第03讲-门式刚架结构设计

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1、郭小农2015年 同济大学建筑工程系第03章门式刚架结构设计密码：123456公共邮箱Tj_3d3s_2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系提纲1.门式刚架的结构布置2.门式刚架的荷载3.主刚架设计4.支撑体系设计5.围护结构设计6.节点设计第1节门式刚架的结构布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.1 适用范围第1.0.2条规定，门式刚架适用于：主承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架；具有轻型屋盖和轻型外墙；无桥式吊车；或起重量不大于20T的A1A5工作级别桥式吊车；或起重量不大于3T的悬挂式起重机；外墙亦可采用砌体。门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:20122015建筑钢

2、结构设计同济大学建筑工程系门刚规程第4.4.3条【思考01】某单层工业厂房，设有10T的A8工作制 桥式吊车，能否适用于门刚规程？【思考02】外墙采用砌体和轻型墙板，哪种情况下 的结构受力更有利？门刚规程第1.0.2条1.1 适用范围2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.2 结构组成2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系横向主刚架：刚架柱、刚架梁支撑系统：屋面支撑、屋面系杆、柱间支撑、隅撑围护系统：墙面围护系统：抗风柱、墙梁、拉条屋面围护系统：檩条、拉条1.2 结构组成2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系l竖向荷载 屋面板 檩条 框架梁 刚架柱 基础l横向水平风荷载 侧墙墙面板 墙

3、梁 刚架柱 基础；l纵向水平风荷载 山墙面板墙梁抗风柱屋面支撑柱间支撑基础；l吊车横向水平荷载 吊车轨道 吊车梁 牛腿 刚架柱 基础l吊车纵向水平荷载 吊车轨道吊车梁牛腿 刚架柱柱间支撑基础1.3 传力路径2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.4 结构形式(a)单单跨刚刚架 （b）双跨刚刚架 （c）多跨刚刚架(d)带带挑檐架 （e）带带毗屋刚刚架 （f）单单坡刚刚架 2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.5 温度区段门刚规门刚规 范第4.3.1条 纵纵向温度区段不大于300m； 横向温度区段不大于150m； 有计计算依据时时可适当加大；普钢规钢规 范第8.1.5条门钢规范取值 更宽

4、松2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.5 温度区段A）设置双柱； B）吊车梁及檩条连接采用长圆孔； C）每个温度区段形成独立的支撑体系温度缝构造2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.6 刚架布置门钢规范第4.2节：(1) 跨度：一般为936m，常以3m为模数(2) 柱距：应综合考虑使用要求、刚架跨度、荷载条件等因 素，宜取6m、7.5m、9m。超过10m时，用钢量显著增加，一般需要设置托架或托梁。(3) 高度：由使用要求确定，常为4.59m；注意：当有桥式吊车时，高度不宜大于12m。(4) 挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.51.2m2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系(5

5、) 屋面坡度：1/201/8(6) 截面形式：多采用焊接H型钢，可等截面，也可变截面；(7) 柱脚形式：可铰接，可刚接；【思考03】右 图所示刚架， 柱脚是铰接还 是刚接？1.6 刚架布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.7 屋面支撑布置参门钢规范第4.5节(1) 屋盖横向支撑宜设置在温度区段的第一个或第二个开间；当端部支撑设置在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置 刚性系杆。2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系【思考04】图示厂房，左侧山墙为开门方便，设置了2根抗风柱， 其屋面支撑布置是否合理？1.7 屋面支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系【思考05】图示厂

6、房，屋脊和柱顶布置了通长系杆，但是没有横向 水平支撑的屋面梁中间并没有布置通长系杆。请思考其原因。1.7 屋面支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系参门钢规范第4.5节(2) 在刚架转折处（如屋脊和柱顶）应沿厂房 全长设置刚性系杆；(3) 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。1.7 屋面支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系参门钢规范第4.5节(4) 屋面交叉支撑一般按柔性拉杆设计，考虑一根受拉另一根退出工作。刚性系杆则应按压杆设计。(5) 屋面檩条可兼作刚性系杆。但此时檩条需按压弯构件进行验算。1.7 屋面支撑布置2015建筑钢结构设计同

7、济大学建筑工程系参门钢规范第4.5节(6) 在设有带驾驶室且起重量大于15T的桥式吊车的跨间，应沿屋盖边缘设置纵向支撑。1.7 屋面支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系门钢规门钢规 范第4.5节节(1) 柱间间支撑间间距应应根据房屋的柱距、受力情况和安装条件确定，当无吊车时车时 ，宜取3045m。(2) 当建筑物宽宽度大于60m时时，在内柱柱列宜适当增加柱 间间支撑。1.8 柱间支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系【思考06】图示2跨厂房。中柱布置柱间支撑和不布置柱间支撑的 情况下，屋面支撑的计算简图有何差别？山墙纵向风荷载的传递路 径有和差别？1.8 柱间支撑布置20

8、15建筑钢结构设计同济大学建筑工程系1.8 柱间支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系门钢规门钢规 范第4.5节节(3) 当房屋高度较较大时时，宜分 层设层设 置柱间间支撑。斜撑和柱的夹夹角应应在3060度之间间 ，宜接近45度。(4) 柱间间支撑可采用带带张紧张紧 装 置的十字交叉圆钢圆钢 支撑。1.8 柱间支撑布置2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系(5) 当设设有起重量不小于5T的桥桥式吊车时车时 ，柱间间宜采用刚刚性支撑 。在温度区段端部，吊车车梁以下不宜设设置刚刚性柱间间支撑。【思考07】以下两种柱间支撑布置方式，哪个更好？1.8 柱间支撑布置第2节门式刚架的荷载201

9、5建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.1 恒荷载(1) 结结构自重、围护结围护结 构自重：按建筑结结构荷载规载规 范；(2) 悬悬挂荷载载、设备设备 荷载载等固定荷载载：按实际实际 情况p常用数据(1) 压压型钢钢板、夹夹芯板自重：0.100.25 kN/m2(2) 屋面檩檩条、隅撑、屋面支撑等自重：0.100.15 kN/m2(3) 屋面恒载载通常取值值： 0.200.30 kN/m22015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.2 活荷载门刚规门刚规 程第3.2.2条(1) 当采用压压型钢钢板轻轻型屋面时时，屋面竖竖向均布活荷载载 标标准值值（按水平投影面积计积计 算）应应般取0.5 kN/

10、m2(2) 注：构件负负荷面积积超过过60m2可取0.3 kN/m2p常用数据(1) 屋面活荷载载：验验算刚刚架时时取0.30 kN/m2(2) 屋面活荷载载：验验算屋面檩檩条时时取0.50 kN/m22015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.3 雪荷载(1) 按荷载规载规 范采用，考虑虑增大系数和不均匀系数。(2) 屋面雪荷载载不与屋面活荷载载同时时考虑虑。【思考08】某轻轻型门门式刚刚架厂房位于南京，计计算屋面檩檩条时时活荷载载取为为0.50kN/m2，檩檩条是否安全？2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.3 雪荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.4 吊车荷载荷载规载规

11、 范第5.1节节（1）竖竖向荷载载；最大轮压轮压 Pmax（2）纵纵向水平刹车车力；10%Pmax（3）横向水平刹车车力；起重量10T：12%(G+Q)起重量 10T：10%(G+Q)总总横向水平力平均分布到各轮轮上。其中G为为小车车重量；Q为额为额 定起重量。注：手动动吊车车和电动电动 葫芦可不考虑虑水平荷载载。2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.5 地震作用门刚规门刚规 程第3.2.4条地震作用按建筑抗震设计规设计规 范 GB50011采用。门刚规门刚规 程第3.1.6条抗震验验算时时，结结构的阻尼比可取0.05。p比较抗震规规范第9.2.5条单层厂房钢结构：根据围护结构情况，取0

12、.0450.052015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.6 风荷载wk风风荷载标载标 准值值（kN/m2）；w0基本风压风压 ，按建筑结结构荷载规载规 范的规规定值值乘1.05 ；z风风荷载载高度变变化系数，按建筑结结构荷载规载规 范规规定 ；当高度小于10m时时，应应按10m高度处处的数值值采用；s风风荷载载体型系数。 门钢规门钢规 程第3.2.3条、附录录A2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.6 风荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系门刚规程荷载规范p比较较1：门刚规门刚规 程与荷载规载规 范的体型系数比较较【思考09】当房屋檐口较低、跨度较大时，采用门钢规范与 荷载规

13、范的体型系数，哪个更偏于安全？2.6 风荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系门刚规门刚规 程 荷载规载规 范 【算例01】柱距6m，檐高6m，跨度20m，上海。最大弯矩：Mmax=111.07 kN*m总总剪力Vx：Vx=15.419 kN总总吸力Nz：Nz=57.172 kN最大弯矩：Mmax=100.8 kN*m总总剪力Vx：Vx=26.680 kN总总吸力Nz：Nz=38.115 kN2.6 风荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系【算例02】柱距6m，檐高10m，跨度15m，上海。门刚规门刚规 程荷载规载规 范Mmax=119.0 kN*mVx=26.810 kNNz=4

14、3.330 kNMmax=148.2 kN*mVx=44.782 kNNz=28.886 kN2.6 风荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系封闭房屋半封闭房屋p比较较2：封闭房屋与半封闭房屋的体型系数比较p注意：部分封闭闭式房屋的屋面风风吸力要比封闭闭式大50%！2.6 风荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系中间区端区p比较较3：中间间区与端区的体型系数比较p注意：端区风荷载较大，但是受风面积较小，因此通常端榀 刚架截面不需要加大。2.6 风荷载2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系2.7 荷载组合l1.2D+1.4 Ll1.2D+1.4 Wl1.0D+1.4 W（恒载载有利

15、时时）l1.2D+1.4 Cl1.2D+1.4 L + 1.4 0.6 Wl1.2D+1.40.7 L +1.4 W地震组组合：抗震规规范第5.4.1条非地震组组合：荷载规载规 范第3.2.4条l1.2Gek+ 1.3 Eh第3节主刚架设计2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系3.1 计算简图l按平面刚架计算；l约束条件根据柱脚构造决定；l梁柱节点刚接还是铰接根据构造决定；2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系3.2 截面选取l无桥桥式吊车车：梁、柱可采用变变截面或等截面l有桥桥式吊车车：柱宜采用等截面形式l跨度15m，柱高 6m时时，刚刚架梁宜采用等截面。l跨度 15m，柱高 6m时时，宜采用变变截面。多采用焊焊接H型截面：变变截面或等截面2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系3.3 截面校核l腹板的屈曲后强度计计算l强度验验算l平面内整体稳稳定验验算l平面外整体稳稳定验验算l局部稳稳定验验算特点：考虑虑腹板的屈曲后强度验验算内容：按压压弯构件验验算以下内容：2015建筑钢结构设计同济大学建筑工程系3.4 腹板的屈曲后强度(A) 构造要求(1) 腹板应为直线变化，变化率（楔率）