轻钢结构设计

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1、第三章 轻钢结构设计2本章目录轻型钢屋架设计3.2钢管钢屋架设计3.3门式刚架结构设计3.4金属拱形波纹屋盖3.5轻钢结构常用建筑材料3.1设计实例3.63l 什么是轻型钢结构：构件特征：以热轧轻型型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、冷弯薄壁型 钢以及薄柔截面构件等作为主要受力构件。（薄柔截面构件：板件宽 厚比超过达到屈服强度所规定的宽厚比限值）体系代表：轻型框架体系、交错桁架体系、门式刚架体系、低层龙骨 体系（低层：3层，12m；多层： 9层，28m ；其他高度：参考）两个优先： 应优先采用定型的和标准化的构件以及标准化的节点型式； 优先采用与轻型钢结构相适应或相配套的各种建筑材料。l 为什么要发

2、展轻型钢结构： 节材、节能、减排、可循环、提升工业化可持续发展456789n 主要承重骨架门式刚架； n 檩条、墙梁冷弯薄壁型钢； n 屋面、墙面压型金属板、彩钢夹芯板； n 屋面及墙面保温芯材聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等； n 支撑屋面支撑、柱间支撑。103.4.5 节点构造113.4.4 杆件截面选择本节目录3.4.2 结构形式及有有关要求3.4.1 特点和适用范围3.4.3 内力及侧移计算3.4 门式刚架结构设计12n 定义轻型门式刚架结构，专指主要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 车或有起重量不大于200kN的A1A5工作级别桥式吊车 或

3、30kN悬挂式起重机的单层房屋钢结构。3.4.1 特点和适用范围13n 1）采用轻钢屋面，可减小梁柱截面及基础尺寸。3.4.1 特点和适用范围设计特点1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。3.刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/10，是一种经济可靠的结构形式。1415压型钢板特点： 自重轻、强度高、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护更 新，便于商品化、工业化生产的特点。 具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调以及灵活的组合方式，是一种较 为理想围护

4、结构用材。3.4.1 特点和适用范围 压型钢板是将薄钢板(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。由基材、镀层和涂层三部分组成 基材：由板厚度为0.5mm2.0mm的薄钢板经辊压冷弯成型。 镀层：热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。 涂层：聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。16171819n压型钢板的表示方法：YX波高波距有效覆盖宽度。 n如YX15-380-760即表示：波高为15mm、波距为380mm、板的有效覆盖宽度为760mm的板型。20211522 压型钢板根据波高的不同，一般分为低波板(波高70mm)。波高越高，截面的 抗弯刚度就

5、越大，承受的荷载也就越大。 屋面板一般选用中波板和高波板，中波在实际采用的最多。 墙板常采用低波板。因高波板、中波板的装饰效果较差，一般 不在墙板中采用。232425l为提高压型钢板的保温、隔热性，可采用聚苯乙烯与两层压型 钢板复合制成的夹心板，如EPS(expanded polystyrene)板等。26n 2）当跨度较大时可在跨中增设中间柱做成一个屋脊的多跨大双 坡屋面，避免内天沟排水。中间柱可采用上下铰接摇摆柱，占空 间小；3.4.1 特点和适用范围设计特点27n 3）刚架侧向刚度可藉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；3.4.1 特点和适用范围设计特点28n 4）

6、跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变 截面；3.4.1 特点和适用范围设计特点n 柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、 节省材料。 n 变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。2930n 5）刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后强度，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；n 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；n 7) 屋面坡度：1/101/20。3.4.1 特点和适用范围设计特点31n 8）为使支撑做得轻便，可采用张紧的圆钢；3.4.1 特点和

7、适用范围设计特点32n 我国门式刚架设计规程：门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 (CECS102:2002)n 应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、 活动房屋、加层建筑等。n 应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构 建筑物竣工。3.4.1 特点和适用范围应用情况33n 门式刚架通常用于跨度936m、柱距69 m、柱高4.512m；n 没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。n 当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用 等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采 用变截面刚架形式。3.4.1 特点和适用范围适用范围3435单跨双坡双

8、跨双坡多跨双坡带毗屋刚架带挑檐刚架单坡屋盖n 单层刚架结构：分为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。根据需要 ，可带挑檐或毗屋。根据通风、采光的需要，这种刚架厂房可设置通风 口、采光带和天窗架等。中柱可采用摇摆柱。3.4.2 结构形式及有关要求1. 结构形式36n 铰接柱脚：基础处理简便，节省柱脚用钢；缺点：刚度差； n 刚接柱脚：高度大，吊车重时，采用； n 排架：轻型门式刚架基本不用（重型厂房用）。n 跨度：应取横向刚架柱轴线间的距离。宜为936m，以 3m为模数；n 柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素 ，宜取6m、7.5m、或9m；n 高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高

9、度，宜取4.5-9m ，必要时可适当放大;n 挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.51.2m。373.4.2 结构形式及有关要求2. 建筑尺寸柱网38393.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置n （1）温度区段长度：纵向温度区段300m 横向温度区段150mn 当需要设置伸缩缝时，可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；或者设置双柱。n 吊车梁与柱的连接处也沿纵向采用长圆孔。403.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置n （2）结构构件布置n 在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托架梁或托架。n 屋面檩条的形式和布置，应考虑天窗、通风屋脊、采

10、光带、屋面 材料和檩条供货规格等因素的影响；屋面压型钢板的板型、厚度 与檩条间距和屋面荷载有关，应根据计算确定。413.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置42433.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置n （3）墙架布置n 山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及其支撑组成的山墙墙架， 或直接采用门式刚架。n 门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时， 墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。n 当抗震设防烈度不高于6度时，房屋的外墙可采用轻质板墙或砌 体；当为7度、8度时，不宜采用嵌砌砌体；9度时宜采用轻质钢 板墙或与柱柔性连接的轻质墙板。44n 抗风

11、柱的双重作用：传递墙面风荷载（法向）；传递围护材料重力荷载 n 山墙支撑作用：抗风柱稳定性；山墙面提供结构体系抗侧刚度。453.4.2 结构形式及有关要求46l为了延长压型钢板的使用寿命，防止硬物撞击，一般在地面以上0.91.0m的范围内砌筑砌体结构墙体。3.4.2 结构形式及有关要求473.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置n （4）支撑体系屋面水平支撑n 在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成 空间稳定结构的支撑体系。n 端部横向水平支撑宜设在温度区段端部的第一个或第二个开间。 当设置在第二个开间时，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆 。n 刚架转折处（如柱顶和

12、屋脊）宜设置通长的刚性系杆。483.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置49n 框架梁弦杆； n 斜向圆钢斜腹杆； n 檩条或系杆竖腹杆； n 刚性系杆与“桁架”结点相连，可传递压力的檩条或系杆； n 柔性系杆与“桁架”结点相连，只传递拉力的系杆；n 圆钢支撑要张紧，受拉不受压，是柔性系杆。503.4.2 结构形式及有关要求n 门式刚架结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢组成。圆钢与 构件的夹角应在3060范围内。圆钢端部都应由丝扣，校正定位后将拉条张紧固定。51523.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置n 柱间支撑的间距：无吊车时宜取3045m；有吊车时宜设在温度区段中部，

13、或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大 于60m。 n 房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。n 在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变 体系。53n 框架柱； n 斜向杆：（单、双）槽钢，（单、双）角钢（刚性支撑）或圆钢（柔性支撑）； n 吊车梁； n 纵向系杆（墙梁或专用杆件）。5455n 纵向框架 n （1）基本构成：柱、吊车梁、纵向支撑（墙梁天沟）、柱间支撑 n （2）计算模式：铰接体系56573.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置583.4.2 结构形式及有关要求3. 结构平面布置593.4.3 内力及侧移计算荷载n 永久荷载D：包括结构构件的自重和

14、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。 n 围护材料的轻量化是实现结构轻量化的关键之一。603.4.3 内力及侧移计算荷载n 可变荷载：屋面活荷载L。当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活 荷载标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2；对受荷水 平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷 载标准值可取0.3kN/m2。613.4.3 内力及侧移计算荷载屋面雪荷载S和积灰荷载A。屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应按建筑结构荷载规范的规定采用。积灰荷载一般出现在重型 厂房中。不利积雪：全跨积雪，半跨积雪，局部积雪623.4.3

15、内力及侧移计算荷载吊车荷载C。起重机荷载包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载，按照建筑结构荷载规范的规定采用。633.4.3 内力及侧移计算荷载吊车荷载C643.4.3 内力及侧移计算荷载风荷载。由于（轻钢）门式刚架这类轻型房屋钢结构，其屋面坡度一 般较小，高度也较低（属低层房屋体系），故其风荷载的计算不能完全 按照建筑结构荷载规范（主要为风荷载体型系数），若按其计算门 式刚架的风荷载则会引起结构在大多数情况偏于不安全，甚至严重不安 全。因此，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程对风荷载的计算制定 了如下的规定 风荷载标准值（kN/m2） 基本风压，建筑结构荷载规范，按50年一遇，特殊另议风荷载高度变化

16、系数，按建筑结构荷载规范规定采用； 风荷载体型系数（考虑内、外风压最大值的组合，且含阵风系数）， 见门式刚架轻型房屋钢结构技术规程。65刚架的风荷载体型系数 建筑 类型分区端区中间区1E2E3E4E5E6E123456封闭式+0.50-1.40-0.80-0.70+0.90-0.30+0.25-1.00-0.65-0.55+0.65-0.15部分封闭式+0.10-1.80-1.20-1.10+1.00-0.20-0.15-1.40-1.05-0.95+0.75-0.05刚架的风荷载体型系数分区 3.4.3 内力及侧移计算n 区分房屋的端部和中部（端部荷载较大）； n 区分承重构件和围护构件（围护构件较大）；n 区分房屋是封闭的还是开口的； n 总体荷载和局部荷载系数都大于GB50009。663.4.3 内力及侧移计算荷载地震作用E。n 建造在抗震设防区的工业厂房应考虑地震作用。n 根据现行国家标准建筑抗