时；当时第五节轻型门式刚架设计简介式中：Nt2——翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值；P——高强度螺栓的预拉力；——螺栓中心至腹板表面的距离；tw——腹板的厚度；f——腹板钢材的抗拉强度设计值。当不满足上述条件时，可设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。第五节轻型门式刚架设计简介5、门式刚架柱脚变截面柱下端的宽度应根据具体情况确定，但不宜小于200mm。门式刚架轻型房屋钢结构的柱脚宜采用平板式铰接柱脚。当有必要时，也可采用刚性柱脚。门式刚架的柱脚第五节轻型门式刚架设计简介柱脚锚栓宜采用Q235或Q345钢，并符合锚固长度的要求（见《建筑地基基础设计规范》），其端部应按规定设置弯钩或锚板；锚栓直径不宜小于24mm。柱脚锚栓不宜用作承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力应由底板与混凝土之间的摩擦力（摩擦系数取0.4）或设置抗剪键来承受，计算柱脚锚栓的受拉承载力时．应采用螺纹处的有效截面面积。当埋置深度受到限制时，锚栓应牢固地固定在锚板或锚梁上，以传递全部拉力，此时锚栓与混凝土间的粘结力不予考虑。第五节轻型门式刚架设计简介近年来将钢柱直接插入混凝土内用二次浇灌层固定的插入式刚接柱脚已经在单层工业厂房中应用，效果良好，并不影响安装调整。这种柱脚构造简单、节约钢材且安全可靠，也可用于大跨度、有吊车的厂房。6、牛腿（1）牛腿的构造柱上设置牛腿，以支承吊车梁、平台梁或墙梁。柱为焊接工字形截面，牛腿板件尺寸与柱截面尺寸相协调，牛腿各部分焊缝由计算确定。第五节轻型门式刚架设计简介牛腿的构造节点（2）牛腿的计算根据如图作用于牛腿根部的剪力V、弯矩M为：式中：Pd——吊车梁及轨道重；Dmax——吊车最大轮压通过吊车梁传递给一根柱的最大反力。第五节轻型门式刚架设计简介（3）牛腿与柱连接焊缝的构造与计算牛腿上翼缘与柱的连接宜采用焊透的V形对接焊缝；下翼缘和腹板与柱的连接角焊缝的焊脚尺寸由剪力V决定；牛腿下翼缘与柱的连接角焊缝焊脚尺寸由牛腿翼缘传来的水平力F=M/H决定。具体计算见有关章节。思考题1、连接端板中按照支承情况可以分为几种类型？2、什么是节点域，在设计时如何考虑？3、门式刚架柱脚的形式有哪些？4、柱脚处的水平剪力可否由锚栓承担，为什么？5、牛腿的作用是什么？第六节轻型门式刚架设计实例一、主刚架设计实例（一）抗风柱设计和支撑设计1、抗风柱设计跨度18米的两端山墙封闭单层厂房，檐口标高8米，每侧山墙设置两根抗风柱，形式为实腹工字钢。山墙墙面板及檩条自重为0.15kN/m2，基本风压为0.55kN/m2，试设计抗风柱的截面。1）荷载计算墙面恒载值：第六节轻型门式刚架设计实例风压高度变化系数，风压体型系数，风压设计值：单根抗风柱承受的均布线荷载设计值：恒载；风荷载。2）内力分析抗风柱的柱脚和柱顶分别由基础和屋面支撑提供竖向及水平支承，分析模型如图所示。可得到构件的最大轴压力为12.3KN，最大弯矩为46.6KN.m。第六节轻型门式刚架设计实例抗风柱分析模型3）截面选择取工字钢截面为300×200×6×8，绕强轴长细比62，绕弱轴考虑墙面檩条隅撑的支承作用，计算长度取3米，那么绕弱轴的长细比为65，满足抗风柱的控制长细比限值＝150的要求。强度校核：第六节轻型门式刚架设计实例稳定验算：挠度验算：在横向风荷载作用下，抗风柱的水平挠度为13.6mm小于L/400(20mm)，满足挠度要求。2、支撑设计跨度18米的两端山墙封闭单层厂房，檐口标高8米，榀距6米，每侧边柱各设有一道柱间支撑，形式为单层X形交叉支撑。取山墙面的基本风压0.55kN/m2，试设计支撑形式及截面。第六节轻型门式刚架设计实例对于单层无吊车普通厂房，支撑采用张紧的圆钢截面，预张力控制在杆件拉力设计值的10%左右。1）荷载计算风压高度变化系数，风压体型系数，风压设计值；单片柱间支撑柱顶风荷载集中力：第六节轻型门式刚架设计实例2）内力分析如图的计算模型，考虑张紧的圆钢只能受拉，故虚线部分退出计算，得到的支撑杆件拉力值；考虑钢杆的预加张力作用，在拉杆设计中留出20%的余量，杆件拉力设计值柱间支撑分析模型第六节轻型门式刚架设计实例3）截面选择杆件净面积。取的圆钢，截面积为314mm2。第六节轻型门式刚架设计实例（二）设计实例1、设计资料门式刚架车间柱网布置：长度60m；柱距6m；跨度18m。刚架檐高：6m；屋面坡度1：10；屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25，fc=11.9N/mm2；材质选用：Q235-BFf=215N/mm2

fv=125N/mm2。第六节轻型门式刚架设计实例2、荷载取值恒载：0.2kN/m2（不包括刚架自重）；活载：0.5kN/m2

；雪载：0.2kN/m2；风载：基本风压W0=0.55kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数如图所示：风载体型系数示意图第六节轻型门式刚架设计实例3、荷载组合1.2恒载+1.4活载1.0恒载+1.4风载1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6风载1.2恒载+1.4×0.7活载+1.4风载4、内力计算（1）计算模型计算模型示意图第六节轻型门式刚架设计实例（2）工况荷载取用恒载荷载示意图第六节轻型门式刚架设计实例活载荷载示意图第六节轻型门式刚架设计实例左风荷载示意图第六节轻型门式刚架设计实例右风荷载示意图第六节轻型门式刚架设计实例单元号截面名称长度(mm)面积(mm2)绕2轴惯性矩(x104mm4)绕3轴惯性矩(x104mm4)1Z250～450×160×8×105700544070409739745998227282L450×180×8×1090457040974227283L450×180×8×1090457040974227284Z250～450×160×8×10570054407040973974599822728表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值表8-3单元信息表第六节轻型门式刚架设计实例梁柱截面示意简图（3）各工况内力：M图（单位：kN·m）第六节轻型门式刚架设计实例N图（单位：kN）Q图（单位：