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1、钢结构设计钢结构设计主讲：何文辉0.1 钢结构的特点和应用范围钢结构的特点和应用范围1.轻质高强轻质高强; 由于钢材强度高，结构需要的构由于钢材强度高，结构需要的构件截面小件截面小,结构自重轻。结构自重轻。 a=容重容重/强度强度, a越小，结构相对越越小，结构相对越轻。轻。 钢材：钢材：a=1.73.710-4/m； 木材：木材：a=5.410-4/m； 钢砼：钢砼：a= 1810-4/m；一、钢结构的特点一、钢结构的特点澳大利亚啤酒中心澳大利亚啤酒中心第0章 绪论1 2.钢材的钢材的塑性塑性和和韧性韧性好；好； 塑性塑性和和韧性韧性是概念上完全不同的两个物理量。是概念上完全不同的两个物理量
2、。 塑性塑性 塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证；载而突然断裂，给人以安全保证； 韧性韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。 韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。 23.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力 学假定符合较好学假定符合较好; 钢材屈服前看作弹性材料钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹塑性材屈服以后看作塑性或弹塑性材料料4.制作、安装简便，工期短，符合工业化要求制作、安
3、装简便，工期短，符合工业化要求; 国国家家大大剧院院屋屋架架安安装装钢结构住宅构住宅35、密闭性好，不渗漏密闭性好，不渗漏;6、钢材耐热性好，耐火性差钢材耐热性好，耐火性差; 当结构表面长期受辐射热达当结构表面长期受辐射热达 150 以上或在短时间以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施；内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施；600摄氏度时强度约为摄氏度时强度约为0。7、钢材耐腐蚀性差钢材耐腐蚀性差。二、钢结构的应用范围二、钢结构的应用范围1.大跨度结构大跨度结构40.2 0.2 钢结构的设计方法一、钢结构设计方法的演变一、钢结构设计方法的演变1.1.容许应力方法容许应力
4、方法 从从20世世纪初到初到20世世纪5O年代，年代，钢结构采用安构采用安全系数法全系数法设计，即，即:N-构件截面的内力；构件截面的内力；A-构件截面几何特征；构件截面几何特征；F-钢材的最大材的最大强度；度；K-大于大于1的安全系数；的安全系数；-钢材的容材的容许应力。力。52.2.概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法 (1) (1) 极限状态：极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状当结构或其组成部分超过某一特定状 态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。称为结构的极限状态。(2)(2) 极限状态分为两类：
5、极限状态分为两类： b.b.正常使用极限状态正常使用极限状态: : 包包括括：影影响响正正常常使使用用或或外外观观的的变变形形、影影响响正正常常使使用用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。a.a.承载能力极限状态承载能力极限状态: : 包包括括：强强度度破破坏坏、疲疲劳劳破破坏坏、不不适适于于继继续续承承载载的的变变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。 6 (3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 半概率极限状半概率极限状态设计方法方法; 近似
6、概率极限状近似概率极限状态设计方法方法; 全概率全概率设计方法。方法。 a. 半概率极限状半概率极限状态设计方法方法; 1).三系数法三系数法（当（当时称称为计算极限状算极限状态法法） : 1957年至年至1973年我国年我国钢结构构设计采用半概率的分采用半概率的分项系系数法数法,结构构设计中引入三个分中引入三个分项系数，即系数，即: 荷荷载分分项系数系数-考考虑荷荷载的不定性的不定性; 材料分材料分项系数系数-考考虑材料的不均性材料的不均性; 工作条件系数工作条件系数-考考虑结构及构件的工作特点以及某些假定构及构件的工作特点以及某些假定的的计算算简图与与实际情况不完全相符等因素情况不完全相符
7、等因素。72) 半半经验半概率极限状半概率极限状态设计法法(容容许应力法）力法） N-构件截面的内力；构件截面的内力； A-构件截面几何特征；构件截面几何特征； K1-荷荷载系数；系数； K2-材料系数材料系数; K3-调整系数；整系数； fyk-钢材的屈服材的屈服强度度标准准值； -钢材容材容许应力力8b、近似概率极限状、近似概率极限状态设计法法 （现行行钢结构构设计规范范(GB500172003)） 结构的工作性能可用构的工作性能可用结构的构的“功能函数功能函数”来描述：来描述： Zg（X1，X2，Xn）式中：式中： g（）-结构的功能函数；构的功能函数； Xi(i1，2,n)-影响影响结
8、构可靠性的各物理量。构可靠性的各物理量。 9 将各因素概括将各因素概括为两个两个综合随机合随机变量量-结构的抗力构的抗力R、 作用效作用效应S，则公式（公式（1-3）可以写成：）可以写成： Zg（R，S）RS （1-4） 在在实际工程工程结构中，可能出构中，可能出现下列三种情况：下列三种情况： Z0表示表示结构构处于于可靠可靠状状态； Z0表示表示结构构处于于极限极限状状态 Z0表示表示结构构处于于失效失效状状态； 判断判断结构是否可靠，要看构是否可靠，要看结构是否达到极限状构是否达到极限状态， 为此，通常将下式：此，通常将下式： Zg(R，S)RS0 (1-5) 称称为极限状极限状态方程方程
9、。10结构能完成构能完成预定功能的概率定功能的概率(可靠度可靠度)用用Ps表示，表示，则：PsPZ0结构不能完成构不能完成预定功能的概率定功能的概率(失效概率失效概率)用用Pf表示，表示，则：PfPZ0由于事件由于事件Z0与事件与事件Z0是是对立事件，所以立事件，所以结构的可靠度与构的可靠度与结构的失效概率构的失效概率满足足: Ps Pf 1 或或 Ps1- Pf11 因因为R和和S都是随机都是随机变量，且假定都服从正量，且假定都服从正态分布，由分布，由 概率概率论原理知功能函数原理知功能函数 Z=R-S 也服从正也服从正态分布分布,则:f(z)f(z)P Pf fz zZ 的概率密度曲的概率
10、密度曲线Z=R-SZ=R-S 令：令：Z、R、S的平均的平均值分分别为z、R、s，标准差分准差分别为z、R、s，则: 12 f(z)f(z)z zZ 的概率密度曲的概率密度曲线P Pf fZ=R-S因因服从服从标准正准正态分布，故上式又可写成：分布，故上式又可写成：式中式中: ()-标准正准正态函数；函数；-1()-标准正准正态函数函数的反函数的反函数。13l从从图中可以看出中可以看出与失效概率与失效概率Pf 间存在着一一存在着一一对应关系关系,即即: 1).减小减小时，阴影部分，阴影部分 的面的面积增大，即失效概增大，即失效概 率率Pf增大增大； 2).增大增大时，阴影部分，阴影部分 的面的
11、面积减少，亦即失效减少，亦即失效 概率概率Pf减小减小。l说明说明可以作为衡量结可以作为衡量结 构构可靠度可靠度的一个数量指的一个数量指 标标。可靠度指标可靠度指标f(z)zZ 的概率密度曲的概率密度曲线PfZ=R-S14标准准正正态分分布布时 与与 的的对应值 4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0 的的计算算:代入代入的定义的定义式得：式得：15又：16 c.全概率全概率设计法法对结构的各种基本构的各种基本变量均采用随机量均采用随机变量或随机量或随机过程程来描述，来描述，对结构构进行精确的概率分析，求得行精确的概率分析，求得结构最构
12、最优失失效概率作效概率作为结构可靠度的直接度量。构可靠度的直接度量。三、钢结构设计表达式三、钢结构设计表达式 a. a. 采用以概率理论为基础的极限状态设计方法采用以概率理论为基础的极限状态设计方法( (疲劳问疲劳问题除外题除外) )，用分项系数的表达式进行计算；，用分项系数的表达式进行计算； b.b. 结构的可靠度用可靠度指标来度量，并以分项系数的结构的可靠度用可靠度指标来度量，并以分项系数的形式考虑。形式考虑。17 （一）（一）按承载能力极限状态设计按承载能力极限状态设计 应考考虑荷荷载效效应的基本的基本组合或偶然合或偶然组合合进行荷行荷 载（效（效应）组合，采用下列表达式合，采用下列表达
13、式设计： 式中：式中：o-结构重要性系数；构重要性系数； S -荷荷载效效应（组合）的合）的设计值； R -钢结构构件或构构件或连接材料抗力的接材料抗力的设计值。 18荷载效应组合如下：荷载效应组合如下：2.由永久荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：SGk： 永久荷载，永久荷载，SQk ：可变荷载：可变荷载3.荷载分项系数取值如下：荷载分项系数取值如下：1.由可变荷载效应控制的组合：由可变荷载效应控制的组合：19（1）永久荷）永久荷载分分项系数系数 当其效当其效应对结构不利构不利时 -对可可变荷荷载效效应控制的控制的组合，合，应取取1.2; -对永久荷永久荷载效效应控制的控制的组合，
14、合，应取取1.35; 当其效当其效应对结构有利构有利时 -一般情况下一般情况下应取取1.0； -对结构的构的倾覆、滑移或漂浮覆、滑移或漂浮验算，算，应取取0.9。（2）可）可变荷荷载的分的分项系数系数 -一般情况下一般情况下应取取1.4； -对标准准值大于大于4kN/m2的工的工业房屋楼面房屋楼面结构的构的 活荷活荷载标准准值应取取1.3。20 对对于于钢钢结结构构这这种种单单一一材材料料，可可以以将将荷荷载载效效应应表表达达式用应力形式表示。式用应力形式表示。 可变荷载起控制作用时：可变荷载起控制作用时：永久荷载永久荷载起控制作用时：起控制作用时：式中：式中：4、钢结构构件承载能力极限状态设
15、计表达式钢结构构件承载能力极限状态设计表达式21-钢材或材或连接材料接材料强度度设计值。-钢材或材或连接材料接材料强度度标准准值。-钢材或材或连接材料抗力分接材料抗力分项系数，系数，对于于Q235Q235钢R R=1.087=1.087;Q345;Q345、Q390Q390、Q420Q420钢R R=1.111=1.111 。钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。22(二二) 正常使用极限状态正常使用极限状态1. 对于正常使用极限状于正常使用极限状态，要求分，要求分别采用采用荷荷载的的标准准组合、合、频遇遇组合和准永久合和准永久组合合，并使，并
16、使变形等不超形等不超过相相应的的规定限定限值。Gk -永久荷永久荷载标准准值在在结构或构或结构构件中构构件中产生的生的 变形形值；Q1k-第第1个个可可变荷荷载的的标准准值在在结构或构或结构构件中构构件中 产生的生的变形形值（该值使使计算算结果果为最大）；最大）；23 Qik-其他第其他第i个可个可变荷荷载标准准值在在结构或构件中构或构件中产 生的生的变形形值。 -结构或构或结构构件的容构构件的容许变形形值。注:组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。 2. 对于于受受压、受拉构件受拉构件，规范范规定定应限制其限制其长细比，比， 即即: 式中：式中：-受受压、受拉构件的、受拉构件的计
17、算算长细比比 ； -规范范规定的受拉、受定的受拉、受压构件容构件容许长 细比，按比，按规范采用。范采用。24（三）使用设计表达式的注意事项（三）使用设计表达式的注意事项 1.计算静力算静力强度和度和稳定定时，采用荷，采用荷载的的设计值；疲；疲劳计算、算、变形形计算采用荷算采用荷载的的标准准值。 2. 强度度设计指指标f 1)强度度设计值的种的种类、性、性质； 2)按板厚或直径分按板厚或直径分组； 例如例如:按按轴心受力心受力计算算单面面 连接接单角角钢的的强度度时。 25第一章第一章 门式刚架轻型房屋钢结构门式刚架轻型房屋钢结构门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便
18、于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。1.1 概述一、门式刚架结构的组成26(1)、横向框架由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。(2)、屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。(3)、支撑体系包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的纵向框架，承担纵向水
19、平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和稳定。(4)、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。(5)、墙架承受墙体的自重和风荷载。27l支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。l平面门式刚架和支撑体系组成了轻型钢结构的主要受力骨架。l屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。28二、门式刚
20、架的特点l主要依据 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB500182002） 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）l适用条件: 1) 轻型轻型屋盖，轻型外墙； 2) 承重结构单跨和多跨实腹式门式刚架 3) 无吊车，Q20t桥式吊车， Q3t悬挂吊车l受力特点： 构件中的板件宽度比较大，利用了板件的屈曲后强度。 计算构件的截面特征时，根据板件的有效宽度来计算。29有效宽度法 l所谓有效宽度法指在设计中为了合理利用受压板件的超屈曲强度所采用的一种简化计算方法。l以均匀受压的两边支承板件，其临界应力可按下式计算 30有效宽度法 l当板件宽厚比较大时由于边缘效应及薄膜张力的作用，板件可
21、承受比上述临界应力大得多的应力，宽厚比越大，这种现象就越明显，增加的外荷主要由板件靠近两纵边的部分承受，板件中间部分的应力则保待值不变甚或略有减小。l整个板件截面上的应力将呈马鞍形分布，直至随着外荷的不断增大，板边的应力达到钢材的屈服点时，板件才失稳丧失承载能力。通常把板件所能承受的大于其临界应力的强度称作板件的超屈曲强度。3132l为了方便设计计算方便：Bef称为受压板件的有效宽度 33特点1 1）质量轻：用钢量为）质量轻：用钢量为101030kg/m30kg/m2 2, ,自重为砼的自重为砼的1/201/201/301/30；2 2）存在蒙皮效应，整体刚度好；）存在蒙皮效应，整体刚度好；3
22、 3）柱网布置灵活：柱距不受模数限制，可省钢优化柱距）柱网布置灵活：柱距不受模数限制，可省钢优化柱距4 4）支撑系统简洁：整体性可依靠檩条、隅撑保证；）支撑系统简洁：整体性可依靠檩条、隅撑保证；5 5）综合效益高：造价高于砼（材料价格），但周期短，）综合效益高：造价高于砼（材料价格），但周期短， 投资效益高；投资效益高；6 6）工业化程度高周期短：构件工厂制作，无湿作业；）工业化程度高周期短：构件工厂制作，无湿作业；7 7）对制作、涂装、运输、安装要求高：壁薄，外力撞）对制作、涂装、运输、安装要求高：壁薄，外力撞 击下易变形，锈蚀后果严重。击下易变形，锈蚀后果严重。 t tminmin= 3.
23、0mm= 3.0mm（焊接）（焊接） 1.5mm (1.5mm (冷弯）冷弯） 0.4mm (0.4mm (压型钢板）压型钢板）34蒙皮效应蒙皮效应 l指在建筑物的表面覆盖材料（屋面板和墙板）利用本指在建筑物的表面覆盖材料（屋面板和墙板）利用本身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用。身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用。l工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的紧固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔紧固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔板。这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁板。这种板在平面内具有相当大的刚度，类似
24、于薄壁深梁中的腹板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板深梁中的腹板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘，可的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘，可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用（图载作用（图1-3）。）。35应用范围包括各类轻型厂房，体育场馆、车站候车大厅、仓应用范围包括各类轻型厂房，体育场馆、车站候车大厅、仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建筑、码库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建筑、码头建筑、办公场所以及辅助性建筑等。据不完全统计国内每年头建筑、办公场
25、所以及辅助性建筑等。据不完全统计国内每年至少有至少有1000万平方米的轻钢结构建筑物竣工。万平方米的轻钢结构建筑物竣工。门式刚架轻型钢结构是一种非常有发展前途的建筑结构形式。门式刚架轻型钢结构是一种非常有发展前途的建筑结构形式。三、门式刚架结构的应用三、门式刚架结构的应用361.2 结构形式和结构布置1.2.1 结构形式l 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。l 结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨结构形式的选取考虑生产工
26、艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素位及建筑尺寸等因素37单跨单坡单跨单坡单跨双坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）多跨（中间摇摆柱）高低跨高低跨双坡双跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）多跨（梁柱刚结）四坡双跨四坡双跨摇摆柱摇摆柱38l 多脊多坡多脊多坡 V.S. 单脊双坡单脊双坡l 不等高刚架不等高刚架l 双坡多跨刚架的中柱布置双坡多跨刚架的中柱布置摇摆柱梁柱节点摇摆柱梁柱节点铰接连接铰接连接梁柱节点梁柱节点刚性连接刚性连接39l 等截面等截面 V.S. 变截面变截面l 刚架柱底铰接刚架柱底铰接 V.S. 刚接刚接l 屋面坡度屋面坡度1/201/8l 单元连接单元连接40
27、 刚接柱脚详图 铰接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架 铰接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁、柱411.2.2 1.2.2 结构布置结构布置1.1.刚架的建筑尺寸和布置刚架的建筑尺寸和布置 跨度：跨度：横向刚架柱轴线间距离；一般为横向刚架柱轴线间距离；一般为9-36m9-36m 轴线：轴线：梁、柱轴线；边柱取外皮梁、柱轴线；边柱取外皮 高度：高度：刚架高度、檐口高度、最大高度、净高刚架高度、檐口高度、最大高度、净高 外形尺寸：外形尺寸：宽度侧墙墙梁外皮；长度山墙墙梁外皮宽度侧墙墙梁外皮；长度山墙墙梁外皮 刚架高度：刚架高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取 4.5-
28、9m4.5-9m 柱距柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取宜取6m6m、7.5m7.5m、或、或9m9m 挑檐长度挑檐长度：根据使用要求确定，宜为根据使用要求确定，宜为0.50.51.2m1.2m422.2.结构平面布置结构平面布置 温度分区温度分区 ：纵向温度区段纵向温度区段300m 300m ；横向温度区段；横向温度区段150m120m120m或或8 8度、度、9 9度且结构单元度且结构单元90m90m时时, ,中部中部1/31/3区段，以免传力路程太长；区段，以免传力路程太长；在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分
29、在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑称为下层支撑为保证面外稳定为保证面外稳定, ,可设置隅撑可设置隅撑; ;保证施工过程中的稳定性保证施工过程中的稳定性. .1檩条（条（墙梁）梁） 2隅撑隅撑 3刚架横梁（架横梁（钢柱）柱）23150l当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑51l如果温度区段长度超过90m，则在它的1/3点处各设一道支撑，以免传力路程太长。52l在短而高的单层厂房钢结构中，下层支撑也可布置在单层厂房钢结构的两端。53l为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部，由于单层厂房钢结构柱在吊车梁以上部分的刚度小，不会产生过大的温度应力，从安装条件来
30、看这样布置也是合适的。l在有下层支撑处也应设置上层支撑。l支撑可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。54v 1.3.1 1.3.1 荷载及荷载组合荷载及荷载组合v 1.3.2 1.3.2 刚架的内力和侧移计算刚架的内力和侧移计算v 1.3.3 1.3.3 刚架柱和梁的设计刚架柱和梁的设计1.3 1.3 刚架设计刚架设计551 1）永久荷载）永久荷载(G)(G)：包括结构构件的自重和悬挂在结：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、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。支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
31、2 2）可变荷载）可变荷载(D)(D)：屋面活荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰、屋面雪荷载和积灰荷载、检修集中荷载、吊车荷载荷载、检修集中荷载、吊车荷载 、地震作用、地震作用 、风荷载。风荷载。 1.3.11.3.1荷载及荷载组合荷载及荷载组合56l均布活载的标准值（按投影面积算）取0.5kN/m2； 投影面积大于60平米,取0.3kN/m2l检修集中荷载标准值取1.0kN或实际值l均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取较大值计算l积灰荷载与雪和均布活载中的较大值同时考虑；l检修荷载只与结构自重荷载同时考虑；57l风载(W)：现行门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002)3对于风
32、荷载的取用是以GB50009-2001为基础的，关于风荷载体形系数是按照美国金属房屋制造商协会MBMA低层房屋体系手册（1996）中有关小坡度房屋的规定取用的；l温度(T)：按实际环境温差考虑；l吊车(C)：按GB50009-2001的规定取用，但吊车的组合一般不超过两台；l地震作用(E)：按GB50009-2001的规定取用，不与风荷载作用同时考虑。58 荷载组合原则：荷载组合原则：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者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；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；值同时
33、考虑； 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以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；外的其他荷载同时考虑； 多台吊车的组合应符合多台吊车的组合应符合荷载规范荷载规范的规定；的规定； 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。时考虑。 59 在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：组合（组合（1 1）：）： 用于截面强度和构件稳定性计算用于截面强度和构件稳定性计算 1.21.2永久荷载永久荷载+0.9+0.91.41.4 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面均屋面均布活荷载
34、、雪荷载布活荷载、雪荷载+0.9+0.91.41.4( (风荷载风荷载+ +吊车竖吊车竖向及水平荷载向及水平荷载) )组合（组合（2 2）：）： 用于柱脚及锚栓抗拉计算用于柱脚及锚栓抗拉计算 1.01.0永久荷载永久荷载+0.9+0.91.41.4( (风荷载风荷载+ +邻跨吊车水平邻跨吊车水平荷载荷载) ) 组合（组合（3 3）：）： 用于柱脚及锚栓抗拉、抗倾覆计算用于柱脚及锚栓抗拉、抗倾覆计算 1.0 1.0永久荷载永久荷载+1.4+1.4风荷载风荷载 60 在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：组合（组合（4 4）：）： 用于截面强度和构件稳
35、定性计算用于截面强度和构件稳定性计算 1.21.2永久荷载永久荷载+1.4+1.4 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面均布活屋面均布活荷载、雪荷载荷载、雪荷载组合（组合（5 5）：）： 用于地震作用和自振特性计算用于地震作用和自振特性计算 1.01.0永久荷载永久荷载+ 0.5+ 0.5 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面均布屋面均布活荷载、雪荷载活荷载、雪荷载+1.0+1.0吊车自重吊车自重组合（组合（6 6）：）： 用于地震作用参与组合的计算用于地震作用参与组合的计算 1.2 1.2永久荷载永久荷载+1.4+1.40.50.5 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面屋面均布活荷载、雪荷载
36、均布活荷载、雪荷载+1.3+1.3地震作用地震作用61当满足以下条件之一时，轻型门架可不考虑地震当满足以下条件之一时，轻型门架可不考虑地震作用，只进行基本内力计算：作用，只进行基本内力计算：6 6度设防度设防7 7度设防，且风载标准值度设防，且风载标准值0.350.35k kN/mN/m2 28 8度设防，且风载标准值度设防，且风载标准值0.450.45k kN/mN/m2 2621.3.2 1.3.2 刚架内力和侧移计算刚架内力和侧移计算l因变截面构件有可能在不同部位同时形成塑性铰，故不宜利用塑性铰出现之后的内力重分布，且构件腹板通常很薄，塑性发展潜力不大，所以变截面门架应采用弹性分析方法确
37、定各种内力。在构件全为等截面时才允许采用塑性分析方法。l轻钢结构内力和位移的计算采用一阶弹性理论，即线性的结构力学方法。一阶弹性理论的基本假定是结构处于弹性状态、结构产生的较小位移引起的二阶效应可以忽略不计。l结构的节点位移会产生杆端内力的效应，而杆件本身的变形也会产生杆身内力的效应。而效应反过来又会引起结构位移的变化。这样的相互耦联和相互影响的效应称为结构的二阶效应。l必须采用二阶弹性理论分析其内力和位移的结构被称为非线性弹性结构。二阶弹性理论不具有线性的叠加性质。1、门式刚架的内力计算方法63分析模型分析模型按平面结构进行内力分析主刚架平面模型按空间结构进行内力分析主刚架+支撑系统+屋、墙
38、面体系（蒙皮效应）空间整体模型分析方法分析方法手算方法：超静定结构体系；结构力学 力法/位移法；电算方法：有限元法/矩阵位移法/直接刚度法变截面构件分段近似为若干等截面单元/楔形单元内力计算原则内力计算原则 根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控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、制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。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：控制截面的内力组合主要有：最大轴力最大轴力NmaxNmax和同时出现的和同时出现的M M及及V V的较大值。的较大值。 最大弯
39、矩最大弯矩MmaxMmax和同时出现的和同时出现的V V及及N N的较大值。的较大值。最小轴力最小轴力NminNmin和相应的和相应的M M及及V V，出现在永久荷载和，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0M=0。66侧移计算原则侧移计算原则 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。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： 1、放大柱或梁的截面尺寸； 2、改铰接柱脚为刚接柱脚； 3、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。n精确计算方法：有限元法/矩阵位移法/直
40、接刚度法n近似计算方法67梁计算长度梁计算长度l梁以其侧向支撑间最短距离作为平面外计算长梁以其侧向支撑间最短距离作为平面外计算长度，屋面梁以受压翼缘的侧向支撑度，屋面梁以受压翼缘的侧向支撑隅撑作为侧隅撑作为侧向支撑，向支撑，l规范同时规定隅撑间距一般可取被支撑构件受规范同时规定隅撑间距一般可取被支撑构件受压翼缘宽度的压翼缘宽度的16*sqrt(235/fy)16*sqrt(235/fy)倍。倍。l习惯上是隔一檩布置一对隅撑习惯上是隔一檩布置一对隅撑, ,那平面外计算长那平面外计算长度就是两个檩距度就是两个檩距(3(3米居多米居多) )。 1.3.3 1.3.3 刚架柱和梁的设计刚架柱和梁的设计
41、68柱计算长度柱计算长度l一般为了保证柱子的平面外稳定，会设置柱间一般为了保证柱子的平面外稳定，会设置柱间支撑、隅撑，它们的节点（也就是柱子的侧向支支撑、隅撑，它们的节点（也就是柱子的侧向支撑点）点的长度作为柱子的平面外计算长度。撑点）点的长度作为柱子的平面外计算长度。l柱顶标高很高的情况下，往往在柱腰增加一道柱顶标高很高的情况下，往往在柱腰增加一道通长支撑（比如系杆或者桁架之类的），这样一通长支撑（比如系杆或者桁架之类的），这样一来柱的平面外计算长度取支撑间距，结果计算的来柱的平面外计算长度取支撑间距，结果计算的用钢量大大降低。用钢量大大降低。 69 设计方法、设计过程设计方法、设计过程弹性
42、设计方法设计过程初选截面作用效应计算内力组合构件设计调整截面. .梁、柱板件的宽厚比限值：梁、柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼缘板的宽工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：厚比：冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB5001871b1取值：取值：1、焊接、焊接腹板边至翼缘腹板边至翼缘边缘；边缘；2、轧制、轧制内圆弧起点至内圆弧起点至翼缘边缘。翼缘边缘。. .腹板屈曲后强度利用：腹板屈曲后强度利用： 在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲允许腹板
43、发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度。后强度。 72l抗剪强度 & 板件失稳l腹板抗剪承载力hw - 腹板平均高度；tw - 腹板厚度；l腹板高度变化不超过60mm/ml腹板屈曲后抗剪强度设计值l反应腹板受剪时稳定性的参数l板件在剪应力作用下的屈曲系数a 横向加劲肋间距；无加劲肋时.腹板的有效宽度： 当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性。 77有效宽度取值：当腹板全部受压时：当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：he：腹板受压区有效宽度； ：有效宽度系数；hc: 腹板受压区高度; hw: 腹板高度;l有效宽度系数l反应腹板受
44、压、受弯时稳定性的参数l板件在正应力下屈曲系数其中有效宽度的分布l有效宽度的分布. .刚架梁、柱构件的强度计算刚架梁、柱构件的强度计算刚架内力分析刚架内力分析在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下刚架弯矩图荷载计算简图83在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：荷载计算简图荷载计算简图 刚架弯矩图刚架弯矩图84轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈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，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。所以门式刚架一般按弹性
45、理论设计。考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载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值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。算。85正应力验算：正应力验算：剪应力验算：剪应力验算： 式中： 构件有效净截面面积； 对主轴x和y的有效净截面抵抗矩； 对主轴x和y的弯矩。86弯矩作用平面内：弯矩作用平面内：弯矩作用平面外：弯矩作用平面外：87工字形截面受弯构件在剪力工字形截面受弯构件在剪力V V和弯矩和弯矩M M共同共同 作用下的强度应符合下列要求：作用下的强度应符合下列要求： 当当 时时 当当 时时 当截面为双轴对称时当截面为双轴对称时88
46、工字形截面受弯构件在剪力工字形截面受弯构件在剪力V V、弯矩、弯矩M M和轴力和轴力N N 共同作用下的强度应符合下列要求：共同作用下的强度应符合下列要求： 当当 时时 当当 时时 当截面为双轴对称时当截面为双轴对称时 895.5.梁腹板加劲肋的配置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。但中间加劲肋，根据计算需要确定。但门规门规规定规定, ,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距当利用腹板屈曲后抗剪
47、强度时，横向加劲肋间距a a宜宜取取h hw w2h2hw w。 905.5.梁腹板加劲肋的配置梁腹板加劲肋的配置: : 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生的压力s s。91拉力场加劲肋按轴心受压构件验算加劲
48、肋按轴心受压构件验算N=P+Ns；计算长度hw截面为加劲肋和两侧宽b腹板 加劲肋稳定性验算按加劲肋稳定性验算按钢规钢规进行，计算长度取腹板进行，计算长度取腹板高度高度hwhw，截面取加劲肋全部和其两侧各，截面取加劲肋全部和其两侧各 b 宽度范围内的腹板面积，按两端铰接轴心受压构件进行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。计算。当集中荷载作用处不设横向加劲肋时，尚需进行腹板当集中荷载作用处不设横向加劲肋时，尚需进行腹板压皱验算。压皱验算。92. .变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算: : 变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式变截面柱在刚架平面
49、内的整体稳定按下列公式 计算：计算：93钢结构规范压弯构件平面内稳定性参照美国参照美国AISCAISCLRFDLRFD规范，仍采用等截面压弯规范，仍采用等截面压弯构件的相关公式，但作了一些必要的变动。构件的相关公式，但作了一些必要的变动。对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面，上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面，故公式左端故公式左端第二项第二项的弯矩
50、的弯矩M1M1，和有效截面模量，和有效截面模量W We1e1应应以大头为准以大头为准。公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大轴力就作用在小头截面上，故轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运第一项按小头运算算比按大头运算安全。比按大头运算安全。 94两端弯曲应力相等： 当 0.6时： 7. 7.变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算 应分段按公式计算：应分段按公式计算： 95一端弯矩为0： 96为与构件契率有关的系数，分别对应绕y轴(截面弱
51、轴)和绕z轴(杆件纵轴)屈曲，取自AISC LRFD规范 公式不同于公式不同于钢规钢规中压弯构件在弯矩作用平面外中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点：的稳定计算公式之处有两点：截面几何特性按有效截面计算；截面几何特性按有效截面计算； 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩取考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩取大头截面。大头截面。 979.9.变截面柱在刚架平面内的计算长度变截面柱在刚架平面内的计算长度 截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计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算长度应取为 ，式中，式中 为柱的几何高为柱的几何高度，度， 为计算长度系数
52、。为计算长度系数。 可由下列三种方法确定：可由下列三种方法确定：查表法（适合于手算）查表法（适合于手算）一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上机计算机计算) )二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）98查表法查表法柱脚铰接单跨刚架楔形柱的柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 可由表可由表1-11-1查得。查得。柱线刚度柱线刚度K1K1和梁线刚度和梁线刚度K2K2分别按下列公式计算：分别按下列公式计算： 表中和式中表中和式中 、 分别为柱小头和大头的截面惯性矩；分别为柱小头和大头的截面惯性矩； 梁最小截面的惯性矩；梁最小截面
53、的惯性矩； 半跨斜梁长度；半跨斜梁长度； 斜梁换算长度系数，斜梁换算长度系数，由门规附录由门规附录D.0.1-2D.0.1-2查取查取。当梁为等截面为当梁为等截面为1 1。99柱脚铰接楔形柱的计算长度系数柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表，表1 11 1 K2Kl 0.1 0.2 O.3 O.5 0.75 1.02.010.0 0.0l0.428 O.368 O.349 0.3310.320 0.318 0.315 0.3100.02 0.600 0.502 0.470 0.4400.428 0.420 O.411 O.4040.03O.729 0.599 O.558 0.5200.50l0.
54、4920.4830.473O.050.931O.756 O.694 0.6440.6180.6060.589 0.5800.071.075 O.873 0.801 0.7420.711 0.697 O.672 O.6500.101.252 1.027 0.935 0.857O.817 0.801 O.790 0.7390.151.5181.235 1.1091.021O.965O.938 O.8950.8720.20 1.7451.395 1.254 1.1401.080 1.045 1.000 0.969100多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计算多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计算长度应
55、取为长度应取为 式中 放大系数； 计算长度系数，由表11查得，但公式(1-34)中的 取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度 ，如图1-21所示； 摇摆柱承受的荷载； 边柱承受的荷载； 摇摆柱高度； 刚架边柱高度。101 引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初始侧倾时，不仅框架柱上的荷载始侧倾时，不仅框架柱上的荷载P Pfi fi对框架起倾覆作对框架起倾覆作用，摇摆柱上的荷载用，摇摆柱上的荷载P Pli li也同样起倾覆作用。这就是也同样起倾覆作用。这就是说，图说，图1-211-21框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应外，
56、还要加上中间摇摆柱荷载效应。因此需要根据外，还要加上中间摇摆柱荷载效应。因此需要根据比值比值(P(Pli lih hli li) )(P(Pfi fih hfi fi) )对边柱计算长度做出调对边柱计算长度做出调整。整。 图1-21 计算边柱时的斜梁长度 102摇摆柱的计算长度系数取摇摆柱的计算长度系数取1.01.0。对于屋面坡度大于对于屋面坡度大于1 1：5 5的情况，在确定刚架柱的情况，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长度
57、。过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。103框架有侧移失稳的临界状态与其侧移刚度有直框架有侧移失稳的临界状态与其侧移刚度有直接关系。框架上的荷载使侧移刚度逐渐退化，接关系。框架上的荷载使侧移刚度逐渐退化，荷载加到一定程度时刚度完全消失，框架随即荷载加到一定程度时刚度完全消失，框架随即不能保持稳定。因此框架柱的临界荷载或计算不能保持稳定。因此框架柱的临界荷载或计算长度可以由侧移刚度得出。长度可以由侧移刚度得出。当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度载作用下的侧移刚度KHu时，柱计算长度时，柱计算长度系数可由下列公式计算：系数可由下列公式
58、计算：一阶分析法一阶分析法104对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图1-22a)当柱脚铰接时当柱脚刚接时中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1-22b)和单跨不对称刚架当柱脚铰接时当柱脚刚接时105对中间柱为摇摆柱的多跨刚架 摇摆柱：0边柱乘以放大系数 当采用计入竖向荷载一侧移效应当采用计入竖向荷载一侧移效应( (即即P-P-效应效应) )的的二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱，取二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱，取=1=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形柱，即计算长度等于几何长度。对于楔形柱，其计算长度系数可由下列公式计算：其计算长度系数可由下列公式计算： 二阶分析法二阶分析法式中: 构
59、件的楔率； 、 分别为柱小头和大头的截面高度。1061.3.4 1.3.4 刚架变形计算刚架变形计算107计算钢结构变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。计算钢结构变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。轻型钢结构设计时，一般先按照承载能力极限状态设计构件截轻型钢结构设计时，一般先按照承载能力极限状态设计构件截面，然后校核是否满足正常使用极限状态。由于轻型钢结构较柔，面，然后校核是否满足正常使用极限状态。由于轻型钢结构较柔，在很多情况下构件截面是由位移控制的。在很多情况下构件截面是由位移控制的。108109分析方法与内力计算相同1101、单跨变截面门式刚架的柱顶侧移计算、单跨变截面门式刚架的柱顶
60、侧移计算1）柱顶侧移）柱顶侧移适用条件：斜梁上翼缘坡度不大于1：5111112以上为单跨变截面刚架柱顶侧移计算的近似公式。计算表以上为单跨变截面刚架柱顶侧移计算的近似公式。计算表明，当柱为楔形构件时，用柱平均惯性矩代入此式算得的明，当柱为楔形构件时，用柱平均惯性矩代入此式算得的值偏大，但相差不多。水平风荷载和吊车水平荷载换算到值偏大，但相差不多。水平风荷载和吊车水平荷载换算到柱顶所乘的系数，对不同情况有不同程度的近似。柱顶所乘的系数，对不同情况有不同程度的近似。1132）柱顶等效水平力）柱顶等效水平力H1142）柱顶等效水平力）柱顶等效水平力H1152、两跨或多跨刚架的柱顶侧移计算、两跨或多跨
61、刚架的柱顶侧移计算1）中中间间柱柱为为摇摇摆摆柱柱时时，柱柱顶顶侧侧移移可可采采用用单单跨跨变变截截面面刚刚架架相相应应公公式式计计算算，但但在在计计算算刚刚架架柱柱与与横横梁梁的的线线刚刚度度比比值值时时，横横梁梁长长度度L应应以以双双坡坡斜斜梁梁全全长长2s代代替替，s为为单单坡坡长长度度（图图5.2.4）。上上下下端端均均为为铰铰接接的的摇摇摆摆柱柱不不能能提提供供侧侧向向刚刚度度，但对横梁起铰支点作用。但对横梁起铰支点作用。1161171.3.5 门式刚架节点设计门式刚架节点设计1、斜梁与柱刚接节点2、斜梁拼接节点3、柱脚节点4、斜梁与摇摆柱连接节点5、节点域6、钢牛腿节点l一般采用高
62、强螺栓端板连接，按刚接节点设计。l端板竖放/平放/斜放 斜梁与柱刚接节点斜梁与柱刚接节点端板竖放端板斜放端板平放h1Me（a）端板竖放（b）端板斜放（c）端板平放（d）斜梁拼接刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接120l按节点所受最大内力设计l满足构造要求 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计设计原则l摩擦型/承压型lM16；M20；M22；M24；M27; M30l成对设置l翼缘（特别是受拉翼缘）两侧宜同时设置l端板需外伸l排列要求+两对螺栓间距不宜大于400mm；l布置应考虑安装方便（ew, ef 35mm ） 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计高强螺栓螺栓排列应符合构造要求，下
63、图的 ， 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，两排螺栓之间的最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过400mm。123刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：l当当 时，时，l当当 时，时，124 节点构造设计节点构造设计 节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋形式中又有梯形加腋与曲线加腋之分，一
64、般采用形式中又有梯形加腋与曲线加腋之分，一般采用梯形加腋梯形加腋并在加腋部分的两端设置并在加腋部分的两端设置加劲肋加劲肋及及侧向侧向支撑支撑，以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压，以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求，并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋求，并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋节点图。节点图。125横梁屋脊拼装节点图126高强螺栓计算高强螺栓计算验算最不利螺栓的拉力： 横梁与柱在连接处传递的弯矩； 最远一排螺栓至承压点的距离； 螺栓列数； 任意一排螺栓至承压点的距离； 一个螺栓所能承受的抗
65、拉容许承载力。127 分析研究表明，外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩作用下，可假定转动中心位于下翼缘中心线上。上翼缘两侧对称设置4个螺栓时，每个螺栓承受下面公式表达的拉力，并依此确定螺栓直径： 当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时，可以在翼缘内侧增设螺栓。 128抗剪承载力设计值承压承载力设计值抗拉承载力设计值单个螺栓（承压型高强螺栓）：l高强螺栓群设计：M/V/N（不是构件内力）l计算方法：端板塑性分析/端板弹塑性分析/端板刚性分析l上下翼缘两侧各布置两对螺栓时，每个螺栓所受拉力可简化计算为：同时受剪、受拉的螺栓应满足相关公式为避免螺栓孔壁承压破坏，
66、螺栓所受剪力还应满足l端板大小l梁柱截面l高强螺栓布置l端板厚度 l按端板塑性分析方法确定l厚度不宜小于16mm 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计端板设计l端板塑性分析方法l以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态；l根据平衡原理进行计算；l端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；端板屈服线l端板塑性分析方法l以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态；l根据平衡原理进行计算；l端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；l端板厚度应根据各区域支承条件计算l端板厚度计算公式l悬臂类端板无加劲肋类端板l端板厚度计算公式l两边支承类端板，端板外伸时两边支承类端板，端板平齐时l端板厚度计算公式l
67、三边支承类端板，l伸臂类端板厚度公式推导伸臂类端板厚度公式推导 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计l梁柱刚接节点域腹板抗剪验算节点域设计不满足要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋l铰接柱脚l无吊车，楔形边柱l摇摆柱，等截面柱l刚接柱脚l有吊车，等截面柱 柱脚节点柱脚节点铰接柱脚刚接柱脚l柱脚底板l大小（A*B）：混凝土抗压；l厚度（t）：底板受弯；l肋板l连接焊缝l锚栓设计l材料：Q235/Q345;l直径不小于24mm，双螺帽；l锚固长度：设置弯钩/锚板；l应考虑柱间支撑传至柱脚的拉力；l单个锚栓的抗拉承载力：l抗剪键设计l锚栓不抗剪;l剪力由摩擦力和抗剪键承担;柱脚的计算柱脚的计算一、
68、底板的计算一、底板的计算1 1、底板的平面尺寸、底板的平面尺寸底板面积：底板面积：式中式中 柱轴心压力设计值；柱轴心压力设计值； 基础混凝土轴心抗压强度设计值；基础混凝土轴心抗压强度设计值； 锚栓孔面积。锚栓孔面积。150按构造要求确定底板宽度：按构造要求确定底板宽度：式中式中 柱截面宽度或高度；柱截面宽度或高度； 靴梁厚度；靴梁厚度； 底板悬臂长度。底板悬臂长度。再根据底板面积确定底板长度。再根据底板面积确定底板长度。1512 2、底板的厚度、底板的厚度底板的厚度决定于板的抗弯强度。底板的厚度决定于板的抗弯强度。式中：式中： 为底板承受的最大弯矩值为底板承受的最大弯矩值。 152柱脚锚栓应采
69、用柱脚锚栓应采用Q235Q235或或Q345Q345钢材制作。锚栓的锚固钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)(GB 50007-2002)的规定，锚栓端部按规定设置的规定，锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。弯钩或锚板。计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载( (或或雪荷载雪荷载) )、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数荷载的
70、分项系数1.01.0。锚栓直径不宜小于。锚栓直径不宜小于24mm24mm，且，且应采用双螺帽以防松动。应采用双螺帽以防松动。柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力( (摩擦摩擦系数可取系数可取0.4)0.4)或设置抗剪键承受。或设置抗剪键承受。153靴梁的构造与计算靴梁的构造与计算(1) (1) 靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。(2) (2) 靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同。靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同。(3) (3)
71、靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴 压力压力N N计算。计算。(4) (4) 靴梁的抗弯和抗剪强度验算，按双悬臂简支梁靴梁的抗弯和抗剪强度验算，按双悬臂简支梁计算。计算。154摇摆柱与斜梁的连接构造摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图如下摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图如下： 155 摇摆柱与斜梁连接节点摇摆柱与斜梁连接节点 牛牛 腿腿 当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿与柱焊接连接，其构造见下图。牛腿根部所受剪与柱焊接连接，其构造见下图。牛腿根部所受剪力力V V、弯矩、弯矩M M根据下式确定：根据下式
72、确定：157158牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据根据V V和和m m确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度h h不宜小于不宜小于H H2 2。在吊车梁下对应位置应设置支承。在吊车梁下对应位置应设置支承加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔。高强加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔。高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M16-24M16-24螺螺栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊缝均采用焊栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊缝均采用焊透的对接焊缝。牛腿腹板与柱的
73、连接采用角焊缝，透的对接焊缝。牛腿腹板与柱的连接采用角焊缝，焊脚尺寸由剪力焊脚尺寸由剪力V V确定。确定。159斜梁和隅撑的设计斜梁和隅撑的设计斜梁的设计斜梁的设计 当斜梁坡度不超过当斜梁坡度不超过1 1：5 5时，因轴力很小可按压弯时，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。面内的稳定。l实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承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。等时，应取最大受压翼缘侧
74、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长度，可取斜梁下翼缘宽度的 倍。倍。160当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满足下列公式的要求：足下列公式的要求：161隅撑设计隅撑设计 当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压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翼缘两侧布置隅
75、撑( (山墙处刚架仅布置在一侧山墙处刚架仅布置在一侧) )作、作、为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。 162隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 倍。倍。隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下式计算：式计算：当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取上式计算值的一半。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需要注意的
76、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，而是对稳定性时，不用换算长细比，而是对f f值乘以相值乘以相应的折减系数。应的折减系数。163 刚架设计小结刚架设计小结l刚架内力计算刚架内力计算l变截面柱在平面内的整体稳定计算变截面柱在平面内的整体稳定计算l变截面柱在平面外的整体稳定计算变截面柱在平面外的整体稳定计算l斜梁的设计斜梁的设计l刚架节点设计刚架节点设计164（一）设计参数：（1）单层房屋采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，长度60m，柱距6m，檐口标高7m，屋面坡度1/10。（2）屋面和墙面均采用夹芯板，天沟为彩钢板天沟。（3）钢材材质为Q345，f=310N/mm2，
77、fv=180N/mm2。（二）设计荷载屋面恒载为0.25kN/m2，活载为0.5kN/m2；雪载为0.2kN/m2，基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。一、设计资料计算模型及风载体型系数 1.2恒载+1.4活载； 1.2恒载+1.4风载； 1.2恒载+1.4活载+1.40.6风载； 1.2恒载+1.40.7活载+1.4风载；（三）荷载组合（四）设计要求1.确定屋面结构布置（包括支撑体系布置）2.计算门式刚架内力和变形（1）确定梁、柱截面形式，并初步估截面尺寸（2）梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定（3）荷载计算（4）计算各工况下的内力、柱顶水平位移及横梁挠度（5）荷载组合和内力组
78、合（不考虑抗震情况）（五）控制指标1.柱顶水平位移：2.横梁挠度： 无吊顶 有吊顶（六）构件及连接节点设计1. 柱脚设计2. 梁、柱连接节点设计3. 屋面梁拼接节点设计节点及单元编号图二、计算模型设计中应注意的问题刚架拼接点的设置（受运输长度限制）拼接处截面（两侧截面高度相等）梁柱截面宽度（柱宽度梁宽度）梁柱翼缘与腹板厚度檩条截面形式（C型和Z型）屋面水平撑 刚性：角钢；柔性：圆钢刚性系杆（钢管）三、荷载工况（a） 恒载qD=0.25x6=1.5（b） 活载qL=0.5x6=3（c） 左风（d） 右风四、各工况内力 （a）弯矩 （b）剪力（c）轴力恒载作用下刚架内力图 （a）弯矩 （b）剪力（
79、c）轴力活载作用下刚架内力图 （a）弯矩 （b）剪力（c）轴力左风作用下刚架内力图选取荷载组合1.2恒载+1.4活载对构件内力值进行验算。五、组合内力六、构件截面验算1 14 4 檩檩 条条 设设 计计1 14 41 1 檩条的截面形式檩条的截面形式 檩条的截面形式可分为实实腹腹式式和和格格构构式式两种。当檩条跨度(柱距)不超过 9m时，应优先选用实腹式檩条应优先选用实腹式檩条。 实腹式檩条的截面形式如图1-25所示。 当当屋屋面面荷荷载载较较大大或或檩檩条条跨跨度度大大于于9 9m m时时，宜宜选选用用格格构式檩条。构式檩条。格格构构式式檩檩条条的的构构造造和和支支座座相相对对复复杂，杂，侧
80、侧向向刚刚度度较较低低，但用钢量较少。但用钢量较少。 1 14 42 2 檩条的荷载和荷载组合檩条的荷载和荷载组合(1)永久荷载永久荷载(2)可变荷载可变荷载要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载外，还需考要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载外，还需考虑施工检修集中荷载，一般取虑施工检修集中荷载，一般取1.0kN.檩条的荷载组合檩条的荷载组合主要考虑两种荷载组合：主要考虑两种荷载组合：(1)1.2永久荷载永久荷载+1.4max屋面均布活荷载，雪荷载屋面均布活荷载，雪荷载；(2)1.2永久荷载永久荷载+1.4施工检修集中荷载换算值施工检修集中荷载换算值 当需考虑风吸力对檩条的受力影响时，还应进
81、行下式的当需考虑风吸力对檩条的受力影响时，还应进行下式的荷载组合：荷载组合：(3)1.0永久荷载永久荷载+1.4风吸力荷载风吸力荷载。 1 14 43 3 檩条的内力分析檩条的内力分析 设设置置在在刚刚架架斜斜梁梁上上的的檩檩条条在在垂垂直直于于地地面面的的均均布布荷荷载载作作用用下下，沿沿截截面面两两个个形形心心主主轴轴方方向向都都有有弯弯矩矩作作用用，属属于于双双向向受受弯弯构构件件。在在进进行行内内力力分分析析时时，首首先先要要把把均均布布荷荷载载q q分分解解为为沿沿截截面面形心主轴方向的荷载形心主轴方向的荷载分量分量q qx x、q qy y，如图如图1 12727所示：所示： 式中
82、式中 a a0 0 竖向均布荷载设计值竖向均布荷载设计值q q和形心主轴和形心主轴y y轴的夹角。轴的夹角。 由由图图可可见见，在在屋屋面面坡坡度度不不大大的的情情况况下下，卷卷边边Z Z形形钢钢的的q qx x指指向向上上方方( (屋屋脊脊) )，而卷边槽钢和，而卷边槽钢和H H型钢的型钢的q qx x总是指向下方总是指向下方( (屋檐屋檐) )。 对对设设有有拉拉条条的的简简支支檩檩条条( (和和墙墙梁梁) )，由由q qx x、q qy y分分别别引引起起的的M Mx x和和M My y按按表表1 14 4计算计算。 1 14 44 4 檩条的截面条的截面选择1 14 44 41 1 强
83、度计算强度计算当当屋屋面面能能阻阻止止檩檩条条的的失失稳稳和和扭扭转转时时，可可按按下下列列强强度度公公式式验验算算截面：截面：式中式中 M Mx x、M My y对截面对截面x x轴和轴和y y轴的弯矩；轴的弯矩； W Wenxenx、W Wenyeny对两个形心主轴的有效净截面模量。对两个形心主轴的有效净截面模量。 1.1.4 4.4.2 .4.2 整体稳定计算整体稳定计算 当当屋屋面面不不能能阻阻止止檩檩条条的的侧侧向向失失稳稳和和扭扭转转时时( (如如采采用用扣扣合合式式屋面板时屋面板时) )，应按稳定公式，应按稳定公式(1(168)68)验算截面：验算截面：式中式中 W Wexex、
84、W Weyey对两个形心主两个形心主轴的有效截面模量；的有效截面模量；bxbx梁的整体梁的整体稳定系数，按定系数，按GB 50018GB 50018的的规定由下式定由下式计算算式中式中 y y 梁在弯矩作用平面外的长细比；梁在弯矩作用平面外的长细比； A A 毛截面面积；毛截面面积； h h 截面高度；截面高度； l l。梁的侧向计算长度；梁的侧向计算长度； b b 梁的侧向计算长度系数，按表梁的侧向计算长度系数，按表1-51-5采用；采用； 1 1 梁的跨度；梁的跨度；1 1、2 2系数，按表系数，按表1 15 5采用；采用； e ea a 横横向向荷荷载载作作用用点点到到弯弯心心的的垂垂直
85、直距距离离：对对于于偏偏心心压压杆杆或或当当横横向向荷荷载载作作用用在在弯弯心心时时e ea a= =0 0；当当荷荷载载不不作作用用在在弯弯心心且且荷荷载载方方向向指指向向弯弯心心时时e ea a为为负负，而离开弯心时而离开弯心时e ea a为正；为正； Wx Wx对对z z轴的受压边缘毛截面截面模量；轴的受压边缘毛截面截面模量； I I 毛截面扇形惯性矩；毛截面扇形惯性矩； I Iy y 对对y y轴的毛截面惯性矩；轴的毛截面惯性矩； I It t 扭转惯性矩。扭转惯性矩。 如如按按上上列列公公式式算算得得 大大于于0 07 7，则应以以 值代代替替 ， 值应按下式按下式计算算 在式在式(
86、1-67)(1-67)和式和式(1(168)68)中截面模量都用有效截面，中截面模量都用有效截面，檩条是双向受弯条是双向受弯构件，翼构件，翼缘的正的正应力非均匀分布，确定其有效力非均匀分布，确定其有效宽度的度的计算比算比较复复杂。对于和屋面板牢固于和屋面板牢固连接并承受重力荷接并承受重力荷载的卷的卷边槽槽钢、Z Z形形钢檩条，条，经过分析分析得出翼得出翼缘全部有效的范全部有效的范围如下，可供如下，可供设计参考。参考。 当当h/b3.0h/b3.0时时, , 当当3.03.0h/b3.3h/b3.3时，时， 式中式中 h h、b b、t t分分别为截面高度、翼截面高度、翼缘宽度和板件厚度。度和板
87、件厚度。 GB 50018 GB 50018规范所附卷范所附卷边槽槽钢和卷和卷边Z Z形形钢规格，多数都在上述范格，多数都在上述范围之之内。需要提出注意的是内。需要提出注意的是这两种截面的卷两种截面的卷边宽度度应符合符合GB 50018GB 50018规范的范的规定，定，见表表1-61-6。如如选用公式用公式(1-73)(1-73)范范围外的截面，外的截面，应按有效截面按有效截面进行行验算。算。1 14 44 43 3 变形形计算算实腹式腹式檩条条应验算垂直于屋面方向的算垂直于屋面方向的挠度。度。 对卷卷边槽形截面的两端槽形截面的两端简支支檩条，条，应按公式按公式(1(174)74)进行行验算
88、。算。 (174)式中式中 q qkyky沿沿y y轴作用的分荷作用的分荷载标准准值； Ix Ix对x x轴的毛截面的毛截面惯性矩。性矩。对Z Z形截面的两端形截面的两端简支支檩条，条，应按公式按公式(1(175)75)进行行验算。算。 式中式中 屋面坡度；屋面坡度； I Ix1x1Z Z形截面形截面对平行于屋面的形心平行于屋面的形心轴的毛截面的毛截面惯性矩。性矩。容容许挠度度 vv按表按表1 17 7取取值。1 14 45 5 构构 造造 要要 求求(1)(1)当当檩条条跨跨度度大大于于4 4m m时，应在在檩条条间跨跨中中位位置置设置置拉拉条条。当当檩条条跨跨度度大大于于6 6m m时，应
89、在在檩条条跨跨度度三三分分点点处各各设置置一一道道拉拉条条。在在屋脊或檐口屋脊或檐口处设置置斜拉条和斜拉条和刚性撑杆性撑杆。 拉条通常用拉条通常用圆钢做成，做成，圆钢直径不宜小于直径不宜小于lOmmlOmm。拉条、拉条、撑杆与撑杆与檩条的条的连接接见图1 12929。斜拉条可弯折，也可不弯折。斜拉条可弯折，也可不弯折。前一种方法要求弯折的直前一种方法要求弯折的直线长度不超度不超过1515mmmm，后一种方法后一种方法则需要通需要通过斜斜垫板或角板或角钢与与檩条条连接。接。例例题题 一一轻轻型型门门式式刚刚架架结结构构的的屋屋面面，檩檩条条采采用用冷冷弯弯薄薄壁壁卷卷边边槽槽钢钢，截截面面尺尺寸
90、寸为C160x C160x 60x 60x 20x 20x 2.02.0，材材料料为Q235Q235。水水平平檩距距1 12 2m m，檩条条跨跨度度6 6m m，屋屋面面坡坡度度8 8( (=4.57=4.57) )，檩条条跨跨中中设置置一一道道拉拉条条，试验算算该檩条条的的承承载力力和和挠度度是是否否满足足设计要求。已知要求。已知该檩条承受的荷条承受的荷载为：(1)1(1)12 2x x永久荷永久荷载+1+14 4x x屋面活荷屋面活荷载 荷荷载标准准值q qk k:0:0995kN995kNm m 荷荷载设计值q ql l:1:1235kN235kNm m (2)1(2)10x0x永久荷
91、永久荷载+1+14 4x x风吸力荷吸力荷载 荷荷载设计值 q qx x:0:00202kNkNm m；q qy y：0 0891kN891kNm m 解解:(1):(1)檩条条的的毛毛截截面面几几何何特特性性经查附附表表1 11 1，知知C160x C160x 60x 60x 20x 20x 2 20 0截截面面的的毛毛截截面面几几何何特特性性为为 :A=6.07cm:A=6.07cm2 2,I,Ix x=236.59cm=236.59cm4 4,I,Iy y=29.99cm=29.99cm4 4,i,ix x=6.24cm,i=6.24cm,iy y=2.22cm, =2.22cm, Wx
92、=29.57cmWx=29.57cm3 3,x,x0 0=1.85cm,I=1.85cm,Iw w=1596.28cm=1596.28cm6 6, , I It t=0.0809cm=0.0809cm4 4 ; ; (2) (2)第一组合：第一组合： 第二组合：第二组合： (3) (3)有效截面有效截面计算根据公式算根据公式(1(173)73)及表及表1-61-6： 根据公式（根据公式（1-731-73）及表）及表1-61-6： (4)(4)强强度度验算算根根据据公公式式(1(167)67)，验算算檩条条在在第第一一种种荷荷载组合合作作用用下下、点的点的强强度：度： (5)(5)整体整体稳定定
93、验算算 根据公式根据公式(1-68)(1-68)验算在第二种荷算在第二种荷载组合作用下合作用下( (下翼下翼缘受受压) )檩条的整体条的整体稳定。定。受弯构件的整体稳定系数由受弯构件的整体稳定系数由GB-50018GB-50018规范计算：规范计算：根据计算结果知，该檩条的强度、整体稳定和挠度均满足设计要求根据计算结果知，该檩条的强度、整体稳定和挠度均满足设计要求 1 墙梁的构造要求2 墙梁的荷载3 墙梁内力计算4 墙梁截面验算5柱间支撑的布置与计算1.4.5 墙梁的设计与构造墙梁的设计与构造 墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、以及墙面板等组成。以
94、及墙面板等组成。拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递梁平面内竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递的风荷载。的风荷载。墙梁的截面主要是墙梁的截面主要是C C型和型和Z Z型两种冷弯薄壁型钢型两种冷弯薄壁型钢截面形式。截面形式。 通常墙梁的最大刚度平面在水平方向（槽口方通常墙梁的最大刚度平面在水平方向（槽口方向向下），墙梁主要承担水平风荷载。向向下），墙梁主要承担水平风荷载。风荷载风荷载双侧挂板单侧挂板1 墙梁的构造要求墙梁槽口的朝向应视具体情况而定：槽口向上，便墙梁槽口的朝向应视具体情况而定：槽口向上，便于连接，但容
95、易积灰积水，钢材易锈蚀；槽口向下，于连接，但容易积灰积水，钢材易锈蚀；槽口向下，不易积灰积水，但连接不便。不易积灰积水，但连接不便。墙梁的间距取决于墙板的材料强度、尺寸、所受荷墙梁的间距取决于墙板的材料强度、尺寸、所受荷载的大小等，一般墙梁的间距取载的大小等，一般墙梁的间距取1 11.51.5米左右，遇米左右，遇有窗口位置等情况作特殊处理。有窗口位置等情况作特殊处理。 荷载荷载 1.1.竖向荷载竖向荷载墙板自重和墙梁自重墙板自重和墙梁自重 2.2.水平荷载风荷载水平荷载风荷载荷载组合荷载组合 1.1.竖向荷载水平风荷载（迎风）竖向荷载水平风荷载（迎风） 2.2.竖向荷载水平风荷载（背风）竖向荷
96、载水平风荷载（背风）2 墙梁荷载墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷载墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷载未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产生的双弯扭力矩生的双弯扭力矩B B（单侧挂墙板）。（单侧挂墙板）。在竖向荷载在竖向荷载 作用下，墙梁产生弯矩作用下，墙梁产生弯矩 ，拉条，拉条作为一个支承点，按连续梁计算，如下图所示。作为一个支承点，按连续梁计算，如下图所示。3 墙梁内力计算墙架结构布置图在水平风荷载在水平风荷载 作用下（迎风或背风），墙梁作用下（迎风或背风），墙梁产生弯矩的计算简图：产生弯矩的计算简图： 当墙梁双侧挂墙板（图当墙
97、梁双侧挂墙板（图a a），且墙板与墙梁牢固），且墙板与墙梁牢固连接时，墙梁受荷不会发生扭转，此时双弯扭连接时，墙梁受荷不会发生扭转，此时双弯扭力矩力矩B B0 0；当墙梁单侧挂墙板时（图当墙梁单侧挂墙板时（图b b），由于竖向荷载和），由于竖向荷载和水平风载均不通过墙梁中心水平风载均不通过墙梁中心A A，且单侧挂墙板不，且单侧挂墙板不能有效阻止墙梁的扭转，此时墙梁将产生双弯能有效阻止墙梁的扭转，此时墙梁将产生双弯扭力矩扭力矩B B。 跨中最大双弯扭力矩为：跨中最大双弯扭力矩为： 其中：其中： B B的计算系数；的计算系数； 计算截面双向荷载对弯曲中心的合扭计算截面双向荷载对弯曲中心的合扭 矩，
98、以绕弯曲中心逆时针方向为正；矩，以绕弯曲中心逆时针方向为正； 墙梁跨度。墙梁跨度。在在 、 、 、B B作用下，截面各点应作用下，截面各点应力符号如下图所示。力符号如下图所示。“”表示拉应力，表示拉应力，“”表示压应力。表示压应力。 首先根据墙梁跨度、荷载和拉条设置情况，初首先根据墙梁跨度、荷载和拉条设置情况，初选墙梁截面，然后对墙梁截面进行验算。选墙梁截面，然后对墙梁截面进行验算。截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，整截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，整体稳定验算以及刚度验算。体稳定验算以及刚度验算。4 墙梁截面验算正应力验算正应力验算 对主轴对主轴x x的有效净截面抵抗矩的有效净截面
99、抵抗矩 对主轴对主轴y y的有效净截面抵抗矩的有效净截面抵抗矩 截面的毛截面扇性抵抗矩。截面的毛截面扇性抵抗矩。 剪应力验算剪应力验算 - -钢材的抗剪设计强度；钢材的抗剪设计强度； -墙梁在墙梁在x x、y y方向承担的剪力最大值；方向承担的剪力最大值； -墙梁沿墙梁沿x x、y y方向的计算高度；方向的计算高度； -墙梁壁厚。墙梁壁厚。 整体稳定验算整体稳定验算对于单侧挂墙板的墙梁在背风风载时，尚需对于单侧挂墙板的墙梁在背风风载时，尚需计算其整体稳定性。计算其整体稳定性。 单向弯矩单向弯矩 作用下墙梁的整体稳定作用下墙梁的整体稳定系数。系数。 刚度验算刚度验算分别验算墙梁在竖向和水平方向的
100、最大挠度分别验算墙梁在竖向和水平方向的最大挠度均不大于墙梁的容许挠度，即：均不大于墙梁的容许挠度，即： 墙梁的容许挠度墙梁的容许挠度(P50)(P50)。柱间支撑的截面型式：采用两个角钢组成的柱间支撑的截面型式：采用两个角钢组成的T T型型截面、圆钢管截面。截面、圆钢管截面。柱间支撑的布置柱间支撑的布置: :一般布置在厂房两端第一开间一般布置在厂房两端第一开间或者是第二开间，若厂房长度超过或者是第二开间，若厂房长度超过6060米时，则米时，则需要在中部再加设一道支撑。需要在中部再加设一道支撑。柱间支撑的型式：根据厂房使用要求可以布置柱间支撑的型式：根据厂房使用要求可以布置成十字型或者八字型。成
101、十字型或者八字型。柱间支撑作用：主要传递山墙传来的风荷载，柱间支撑作用：主要传递山墙传来的风荷载，增加房屋整体刚度。增加房屋整体刚度。柱间支撑连接节点详图柱间支撑连接节点详图柱间支撑受力分析柱间支撑受力分析 柱间支撑斜杆按拉杆设计，如图所示，当杆件受压时柱间支撑斜杆按拉杆设计，如图所示，当杆件受压时 退出工作，另一个斜拉杆承载。退出工作，另一个斜拉杆承载。 柱间支撑计算柱间支撑计算按拉杆设计，所受拉力为：按拉杆设计，所受拉力为：强度验算强度验算: :刚度验算刚度验算: : 拉杆长细比容许值拉杆长细比容许值 墙梁设计小结墙梁设计小结墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、墙架系统主要由墙梁、拉条
102、、斜拉条、撑杆、以及墙面板等组成。以及墙面板等组成。墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷载未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏载未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产生的双弯扭力矩心产生的双弯扭力矩B B（单侧挂墙板）。（单侧挂墙板）。墙梁截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，墙梁截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，整体稳定验算以及刚度验算。整体稳定验算以及刚度验算。柱间支撑的布置与计算。柱间支撑的布置与计算。一、屋面和墙面板屋面常见作法：一种采用夹芯钢板作为屋面的保温防水层；一种采用压型钢板防水并承受屋面荷载，钢板下铺设超细玻璃纤维棉保温。
103、墙面系统也分为两种：一种为压型钢板内加玻璃纤维棉保温，如对外观要求较高，可在玻璃棉内侧增设彩钢平板；一种情况为采用具有保温功能的夹芯板。按构造作法屋面和墙面板可分为三大类即螺钉外露式、暗扣式和锁缝式。围护结构 墙梁一般采用C型和Z型冷弯薄壁型钢，最大刚度平面在水平方向。（一）纵墙结构布置（1）墙梁的间距取决于墙板的材料强度、尺寸、所受荷载的大小、门窗洞口等（一般不大于2.5m）；（2）墙梁跨度为46m时，宜在跨中设一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。 当墙粱单侧挂墙板时，拉条应连接在墙梁挂墙板的一侧1/3处；当墙梁两侧均挂有墙板时，拉条宜连接在墙梁重心点处。（3）在最
104、上层墙梁处宜设拉条将拉力传至承重柱或墙架柱。二、墙面布置和连接纵墙结构布置1荷载墙梁主要承受墙面板传来的风压力、风吸力和竖向自重荷载。计算墙梁的荷载组合有两种：竖向荷载+水平荷载（风压）；竖向荷载+水平荷载（风吸）。2计算单侧挂墙板的墙梁，应按下列公式计算其强度和稳定：（1）在承受朝向面板的风压时，墙梁的强度可按下式计（三）墙梁计算Mx、My分别为水平荷载和竖向荷载产生的弯矩；Vx、Vy分别为水平荷载和竖向荷载产生的剪力；Wenx、Weny分别为绕主轴x和主轴y的有效净截面模量；b0、h0分别为墙梁在竖向和水平向的计算高度，取型 钢板件连接处两圆弧起点之间的距离；t 墙梁壁厚。（2）外侧设有压型钢板的墙梁在风吸力作用下的稳定性 可按轻钢规程附录E的规定计算。（3）当外侧设有压型钢板的实腹式刚架柱的内侧翼缘受压时，可沿内侧翼缘设置成对的隅撑，作为柱的侧向支承。隅撑的另一端连接在墙梁上。
