《36米跨度轻型门式架结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《36米跨度轻型门式架结构设计（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、前言我国钢结构体系的开展大致经过了这样的时期： 1990 年以前,钢结构建筑在工业领域 中的主要应用是重型厂房中的排架结构体系,在民用领域中的主要应用是螺栓球或焊接球 网架结构；自 1990 年代起,钢结构在我国进入了快速的全面的开展和应用时期.门式钢 刚架结构被大量应用于工业厂房、超市、仓库中；钢框架在多高层建筑中也得到了越来越 多的应用；薄壁彩钢板已大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇 交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中；冷 弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或 其组成部件得到应用.现代钢结
2、构体系由热轧截面、焊接截面和冷弯薄壁型钢截面构件组成.人们往往将钢 结构划分为普通钢结构和轻型钢结构两大类.但是,究竟如何定义或区分这两类结构,却 存在着很多不同的标准.例如,结构跨度的标准,结构层数的标准,结构用途的标准,吊 车吨位的标准等.这些标准都有一定的合理性,但是都是建立在结构体系外在因素或特征 根底上的.事实上,轻型钢结构体系的本质是 “轻,实现这一本质的条件是截面板件要 “薄, 设计时必然要考虑板件局部失稳后的极限强度.所以,从结构工作机理和设计计算原理的 角度出发,轻型钢结构体系是指 “结构构件采用较薄板件, 设计时考虑板件局部失稳后的后 继强度的钢结构体系 .门式钢刚架是典型
3、的轻型钢结构,也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构.早期典 型的门式钢刚架是 1910 年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅,采用了多层阶形钢框架 结构；1932 年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构 1.现代轻型门式钢刚 架体系是由国外钢结构专业公司引入我国的, 它包括主结构系统 刚架、支撑、抗风柱等、 次结构系统屋面和墙面檩条等 、辅助结构体系挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁 等、围护板材体系、柱脚和根底等.近年来钢结构建筑在我国出现了非常快的开展势头,应用范围不断扩大,目前,我国 钢结构建筑的开展处在建国以来最好的一个时期.但是,与国外的一些兴旺国家相比,我 国在许多方面还存在
4、着明显差距,如美国、日本、德国等国家,在工程建设中广泛采用钢 结构,钢结构建筑占整个建筑市场的 40%以上,而目前我国的钢结构建筑所占比重还不到 5%.由此可见,今后我国的钢结构建筑市场有着巨大的开展空间.1 本设计主要研究的内容首先,介绍了有关轻型门钢结构的开展历史和目前其在国内外的开展状况,以及轻型 门式钢架的形式、特点等内容.其次,对其载荷取值、截面选取和验算等理论知识进行了介绍.最后进行工程实例设计,分别从荷载选取和组合、建立计算模型、内力分析、截面验 算等方面进行分析,进而得出最终符合力学要求的设计信息,建立出实体模型,完本钱双 跨轻型门式钢架的设计.2 轻型门式刚架的介绍2.1 轻
5、型门式刚架结构在国内外开展概况及研究现状2.1.1 轻型门式刚架结构体系在国外的开展概况最早在建造房屋中使用钢结构的国家可以追溯到十八世纪末的英国,一百年后法国工 程师埃菲尔建造了著名的铁塔,人们也开始尝试建造钢结构的独户住宅,从此钢结构建筑 彻底改变了以往建筑造型的模式,建筑设计的理念与方法亦随之嬗变.早期的钢结构仅是 局部构件、配件用铸铁、熟铁制成,到了 19 世纪 80年代结构型钢的出现加快了钢结构在 建筑工程中的开展,使钢结构建筑在 20 世纪 60 年代实现了其第二次理论和实践的飞跃与 创新的开展,德国包豪斯学派就是其理论的发源地.美国的开展最快,应用也最广泛.另外,日本和欧洲轻型门
6、式刚架结构体系的应用也 较多.但美国的轻型门式刚架结构体系开展最快,应用也最广泛.由于门式刚架轻钢结构 具有许多其他结构所不具备的优点,而且经济效益十分显著,因此这种结构形式在国外一 经推出就得到了广泛应用,国外轻型钢结构开展较早,由于汽车工业的开展,最初用于建 造私人汽车库等简易房屋.二次世界大战时期,由于战争的需要,一些拆装方便的轻钢结 构建筑用于营房和库房. 60 年代以来,国外建筑钢材的开展有了很大突破,色彩丰富而耐 久的彩色压型钢板的出现, 以及 H 型钢和冷弯型钢的问世,极大地推动了轻型门式钢架结 构的开展,至今已形成为一种特殊的商品流通 2.随着新型建筑材料的出现、加工设备的 不
7、断改善、设计形式的多样化,轻型门式刚架结构体系逐渐普及到大型工业厂房、商业建 筑、交通设施等建筑中, 实现了设计、分析、出图的程序化 如大型通用化设计软件包 Locke Buildi ng System Software,构件加工、安装施工、经营治理一体化流程.业主不是带图着 图纸委托加工,而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋,承包商在短时间内按业主要求建 成,并交付使用.这种高质量的快速供货方式,使业主感到十分满意,门式刚架轻型钢结 构得以迅速开展.目前,外国轻钢公司大局部都具有自己的门式刚架轻钢结构系列,各公 司的轻钢结构系列大同小异.据统计,欧美各国由轻钢结构体系建造的非居住单层建筑物 占
8、 50%以上,日本新建的 14 层建筑大多采用轻钢结构.许多国家如英、美、日、澳大利 亚等国家已作为一种经济快捷的建筑结构体系,以商品的形式出售.其中,美国轻型门式 刚架结构体系主要用途比例为：商业：仓库、小卖店、事务所、银行、车库设施占42%； 制造业：制造工场、仓库占34%;文化娱乐业：学校、教堂、娱乐、福利设施占 9%； 其它： 15%.在日本,轻型门式刚架体系有两种类型：第一种类型是日本自身开展起来的,己实现 了构件标准化、定型化、装配化；经营治理、设计、生产、施工、售后效劳系统化.第二 种类型是 1989 年以来,由美国引进的轻钢结构体系的根底上开展起来的 3.日本工程界目 前正对主
9、钢架在地震力作用时保有水平耐力所需的Ds 值的取法、 55kg 级钢材大断面 z 型冷弯薄壁型钢檩条及墙梁、高强度螺栓在椭圆孔处的受力状态等几个方面进行研究.2.1.2 轻型门式刚架结构体系在国内的开展概况由于科技的飞速开展以及钢材品质的进步,钢结构的重要性己经被先进国家所肯定, 随着我国国民经济的快速开展,我国钢铁工业与建筑钢结构的应用也取得了长足的开展. 中国钢产量自1996年突破I亿吨后,至今已实现七连冠.2000年中国钢产量占到世界钢 产量份额的巧 .23%,钢材消费量也一跃成为世界大国.到了 2004年,我国的钢产量已达 到 2.6 亿吨,中国钢产量占到世界钢产量份额的 25%.随着
10、中国钢材实现了从短缺到充裕 的大跨度飞跃,国家相继出台了 开展钢结构、开发钢结构造和安装施工新技术 等产 业技术政策.至此,中国的钢结构产业摆脱了由于钢材数量缺乏对钢结构应用的束缚,驶 上积极开展的快车道.由从前的限制使用钢结构到现在鼓励建筑钢结构的开展.由于国家政策、钢材生产、设计研发等诸多方面的有利因素,近几年我国的建筑钢结 构处于建国以来最好的开展时期,而且还会在相当长时期内得到长足的开展.建设部、原 国家冶金工业局成立的建筑用钢技术协调小组制定的建筑用钢开展方案指出： 争取到 2021 年我国建筑钢结构用钢到达钢材总产量的5%,而兴旺国家建筑用钢占钢产量的比例目前都在10%以上.建设部
11、1997年H月发布了新的?中国建筑技术政策?1996、2021,具体 提出了开展钢结构的要求,这是几十年来的第一次.近几年来采用钢结构的工业与民用建筑年平均用量呈迅猛开展的态势,其中轻型钢结 构房屋所占比重在迅速增加,并且由于其突出的特点及适应我国现阶段国民经济开展的需 要而得到飞速开展.据有关部门统计, 1999年中国建筑用钢约 2500多万吨,占全部钢材产量的 20%一25%. 其中钢筋混凝土用钢筋、钢丝、钢绞线约 2000万吨,钢结构约 200 万吨,金属门窗及设 备支架约 300 万吨.包括桥梁、石油管线及各专业工业部门使用钢材,其总量约为 4000 万一 5000万吨,占全国钢材产量
12、 45%左右.据统计, 2000年中国每年大约有 300多万平 方米轻钢结构建筑竣工 包括门式钢架、轻钢房屋和压型钢板、拱壳屋盖 .轻型钢结构所用钢板大量为涂层钢板. 2000年,我国涂层钢板表现消费量达 86.4万吨, 而当年涂层板产量只有 35.4 万吨,市场满足率只有 41%.而到了 2004 年,我国仅新增彩 色涂层板生产水平143万吨/年.轻型钢结构体系中擦条和墙梁一般采用 “ Z或“C形冷弯 薄壁型钢 【4】.目前,我国冷弯型钢年产量在 30 万吨左右.钢结构新兴产业方兴未艾,国产钢结构用钢开展迅速.这几年,为适应钢结构产业对 钢材的需求,一大批新型钢结构用种相继问世,产量在不断扩
13、大.宝钢开发出新型的耐火 耐候钢,初步形成了具有国际先进水平的和中国特点的系列产品B27O B57ONQ,并在国内的大型厂房、民居、商务楼等应用,受到钢结构加工、施工单位好评；马钢也研制出 耐炽热轧H型钢,能耐600C高温,并在上海一幢高层建筑上应用；上海大通钢结构有限 公司采用宝钢的材料开发出耐火耐候高频焊接 H 型钢.我国的热轧 H 型钢从零开始开展到 2002年的 100多万吨,其他钢结构用的中厚板、型钢、钢管、冷弯型钢、涂镀层钢板等产 品,都有明显的增长,根本满足国内钢结构行业的需求,为其不断开展做出了奉献.然而,应该看到,尽管国产的钢结构用钢在研制、开发和产能上有了长足进展,但与 钢
14、结构产业未来开展趋势和要求还存在一定的差距,目前国产的轻型薄壁型钢材与我国钢 结构建筑业的开展还不能完全相适应.比方,板材的焊接水平差, 16Mn 板材在焊接时往 往出现层状撕裂；高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决,不能满足轻型 房屋钢结构的需要； 我国生产的大多为镀锌薄板, 而镀铝锌薄板几乎没有, 在轻钢房屋中, 用户多项选择用抗蚀性能更好的镀铝锌薄板；我国的型材品种规格还不能满足建筑需要, H 型 钢的规格不多,对其推广应用带来一定影响；近年来,方钢管在建筑建筑工程应用增多, 但这种型材的规格不够齐全,尤其是大规格的很少,对推广应用有一定影响；目前国产钢 结构用钢主要是Q23
15、5,建筑用高强度低合金钢品种还太少,Q39O钢材在实际工程中尚未 见采用；耐火耐候钢等钢材的新品种还需进一步开发；等等.这些问题有待研究,它为钢 铁企业提出了新的攻关课题.对于轻型钢结构,我国目前主要还是接受轻型门式刚架钢结构体系,我国现阶段的设 计规程也是针对这一结构形式.中国工程建设标准化协会标准?门式刚架轻型房屋钢结构 技术规程?(CECSI()2: 2002)就是针对这一结构形式制定的.2.1.3 轻型门式刚架结构的研究现状与传统结构体系相比,轻型门式刚架房屋钢结构体系在理论还很不完善,存在着很大 的理论探索空间.有鉴于此,围绕轻型门式刚架钢结构体系应用过程中各环节的工作均不 是简单的
16、成果应用.另外,轻型门式刚架房屋钢结构体系在各个领域的技术进步和应用发 展,除必要的技术导入之外,应根据自身水平,追逐理论热点,以科技为先导,开展必要 的科研工作,以最大限度地挖掘利润 5 空间,追求更大的经济效益和社会效益,满足生产 和市场需要.就目前的热点问题有以下几个方面：1理论研究方面： 应力蒙皮效应与结构共同工作的空间作用； I型变截面梁柱,在腹板局部屈曲后刚架结构体系的稳定极限承载力； 以用钢量为目标函数,以极限承载力或不适合变形为限制参数的计算机分析、优化 设计和评估软件系统的开发等.2实验验证方面： 节点、根本构件和整体刚架结构,在静力和动力荷载作用下的受力性能、破坏机理 和对稳定极限承载力的影响； 刚架结构体系,在动力和地震荷载作用下的工作性能和破坏机理等.3设计与生产领域技术方面 轻型门式刚架房屋钢结构体系的进
