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1、2011.9,轻型门式刚架结构,主要内容,概述（特点、形式、维护材料等）结构布置计算模型与荷载效应刚架内力与侧移计算刚架主构件设计次构件设计主要节点设计,1.概述,体系构成及适用范围,主要承重骨架：门式刚架-平面纵向支撑体系：屋面水平支撑、柱间支撑檩条和墙梁：增加整体性维护结构：轻型屋面板/轻型墙面板,结构体系,1.概述,门式刚架结构的特点,质量轻，用钢量省；结构布置灵活，不受模数限制；工业化程度高，施工周期短；综合经济效益好。,优点,1.概述,门式钢架结构的特点,结构整体刚度小：整体工作前应防止构件变形；杆件壁薄，锈蚀及局部变形影响大；制作、运输及安装要求高。,缺点,1.概述,结构形式,跨数
2、/单坡或双坡,（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,结构体系,刚架主构件形式,构件截面：变截面焊接H形钢截面（腹板）高度：楔形；腹板厚度/翼缘宽度/翼缘厚度；等截面焊接H形钢或轧制H形钢塑性设计设有桥式吊车时柱截面,1.概述,结构体系,构件划分及连接,构件单元划分钢柱一般为单独单元；斜梁可划分为多个单元：根据运输条件构件单元连接构件单元内焊接连接；构件单元间高强螺栓/端板连接；,1.概述,结构体系,柱脚约束形式,刚架柱铰接柱脚刚接柱脚设有5t以上桥式吊车时,1.概述,摇摆柱与横梁、基础均铰接,结构体系,屋面墙面系统,檩条/墙梁设置于斜梁、钢
3、柱外侧；双向受弯构件；冷弯薄壁型钢，C或Z/C；跨度较大时，可使用轻型桁架；檩条设置应考虑天窗、采光带、屋面材料等；墙梁设置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等；,1.概述,结构体系,维护材料,屋面和墙面设计彩色镀锌或镀铝锌压型钢板，t=0.4mm；夹心压型复合钢板；开孔洞后应适当加强；,1.概述,屋面材料考虑坡度因素外墙面考虑抗震设防烈度,结构体系,支撑系统,柱间支撑：柔性支撑：20圆钢/交叉支撑/张紧装置刚性支撑：角钢等，设有桥式吊车时3060度/约45度；刚架较高时，分层设置其它形式的支撑或纵向刚架；,1.概述,结构体系,支撑系统,屋面水平支撑：柔性支撑：20圆钢/交叉支撑/张紧装置3060度/约4
4、5度刚性系杆：柱顶及刚架转折处可由檩条/墙梁兼作,1.概述,结构体系,门式刚架建筑尺寸,1.概述,跨度：横向刚架柱轴线间的距离；高度：地坪至柱轴线与横梁轴线交点的高度，根据使用要求的室内净高确定。无吊车时，高度一般为4.59m；有吊车时应根据轨顶标高和吊车净空要求确定，一般为912m。柱距：宜为6m，通常介于4.59m之间。,结构体系,门式刚架建筑尺寸,1.概述,檐口高度：地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度：地坪至房屋顶部檩条上缘的高度；房屋宽度：房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；房屋长度：房屋两端山墙墙梁外皮之间的距离；屋面坡度：宜取1/81/20，在雨水较多地区可取较大值。,结构体系,其它构
5、件,托架抗风柱吊车梁,1.概述,温度缝,温度区段长度纵向300米，横向150米,2.结构布置,温度缝构造檩条(吊车梁等)连接螺栓用长圆孔设置双柱,支撑布置,每个温度区段应设置独立、稳定支撑系统；屋面水平支撑及柱间支撑位于同一柱间；支撑间距3045米；分期建设区段。,2.结构布置,支撑布置,隅撑保证刚架横梁下翼缘、刚架柱内翼缘的面外稳定，按轴压构件设计,2.结构布置,隅撑,2.结构布置,隅撑,2.结构布置,3.计算模型与荷载效应,计算模型,受力最大的单榀刚架-平面计算梁柱轴线的定义,荷载及荷载组合,永久荷载：结构自重；屋面；吊挂荷载等屋面活荷：标准值0.5kN/m2;(不上人屋面，0.3kN/m
6、2);施工或检修集中荷载：设计屋面板和檩条时，1.0kN,3.计算模型与荷载效应,荷载及荷载组合,雪荷载设置女儿墙时，应考虑女儿墙内侧积雪积灰荷载与屋面活荷、雪荷载较大者同时考虑吊车荷载,3.计算模型与荷载效应,荷载及荷载组合,风荷载：标准值,基本风压：1.05；高度系数，体形系数；,地震作用底部剪力法；阻尼比0.05；一般7度及以下，可不考虑地震作用,3.计算模型与荷载效应,荷载及荷载组合,目前两种风荷载体型系数共存建筑结构荷载规范门式刚架轻型房屋钢结构技术规程,风荷载体型系数,3.计算模型与荷载效应,荷载及荷载组合,全国民用建筑工程设计技术措施2003(结构)第1816条规定：跨高比Lh小
7、于等于4的门式刚架应按“规范”(GB500092001)计算风荷载标准值及体型系数，跨高比大于4时宜按“规程”(CECS102：2002)取用。,关于风荷载体型系数,3.计算模型与荷载效应,荷载及荷载组合,非地震组合：1.2x永久荷载+0.9x1.4x（积灰荷载+max雪荷载，屋面活荷）+0.9x1.4x（吊车荷载+风荷载）1.0 x永久荷载+1.4x风荷载地震组合：1.2x重力荷载代表值+1.3x水平地震作用,3.计算模型与荷载效应,4.刚架内力与侧移计算,门式刚架内力分析,分析方法,变截面门式刚架可能几个截面同时出现塑性铰弹性分析方法等截面门式刚架弹性或塑性分析方法,门式刚架内力分析,分析
8、模型,按平面结构进行内力分析主刚架平面模型按空间结构进行内力分析主刚架+支撑系统+屋、墙面体系（蒙皮效应）空间整体模型,4.刚架内力与侧移计算,门式刚架内力分析,地震作用,一般采用基底剪力法，对无吊车且高度不大的刚架可采用单质点简图；当有吊车荷载时，可采用2质点简图。,4.刚架内力与侧移计算,（a）单质点（b）两质点,门式刚架内力分析,控制截面/控制内力,柱顶/柱底/梁端/梁跨中/牛腿控制内力组合：Nmax+M+VMmax+N+VNmin+M+V（锚栓抗拔）,4.刚架内力与侧移计算,门式刚架侧移分析,侧移按弹性分析方法计算精确计算方法有限元法/矩阵位移法/直接刚度法近似计算方法-初选截面时增大
9、侧向刚度、减小侧移的措施增大梁柱截面/刚接柱脚/梁柱刚接,4.刚架内力与侧移计算,5.门式刚架构件设计,设计方法、设计过程,弹性设计方法设计过程计算模型-梁、柱计算长度作用效应计算内力组合截面初选截面验算,5.门式刚架构件设计,刚架梁、柱计算长度,横梁平面内计算长度坡度1:5,轴力很小坡度1:5，考虑N影响，则,5.门式刚架构件设计,平面外按压弯构件计算稳定计算长度L：受压翼缘最大侧向支撑点间距隅撑LL0时，可不计算斜梁稳定性,刚架梁、柱计算长度,所撑梁受压翼缘宽度,5.门式刚架构件设计,刚架梁、柱计算长度,柱平面内计算长度横梁水平，横梁折线型+等截面柱，则柱脚铰接柱脚刚接,柱、梁线刚度比,5
10、.门式刚架构件设计,刚架梁、柱计算长度,柱平面内计算长度截面高度呈线性变化的柱楔形柱,可按以下三种方法确定查表法，一阶分析法，二阶分析法,借助程序,5.门式刚架构件设计,刚架梁、柱计算长度-楔形柱,5.门式刚架构件设计,截面初选,实腹式门式刚架梁截面高度：(1/30-1/45)l柱截面高度：(1/12-1/28)H或与梁截面等高,格构式门式钢架梁截面高度：(1/15-1/25)l柱截面高度与梁截面高度相协调,5.门式刚架构件设计,截面验算,刚架横梁（水平或折线）有效截面计算强度验算整体稳定验算局部稳定验算刚度验算,刚架横梁截面验算,5.门式刚架构件设计,腹板屈曲后，按有效宽度计算截面特性腹板受
11、拉区全部有效腹板受压区有效宽度,有效宽度系数；,有效截面计算,或,5.门式刚架构件设计,有效高度的分布,5.门式刚架构件设计,有效宽度系数,有效截面计算,5.门式刚架构件设计,反应腹板受压时稳定性的参数,有效截面计算,5.门式刚架构件设计,板件在正应力下屈曲系数,其中,有效截面计算,5.门式刚架构件设计,有效宽度的分布,有效截面计算,全部受压,部分受压,5.门式刚架构件设计,抗剪强度直径不小于24mm，双螺帽；锚固长度：设置弯钩/锚板；应考虑柱间支撑传至柱脚的拉力；单个锚栓的抗拉承载力：,柱脚节点,6.门式刚架节点设计,抗剪键设计锚栓不抗剪;剪力由摩擦力和抗剪键承担;,柱脚节点,6.门式刚架节
12、点设计,摇摆柱与斜梁连接节点,7.其它构件及节点设计,檩条,墙梁,柱间支撑,屋面水平支撑,抗风柱,隅撑,7.其它构件及节点设计,檩条间距根据屋面板跨度确定，1.5m左右檩条截面形式一般采用实腹式构件，C形和Z形冷弯薄壁型钢；跨度大于9m时，可采用格构式构件；,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计,拉条/撑杆设置跨度4m，宜在跨中设置一道拉条/撑杆；跨度6m，应在三分点各设置一道拉条/撑杆；每道拉条/撑杆应通过斜拉条与刚性檩条连接；拉条由圆钢制作，直径=10mm；撑杆采用钢管/钢，按压杆刚度选择截面；拉条/撑杆尽量设在距檩条受压翼缘1/3腹板高度范围内；,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计
13、,檩条设计檩条为双向受弯构件檩条可以设计为简支梁或连续梁檩条设计应考虑的荷载及荷载组合：1.2*永久+1.4*max（屋面活荷，雪荷）1.2*永久+1.4*施工检修集中荷载1.0*永久+1.4*风荷载（吸力）,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计,檩条设计檩条内力计算Mx,Vx:简支梁（对接）/连续梁（搭接）My,Vy:拉条为侧向支撑点，按简支梁/连续梁不考虑荷载不均匀分布,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计,檩条设计檩条截面验算屋面板能阻止檩条的失稳和扭转时，仅需进行强度验算,檩条及节点设计,截面特性均按有效净截面计算,按冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）计算,7.其
14、它构件及节点设计,檩条设计檩条截面验算屋面板不能阻止檩条的失稳和扭转时，应进行整体稳定性验算,檩条及节点设计,截面特性均按有效净截面计算,7.其它构件及节点设计,檩条设计檩条截面验算整体稳定系数按GB50018的规定计算,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计,檩条设计檩条截面验算风吸力使檩条下翼缘受压时，因根据屋面能否阻止上翼缘失稳按规程附录E验算檩条稳定性。,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计,檩条设计檩条变形验算：验算垂直于屋面方向的挠度,檩条及节点设计,檩条允许挠度:l/150;l/240;l/360,仅支撑压型钢板；有吊顶；吊顶+抹灰,7.其它构件及节点设计,檩条节点构造：对接节
15、点,檩条及节点设计,（也可用角钢，见教材）,7.其它构件及节点设计,檩条节点构造：搭接节点,檩条及节点设计,7.其它构件及节点设计,墙梁间距根据墙面板跨度确定，1.5m左右墙梁截面形式一般采用C形冷弯薄壁型钢墙梁布置应考虑门窗设置的要求可以设置拉条减小墙梁竖向挠度,墙梁及节点设计,7.其它构件及节点设计,墙梁设计墙梁为双向受弯构件水平风荷载+竖向永久荷载墙面板一般直接落地与基础或防撞墙相连，此时竖向荷载仅为墙梁自重。墙梁设计及节点构造参见檩条相关内容,墙梁及节点设计,7.其它构件及节点设计,柔性柱间支撑20圆钢/交叉支撑/张紧装置刚性柱间支撑型钢，设有桥式吊车时采用角度3060度/约45度；刚
16、架较高时，可分层设置或采用其它形式的支撑或纵向刚架；,柱间支撑设计,7.其它构件及节点设计,柱间支撑的内力计算纵向荷载：风/吊车/地震计算模型：支承于柱脚基础的悬臂桁架纵向荷载由多道柱间支撑共同分担柱间支撑的截面验算交叉支撑按拉杆设计非交叉支撑按压杆设计,柱间支撑设计,7.其它构件及节点设计,屋面水平支撑一般为柔性支撑：20圆钢/交叉支撑/张紧装置；角度3060度/约45度,屋面水平支撑设计,7.其它构件及节点设计,屋面水平支撑的内力计算纵向荷载：风/地震计算模型：支承于柱顶的水平桁架纵向荷载由多道屋面水平支撑共同分担屋面水平支撑的截面验算交叉支撑按拉杆设计,屋面水平支撑设计,7.其它构件及节点设计,抗风柱一般采用等截面H形钢构件抗风柱承受的荷载：竖向永久荷载：自重+山墙的墙板重（山墙落地则无）水平荷载：山墙风荷载抗风柱柱脚：铰接柱脚抗风柱与刚架连接：一般为柔性连接只传递水平力，不传递竖向力,抗风柱设计,横梁,7.其它构件及节点设计,抗风柱内力计算：两端简支；抗风柱截面设计：压弯构件/受弯构件,抗风柱设计,7.其它构件及节点设计,隅撑的作用：为
