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1、有关刚架设计中的若干问题一、 关于门式刚架风荷载体型系数关于门式刚架风荷载体型系数的取用，目前似乎又两种。一种是根据美国金属房屋制造商协会MBMA低层房屋体系手册（1996）中规定，针对小跨度房屋分别给出房屋端区和中间区不同的风荷载体型系数；另一种是我国建筑结构荷载规范（GB50009-2001）（以下简称荷规）第7.3节规定的体型系数。前者似乎是专门针对低层钢结构房屋的，且已为多个国家采用。后者在我国沿用50多年。但按这两种的取值，所算得得风荷载组合弯矩设计值相比，有较大差别。前者在多数情况下算得的风荷载组合弯矩设计值偏小甚多。我国门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）（
2、以下简称门规）是根据前者并经过实测作出规定的。而全国民用建筑工程设计技术措施结构中则规定在大多数的门式刚架采用“荷规”表7.3.1的体型系数，但当、风荷载较大、屋面荷载较轻得少数门式刚架有可能会出现按“门规”的风荷载体型系数计算，要比按“荷规”计算的风荷载组合弯矩稍偏大的情况，而仍保留“门规”的风荷载体型系数。目前两种风荷载体型系数共存，设计部门都有采用，有些设计软件则只运用“门规”的一种体型系数。这是只得注意的。现以实例作分析，供参考。（实例请参阅钢结构设计手册（上册）（中国建筑工业出版社）P456459）结论：房屋风荷载的体型系数与房屋形状有关，与所选结构类型无关，一般应采用“荷规”第7.
3、3节中所列的风荷载体型系数计算结构风荷载。“门规”借鉴国外实测资料，可供设计人员作为加强刚架个别截面和验算的参考。从实例中的数据看，当刚架时，控制截面的弯矩组合设计值比按“荷规”算得的小得多，影响安全。比较两本规范风荷载的效应，不能单从两者的风荷载一项进行比较，应将两者的弯矩组合设计值综合进行比较才能得出合乎情理的正确结论。而按“门规”，风几乎不起作用，全部由恒荷载+活荷载控制设计，似不合常理。常用刚架的跨高比，控制截面在D点，梁右端向上弯曲（负弯矩），梁左端B则相反，一般B点不控制。它仅当、且屋面恒载小、风荷载较大时，在“1.4风1.0恒”作用下，风吸力有可能使梁端的正弯矩比恒载引起的负弯矩
4、大，这样，二者抵消后可能使B点正弯矩值还大于D点负弯矩值，此时B点才起控制作用。但它不会超出按“荷规”算得的很多，不会影响安全。（其中B点指单层门刚迎风面梁的左端，D点指背风面梁的右端。）本章第9.7节结构系列中给出的表9-6（刚架截面选用表）是参照轻型钢结构设计指南将其原按“门规”所取用的，改用“荷规”的重新给出的，通过在40多榀单跨刚架分析，其梁柱弯矩组合设计值与表9-8（所举算例中的数据表）给出的几榀刚架分析基本一致，梁柱截面面积需加大1030，似应引起高度重视。附：根据中国建筑科学研究院建筑结构研究所规范室的意见：高度小于30m的单层工业房屋仍可按以往实践经验不考虑风振系数，即取1。二
5、、 刚架横梁和柱端弯矩的近似估算柱底铰接的单跨门式刚架为一次超静定结构。当横梁和柱为变截面时计算十分复杂，必须借用计算机求解。当一端柱底的水平反力或柱顶（或横梁端）的弯矩求得后，就可用静力平衡公式求解。本手册根据统计分析，提出初步估算或校核平坡刚架（i1/101/20）控制截面的弯矩、的计算公式。1. 横梁在竖向均布荷载G作用下： （9-42） 式中为梁端（柱顶）弯矩系数，根据柱的截面大小和高度取1/141/16，按柱截面尺寸和高度取用，即较大时取上限，反之取下限。 （9-43） 式中1.1为考虑柱顶水平力对C点的反拱弯矩。2. 横梁在风吸力、作用下，仍可应用上式（9-43），但式中G以代入，
6、并取正值。3. 柱在迎风面（压力）和背风面（吸力）作用下， 当求得以上荷载下的、后，其他均能迎刃而解。三、 关于刚架平面外的计算长度1. 梁的平面外计算长度，分上翼缘和下翼缘两种情况。（1） 上翼缘计算长度，通常有三种取法，分述如下：1） 取上翼缘横向支撑的节距支撑的节距，按刚架跨度、柱距确定。通常取檩距的倍数。支持的节距直接影响横梁的截面和整体稳定性。2） 取隅撑间距隅撑通过檩条连接于有弹性侧移的下翼缘上，故其不能作为上翼缘受压时的侧向支点。在某些情况下可将其作为下翼缘受压时的侧向支点，具体见后面下翼缘的计算长度论述。3） 取3m不少轻型房屋门式刚架中取2个檩距，当1.5m檩距时取3.0m。
7、如果以上2个檩距、3根檩条，均不在横向支撑节点时，所有檩条均随梁的上翼缘侧弯，不能起支撑作用，只有位于支撑节点处的檩条才能起侧向支点作用（即取横向支撑的节距），取3m，能设计合理的横梁截面，充分发挥强度作用。当屋面刚度好，与檩条连接可靠时，考虑屋面实际存在的蒙皮作用，取2个檩距，即3m，这按“门规”第5.1.2条的精神在实践中也是可行的。对设有桥式吊车、悬挂吊车的刚架和其他大跨度刚架，作者建议不一律取3m为宜。（2） 下翼缘计算长度，通常也有两种处理办法。1） 设置隅撑不分情况取隅撑间距，隅撑间距取不大于（b1为受压翼缘宽度），多数取3.04.5m。另一种观点取与上翼缘横向支撑节点处檩条相连的
8、隅撑间距，亦即横向支撑的节距。作者以为取后者为妥。2） 不设隅撑，取0.4L取0.4L的前提与弯距图形有关。正常情况下，梁端为负弯距，跨中为正弯距，考虑柱面风荷载使梁反弯点内移，故偏安全地取反弯点距梁端为L/5，借用冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）中格构式刚架平面外长度的计算公式进行计算。 式中 L 侧向支撑点的距离； 所有拉力平均值，计算时取负值； 所有压力平均值，计算时取正值； n 两侧向支撑点间节间总数； 内力为压力的节间数。 上式中；n反应总长度，可取L；由上取反弯点距梁端距离为L/5， 则0.4L。则代入上述公式可求得0.4L，故取0.4L。 但是当风荷载的效应大
9、于恒荷载的效应，使跨中产生负弯距时，此时梁跨中下翼缘的计算长度可能比式0.4L算得得稍大。 必须指出，在计算梁下翼缘受压的稳定时，可以认为荷载作用在受拉上翼缘此时按按表3-5均布荷载作用时算得的梁整体稳定的等效弯距系数，应按 计算，比荷载作用在受压上翼缘时大1.42.0倍，即整体稳定系数大1.42.0倍，经过公式修正后，一般均小于1.0而大于0.6。故作者认为，如按建议公式取0.4L计算，有时尚能满足梁的整体稳定，不一定要设置隅撑。2. 柱的平面外计算长度，分为有桥式吊车和无桥式吊车两种情况。（1） 有桥式吊车 上柱 取上柱支撑与柱连接点的距离即上柱长度 下柱 取下柱支撑与柱连接点的距离即下柱
10、长度（2） 无桥式吊车1） 取柱间支撑与柱连接点的距离，即柱全长。2） 取3m，与梁相同，考虑墙梁与墙板的蒙皮作用，取3m，可设计合理的截面，关键是墙板的刚度及其与墙梁的连接牢固程度。四、 刚架节点域的抗剪强度门式刚架横梁与柱相交的节点域剪力按“门规”公式为： 式中 、 节点域的宽度和厚度； 节点域的横梁端部高度； M 节点梁、柱端弯距，多跨中间柱为柱端弯距或左右梁端弯距之代数和； 节点域钢材的抗剪强度设计值； 节点剪力提高系数。 现讨论两个问题：（1） 节点剪力提高系数的取值按“门规”1998版，1.2；“门规”2002版，1.0；“钢规”2003版，0.75。按“门规”98或“门规”02取
11、1.2或1.0，节点域抗剪强度多数不能满足，即，为此，必须在节点域加设斜加劲肋。而斜加劲肋的截面尺寸没有规定。按“钢规”03取0.75后，节点域抗剪强度多数能满足，个别不能满足增大梁端高度（加腋）或改成楔形梁后均能满足。实际工程有些是不设斜加劲肋的。作者建议节点域的剪应力统一按钢结构设计规范（GB50017-2003）的公式计算。（2） 斜加劲肋的截面尺寸斜加劲肋可按以下公式计算 式中 M 梁端弯距 加劲肋截面积 加劲肋与水平线的夹角 注意按上述公式验算抗剪强度时，取1。五、 刚架梁柱宽厚比建筑抗震设计规范（GB50011-2001）第9.1.12条规定，单层框架工字形截面的梁翼缘外伸部分b1
12、与其厚度t1之比，对Q235钢材不超过以下数值：（1） 柱：7度时13， 8度时11， 9度时10。（2） 梁：7度时11， 8度时10， 9度时9。均小于“钢规”03考虑截面塑性时Q235，b1/t113的规定。这表明在抗震区有更严格的要求。门式刚架轻型房屋钢结构同样应遵守此规定。 由于门式刚架屋面荷载较轻，吊车吨位小，按8度抗震区验算，一般均不控制。为此，建议在7、8度地震区当刚架梁柱的b1/t1超出以上规定时，可取以上规定的b1/t1来验算其抗震强度，即超出部分不计。在9度地震区门式刚架应用的经验不多，不宜大量应用。六、 刚架的支撑截面和构造1. 屋盖支撑建筑抗震设计规范（GB50011
13、-2001）第9.1.20条规定，屋盖支撑杆件宜用型钢，目前多数采用圆钢，甚至在8度地震区也有用圆钢的，必须引起高度重视。由于人们对震害的感受不深，认为地震发生的概率很小，因此重视不够。由于地震为低周反复振动，不同于其他振动，震害较大，尽管屋盖支撑在规范中并无严格的间距布置和长细比的构造要求，但其截面宜符合用型钢的构造要求。结合我国地震分布广阔的实际情况，屋盖支撑一律采用圆钢未免过分极端，根据现有的经验，作者建议8度地震区应用型钢截面，7度及7度以下视刚架跨度和荷载大小可考虑是否一律采用型钢。2. 柱间支撑与以上的屋盖支撑相同，工程中采用圆钢的也不少。由于柱间支撑为抗震中的主要受力构件，它不仅
14、要经抗震计算确定其构件截面，还必须满足不同烈度的长细比构造要求，比屋盖支撑有更高的要求，作者认为7度抗震区宜用型钢。 在此强调，柱间支撑必须符合建筑设计抗震规范（GB50011-2001）第9.1.26节的布置和交叉支撑斜杆最大长细比的规定，并经纵向抗震计算确定杆件截面。计算中应按“抗震规范”01附录J.2中J.2.1和J.2.3考虑交叉斜拉杆件受力、斜压杆卸载的计算公式。3. 柱间支撑的构造柱间支撑的构造主要是节点的构造：（1） 节点连接方式“抗震规范”01第9.1.26条规定：交叉支撑在交叉点应设置节点板，其厚度不小于10mm；斜杆与交叉节点板应焊接，与端节点板宜焊接。这里必须说明，在交叉点应设置节点板主要是指两根交叉斜杆，其中一根斜杆中断的下柱支撑；而对于两根均不中断的单角钢（背靠背）单片上柱支撑则不需在交叉点处再设置节点板，只加焊小填板垫平即可。（2） 下柱支撑与柱的交点位置“抗震规范”01第9.1.26规定下柱支撑的下节点位置和构造措施，应保证将地震作用直接传给基础，当6
