第一章：輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、第第1 1章章 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)輕型門式剛架結(jié)構(gòu)1.1 概述1.2 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置1.3 剛架設(shè)計1.4 壓型鋼板設(shè)計1.5 檁條設(shè)計1.6 墻梁、支撐設(shè)計1.3 剛架設(shè)計1.4 壓型鋼板設(shè)計1.5 檁條設(shè)計1.1 1.1 概述概述1.1.1 1.1.1 單層門式剛架的組成單層門式剛架的組成1、質(zhì)量輕2、綜合經(jīng)濟效益高3、工業(yè)化程度高，施工周期短4、柱網(wǎng)布置比較靈活1.1.2 1.1.2 單層門式剛架結(jié)構(gòu)的特點單層門式剛架結(jié)構(gòu)的特點1.1.3 1.1.3 工程應(yīng)用情況工程應(yīng)用情況1、20世紀70年代在工程上極少應(yīng)用；2、始于20世紀60年代，屋面用瓦材。 3、20世紀80年代在經(jīng)濟特區(qū)引進

2、國外門式剛架輕鋼房屋，壓型 鋼板始見用于屋面和墻面； 4、20世紀90年代初外國輕鋼企業(yè)進入中國大陸，帶動了內(nèi)資輕 鋼企業(yè)的發(fā)展。中期以來，采用門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的 工程數(shù)量越來越多，工程規(guī)模越來越大，充分展示了這種結(jié) 構(gòu)的優(yōu)越性。1.2 1.2 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置按跨度：單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的和帶毗屋的形式按屋面坡脊數(shù)：單脊單坡、單脊雙坡和多脊多坡1.2.1 1.2.1 門式剛架的結(jié)構(gòu)形式門式剛架的結(jié)構(gòu)形式門式剛架的結(jié)構(gòu)形式就是結(jié)構(gòu)設(shè)計中首先進行選型，選型對結(jié)構(gòu)工程師來說很重要，可以說是最關(guān)鍵的一步。1.2 1.2 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置按跨度：

3、單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的和帶毗屋的形式按屋面坡脊數(shù)：單脊單坡、單脊雙坡和多脊多坡1.2.1 1.2.1 門式剛架的結(jié)構(gòu)形式門式剛架的結(jié)構(gòu)形式單脊雙坡多跨剛架單脊雙坡多跨剛架無橋式吊車：中柱多為搖擺柱有橋式吊車：中柱宜兩端剛接截面形式截面形式無橋式吊車：梁、柱可采用變截面或等截面的實腹焊接工字形截面或軋制H形截面有橋式吊車：柱宜采用等截面形式柱腳形式柱腳形式無橋式吊車：多按鉸接支承設(shè)計，通常為平板支座有橋式吊車：剛接坡度坡度1/20-1/8運輸單元運輸單元柱子單獨一個，梁可為多個。單元內(nèi)焊接，單元間用通過端板用高強螺栓連接吊車吊車懸掛吊車：起重量不大于3噸橋式吊車：不大于20噸，輕、中級

4、工作制1.2.2 1.2.2 結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置剛架的建筑尺寸和布置 跨度：9-36m；高度：4.5-9m； 柱軸線：下端中心線或柱外皮 梁軸線：最小截面中線，與上表面平行 柱距：6m，7.5m或9m 溫度區(qū)段：縱向300m，橫向150m。 設(shè)置伸縮縫的方法：雙柱；檁條和屋面板構(gòu)造檁條和墻梁布置 屋脊附近雙檁（距屋脊200mm ）,天溝附近布置一根以固定天溝支撐和剛性系桿布置布置原則： 溫度區(qū)段 屋面與柱間 位置 分層 剛架轉(zhuǎn)折處 支撐交叉點支撐形式： 圓鋼 型鋼1.3 1.3 剛架設(shè)計剛架設(shè)計除除門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS：102)有規(guī)有規(guī)定外，按定

5、外，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009)采用采用永久荷載結(jié)構(gòu)自重結(jié)構(gòu)自重：按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009采用懸掛荷載懸掛荷載：按實際情況可變荷載 屋面活荷載屋面活荷載 ：對壓型鋼板屋面，按水平投影計，一般取0.5kN/m2，可取可取0.30.3kN/m2 施工檢修集中荷載施工檢修集中荷載（人和小工具的重力）：1kN ，按最不利位置 1.3.1 1.3.1 荷載及荷載組合荷載及荷載組合屋面雪荷載和積灰荷載屋面雪荷載和積灰荷載 ：按GB50009 采用，考慮增大系數(shù)和不均勻系數(shù)。吊車荷載吊車荷載：豎向和水平荷載，按GB50009采用。地震作用地震作用：按建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB50

6、011采用。風荷載風荷載：垂直于建筑物表面的風荷載，按下式計算： 0wwzskwk風荷載標準值（kNm2）；w0基本風壓，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定值乘以1.05采用；z風荷載高度變化系數(shù)，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定采用； 當高度小于10m時，應(yīng)按10m高度處的數(shù)值采用；s風荷載體型系數(shù)。 表 1 剛架的風荷載體型系數(shù) 分 區(qū) 端 區(qū) 中 間 區(qū) 建筑 類型 1E 2E 3E 4E 5E 6E 1 2 3 4 5 6 封閉式 0.50 1.40 0.80 0.70 0.90 0.30 0.25 1.00 0.65 0.55 0.65 0.15 部分封閉式 0.10 1.80 1.20 1.10 1

7、.00 0.20 0.15 1.40 1.05 0.95 0.75 0.05 注： 表中正號(壓力)表示風力由外朝向表面，負號(吸力)表示風力自表面向外離開，下同； (a) (b) 圖 5 剛架的風荷載體型系數(shù)分區(qū) (a) 雙坡剛架；(b) 單坡剛架 荷載效應(yīng)組合荷載效應(yīng)組合: : 應(yīng)符合以下原則 屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，應(yīng)取兩者中的較大值； 積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時考慮； 施工或檢修集中荷載不與屋面材料或檁條自重以外的其它荷載同時考慮； 多臺吊車的組合應(yīng)符合GB50009的規(guī)定； 風荷載不與地震作用同時考慮。 在進行剛架內(nèi)力分析時，需要考慮的荷載效應(yīng)組合有：

8、 1.2 永久荷載0.9 1.4 積灰荷載max屋面均布活荷載、雪荷載（風荷載吊車豎向荷載吊車水平荷載）； 1.0 永久荷載1.4 風荷載 1.3.2 1.3.2 剛架內(nèi)力和側(cè)移計算剛架內(nèi)力和側(cè)移計算 內(nèi)力 變截面門式剛架應(yīng)采用彈性分析方法確定各種工況下的內(nèi)力，僅構(gòu)件全部為等截面時才允許采用塑性分析方法設(shè)計。分析時，通常取單榀剛架按平面結(jié)構(gòu)分析內(nèi)力，一般不考慮應(yīng)力蒙皮效應(yīng)，而把它當作安全儲備。計算內(nèi)力時可采用有限元法（直接剛度法）。計算時宜將變截面剛架梁、柱構(gòu)件劃分為若干段，每段可視為等截面，也可采用楔形單元。當需要手算校核時，可將變截面構(gòu)件折算為等截面構(gòu)件，采用結(jié)構(gòu)力學方法計算，或利用靜力計

9、算的公式和圖表?？刂平孛娴膬?nèi)力組合（1）最大壓力Nmax和相應(yīng)的M 和V；（2）最大壓力Mmax和相應(yīng)的N 和V；（3）最小壓力Nmin和相應(yīng)的M 和V。側(cè)移計算 采用彈性分析方法確定，計算時荷載取標準值，不考慮荷載分項系數(shù)。 簡化計算公式：參見CECS102 側(cè)移限值 在風荷載標準值作用下的剛架柱頂側(cè)向位移不應(yīng)超過下 列限值： 不設(shè)吊車：采用輕型鋼板墻時為h/60，采用砌體墻時為 h/100，h為柱高； 設(shè)有橋式吊車：吊車有駕駛室時為h/400，吊車由地面操 作時為h/180。1.3.3 1.3.3 剛架柱、梁設(shè)計剛架柱、梁設(shè)計 梁、柱板件寬厚比和腹板屈曲后強度

10、應(yīng)用梁、柱板件寬厚比和腹板屈曲后強度應(yīng)用(1)梁柱板件寬厚比限值 梁柱的翼緣，不能發(fā)生局部失穩(wěn)，要求受壓翼緣： 對于梁柱的腹板:yftb23515 (ywwfth235250 (2)腹板屈曲后強度利用 工字形截面構(gòu)件腹板的受剪板幅，當腹板高度變化不超過60mmm時可考慮屈曲后強度（拉力場），其抗剪承載力設(shè)計值應(yīng)按下列公式計算：vwwdfthV vwvwvwvwvvwffffff)275. 01 ( 4 . 1)8 . 0(64. 01 4 . 18 . 0 8 . 0時，當時，當時，當ywwwfkth2353722)(434. 5 1)(34. 54 1wwwwhakhahakha，當時，當(

11、3) 腹板的有效寬度 當腹板全部受壓時, he=hw 當腹板部分受拉時，拉區(qū)全部有效，壓區(qū)有效寬度為 he=hc當8 . 0時 1 當2 . 18 . 0時 ) 8 . 0( 9 . 01 當2 . 1時 ) 2 . 1(24. 064. 0 ywwfkth2351 .2811112. 011622k12 he2 he1 hc 1 he1 hw he2 2=1 1 2 有效寬度分布 當腹板邊緣最大應(yīng)力10時 521eehh12eeehhheehh4 . 01當截面部分受拉，即0時 eehh6 . 0 剛架梁、柱構(gòu)件的強度計算剛架梁、柱構(gòu)件的強度計算(1)工字形截

12、面受彎構(gòu)件在剪力V和彎矩M共同作用下的強度 當V0.5Vd 時 eMM 215 . 01dfefVVMMMM 當0.5Vd VVd 時 當為雙軸對稱截面時 fthAMwff)(2)工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V、彎矩M和軸力N共同作用下 當V0.5Vd 時 eeeNeAWNMMM215 . 01dNfNeNfVVMMMM 當0.5Vd VVd 時 當為雙軸對稱截面時 )(ANfthAMwfNf 梁腹板加勁肋的配置 梁腹板應(yīng)在與中柱連接處、較大集中荷截作用處和翼緣轉(zhuǎn)折處設(shè)置橫向加勁肋。其間距a取hw2 hw 。中間加勁肋的設(shè)置應(yīng)滿足屈曲后強度計算要求。中間加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉(zhuǎn)折

13、產(chǎn)生的壓力外，還應(yīng)承受拉力場產(chǎn)生的壓力： crwwsthVN9 . 02 25. 1)8 . 0(8 . 01 25. 18 . 0wvcrwvwcrwff時，當時，當 計算長度取腹板高度hw ，按兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件按GB50017計算。 變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計算變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計算 計算公式為：fWNNMANexyExmxexy100100)1 (20201 . 1eExEAN 當柱的最大彎矩不出現(xiàn)在大頭時，M1和We1分別取最大彎矩和該彎矩所在截面的有效截面模量。 變截面柱在剛架平面內(nèi)的計算長度變截

14、面柱在剛架平面內(nèi)的計算長度 計算長度應(yīng)取為h0=r h ，方法有3種：查表法、一階分析法 、二階分析法 查表法查表法（1）柱腳鉸接，按下表查，表中hIKc11)2(02sIKb此表相當于GB50018規(guī)范附表A3.2的計算長度系數(shù)乘以10/85. 0ccII 柱腳鉸接楔形柱的計算長度系數(shù)r K2 /K1 0.1 0.2 0.3 0.5 0.75 1.0 2.0 10.0 10ccII 0.01 0.02 0.03 0.05 0.07 0.10 0.15 0.20 0.428 0.600 0.729 0.931 1.075 1.252 1.518 1.745 0.368 0.502 0.599

15、0.756 0.873 1.027 1.235 1.395 0.349 0.470 0.558 0.694 0.801 0.935 1.109 1.254 0.331 0.440 0.520 0.644 0.742 0.857 1.021 1.140 0.320 0.428 0.501 0.618 0.711 0.817 0.965 1.080 0.318 0.420 0.492 0.606 0.697 0.801 0.938 1.045 0.315 0.411 0.483 0.589 0.672 0.790 0.895 1.000 0.310 0.404 0.473 0.580 0.650

16、0.739 0.872 0.969 計算邊柱時的斜梁長度 （2）多跨剛架中間柱為搖擺柱時，邊柱的計算長度為 hhr0)()(1fifililihPhP 搖擺柱的計算長度系數(shù)取為r =1.0。一階分析法一階分析法 由一階分析側(cè)移剛度K =H/u后，柱計算長度系數(shù)為：（1）對單跨對稱剛架 ： 當柱腳鉸接時 當柱腳剛接時有搖擺柱時乘以 3014. 4KhEIcr3085. 5KhEIcr)(2 . 1 )(1fifililihPhP H h1 u h3 h2 H u 一階分析時的柱頂側(cè)移 （2）對中間柱為非搖擺柱的多跨剛架 ： 當柱腳鉸接時 當柱腳剛接時iiiiErhPPPK02 . 185. 0i

17、iiiErhPPPK02 . 12 . 12020iiiEhEIP二階分析法二階分析法：計入P效應(yīng) 變截面構(gòu)件 )0775. 01 (08. 0375. 012r1)/(01dd d0 d1 h 變截面柱在剛架平面外的整體穩(wěn)定計算變截面柱在剛架平面外的整體穩(wěn)定計算fWMANebtey1100對一端彎矩為零的區(qū)段 20000)(75. 01ExExtNNNN對兩端彎曲應(yīng)力基本相等的區(qū)段 0 . 1tyywsxybfhtWhA2354 .44320200040002000/ysyilfsAlh /023. 0 斜梁和隅撐設(shè)計斜梁和隅

18、撐設(shè)計（1）斜梁設(shè)計 當斜梁坡度不超過1：5時，在平面內(nèi)可僅按壓彎構(gòu)件計算強度，在平面外應(yīng)按壓彎構(gòu)件計算穩(wěn)定。 平面外計算長度，應(yīng)取側(cè)向支承點間的距離。 上翼緣承受集中荷載處不設(shè)加勁肋時，驗算腹板上邊緣正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用的折算應(yīng)力外，還應(yīng)滿足下式要求 ： ywfwmfttftF235152)/(5 . 1fWMem（2）隅撐設(shè)計 當實腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣兩側(cè)布置隅撐（端部僅布置一側(cè)）作為斜梁的側(cè)向支承，隅撐的另一側(cè)連在檁條上。 隅撐按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計。軸心力為： 60cos235yfAfN 當隅撐成對布置時，每根隅撐的計算軸壓力可取式一半。計算時不用角鋼的

19、換算長細比，要考慮單面連接時材料強度的折減。 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)中節(jié)點包括梁與柱連接節(jié)點、梁與梁拼接節(jié)點和柱腳節(jié)點，其設(shè)計計算應(yīng)符合門式剛架輕形房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的要求。 （1 1） 剛架梁、柱連接節(jié)點及梁拼接節(jié)點設(shè)計剛架梁、柱連接節(jié)點及梁拼接節(jié)點設(shè)計 門式剛架斜梁與柱的連接形式有端板豎放、 端板斜放和端板平放三種。斜梁拼接時宜使端板與構(gòu)件外邊緣垂直。 (a) (b) (c) (d) 圖 7 剛架梁與柱及梁與梁的連接 節(jié)點設(shè)計節(jié)點設(shè)計 剛架梁與柱及梁與梁的連接 端板的厚度t應(yīng)根據(jù)支承條件按下列公式計算，但不應(yīng)小于16mm： 端板的支承條件 伸臂類端板 bfNett

20、f6 (4a) 無加勁肋類端板 feaNetwtw)5 . 0 (3 (4b) 兩邊支承類端板 當端板外伸時 (4b) 兩邊支承類端板 當端板外伸時 feeebeNeetwffwtwf)(26 (4c) 當端板平齊時 feeebeNeetwffwtwf)(412 (4d) 三邊支承類端板 (4d) 三邊支承類端板 febbeNeetfswtwf4)2(62 (4e) 式中和圖中 Nt 一個高強度螺栓的拉力設(shè)計值； ew、ef 分別為螺栓中心至腹板和翼緣板表面的距離； b、bs 分別為端板和加勁肋板的寬度； a 螺栓的間距； f 端板鋼材的抗拉強度設(shè)計值。 在門式剛架斜梁與柱相交的節(jié)點域，按下式

21、驗算剪應(yīng)力： vccbftddM當不滿足上式要求時，應(yīng)加厚腹板或設(shè)置斜加勁肋。 剛架構(gòu)件的翼緣與端板的連接，應(yīng)采用全熔透對接焊縫；腹板與端板的連接，應(yīng)采用角對接組合焊縫或與腹板等強的角焊縫。在端板設(shè)置螺栓處，應(yīng)按下列公式驗算構(gòu)件腹板的強度： 當 Nt2 0.4P 時 ftePww4 . 0當 Nt2 0.4P 時 fteNwwt2當不滿足上式要求時，可設(shè)置腹板加勁肋或局部加厚腹板。（2 2）柱腳設(shè)計）柱腳設(shè)計 柱腳可采用剛接或鉸接形式，前者可節(jié)約鋼材，但基礎(chǔ)費用有所提高，加工、安裝也較為復雜。一般情況宜采用平板式鉸接柱腳。 (a) (b) (c) (d)門式剛架柱腳形式1.4 1.4 壓型鋼板

22、設(shè)計壓型鋼板設(shè)計 1.4.1 1.4.1 壓型鋼板的材料和截面形式壓型鋼板的材料和截面形式 壓型鋼板材料壓型鋼板材料種類 鍍鋅鋼板 彩色鍍鋅鋼板 彩色鍍鋁鋅鋼板厚度 0.41.6mm材料 Q215和Q235鋼，工程中多用Q235A 壓型鋼板的截面形式壓型鋼板的截面形式截面形式 表示方法 YX波高-波距-有效覆蓋寬度：YX35-125-750分類 低波板（波高70mm）1.4.2 1.4.2 壓型鋼板的截面幾何特性壓型鋼板的截面幾何特性線性元件法：以單槽口的特性表示，用板厚的中線來計算1232bbbb23()h bbcb221 233

23、23xthIbbbbbb21 2332323sxxth bbbbbIwcbb21 2331323xxxth bbbbbIwhcbb1.4.3 1.4.3 壓型鋼板的荷載和荷載組合壓型鋼板的荷載和荷載組合 壓型鋼板的荷載壓型鋼板的荷載（1）永久荷載（2）可變荷載 除均布活荷載、雪荷載和積灰荷載外，還有施工檢修荷載（1kN的集中荷載），折算為：repiFqb折算線荷載風荷載的體型系數(shù)按CECS 102附錄A3計算。 壓型鋼板的荷載組合壓型鋼板的荷載組合計算鋼板內(nèi)力：（1）1.2 永久荷載+1.4 max屋面均布活荷載，雪荷載（2）1.2 永久荷載+1.4 施工檢修荷載換算值計算風吸力 （3）1.0 永久荷載+1.4 風吸力荷載1.4.4 1.4.4 薄壁構(gòu)件的板件有效寬度薄壁構(gòu)件的板件有效寬度 當尺寸適當時，壓型鋼板截面全部有效：加勁肋剛度要求 中間加勁肋：帶中間加勁肋的壓型鋼板24isy4is271003.6618sbItft