轻钢门式刚架设计交流

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1、2018年10月17日,门式刚架厂房设计交流,民用建筑二所 季云聪,2018年10月17日,门式刚架特点,门式刚架主要结构特点：材料省、质量轻: 门式刚架系超静定结构，应力分布比较均匀，其梁、柱多采用变截面，能充分发挥材料的承载力，节省材料，无吊车的门式刚架房屋承重结构的耗钢量一般为15-30kg/m2，有吊车(吊车起重量不大于50t)的耗钢量为45-95kg/m2,其结构自重仅为相同跨度和荷载条件下混凝土结构的1/20-1/30； 工业化制作生产程度高，质量易保证、施工周期短； 布置灵活：可采用单跨、双跨或多跨；柱网不受模数限制，可根据使用要求和用钢量省的原则来确定，柱距通常采用6-12m；

2、,2018年10月17日,门式刚架的适用范围,吊车起重量不大于20t的A1A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机。当有需要并采取可靠技术措施时，起重量允许不大于5t。 不适用有强烈侵蚀性介质的环境。 多层钢结构房屋的顶层采用了门式刚架轻型房屋钢结构及其屋盖者，该部分结构的设计、制作和安装可参照本规程执行，但应进行整体分析，包括抗震分析，考虑其下部结构对顶层内力和位移的影响。,2018年10月17日,门式刚架结构重要性系数,当设计使用年限为50年时,重要性系数取1.0;当为25年时,重要性系数取不小于0.95。,2018年10月17日,2018年10月17日,单层厂房,多层工业厂房,工业厂房图片

3、,金陵石化总厂,2018年10月17日,2018年10月17日,2018年10月17日,2018年10月17日,门式刚架荷载及荷载组合,永久荷载：包括结构构件的自重和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。 可变荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载 吊车荷载 、地震作用 、风荷载。,2018年10月17日,荷载计算中需要注意的几点,屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值； 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑； 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑； 多台吊车的组合应符合荷载规范的规定； 当

4、需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。 如果有女儿墙，在PKPM中注意手动输入该部分的风荷载 对于受荷载水平投影面积大于60m2的构件，可取不小于0.3 kN/m2。,2018年10月17日,主要内力组合,组合（1）：1.2永久荷载+0.91.4积灰荷载+max屋面均布活荷载、雪荷载+0.91.4(风荷载+吊车竖向及水平荷载) 组合（2）： 1.0永久荷载+1.4风荷载 组合(1)用于截面强度和构件稳定性计算， 组合(2)用于锚栓抗拉计算。,2018年10月17日,门刚控制内力和控制组合,内力计算原则： 根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、

5、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。 控制截面的内力组合主要有： 最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。 最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。 最小弯矩Mmin和同时出现的V及N的较大值。 最小轴压力Nmin和相应的M及V 当柱脚铰接时M=0。,2018年10月17日,门刚计算原理,轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响，所以门式刚架一般按弹性理论设计。考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。,2018年10月17日,门刚侧移计算及调整,侧移计算原则： 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹

6、性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整： 放大柱或梁的截面尺寸； 改铰接柱脚为刚接柱脚； 把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点连接形式。,2018年10月17日,门刚位移控制指标,门刚刚度指标 刚架柱顶位移限值：无吊车且采用轻型钢墙板时为1/60；有桥式吊车且有驾驶室时为1/400；有桥式吊车由地面操作时取1/180。 斜梁挠度限制：仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢檩条：为1/180；有吊顶为1/240；有悬挂起重机：1/400； 特别注意：斜梁竖向挠度表3.4.22注1有误,应采用GB50018如下规定:

7、 “对单跨山形门式刚架,L系一侧斜梁的坡面长度”,而不是构件跨度. 此外,由于柱顶位移和构件挠度产生的屋面坡度改变值,不应大于坡度设计值的1/3. 跨度大于30m的斜梁宜考虑起拱.,2018年10月17日,门刚构件宽厚比限制,梁、柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：,2018年10月17日,门刚利用屈曲后强度的几个要点,对承受静力荷载和间接承受动力荷载的组合梁宜考虑腹板屈曲后的强度，按照考虑腹板屈曲后强度来计算梁的抗弯和抗剪承载力；对直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件不考虑屈曲后强度 利用截面屈曲后强度，可以尽量使用截面高而窄的斜梁，节约用

8、钢量 考虑腹板屈后抗剪强度时,变截面构件楔率应小于60mm/m。,2018年10月17日,和屈曲后强度相关的梁构造措施,梁腹板加劲肋的配置: 梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置中间加劲肋，根据计算需要确定。但规程规定,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜取hw2hw。 当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。,2018年10月17日,加劲肋稳定性验算按规范

9、规定进行，计算长度 取腹板高度hw，截面取加劲肋全部和其两侧各 宽度范围内的腹板面积，按两端铰 接轴心受压构件进行计算。,2018年10月17日,门刚钢柱的计算长度的几点说明,截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为 ，式中h为柱子的几何高度，ur为计算长度系数。 可由下列三种方法确定： 查表法（适合于手算） 一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上机计算) 二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序） 摇摆柱的计算长度系数取1.0。 对于屋面坡度大于1：5的情况，在确定刚架柱的计算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响。此时应按刚架的整体弹性稳定分析通过电算来确定变截面刚架柱的计算

10、长度 PKPM模型中，柱子平面内计算长度可由程序自动计算，平面外长度可以根据系杆、柱间支撑以及墙面隅撑布置情况按照实际输入。,2018年10月17日,门刚中斜梁的计算,斜梁的设计当斜梁坡度不超过1：5时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。 实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承点的间距。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。斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁下翼缘宽度的 倍。,2018年10月17日,门刚中隅撑的设计,隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 倍。 隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的

11、支撑来设计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下式计算：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。 需要注意的是，单面连接的单角钢压杆在计算其稳定性时，不用换算长细比，而是对f值乘以相应的折减系数。,2018年10月17日,当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧)作、为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。 当斜梁下翼缘不设隅撑时，应采取保证刚架稳定的可靠措施，如设置刚性撑杆或加大截面等。 柱的隅撑应根据具体情况设置。当柱高较大时，要求分段进行平面外稳定性验算，此时应设几道隅撑。,2018年10月17日,门刚中支撑的设计,补充

12、支撑布置要求 门刚中柱间支持常见形式有X形支撑、八字撑、人字撑、门式刚架支撑等 设置5t及以上吊车时，柱间支撑应采用型钢支撑。 设置15t以上吊车时,应设置屋盖纵向支撑.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. 无吊车时柱间支撑间距不大于3045米。 由于建筑或工艺原因，中间柱不能设置交叉支撑时， 可采用纵向刚架。 多跨房屋的横向必要时也应设置支撑。,2018年10月17日,门刚中的交叉支撑和柔性系杆可以按照拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆应按压杆设计 刚架斜梁上的横向水平支撑的内力，应根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，对于交叉支撑可不计压杆的受力 柱间支撑的

13、内力，应根据柱列所受的纵向风荷载（如有吊车，还应计入吊车纵向制动力）按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算，对于交叉支撑可不计压杆的受力，当同一柱列有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可按均匀分布考虑 当有条件时，可通过对屋盖水平支撑系统的整体分析确定支撑内力,2018年10月17日,门刚中檩条的设计,上翼缘与屋面板有可靠连接时，可按附录E的规定计算； 屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可按规程的有关公式计算； 构造措施能有效防止檩条截面扭转时，可仅计算檩条的强度。 当Z形檩条主轴的倾角接近或大于屋面倾角时，需在檐口处设置斜拉条或在屋脊处设置斜撑杆。 C形和Z形冷弯型钢既可用于檩条也可用于墙梁。,2

14、018年10月17日,门刚中节点设计要点,主刚架构件间的连接宜采用高强度螺栓承压型或摩擦型连接，当端板连接只受轴向力和弯矩时，或剪力小于其实际抗滑移承载力（此时抗滑移系数取0.3）时, 表面可不作专门处理。 端板连接不得采用普通螺栓代替高强度螺栓, 因为端板厚度是根屈服线承载力确定的，如果采用普通螺栓就不可能产生要求的屈服线。钢结构关于可以采用普通螺栓的提法应予更正。. 端板厚度应由计算确定, 但不小于16mm(原规定12mm)。和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度。 高强度螺栓应按规定施加预拉力。此时端板连接应按绕中和轴进行抗弯计算。采用普通螺栓抗拉时，螺栓连接按端部螺栓进行抗弯计算。 端

15、板连接中, 翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝(100%超探)，腹板与端板的连接应采用角形对接焊缝或与腹板等强的角焊缝。斜梁拼接时端板上下端均应采用外伸式，斜梁与刚架柱连接时，受拉侧应采用外伸式。,2018年10月17日,圆钢支撑和锚栓的承载力计算，应采用螺纹处的有效截面面积。圆钢支撑宜采用花兰螺丝张紧。 锚栓不能参加柱脚抗剪，水平反力应由底板与混凝土基础间的摩擦力承受，超过时应设置抗剪键。 圆钢支撑的连接宜用带槽的专用楔形垫圈或在孔两侧焊接弧形支承板。 螺栓排列应符合构造要求，下图的 ew ，ef 应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓

16、之间的最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过400mm。,2018年10月17日,门刚柱脚常见做法,根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类，当吊车起重量5吨时应考虑设置刚性柱脚。,2018年10月17日,建筑抗震设计规范GB50011关于单层钢结构厂房的规定：“不适用于单层轻型钢结构厂房”； 计算经验表明，横向刚架和纵向框架7度时可不作抗震验算，但8度时,无论有无吊车, 均应进行抗震验算。 抗震计算可采用底部剪力法； 地震反应谱计算时阻尼比取0.05； 当有局部多于一层并与门式刚架相连接的附属房屋时,应按有关规范进行抗震验算；,门式刚架抗震验算规定,2018年10月17日,相关抗震构造措施,当设计由抗震控制时，应采取相应的抗震构造措施。规程提出抗震构造措施有：构件之间应尽量采用螺栓连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接宜采用加腋的方式加强；该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小；柱脚的抗剪、抗拔承载力应适当提高，柱脚底板应设置抗剪键，锚栓应采取提高抗拔力的构造措施；支撑的连接应按屈服承载力的1.2倍设计等等。,