36米跨度輕型門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、前言我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展大致經(jīng)過(guò)了這樣的時(shí)期：1990年以前，鋼結(jié)構(gòu)建筑在工業(yè)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用是重型廠房中的排架結(jié)構(gòu)體系，在民用領(lǐng)域中的主要應(yīng)用是螺栓球或焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；自1990 年代起，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)進(jìn)入了快速的全面的發(fā)展和應(yīng)用時(shí)期。門(mén)式鋼剛架結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用于工業(yè)廠房、超市、倉(cāng)庫(kù)中；鋼框架在多高層建筑中也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用；薄壁彩鋼板已大量應(yīng)用于各類(lèi)結(jié)構(gòu)的維護(hù)體系和無(wú)梁無(wú)柱穹頂中；鋼管直接匯交焊接結(jié)構(gòu)及其與高強(qiáng)度拉索的組合結(jié)構(gòu)已推廣應(yīng)用于各類(lèi)體育、文化等公共建筑中；冷彎薄壁型鋼截面除廣泛應(yīng)用于檁條等維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件外也開(kāi)始作為結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件或其組成部件得到應(yīng)用?，F(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)體系由熱軋截面、焊

2、接截面和冷彎薄壁型鋼截面構(gòu)件組成。人們往往將鋼結(jié)構(gòu)劃分為普通鋼結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。但是，究竟如何定義或區(qū)分這兩類(lèi)結(jié)構(gòu)，卻存在著很多不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如，結(jié)構(gòu)跨度的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)層數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)用途的標(biāo)準(zhǔn)，吊車(chē)噸位的標(biāo)準(zhǔn)等。這些標(biāo)準(zhǔn)都有一定的合理性，但是都是建立在結(jié)構(gòu)體系外在因素或特征基礎(chǔ)上的。事實(shí)上，輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的本質(zhì)是“輕”，實(shí)現(xiàn)這一本質(zhì)的條件是截面板件要“薄”，設(shè)計(jì)時(shí)必然要考慮板件局部失穩(wěn)后的極限強(qiáng)度。所以，從結(jié)構(gòu)工作機(jī)理和設(shè)計(jì)計(jì)算原理的角度出發(fā)，輕型鋼結(jié)構(gòu)體系是指“結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用較薄板件，設(shè)計(jì)時(shí)考慮板件局部失穩(wěn)后的后繼強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)體系”。門(mén)式鋼剛架是典型的輕型鋼結(jié)構(gòu)，也是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛

3、的輕型鋼結(jié)構(gòu)。早期典型的門(mén)式鋼剛架是1910 年布魯塞爾世博會(huì)的德國(guó)機(jī)械工程展廳，采用了多層階形鋼框架結(jié)構(gòu)；1932 年建成的德國(guó)埃森煤礦稅收協(xié)會(huì)采用了門(mén)式鋼框架結(jié)構(gòu)1?，F(xiàn)代輕型門(mén)式鋼剛架體系是由國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)公司引入我國(guó)的，它包括主結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（剛架、支撐、抗風(fēng)柱等）、次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（屋面和墻面檁條等）、輔助結(jié)構(gòu)體系（挑檐、雨蓬、女兒墻、樓梯、吊車(chē)梁等）、圍護(hù)板材體系、柱腳和基礎(chǔ)等。近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)出現(xiàn)了非常快的發(fā)展勢(shì)頭，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展處在建國(guó)以來(lái)最好的一個(gè)時(shí)期。但是，與國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在許多方面還存在著明顯差距，如美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家，在工程建設(shè)中

4、廣泛采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑占整個(gè)建筑市場(chǎng)的40%以上，而目前我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑所占比重還不到5%。由此可見(jiàn)，今后我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展空間。1 本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容首先，介紹了有關(guān)輕型門(mén)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和目前其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及輕型門(mén)式鋼架的形式、特點(diǎn)等內(nèi)容。其次，對(duì)其載荷取值、截面選取和驗(yàn)算等理論知識(shí)進(jìn)行了介紹。最后進(jìn)行工程實(shí)例設(shè)計(jì)，分別從荷載選取和組合、建立計(jì)算模型、內(nèi)力分析、截面驗(yàn)算等方面進(jìn)行分析，進(jìn)而得出最終符合力學(xué)要求的設(shè)計(jì)信息，建立出實(shí)體模型，完成本雙跨輕型門(mén)式鋼架的設(shè)計(jì)。2 輕型門(mén)式剛架的介紹2.1 輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及研究現(xiàn)狀2.1.1 輕型門(mén)式剛

5、架結(jié)構(gòu)體系在國(guó)外的發(fā)展概況最早在建造房屋中使用鋼結(jié)構(gòu)的國(guó)家可以追溯到十八世紀(jì)末的英國(guó)，一百年后法國(guó)工程師埃菲爾建造了著名的鐵塔，人們也開(kāi)始嘗試建造鋼結(jié)構(gòu)的獨(dú)戶住宅，從此鋼結(jié)構(gòu)建筑徹底改變了以往建筑造型的模式，建筑設(shè)計(jì)的理念與方法亦隨之嬗變。早期的鋼結(jié)構(gòu)僅是部分構(gòu)件、配件用鑄鐵、熟鐵制成，到了19世紀(jì)80年代結(jié)構(gòu)型鋼的出現(xiàn)加快了鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的發(fā)展，使鋼結(jié)構(gòu)建筑在20世紀(jì)60年代實(shí)現(xiàn)了其第二次理論和實(shí)踐的飛躍與創(chuàng)新的發(fā)展，德國(guó)包豪斯學(xué)派就是其理論的發(fā)源地。美國(guó)的發(fā)展最快，應(yīng)用也最廣泛。另外，日本和歐洲輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用也較多。但美國(guó)的輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系發(fā)展最快，應(yīng)用也最廣泛。由于門(mén)

6、式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有許多其他結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，而且經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，因此這種結(jié)構(gòu)形式在國(guó)外一經(jīng)推出就得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)外輕型鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展較早，由于汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，最初用于建造私人汽車(chē)庫(kù)等簡(jiǎn)易房屋。二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，一些拆裝方便的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑用于營(yíng)房和庫(kù)房。60年代以來(lái)，國(guó)外建筑鋼材的發(fā)展有了很大突破，色彩豐富而耐久的彩色壓型鋼板的出現(xiàn)，以及H型鋼和冷彎型鋼的問(wèn)世，極大地推動(dòng)了輕型門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)的發(fā)展，至今已形成為一種特殊的商品流通2。隨著新型建筑材料的出現(xiàn)、加工設(shè)備的不斷改善、設(shè)計(jì)形式的多樣化，輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系逐漸普及到大型工業(yè)廠房、商業(yè)建筑、交通設(shè)施等建筑中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、分析

7、、出圖的程序化(如大型通用化設(shè)計(jì)軟件包 Locke Building System Software)，構(gòu)件加工、安裝施工、經(jīng)營(yíng)管理一體化流程。業(yè)主不是帶圖著圖紙委托加工，而是向承包商定購(gòu)某種輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，承包商在短時(shí)間內(nèi)按業(yè)主要求建成，并交付使用。這種高質(zhì)量的快速供貨方式，使業(yè)主感到十分滿意，門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)得以迅速發(fā)展。目前，外國(guó)輕鋼公司大部分都具有自己的門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)系列，各公司的輕鋼結(jié)構(gòu)系列大同小異。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐美各國(guó)由輕鋼結(jié)構(gòu)體系建造的非居住單層建筑物占50%以上，日本新建的14層建筑大多采用輕鋼結(jié)構(gòu)。許多國(guó)家如英、美、日、澳大利亞等國(guó)家已作為一種經(jīng)濟(jì)快捷的建筑結(jié)構(gòu)體系，以商品的

8、形式出售。其中，美國(guó)輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系主要用途比例為：商業(yè)：倉(cāng)庫(kù)、小賣(mài)店、事務(wù)所、銀行、車(chē)庫(kù)設(shè)施占42%；制造業(yè)：制造工場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)占34%；文化娛樂(lè)業(yè)：學(xué)校、教堂、娛樂(lè)、福利設(shè)施占9%；其它：15%。在日本，輕型門(mén)式剛架體系有兩種類(lèi)型：第一種類(lèi)型是日本自身發(fā)展起來(lái)的，己實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、裝配化；經(jīng)營(yíng)管理、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、售后服務(wù)系統(tǒng)化。第二種類(lèi)型是1989年以來(lái)，由美國(guó)引進(jìn)的輕鋼結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的3。日本工程界目前正對(duì)主鋼架在地震力作用時(shí)保有水平耐力所需的Ds值的取法、55kg級(jí)鋼材大斷面z型冷彎薄壁型鋼檁條及墻梁、高強(qiáng)度螺栓在橢圓孔處的受力狀態(tài)等幾個(gè)方面進(jìn)行研究。2.1.2

9、 輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)體系在國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況由于科技的飛速發(fā)展以及鋼材品質(zhì)的進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)的重要性己經(jīng)被先進(jìn)國(guó)家所肯定，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)鋼鐵工業(yè)與建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。中國(guó)鋼產(chǎn)量自1996年突破l億噸后，至今已實(shí)現(xiàn)”七連冠”。2000年中國(guó)鋼產(chǎn)量占到世界鋼產(chǎn)量份額的巧 .23%，鋼材消費(fèi)量也一躍成為世界大國(guó)。到了2004年，我國(guó)的鋼產(chǎn)量已達(dá)到2.6億噸，中國(guó)鋼產(chǎn)量占到世界鋼產(chǎn)量份額的25%。隨著中國(guó)鋼材實(shí)現(xiàn)了從短缺到充裕的大跨度飛躍，國(guó)家相繼出臺(tái)了”發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)鋼結(jié)構(gòu)造和安裝施工新技術(shù)“等產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策。至此，中國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)擺脫了由于鋼材數(shù)量不足對(duì)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的束縛，駛

10、上積極發(fā)展的快車(chē)道。由從前的限制使用鋼結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在鼓勵(lì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。由于國(guó)家政策、鋼材生產(chǎn)、設(shè)計(jì)研發(fā)等諸多方面的有利因素，近幾年我國(guó)的建筑鋼結(jié)構(gòu)處于建國(guó)以來(lái)最好的發(fā)展時(shí)期，而且還會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。建設(shè)部、原國(guó)家冶金工業(yè)局成立的建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)小組制定的建筑用鋼發(fā)展計(jì)劃指出：爭(zhēng)取到2010年我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達(dá)到鋼材總產(chǎn)量的5%，而發(fā)達(dá)國(guó)家建筑用鋼占鋼產(chǎn)量的比例目前都在10%以上。建設(shè)部1997年H月發(fā)布了新的中國(guó)建筑技術(shù)政策(1996、2010)，具體提出了發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的要求，這是幾十年來(lái)的第一次。近幾年來(lái)采用鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑年平均用量呈迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)，其中輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋所

11、占比重在迅速增加，并且由于其突出的特點(diǎn)及適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要而得到飛速發(fā)展。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，1999年中國(guó)建筑用鋼約2500多萬(wàn)噸，占全部鋼材產(chǎn)量的20%一25%。其中鋼筋混凝土用鋼筋、鋼絲、鋼絞線約2000萬(wàn)噸，鋼結(jié)構(gòu)約200萬(wàn)噸，金屬門(mén)窗及設(shè)備支架約300萬(wàn)噸。包括橋梁、石油管線及各專(zhuān)業(yè)工業(yè)部門(mén)使用鋼材，其總量約為4000萬(wàn)一5000萬(wàn)噸，占全國(guó)鋼材產(chǎn)量45%左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年中國(guó)每年大約有300多萬(wàn)平方米輕鋼結(jié)構(gòu)建筑竣工(包括門(mén)式鋼架、輕鋼房屋和壓型鋼板、拱殼屋蓋)。輕型鋼結(jié)構(gòu)所用鋼板大量為涂層鋼板。2000年，我國(guó)涂層鋼板表現(xiàn)消費(fèi)量達(dá)86.4萬(wàn)噸，而當(dāng)年涂層板產(chǎn)量只有

12、35.4萬(wàn)噸，市場(chǎng)滿足率只有41%。而到了2004年，我國(guó)僅新增彩色涂層板生產(chǎn)能力143萬(wàn)噸/年。輕型鋼結(jié)構(gòu)體系中擦條和墻梁一般采用“Z”型或“C”形冷彎薄壁型鋼【4】。目前，我國(guó)冷彎型鋼年產(chǎn)量在30萬(wàn)噸左右。鋼結(jié)構(gòu)新興產(chǎn)業(yè)方興未艾，國(guó)產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)用鋼發(fā)展迅速。這幾年，為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)對(duì)鋼材的需求，一大批新型鋼結(jié)構(gòu)用種相繼問(wèn)世，產(chǎn)量在不斷擴(kuò)大。寶鋼開(kāi)發(fā)出新型的耐火耐候鋼，初步形成了具有國(guó)際先進(jìn)水平的和中國(guó)特點(diǎn)的系列產(chǎn)品B27O一B57ONQ，并在國(guó)內(nèi)的大型廠房、民居、商務(wù)樓等應(yīng)用，受到鋼結(jié)構(gòu)加工、施工單位好評(píng)；馬鋼也研制出耐火熱軋H型鋼，能耐600高溫，并在上海一幢高層建筑上應(yīng)用；上海大通鋼結(jié)構(gòu)有

13、限公司采用寶鋼的材料開(kāi)發(fā)出耐火耐候高頻焊接H型鋼。我國(guó)的熱軋H型鋼從零開(kāi)始發(fā)展到2002年的100多萬(wàn)噸，其他鋼結(jié)構(gòu)用的中厚板、型鋼、鋼管、冷彎型鋼、涂鍍層鋼板等產(chǎn)品，都有明顯的增長(zhǎng)，基本滿足國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的需求，為其不斷發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。然而，應(yīng)該看到，盡管?chē)?guó)產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)用鋼在研制、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)能上有了長(zhǎng)足進(jìn)展，但與鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和要求還存在一定的差距，目前國(guó)產(chǎn)的輕型薄壁型鋼材與我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑業(yè)的發(fā)展還不能完全相適應(yīng)。比如，板材的焊接能力差，16Mn板材在焊接時(shí)往往出現(xiàn)層狀撕裂；高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼在冷彎薄壁型鋼中的應(yīng)用尚未解決，不能滿足輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的需要；我國(guó)生產(chǎn)的大多為鍍鋅薄板，而鍍鋁鋅

14、薄板幾乎沒(méi)有，在輕鋼房屋中，用戶多選用抗蝕性能更好的鍍鋁鋅薄板；我國(guó)的型材品種規(guī)格還不能滿足建筑需要，H型鋼的規(guī)格不多，對(duì)其推廣應(yīng)用帶來(lái)一定影響；近年來(lái)，方鋼管在建筑建筑工程應(yīng)用增多，但這種型材的規(guī)格不夠齊全，尤其是大規(guī)格的很少，對(duì)推廣應(yīng)用有一定影響；目前國(guó)產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是Q235，建筑用高強(qiáng)度低合金鋼品種還太少，Q39O鋼材在實(shí)際工程中尚未見(jiàn)采用；耐火耐候鋼等鋼材的新品種還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)；等等。這些問(wèn)題有待研究，它為鋼鐵企業(yè)提出了新的攻關(guān)課題。對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)，我國(guó)目前主要還是接受輕型門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)體系，我國(guó)現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)規(guī)程也是針對(duì)這一結(jié)構(gòu)形式。中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)

15、技術(shù)規(guī)程(CECSI()2：2002)就是針對(duì)這一結(jié)構(gòu)形式制定的。2.1.3 輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系相比，輕型門(mén)式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系在理論還很不完善，存在著很大的理論探索空間。有鑒于此，圍繞輕型門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用過(guò)程中各環(huán)節(jié)的工作均不是簡(jiǎn)單的成果應(yīng)用。另外，輕型門(mén)式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系在各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用發(fā)展，除必要的技術(shù)導(dǎo)入之外，應(yīng)根據(jù)自身能力，追逐理論熱點(diǎn)，以科技為先導(dǎo)，開(kāi)展必要的科研工作，以最大限度地挖掘利潤(rùn)5空間，追求更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)需要。就目前的熱點(diǎn)問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：(1)理論研究方面：應(yīng)力蒙皮效應(yīng)與結(jié)構(gòu)共同工作的空間作用；I型變截

16、面梁柱，在腹板局部屈曲后剛架結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定極限承載力；以用鋼量為目標(biāo)函數(shù)，以極限承載力或不適合變形為控制參數(shù)的計(jì)算機(jī)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和評(píng)估軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等。(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面：節(jié)點(diǎn)、基本構(gòu)件和整體剛架結(jié)構(gòu)，在靜力和動(dòng)力荷載作用下的受力性能、破壞機(jī)理和對(duì)穩(wěn)定極限承載力的影響；剛架結(jié)構(gòu)體系，在動(dòng)力和地震荷載作用下的工作性能和破壞機(jī)理等。(3)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)領(lǐng)域技術(shù)方面輕型門(mén)式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系的進(jìn)一步簡(jiǎn)化；構(gòu)件節(jié)點(diǎn)(包括剛架和彩板節(jié)點(diǎn))設(shè)計(jì)的可靠性和方便適用；焊接I型鋼生產(chǎn)線的加工工藝的連續(xù)性和高效性，各環(huán)節(jié)效率如何協(xié)調(diào)同步，以及具體環(huán)節(jié)內(nèi)的專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)。如切割、組立(或拼裝)、焊接、校正以及除銹和防腐處理

17、技術(shù)等。另外，輕型門(mén)式剛架的安裝技術(shù)有別與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)。剛架的安裝要區(qū)別具體情況和自身安裝能力，選擇整體或組合吊裝方案。整體吊裝的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快，但機(jī)械和機(jī)具需用量大，并應(yīng)注意吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定和作業(yè)安全等問(wèn)題；組合吊裝機(jī)械和機(jī)具需用量少，但工作量相對(duì)較大，用時(shí)較長(zhǎng)。并且由于作業(yè)量大，空中作業(yè)的安全性等問(wèn)題顯得十分突出。同時(shí)兩者均須強(qiáng)調(diào)安裝精度對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響。壓型板以及配套附件安裝則應(yīng)著重于根據(jù)不同板型的需要，選擇不同的安裝工藝，并且更強(qiáng)調(diào)板型連接和節(jié)點(diǎn)處理質(zhì)量，達(dá)到外形美觀和符合功能性要求等。2.2 輕型門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)體系2.2.1 門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)形式低層輕鋼建筑指兩層以下(含兩層)的輕鋼房

18、屋建筑，主要有實(shí)腹式、門(mén)式剛架或排架，也可采用格構(gòu)式構(gòu)件。其各榀鋼架(含端墻體系)靠墻梁、檁條和各類(lèi)支撐體系，構(gòu)成空間的承力體系。門(mén)式剛架輕鋼建筑是我國(guó)當(dāng)前最常見(jiàn)和最受歡迎的輕鋼建筑形式，在國(guó)內(nèi)低層金屬建筑中占?jí)艛嗟匚?，也是人們通常印象中的輕鋼建筑。門(mén)式剛架輕鋼建筑在空間尺寸上，一般檐高為4.5m-9m，并可適當(dāng)加大，單體單跨寬以9m-36m為宜，多跨可達(dá)100m以上；不設(shè)置溫度分區(qū)的單體建筑平面尺寸可做到長(zhǎng)300m，寬150m，采用溫度分區(qū)等構(gòu)造措施后，理論上其平面布置可不受尺寸限制，能較好地滿足人們對(duì)建筑的布局靈活，使用空間大的要求。輕鋼建筑的主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)、支撐體系、圍護(hù)體系，形成一個(gè)空

19、間三維的承力體系而共同工作，通常稱(chēng)為系統(tǒng)建筑。門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)體系的主要組成部分為：三塊鋼板焊接工字型組合截面組成的門(mén)式剛架，檁條、墻梁和支撐等次要構(gòu)件，壓型鋼板混凝土樓板組合的樓面，墻面板及屋面板采用彩色壓型鋼板、壓型鋁板或壓型復(fù)合板等。主剛架是門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)中的主要受力體系，由剛架柱和剛架梁兩部分組成其截面一般采用焊接實(shí)腹式工字形或熱軋H型鋼。根據(jù)剛架的受力特性，剛架柱和剛架梁一般采用變截面的楔形梁(如圖2-1a)，以利于構(gòu)件材料強(qiáng)度的充分發(fā)揮和降低造價(jià)。因而熱軋H型鋼在門(mén)式輕型鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用截止目前還不是特別普遍。這主要是由于熱軋H型鋼一般為等截面而不是變截面6。但是熱軋H型鋼有其自身的特

20、點(diǎn)：熱軋成型材料質(zhì)量容易保證、材料殘余應(yīng)力小，因而隨著設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信也會(huì)逐步擴(kuò)大其使用領(lǐng)域。 圖2-1主鋼架形式圖Figure 2-1 main steel frame form chart 對(duì)于有吊車(chē)的房屋，剛架柱一般采用等截面柱或等截面階形柱，剛架梁仍然采用與應(yīng)力圖形接近的變截面楔形梁(如圖2-1b)。主鋼構(gòu)承受幾乎所有的荷載，所有連接于主鋼構(gòu)的構(gòu)件都要將其承擔(dān)的荷載通過(guò)主鋼構(gòu)傳遞下去，主鋼構(gòu)是建筑物的骨架。如果把一座廠房比作一棵大樹(shù)，那么主鋼構(gòu)就好比是樹(shù)干，大樹(shù)不倒靠的是樹(shù)干，結(jié)構(gòu)牢靠鋼構(gòu)起著決定性的作用，其用鋼量也在整個(gè)結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎亍?.2.2 門(mén)式輕型鋼架特點(diǎn)及適用

21、范圍(1)輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，目前己非常廣泛地應(yīng)用于各種房屋中。近年來(lái)，我國(guó)也開(kāi)始較多地采用這種結(jié)構(gòu)，并形成自己的系列，輕型門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的截面尺寸較小，剛架構(gòu)件的剛度較好，其平面內(nèi)、平面外差別較小，因此在應(yīng)用中有以下特點(diǎn)7：門(mén)式剛架內(nèi)力分布較為均勻，有利于發(fā)揮材料的承載力。在多跨建筑中可做成一個(gè)屋脊的大雙坡屋面，為長(zhǎng)坡面排水創(chuàng)造了條件。設(shè)中間柱可減小橫梁的跨度，從而降低造價(jià)。重量較輕，抗震性能好。門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的重量是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1/81/10，是普通鋼結(jié)構(gòu)的1/21/3。因而可以降低地基基礎(chǔ)造價(jià)，減少地震作用的影響；內(nèi)部空曠，結(jié)構(gòu)

22、新穎。在商業(yè)建筑中可減少吊頂?shù)妊b修造價(jià)，還能滿足大跨度的要求。門(mén)式剛架構(gòu)件平面內(nèi)外剛度比較接近，有利于制作、運(yùn)輸和安裝。具有系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，被稱(chēng)為工業(yè)化全裝配式結(jié)構(gòu)。從屋面、墻面、墻架、保溫層和承重結(jié)構(gòu)，形成完整的體系，具有高度的系列化和裝配化。造價(jià)合理，綜合經(jīng)濟(jì)效益好，在綜合造價(jià)上可以與鋼筋混凝土基本持平。用于中、小跨度的工業(yè)建筑和較大跨度的民用公共建筑，均有較為廣泛的適用性和較好的經(jīng)濟(jì)效果。(2)輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的適用范圍：近幾年來(lái)，隨著我國(guó)彩鋼板產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)在我國(guó)大量涌現(xiàn)，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，到2000年我國(guó)已建成的此類(lèi)結(jié)構(gòu)工程已達(dá)800多萬(wàn)平方米，而且以每年1

23、00萬(wàn)平方米以上的速度增加。門(mén)式剛架通常用于跨度936m，柱距一般為6m，柱高為4.59m，沒(méi)有或設(shè)有吊車(chē)起重量較小的單層工業(yè)廠房或公共建筑。設(shè)置橋式吊車(chē)時(shí)起重量不宜大于20t屬于中、輕級(jí)工作制的吊車(chē)(柱距6m時(shí)不宜大于30t)；設(shè)置懸掛吊車(chē)時(shí)起重量不宜大于3t。單層工業(yè)廠房輕型結(jié)構(gòu)門(mén)式剛架建造大、中型廠房可設(shè)置1t3t的懸掛吊車(chē)，或起重量小于20t的中輕級(jí)工作制的單梁或橋式吊車(chē)。建成后的廠房結(jié)構(gòu)輕巧、廠房明亮，造型美觀大方，一改過(guò)去工業(yè)廠房笨重、呆板的模式。單層庫(kù)房由門(mén)式剛架做成的庫(kù)房外形美觀、庫(kù)內(nèi)空間大，適用于碼頭倉(cāng)庫(kù)和工廠的各種庫(kù)房。采用由焊接H型鋼組成的變截面門(mén)式剛架，壓型鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)

24、，一棟近800平方米的棉花庫(kù)房，3天5天可以安裝完畢。如在北京西郊機(jī)場(chǎng)建設(shè)中，從美國(guó)引進(jìn)一座跨度72m的飛機(jī)庫(kù)，安裝工期僅為3個(gè)月，與采用3層焊接空心球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，不僅造價(jià)低、安裝方便，而且施工速度快?，F(xiàn)代商業(yè)、文化娛樂(lè)設(shè)施和體育館各種商業(yè)建筑如超級(jí)市場(chǎng)、貿(mào)易中心，農(nóng)貿(mào)綜合市場(chǎng)以及各種名義的商業(yè)城，要求建筑物跨度大，視野開(kāi)闊。這些建筑最合理的結(jié)構(gòu)形式就是輕型門(mén)式剛架，它具有興建快、改建或轉(zhuǎn)向容易、造價(jià)低和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。3 設(shè)計(jì)的理論知識(shí)3.1 輕型門(mén)式剛架荷載取值及荷載效應(yīng)組合研究設(shè)計(jì)荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，是保證結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)投資的首要因素。由于我國(guó)門(mén)式剛架的研究與應(yīng)用起步較晚，到

25、目前為止尚無(wú)正式的國(guó)家規(guī)范面世，當(dāng)前的設(shè)計(jì)與施工均執(zhí)行中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)編制的門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS 102：2002)。根據(jù)門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第條的規(guī)定：門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）的規(guī)定采用荷載效應(yīng)的基本組合計(jì)算。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算變形，并符合本規(guī)程3.4節(jié)的要求。3.1.1 荷載的種類(lèi)、取值一個(gè)建筑對(duì)外界防御的第一道防線由

26、墻面和屋面組成的外維護(hù)體系。它們同時(shí)承受風(fēng)載，雪載等荷載的作用，并將這些荷載傳到次要支承結(jié)構(gòu)上。次結(jié)構(gòu)即墻面墻梁及屋面檁條，將由墻面及屋面?zhèn)鬟f來(lái)的荷載均勻地傳到主結(jié)構(gòu)上去，同時(shí)對(duì)主結(jié)構(gòu)提供良好的側(cè)向約束。對(duì)于門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)，其主結(jié)構(gòu)由柱及橫梁構(gòu)成，承受荷風(fēng)載、雪載及其它的荷載，并將其傳遞到基礎(chǔ)。對(duì)于輕型單跨門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)，所受的荷載基本上有三大類(lèi)：永久荷載、可變荷載偶然荷載8。 永久荷載：指輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)本身各部分的自重，它包括屋面覆蓋材料的自重、墻體材料的自重、骨架結(jié)構(gòu)極其支撐系統(tǒng)的自重、門(mén)窗及設(shè)備的自重和各種構(gòu)造構(gòu)件的自重。 可變載荷：輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)所要考慮的可變荷載為屋面活荷載、積灰

27、荷載、吊車(chē)荷載、雪荷載和風(fēng)荷載等9。雪荷載：雪荷載是指屋面水平投影面上的積雪荷載，它的大小及其分布與氣候、地形建筑物形狀、屋面材料及屋面受熱狀況等因素有關(guān)。由于變量較多，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不足，用統(tǒng)計(jì)函數(shù)關(guān)系來(lái)確定以上因素對(duì)雪荷載的影響還沒(méi)有成熟的方法。為此，我們國(guó)家的規(guī)范采用半統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)確定屋面積雪荷載。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定，基本雪壓S。是以當(dāng)?shù)匾话憧諘缙教沟孛嫔系慕y(tǒng)計(jì)所得50年一遇最大積雪的自重確定，全國(guó)各地區(qū)的基本雪壓值可按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的全國(guó)基本雪壓分布圖的規(guī)定采用，當(dāng)該地區(qū)的基本雪壓值在全國(guó)基本雪壓分布圖上沒(méi)有給出時(shí)，其基本雪壓值可按下列方法確定10：(1)當(dāng)?shù)赜?0年以上的年最大雪壓資料

28、時(shí)，可通過(guò)對(duì)資料的統(tǒng)計(jì)分析確定。(2)當(dāng)?shù)氐哪曜畲笱嘿Y料不足10年時(shí)可通過(guò)與有長(zhǎng)期資料或有規(guī)定基本雪壓的附近地區(qū)進(jìn)行對(duì)比分析確定。(3)當(dāng)?shù)貨](méi)有雪壓資料時(shí)可通過(guò)對(duì)氣象和地形條件的分析，并參照規(guī)范規(guī)定的全國(guó)基本雪壓分布圖上的等壓線用插入法確定。風(fēng)荷載：是指垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下式計(jì)算： (3-1)其中：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值； Z高度處的風(fēng)振系數(shù)； 風(fēng)荷載體形系數(shù)； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 基本風(fēng)壓，。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定，基本風(fēng)壓。是以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高，統(tǒng)計(jì)所得的50年一遇10min平均最大風(fēng)速v。(s/m)為標(biāo)準(zhǔn)，按=確定的風(fēng)壓值，全國(guó)各地區(qū)的基本風(fēng)壓值可按建筑結(jié)構(gòu)荷

29、載規(guī)范的全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖的規(guī)定采用，但不得小于0.25 規(guī)范規(guī)定，對(duì)于高度大于3m0且高寬比大于1.5的房屋結(jié)構(gòu)，以及基本自振周期大于0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用鳳振系數(shù)來(lái)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)的影響11。對(duì)于本文的輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)不在上述規(guī)定的范圍之內(nèi)，可取風(fēng)振系數(shù)=1。風(fēng)壓高度變化系數(shù)是根據(jù)地面的粗糙度類(lèi)別來(lái)確定的，地面粗糙度可分為A、B、C、D四類(lèi)12： A類(lèi)指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地.區(qū)； B類(lèi)指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中、小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)； C類(lèi)指有密集建筑群的城市市區(qū)： D類(lèi)指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。3.1.2 荷載組合在輕型門(mén)式剛架

30、結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中，同時(shí)作用其上的有多種荷載，其中的可變荷載不可能同時(shí)均以其基準(zhǔn)期內(nèi)最大值出現(xiàn)，故需考慮荷載的組合問(wèn)題。目前，由于對(duì)各種荷載隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究不充分，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)采用了國(guó)際“結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)”提出的一種近似的荷載組合概率模型，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)判斷來(lái)處理荷載組合問(wèn)題13。輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其在使用過(guò)程中可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，并取各自的最不利荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。(1)對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)采用荷載效應(yīng)的基本組合和偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式14： (3-2)其中： 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)； 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件

31、抗力的設(shè)計(jì)值，應(yīng)按有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范確定。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)來(lái)確定的，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果(危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等)的嚴(yán)重性，將建筑結(jié)構(gòu)分為三個(gè)安全等級(jí)，和一般的工業(yè)與民用建筑相比，輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)內(nèi)沒(méi)有重型吊車(chē)，其安全等級(jí)應(yīng)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)取為1.015。承載能力極限狀態(tài)荷載基本組合，對(duì)于一般的排架、框架結(jié)構(gòu)，其荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值，可采用簡(jiǎn)化規(guī)則，并應(yīng)按下列組合值中取最不利值確定：由可變載荷效應(yīng)控制的組合： (3-3) (3-4)由永久載荷效應(yīng)控制的組合： (3-5)其中： 永久載荷的分項(xiàng)系數(shù)； 第可變載荷的分項(xiàng)系

32、數(shù)，其中為可變載荷的分項(xiàng)系數(shù)； 按永久載荷標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的載荷效應(yīng)值； 按可變載荷標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的載荷效應(yīng)值，其中為諸可變載荷效應(yīng)中起控制作用者； 可變載荷的組合系數(shù)； n參與組合的可變載荷數(shù)?；窘M合的載荷分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：永久載荷的分項(xiàng)系數(shù)16：當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí) 對(duì)由可變載荷效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取 1.2； 對(duì)于永久載荷效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取 1.35； 當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)一般情況下應(yīng)取 1.0；對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取 0.9?？勺冚d荷的分項(xiàng)系數(shù)： 一般的情況下應(yīng)取 1.4 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活載荷應(yīng)取1.3。承載能力極限狀態(tài)荷載偶然組合，由于未考慮偶然荷載參與

33、，所以不再加以探討。(2)對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只考慮荷載的短期效應(yīng)組合，其設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式確定： (3-6)3.2 截面初選及驗(yàn)算 截面初選門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的橫梁和柱的截面，可參考類(lèi)似工程所用截面進(jìn)行計(jì)算，也可在剛架分析時(shí)初選截面。剛架橫梁的截面高度，對(duì)于實(shí)腹式橫梁宜采用跨度的1/301/45；對(duì)于格構(gòu)式橫梁宜采用跨度的1/151/25。剛架柱的截面高度與柱高之比可取為1/121/28，且應(yīng)與橫梁高度相協(xié)調(diào)17。實(shí)腹式剛架梁、柱截面等組成板件的寬厚比不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的允許值。選擇截面尺寸時(shí)，宜使翼緣面積全部有效。因?yàn)閴簭潣?gòu)件的計(jì)算比較復(fù)雜，一般是先假定適當(dāng)?shù)慕孛妫僮黩?yàn)算。對(duì)于實(shí)腹式壓彎

34、構(gòu)件柱的截面設(shè)計(jì)應(yīng)使構(gòu)件滿足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定的要求。首先按壓彎構(gòu)件受力的大小、使用要求和構(gòu)造要求，選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘问健Ｔ跐M足局部穩(wěn)定、使用要求和構(gòu)造要求時(shí)，截面應(yīng)盡量做成輪廓尺寸稍大而桿件稍薄，使截面尺寸盡量遠(yuǎn)離截面軸線，這樣相同的截面面積能得到較大的截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，充分發(fā)揮鋼材的性能從而節(jié)省鋼材，并盡量使彎矩作用平面內(nèi)作用平面外的整體穩(wěn)定性比較接近。 截面驗(yàn)算規(guī)范采用CECS102：2002因變截面構(gòu)件有可能在幾個(gè)截面同時(shí)或接近同時(shí)出現(xiàn)塑性鉸，故不宜利用塑性鉸出現(xiàn)后的應(yīng)力重分布。同時(shí)，變截面門(mén)式剛架構(gòu)件的腹板經(jīng)常用得很薄，截面發(fā)展塑性的潛力不大，因此規(guī)定內(nèi)力計(jì)算采用彈性

35、分析方法18。滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法：剛架采用變截面構(gòu)件，當(dāng)為承載能力極限狀態(tài)控制設(shè)計(jì)時(shí)，其截面變化的根據(jù)主要是彎曲應(yīng)力與軸壓應(yīng)力兩者的計(jì)算值“組合”的應(yīng)力圖形變化。利用截面變化，使各截面“組合應(yīng)力19與材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度的比值(簡(jiǎn)稱(chēng)應(yīng)力比)盡可能接近，也就是是材料分布更接近于應(yīng)力圖形的分布，這就是滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法(或稱(chēng)為等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法)。在確定了結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的選型后，在保證安全可靠的前提下，滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法是使剛架構(gòu)件的各部分截面尺寸協(xié)調(diào)、使剛架設(shè)計(jì)得經(jīng)濟(jì)合理的基本方法，也就是采用彈性設(shè)計(jì)20法的變截面剛架較之采用塑性設(shè)計(jì)法的等截面剛架更為節(jié)省用鋼量的主要手段。應(yīng)力比的最大值可以根據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際工程的差異情

36、況(例如：桿端約束情況、設(shè)計(jì)荷載是否充分考慮或尚有余量等)以及工程的重要程度和施工水平等因素由設(shè)計(jì)工程師靈活掌握。柱子計(jì)算長(zhǎng)度一般有兩種方法：查表法和一階分析法，前一種僅用于柱腳鉸接的情況，可以為一跨或多跨，截面形式為等截面和變截面。對(duì)柱底剛接的廠房，其結(jié)果會(huì)過(guò)于保守。后一種方法可以用于柱腳鉸接和柱腳剛接兩種情況，尤其對(duì)柱腳剛接的情況將更接近實(shí)際情況。廠房可以為一跨或多跨，截面形式為等截面和變截面21。4 輕型門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例4.1 設(shè)計(jì)資料鋼架跨度為36m，鋼架兩側(cè)柱高為7.7m，中間柱高9.5m，屋面坡度比：1/10，采用材料為Q345鋼，地面粗糙度為B4.2 荷載信息 工況數(shù)值 (1

37、) 屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.25 (2) 屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.50 (3) 基本風(fēng)壓： 0.55 荷載組合(1) 1.20 恒載 + 1.40 活載工況1(2) 1.20 恒載 + 1.40 風(fēng)載工況2(3) 1.20 恒載 + 1.40 風(fēng)載工況3(4) 1.00 恒載 + 1.40 風(fēng)載工況2(5) 1.00 恒載 + 1.40 風(fēng)載工況3(6) 1.20 恒載 + 1.40 活載工況1 + 1.40 x 0.60 風(fēng)載工況2(7) 1.20 恒載 + 1.40 活載工況1 + 1.40 x 0.60 風(fēng)載工況3(8) 1.20 恒載 + 1.40 x 0.70 活載工況1 + 1.40

38、風(fēng)載工況2(9) 1.20 恒載 + 1.40 x 0.70 活載工況1 + 1.40 風(fēng)載工況3 4.3 內(nèi)力計(jì)算 計(jì)算模型圖4-1計(jì)算模型示意圖Figure 4-1computation model schematic drawing 幾何信息表4-1節(jié)點(diǎn)信息表Table 4-1 panel point information table節(jié)點(diǎn)號(hào)x坐標(biāo)(mm)z坐標(biāo)(mm)x向約束y向約束z向約束繞x軸約束繞y軸約束100 207700 345008150 4135009050 5180009500 6180000 7225009050 8315008150 9360007700 10360

39、000 表4-2單元信息表Table 4-2 unit information table單元號(hào)截面名稱(chēng)長(zhǎng)度(mm)面積(mm2)繞x軸慣性矩(x104mm4)繞y軸慣性矩(x104mm4)繞x軸計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)繞y軸計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)柱 1柱440x180x6x877005424172507784.6940.390柱 2柱680x240x8x129500110088308327681.0001.000柱 3柱440x180x6x877005424172507784.6940.390梁 1Z250550x180x6x104522498067805795336919729734.0000.663梁 2梁3

40、20x150x4x89045361667784502.0000.332梁 3Z320700x200x8x10452262409440987768576133513364.0000.663梁 4Z320700x200x8x10452262409440987768576133513364.0000.663梁 5梁320x150x4x89045361667784502.0000.332梁 6Z250550x180x6x104522498067805795336919729734.0000.663表中：面積和慣性矩的上下行分別指小頭和大頭的值 計(jì)算結(jié)果(一)內(nèi)力1.工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表格表4-3工況內(nèi)力

41、表Table 4-3 working condition internal force table工況號(hào)單元號(hào)小節(jié)點(diǎn)N(kN)小節(jié)點(diǎn)V(kN)小節(jié)點(diǎn)M(kN.m)大節(jié)點(diǎn)N(kN)大節(jié)點(diǎn)V(kN)大節(jié)點(diǎn)M(kN.m)恒 01-29.24.30.0-15.14.3-33.12-5.8-14.3-31.9-4.8-4.811.43-4.8-5.111.4-3.210.9-14.94-3.210.8-14.9-2.320.3-85.15-42.00.00.0-42.00.00.06-2.3-20.3-85.1-3.2-10.8-14.97-3.2-10.9-14.9-4.85.111.48-4.84.

42、811.4-5.814.3-31.99-15.1-4.3-33.1-29.2-4.30.0續(xù)表4-3Add table 4-3工況號(hào)單元號(hào)小節(jié)點(diǎn)N(kN)小節(jié)點(diǎn)V(kN)小節(jié)點(diǎn)M(kN.m)大節(jié)點(diǎn)N(kN)大節(jié)點(diǎn)V(kN)大節(jié)點(diǎn)M(kN.m)活 11-23.26.90.0-23.26.9-53.12-9.2-21.9-51.2-7.8-8.417.53-7.8-8.917.5-5.118.1-24.54-5.118.0-24.5-3.831.5-136.45-62.20.00.0-62.20.00.06-3.8-31.5-136.4-5.1-18.0-24.57-5.1-18.1-24.5-7

43、.88.917.58-7.88.417.5-9.221.9-51.29-23.2-6.9-53.1-23.2-6.90.0風(fēng) 2129.8-14.40.029.8-7.785.3210.728.483.110.712.7-9.8310.713.2-9.810.7-18.212.7410.7-17.712.710.7-33.4128.1557.80.00.057.80.00.0611.426.0128.011.415.833.6711.416.333.611.4-4.1-21.6811.4-3.6-21.611.4-13.817.6915.39.919.915.3-4.80.0風(fēng) 3115.34

44、.80.015.3-9.919.9211.413.817.611.43.6-21.6311.44.1-21.611.4-16.333.6411.4-15.833.611.4-26.0128.0557.80.00.057.80.00.0610.733.4128.110.717.712.7710.718.212.710.7-13.2-9.8810.7-12.7-9.810.7-28.483.1929.87.785.329.814.40.0表4-4工況支座反力表Table 4-4 working condition counter table工況號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)NxNyNzMxMyMz恒 014.30.02

45、9.20.00.00.060.00.044.00.00.00.010-4.30.029.20.00.00.0活 116.90.023.20.00.00.060.00.062.20.00.00.010-6.90.023.20.00.00.0風(fēng) 21-14.40.0-29.80.00.00.060.00.0-57.80.00.00.010-4.80.0-15.30.00.00.0風(fēng) 314.80.0-15.30.00.00.060.00.0-57.80.00.00.01014.40.0-29.80.00.00.0計(jì)算簡(jiǎn)圖圖4-2 恒載工況0 軸力N、剪力V、彎距M圖Figure 4-2 dead

46、load working condition 0 axial force N 、shearing force V、bending moment M drawing圖4-3活載工況1 軸力N、剪力V、彎距M圖Figure 4-3 live load working condition 1 axial force N 、shearing force V、bending moment M drawing圖4-4風(fēng)載工況2 軸力N、剪力V、彎距M圖Figure 4-4 wind load working condition 2 axial force N 、shearing force V、bendi

47、ng moment M drawing圖4-5風(fēng)載工況3 軸力N圖、剪力V、彎距M圖Figure 4-5 wind load working condition 3 axial force N 、shearing force V、bending moment M drawing2.組合內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表格表4-5組合內(nèi)力匯總表Table 4-5 he internal force diagr am of different combination of loads組合號(hào)單元號(hào)小節(jié)點(diǎn)N(kN)小節(jié)點(diǎn)V(kN)小節(jié)點(diǎn)M(kN.m)大節(jié)點(diǎn)N(kN)大節(jié)點(diǎn)V(kN)大節(jié)點(diǎn)M(kN.m)11-67.414.

48、80.0-50.514.8-114.02-19.8-47.9-110.0-16.7-17.638.23-16.7-18.538.2-11.038.5-52.24-11.038.1-52.2-8.068.4-293.15-137.60.00.0-137.60.00.06-8.0-68.4-293.1-11.0-38.1-52.27-11.0-38.5-52.2-16.718.538.28-16.717.638.2-19.847.9-110.09-50.5-14.8-114.0-67.4-14.80.0216.7-15.00.023.6-5.779.728.022.678.19.112.0-0.0

49、續(xù)表4-5Add table 4-5組合號(hào)單元號(hào)小節(jié)點(diǎn)N(kN)小節(jié)點(diǎn)V(kN)小節(jié)點(diǎn)M(kN.m)大節(jié)點(diǎn)N(kN)大節(jié)點(diǎn)V(kN)大節(jié)點(diǎn)M(kN.m)239.112.3-0.011.1-12.3-0.1411.1-11.8-0.112.2-22.477.2530.50.00.030.50.00.0613.212.077.012.19.129.1712.19.729.110.20.4-16.6810.20.8-16.69.0-2.1-13.693.48.7-11.8-13.6-11.80.031-13.611.80.03.4-8.7-11.829.02.1-13.610.2-0.8-16.6310.2-0.4-16.612.1-9.729.1412.1-9.129.113.2-12.077.0530.50.00.030.50.00.0612.222.477.211.111.8-0.1711.112.3-0.19.1-12.3-0.089