《大跨與空間結構》

崔佳重慶大學土木工程學院大跨與空間

鋼結構2021/10/10星期日1a參考書目：1.《空間網(wǎng)架結構》，貴州人民出版社；2.《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003；3.《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》JGJ7-91；4.《大跨度房屋鋼結構》，中國建筑工業(yè)出版社；5.《網(wǎng)殼結構設計》，中國建筑工業(yè)出版社；6.《空間結構設計與施工》，東南大學出版社；7.《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002。2021/10/10星期日2a概述

大跨與空間鋼結構主要用于公共建筑，如大會堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場、航空港等。大跨度結構也用于工業(yè)建筑，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等等。這些建筑采用大跨結構是受裝配機器（如船舶、飛機）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。2021/10/10星期日3a展覽館2021/10/10星期日4a日本大分體育公園綜合競技場2021/10/10星期日5a倫敦千年穹頂2021/10/10星期日6a大跨度結構的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家標準《鋼結構設計規(guī)范》、《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》將60m以上定義為大跨度結構，計算和構造均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到153m，以鋼索和膜材做成的索膜結構最大已做到320m。大跨度結構主要是在自重荷載下工作，主要矛盾是減輕結構自重，故最適宜采用鋼結構。在大跨度屋蓋中應盡可能使用輕質屋面結構及輕質屋面材料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。2021/10/10星期日7a主要分為兩大類：平面結構體系梁式體系框架式體系拱式體系空間結構體系網(wǎng)架及網(wǎng)殼結構懸索結構膜結構2021/10/10星期日8a平面承重的大跨度鋼結構1梁式結構體系梁式結構體系一般采用簡支桁架的形式，桁架的優(yōu)點是制作與安裝都比較簡單，其上、下弦及腹桿僅承受拉力或壓力，對支座也沒有橫推力。適用跨度：4060m，更大的跨度由于耗鋼量過大而不經濟。重點是支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結構體系的整體剛度是非常重要的。2021/10/10星期日9a

大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結構的形式，常用的有梯形和拱形桁架。按重量最優(yōu)確定的桁架的高跨比一般為1/6～1/8。

2021/10/10星期日10a常用形式：（1）角鋼（或T型鋼）桁架（2）H型鋼重型桁架*（3）鋼管桁架（圓鋼管或矩形管）*

桁架設計的難點在節(jié)點和支座，跨度大于35～40m時，梁式結構的支座之一必須作成可移動的，以減小對支承墻體或支柱傳遞的橫向反力，橫向反力一般由屋架下弦的彈性變形產生。*2021/10/10星期日11a

上海證卷大廈

連接兩幢主樓的天橋桁架跨度63m，共支承著從17層至26層共8個樓層，采用了H型鋼重型桁架。2021/10/10星期日12a上海浦東國際機場2021/10/10星期日13a上海浦東國際機場候機樓屋架梁跨度83m，跨中高度超過11m，單榀屋架梁重55噸。為了增加屋架結構的剛度，同時為保證屋架梁在風吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預應力鋼索，對下弦施加足夠的預應力。2021/10/10星期日14a2021/10/10星期日15a（1）角鋼（或T型鋼）桁架一般用節(jié)點板連接，過去采用的方法是按桁架弦桿或腹桿的最大內力選擇節(jié)點板厚，當受力較復雜時不可靠。國外有些規(guī)范（如美國AISC規(guī)范）規(guī)定需進行計算。88規(guī)范后的90年代，重慶鋼鐵設計研究院會同云南省建筑設計院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點板的試驗，其中受拉試件16個，受壓試件8個。

2021/10/10星期日16a

a.受拉節(jié)點試件的破壞特征均為沿最危險的線段撕裂破壞，即圖b中的三折線撕裂，和均與節(jié)點板邊緣線基本垂直。*2021/10/10星期日17a

《鋼結構設計規(guī)范》建議用撕裂面法，沿BACD撕裂線割取自由體，假定由于板內塑性區(qū)的發(fā)展引起應力重分布，破壞時撕裂面各線段上的折算應力均勻分布且平行于腹桿軸力*，當各撕裂段上的折算應力均達到抗拉強度fu時板件破壞。根據(jù)平衡條件并忽略M和V，則第i段撕裂面的平均正應力

i和平均剪應力

i為:

2021/10/10星期日18a折算應力為即令第i段的拉剪折算系數(shù)則由寫成計算式則為（b）2021/10/10星期日19a

——第i段撕裂面與拉力作用線的夾角。公式（b）符合破壞機理，其計算結果與試驗值之比平均為87.5%，略偏安全且離散性小。公式還適用于下圖兩種板件的撕裂面的計算。

2021/10/10星期日20a由于桁架節(jié)點板的外形往往不規(guī)則，同時，一些受動力荷載的桁架還需要計算節(jié)點板的疲勞，用撕裂面法推導出來的公式計算比較麻煩。故參照國外多數(shù)國家的經驗，規(guī)范建議對桁架節(jié)點板也可采用有效寬度法進行承載力計算。有效寬度法假定腹桿軸力Ｎ通過連接件在節(jié)點板內按照應力擴散角度傳至連接件端部與N相垂直的一定寬度范圍內，稱為有效寬度be。2021/10/10星期日21a假定be范圍內的節(jié)點板應力達到fu，并令be·t·fu=Nu(節(jié)點板破壞時的腹桿軸力)，按此法擬合的結果，當應力擴散角

=270時精度最高，計算值與試驗值的比值平均為98.9%；當

=300時，比值為106.8%，考慮到國外多數(shù)國家對應力擴散角均取為300，為與國際接軌且誤差較小，建議取

=300。2021/10/10星期日22a有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、圍焊、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘或螺栓連接時，be應取為有效凈寬度）。2021/10/10星期日23ab.受壓節(jié)點在壓力作用下，與受壓桿件相連的節(jié)點板區(qū)域除強度破壞外，還有可能喪失穩(wěn)定。試驗共作了8個受壓斜腹桿的試件，其中有、無豎腹桿的試件各4個。試驗結果有以下特點：①當節(jié)點板的自由邊長度lf與厚度t之比時（一般出現(xiàn)在無豎腹桿的節(jié)點板），*節(jié)點板穩(wěn)定性很差，此時應沿自由邊加勁。加勁后，穩(wěn)定承載力有較大提高。2021/10/10星期日24a②在斜腹桿壓力作用下，失穩(wěn)形式一般為在AB—BC—CD線附近或前方呈三折線屈折破壞。屈折線的位置和方向與受拉時的撕裂線類似，而且一般在區(qū)的前方首先失穩(wěn)，其它各區(qū)相繼失穩(wěn)。**2021/10/10星期日25a③節(jié)點板的抗壓性能取決于c/t的大小（c為受壓斜腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距），在一般情況下，c/t愈大穩(wěn)定承載力愈低，對有豎腹桿的節(jié)點板，當時，可不驗算節(jié)點板的穩(wěn)定。2021/10/10星期日26a④對無豎腹桿的節(jié)點板，當時，節(jié)點板的穩(wěn)定承載力約為強度承載力的80%，故可將受壓腹桿的內力乘以增大系數(shù)1.25后再按受拉節(jié)點板的強度計算進行計算，當時應按規(guī)范附錄F進行穩(wěn)定計算。但當時，規(guī)范規(guī)定的計算值將大于試驗值，不安全，故規(guī)定c/t不能超過。對自由邊加勁的無豎腹桿節(jié)點板，要求與有豎腹桿的相同。2021/10/10星期日27a

桁架節(jié)點板厚度選用表一般的鋼結構教科書和手冊均列有“桁架節(jié)點板厚度選用表”，但都系互相參考，缺乏科學依據(jù)。這次該研究組先制作了N-t/b關系表（N為腹桿最大拉力；t為節(jié)點板厚度；b為連接肢寬度），反映了側焊縫焊腳尺寸hf1、hf2的影響。同時又在上述參數(shù)組合的最不利情況下，重新整理出偏于安全的N—t表。相對來說它比以往的N—t表更符合實際。2021/10/10星期日28a為保證節(jié)點板受壓時的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不能太大，例如有豎腹桿的節(jié)點板（或自由邊有加勁的節(jié)點板），不能理解為c值愈小愈好。規(guī)范規(guī)定“弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間隙，不應小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余應力影響過大。而對吊車桁架，為避免疲勞破壞又規(guī)定此間隙“不宜小于50mm”；同時還規(guī)定在工作溫度-20

C地區(qū)的桁架，為防冷脆，“腹桿與弦桿相鄰焊縫焊趾間凈距不宜小于2.5t”。同樣，這些規(guī)定不能理解為桿件間間隙愈大愈好，在某些情況如出現(xiàn)矛盾，應妥善處理。2021/10/10星期日29a隨著熱軋H型鋼在我國投產，剖分T型鋼用于桁架弦桿或腹桿的情況越來越多。T型鋼桁架的優(yōu)點是：無離縫、防腐易處理、用鋼量省。問題：（1）節(jié)點施工不方便；（2）節(jié)點構造方式不同，節(jié)點內的應力狀態(tài)更加復雜，同時，對節(jié)點受力研究不夠，故規(guī)范公式均不適用；（3）板件的局部穩(wěn)定難以滿足88規(guī)范的規(guī)定。

2021/10/10星期日30a軸心受壓構件和彎矩使自由邊受拉的壓彎構件，對熱軋剖分T型鋼的局部穩(wěn)定：原88規(guī)范規(guī)定的寬厚比限值：新規(guī)范規(guī)定的寬厚比限值：計算模型為考慮翼緣與腹板完全嵌固，取屈曲系數(shù)為1.28，不近合理，需試驗驗證。2021/10/10星期日31a（2）H型鋼重型桁架桁架節(jié)點鉸接是一種近似，條件是桿件較細長，以H型鋼作弦桿或腹桿的重型桁架，設計時應注意節(jié)點的次應力，或按剛接節(jié)點設計，對重要的節(jié)點還應進行有限元分析。

2021/10/10星期日32a（3）鋼管桁架（圓管或矩形管）鋼管桁架節(jié)點受力復雜，原88規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結構的條文。近幾年同濟大學對圓鋼管空間桁架節(jié)點作了一些試驗和分析；哈建大對直接焊接的方管桁架結構（主管為方管，支管為方管或圓管）的節(jié)點作了一些試驗和分析，《鋼結構設計規(guī)范》修訂時，其成果已部分納入。2021/10/10星期日33a直接焊接的平面圓鋼管節(jié)點a)X型節(jié)點；b)T型或Y型節(jié)點；c）K型節(jié)點2021/10/10星期日34a直接焊接的空間圓鋼管節(jié)點e)TT型節(jié)點；f)KK型節(jié)點2021/10/10星期日35aXX型管節(jié)點：XX型管節(jié)點的數(shù)據(jù)量較少，計算結果與試驗結果吻合情況也不甚理想，而這種節(jié)點類型目前在實際應用中較少用到，故在規(guī)范內未予列入。2021/10/10星期日36a直接焊接的矩形管（含方管）平面管節(jié)點

a)T、Y型節(jié)點；b)X型節(jié)點；c)K、N型節(jié)點，有間隙；d）K、N型節(jié)點，搭接。2021/10/10星期日37a管結構的適用范圍：（1）不直接承受動力荷載。對于承受交變荷載的直接焊接鋼管節(jié)點，其疲勞問題遠較其它型鋼桿件節(jié)點受力情況復雜。（2）為防止鋼管發(fā)生局部屈曲，限制鋼管的徑厚比或寬厚比；（或）

（3）管結構采用的管材不應采用屈服強度fy超過345N/mm2以及屈強比fy/fu>0.8的鋼材，且鋼管壁厚不宜大于25mm。因為目前國內外對鋼管節(jié)點的試驗研究工作僅限于此范圍。2021/10/10星期日38a管結構節(jié)點的失效模式鋼管結構構件的管壁一般很薄，而管徑較大，在節(jié)點處直接焊接的鋼管節(jié)點實際上是由幾個圓筒殼交匯在一起的一個空間薄殼結構。理論上采用有限元方法或彈性薄殼理論進行分析是可行的，全過程分析需考慮局部材料進入塑性造成的材料非線形和節(jié)點處主管局部變形造成的幾何非線形。但目前主要依賴試驗。圓形和矩形的管節(jié)點有7種破壞模式：（1）主管壁因沖切或剪切而破壞；（2）主管壁因受拉屈服或受壓局部失穩(wěn)而破壞；2021/10/10星期日39a（3）與支管相連的主管壁因形成塑性鉸線而失效；（4）支管與主管間連接焊縫的破壞；（5）受壓支管管壁的局部屈曲；（6）受拉支管側主管壁的局部屈曲；2021/10/10星期日40a（7）有間隙的K、N形節(jié)點中，主管在間隙處被剪壞或喪失軸向承載力而破壞。以上幾種失效模式，有時會同時發(fā)生。規(guī)范針對不同破壞模式給出了節(jié)點承載力的計算公式及構造要求，這些公式只有少數(shù)是理論推出的，大部分是經驗公式。2021/10/10星期日41a例如：

（1）當由支管與主管間連接焊縫的破壞控制時，可視支管與主管的連接焊縫為全周角焊縫按正面角焊縫公式進行計算，但取

f＝1。角焊縫的計算厚度沿支管周長是變化的，當支管軸心受力時，平均計算厚度可取0.7hf。

2021/10/10星期日42a焊縫的長度實際上是支管與主管相交線長度，主、支管均為圓管的節(jié)點焊縫傳力較為均勻，焊縫的計算長度取為相交線長度，該相交線是一條空間曲線。規(guī)范取為：當di/d≤0.65時：lw＝(3.25di－0.025d)(＋0.466)

當di/d>0.65時：lw＝(3.81di－0.389d)(＋0.466)式中

d、di─分別為主管和支管外徑；

i─支管軸線與主管軸線的夾角。2021/10/10星期日43a（2）當由主管壁塑性鉸線的失效模式控制時，對X形節(jié)點，受壓支管在管節(jié)點處的承載力設計值按下式計算：式中

n─參數(shù)；

n＝1-0.3-0.3()2；當節(jié)點兩側或一側主管受拉時，

n＝1。

t─主管壁厚；

─支管軸線與主管軸線之夾角；

f─主管鋼材抗拉、抗壓和抗彎強度設計值；

fy─主管鋼材的屈服強度；

─節(jié)點兩側主管較小軸心壓應力的絕對值。

2021/10/10星期日44a2框架結構體系

與梁式結構體系相比，框架式體系比較經濟，且橫梁高度可以取得比梁式結構的高度小，剛度也較大，常用于工業(yè)建筑。框架柱柱腳可以作成鉸接，也可以作成剛接。無鉸框架剛度更好，用鋼量省、便于安裝，但這種框架對溫度作用比較敏感，對基礎及地基的要求較高。主要有實腹式和格構式兩大類。

2021/10/10星期日45a（1）實腹式框架結構體系

實腹式框架適用于跨度不太大（L=18～60m）的框架結構。它的優(yōu)點是制作簡單、便于運輸，還能降低房屋高度。實腹框架常設計成鉸接柱腳。由于框架支座彎矩的卸載作用使實腹框架的橫梁高度不大，可取跨度的1/30～1/40。在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結構，是實腹式框架結構體系的一種，其特點是屋蓋及墻體均采用壓型鋼板，結構主要承受自身的重量。2021/10/10星期日46a

輕型門式剛架結構設計

門式剛架是一種有效利用材料的結構形式。由于構件尺寸小，房屋高度相應降低，減輕了建筑體積和重量。構件可以在工廠批量生產，工地安裝用高強螺栓連接，簡便而迅速，施工期短。同時，門武剛架造型簡潔美觀，在房屋建筑中可適用于覆蓋大面積的單跨、多跨等廠房、倉庫和各類公共建筑。2021/10/10星期日47a1建筑特點（1）輕型化，屋蓋及墻體均為壓型鋼板，以減輕建筑自重；（2）吊車噸位：

A1~A5工作級別的橋式吊車

20t；懸掛式起重機

3t。（3）常用跨度：18

30m，高度4.5~9m。規(guī)程規(guī)定跨度可作到36m。2021/10/10星期日48a2021/10/10星期日49a2結構特點（1）主體結構采用門式剛架，剛架可以是單跨、雙跨或多跨，還可帶附跨。把中柱做成搖擺柱體現(xiàn)了材料集中使用的原則。2021/10/10星期日50a（2）采用變化構件截面的手段以適應彎矩變化是門式剛架輕型化的技術措施之一。柱腳常用鉸接，（當有橋式吊車時用等截面、柱腳固定）。2021/10/10星期日51a（3）剛架間距一般6m左右，亦可采用7.5~9m，間距太大將增加檁條的用鋼量。

溫度區(qū)段長度：縱向300m；橫向150m。

當不超過以上數(shù)值時，一般情況下可不考慮溫度應力和溫度變形的影響。柱間支撐的縱向水平剛度較單獨柱大得多（約10～20倍），故廠房縱向溫度變形的不動點接近于柱間支撐的中點（有兩道柱間支撐時，為兩支撐距離的中點）。2021/10/10星期日52a2021/10/10星期日53a新規(guī)范增加：“當有計算依據(jù)時，溫度區(qū)段長度可適當加大”，是考慮到影響溫度區(qū)段長度限值的因素較多，在規(guī)范中無法逐一反映，讓設計人員根據(jù)具體情況考慮增減。當溫度區(qū)段長度超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時，應進行溫度應力的計算或設置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的兩種做法：

a.在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔；

b.設置雙柱。此外，吊車梁與柱的連接宜采用長圓孔。2021/10/10星期日54a（4）剛架斜梁的坡度取決于屋面排水坡度，一般i=1/8~1/20。減小構件腹板厚度，一般腹板壁厚在4~10mm，（4mm是規(guī)程規(guī)定的下限），主要利用腹板截面的屈曲后強度。

《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002推薦采用Q235、Q345鋼材。2021/10/10星期日55a

（5）檁條采用冷彎薄壁型鋼，截面一般為C型鋼或Z型鋼（坡度較大時，可以做到主軸與地面平行）。檁條壁厚一般1.5~3.0mm，1.5mm為規(guī)范規(guī)定的下限。新修定的國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》GB50018-2002已取消了壁厚6mm上限的規(guī)定，板厚由設計者自行掌握（未試驗），我國目前已能生產12.5mm厚的冷彎薄壁型鋼。2021/10/10星期日56a（6）支撐體系：必須設屋蓋支撐系統(tǒng)和柱間支撐系統(tǒng)。屋蓋支撐布置在溫度區(qū)段的兩端或端部第二開間（此時第一開間設剛性系桿）。柱間支撐設在與屋蓋支撐相同的柱間，無吊車時，間距一般30~45m，不大于60m。有吊車時柱間支撐宜設在溫度區(qū)段中部。

2021/10/10星期日57a支撐一般為十字交叉，截面采用張緊的圓鋼或小角鋼。2021/10/10星期日58a3荷載計算的特點（1）新修訂的《建筑結構荷載規(guī)范》將不上人的屋面均布活荷載標準值統(tǒng)一規(guī)定為0.5kN/m2（原規(guī)范分0.3、0.5、0.7kN/m2三級）。對不上人的屋面均布活荷載，較早的荷載規(guī)范取0.3kN/m2，后發(fā)現(xiàn)對重屋面偏低，74規(guī)范改為0.5kN/m2。采用概率極限狀態(tài)設計法后發(fā)現(xiàn)對以恒載為主的結構（混凝土結構）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。2021/10/10星期日59a新修訂的荷載規(guī)范增加了以恒載為主的不利組合式，屋面活荷載中主要考慮的僅是施工荷載即偶然因素的不利影響，故又恢復到0.5kN/m2。但注明“對不同結構可按有關設計規(guī)范作0.2kN/m2的增減”。新修訂的《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定“對支承輕屋面的構件或結構，當僅有一個可變荷載且受荷面積超過60m2時，取0.3kN/m2

”

。這與原《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》的規(guī)定有所不同，應注意檁條的計算。2021/10/10星期日60a（2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002對風荷載作用下的體型系數(shù)有特殊規(guī)定。對剛架、檁條、屋面板、墻梁等均有專門的規(guī)定。特別應注意房屋端區(qū)的風荷載體型系數(shù)不同于中間區(qū)。

2021/10/10星期日61a4檁條的設計特點（1）檁條為薄壁構件，在受力狀態(tài)其組成板件可能喪失局部穩(wěn)定而產生屈曲，但屈曲后仍能承載（利用薄膜效應，即張力場）。設計中利用其屈曲后強度，一般采用有效截面的方法進行強度計算。（2）檁條的整體穩(wěn)定計算分為兩種情況：

a.風壓力作用下，一般壓型鋼板（條件是有足夠的抗剪件）和受壓區(qū)設置的檁間拉條能起側向約束作用。2021/10/10星期日62a

b.在風吸力作用下，下翼緣受壓（連續(xù)設置的檁條在風壓力作用下也有類似情況），受力狀態(tài)類似彈性地基梁，有研究認為可按彈性地基梁的壓桿計算，受拉翼緣對其的約束作用視為彈性地基梁的作用，截面扭轉和側向彎曲效應等效轉化為作用于下翼緣的側向荷載，以簡化計算。也可采用構造要求，如設置隅撐。2021/10/10星期日63a檁條的構造處理——加隅撐*2021/10/10星期日64a5構件設計的特點（1）斜梁軸力較大，一般按壓彎構件設計，須滿足強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定的要求。工字形截面的腹板也可按考慮屈曲后強度進行設計，但最大高厚比不宜大于250。工字形截面構件腹板考慮屈曲后強度的設計特點：（a）條款不適用于吊車梁，因有關資料不充分，多次反復屈曲可能導致腹板邊緣出現(xiàn)疲勞裂紋。2021/10/10星期日65a

（b）腹板受剪屈曲后的強度計算利用了張力場概念，使極限剪力大于屈曲剪力。精確確定張力場剪力值需要算出張力場寬度，比較復雜，為簡化計算采用了相當于下限的近似公式。（c）利用腹板屈曲后強度，即使hw/tw很大，只要腹板的抗剪承載力不低于構件的實際最大剪力，一般不再考慮設置加勁肋。2021/10/10星期日66a（d）利用腹板屈曲后強度后，構件的抗彎及抗壓承載力有所降低，此時應按有效寬度計算截面特性，受壓區(qū)的有效寬度取:當截面全部受壓時：he=

hw

當截面部分受拉時：he=hc

2021/10/10星期日67a

有效寬度系數(shù)

，與板件局部穩(wěn)定的臨界應力有關，

以通用高厚比作為參數(shù)，分為三個階段，完全彈性、完全塑性及彈塑性，即：當時，

(a)當

(b)當

(c)2021/10/10星期日68a

(e)腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應為屈曲剪力與張力場剪力之和，用下列公式計算：當λw

0.8時

Vd=hwtwfv(a)當0.8<λw<1.4時：Vd=hwtwfv[1-0.64(λw-0.8)](b)當λw1.4時：Vd=hwtwfv(1-0.275λw)(c)式中λw——用于抗剪計算的腹板通用高厚比。2021/10/10星期日69a（f）工字形截面受彎構件在剪力和彎矩作用下的強度，借用了歐洲規(guī)范EC3的基本計算式：當V

0.5Vd時,

M

Me

(a)當0.5Vd<V

Vd時,

(b)Mf—梁兩翼緣所承擔的彎矩，對雙軸對稱截面梁

Mf=Af(

hw·+t)f（Af為一個翼緣截面積）；Me—構件有效截面所承擔的彎矩，Me=Wef。2021/10/10星期日70a（g）工字形截面壓彎構件在剪力、彎矩和軸力共同作用下的強度，采用以下基本計算式：當V

0.5Vd時,

M

Me-NWe/Ae(a)當0.5Vd

V

<

Vd時,

(b)—兼受壓力時梁兩翼緣所承擔的彎矩，對雙軸對稱截面梁，=Af(

hw·+t)(f-N/A)；Ae

—構件的有效截面面積。2021/10/10星期日71a（h）考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設計梁腹板利用屈曲后強度時，其中間加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉折外，還承受張力場產生的壓力，該壓力按下式計算：Ｎs=V-0.9hwtw

cr式中，Ｎs為腹板屈曲后張力場產生的壓力；cr為臨界剪應力。上式比理論值偏大，以考慮張力場張力的水平分力的不利影響。2021/10/10星期日72a（2）當采用變截面門式剛架時，剛架柱為楔形，其在剛架平面內的計算長度系數(shù)、不能再套用《鋼結構設計規(guī)范》，*規(guī)程另有特殊規(guī)定。變截面柱在剛架平面內的整體穩(wěn)定計算公式仍借用了鋼結構設計規(guī)范的形式。軸力取小頭，彎矩取大頭。等效彎矩系數(shù)按有側移剛架取1.0。*2021/10/10星期日73a等截面剛架柱的計算長度*2021/10/10星期日74a（3）搖擺柱失穩(wěn)時，其撓曲線類似于兩端鉸接的歐拉柱，因此計算長度取1.0。（4）連于剛架的搖擺柱，屈曲時對剛架產生水平力，使剛架柱的臨界力降低，故剛架柱的計算長度應乘以增大系數(shù)：2021/10/10星期日75a

2021/10/10星期日76a6變形控制適當放寬框架梁的撓度及框架柱柱頂位移的限值，是門式剛架輕型化的一項保證。如：剛架柱頂位移限值無吊車、采用輕形墻板h/60（h/150）無吊車、采用砌體墻h/100（h/150）有吊車、吊車有駕駛室h/400有吊車、地面操作h/180（h/400）框架斜梁撓度L/180（L/400）2021/10/10星期日77a7節(jié)點設計（1）門式剛架結構一般在梁柱節(jié)點及框架梁的跨中劃分運送和安裝單元。門式剛架斜梁與柱的連接可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。（2）為保證節(jié)點的剛度，節(jié)點應采用摩擦型或承壓型高強度螺栓連接，一般成對布置。

2021/10/10星期日78a梁與柱的剛性連接節(jié)點2021/10/10星期日79a（3）用高強度螺栓連接的端板，為減小杠桿力的影響，其厚度不宜太薄，一般可取1.5~2d，或設置加勁肋。2021/10/10星期日80a

（4）連接按承受的最大內力設計。斜梁與柱相交的節(jié)點域，應驗算抗剪強度。

柱翼緣和橫向加勁肋為邊界的節(jié)點腹板區(qū)域所受的剪應力應滿足下式要求:2021/10/10星期日81a

公式來源于設置柱橫向加勁肋時鋼框架節(jié)點柱腹板節(jié)點域的抗剪強度計算。柱節(jié)點腹板區(qū)域所受的剪力:或

兩式等價，取其一。節(jié)點域周邊的內力

2021/10/10星期日82a剪應力應滿足下式要求：規(guī)范規(guī)定的計算式在上式的基礎上加以了調整和簡化。a.節(jié)點域的周邊有柱翼緣和加勁肋提供的約束，使抗剪承載力大大提高，故將節(jié)點域抗剪強度提高到。2021/10/10星期日83ab.節(jié)點域中彎矩的影響較大，剪力的影響較小。略去剪力項使算得的結果偏于安全20%

30%，但公式沒有包括柱腹板軸壓力設計值N對抗剪強度的不利影響，一般N與其屈服承載力Ny之比<0.5，則軸壓力對抗剪強度不利影響系數(shù)為，與略去剪應力有利影響相互抵消而略偏安全。

因此，公式即成為

式中的hbhctw=Vp稱為節(jié)點域的體積。2021/10/10星期日84a當節(jié)點域計算不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋。2021/10/10星期日85a（5）門式剛架的柱腳構造2021/10/10星期日86a（2）格構式框架結構體系

當跨度大于60m時，實腹式框架不太經濟，此時可采用格構式，最大可做到150m。通常設計成變截面，框架橫梁的高跨比在1/12～1/20范圍內選取。

內力及變形的計算

當跨度不大時，格構式普通框架可以取換算剛度，折算成與其等效的實腹框架求解內力。當跨度較大時，必須考慮全部腹桿的變形進行計算。2021/10/10星期日87a

框架橫梁的撓度只需計算由可變荷載引起的，永久荷載產生的撓度可由結構的起拱來消除。當跨度大于50m且剛性柱（支座）不高時，須計入框架的溫度應力。實腹框架的橫梁與柱一般設計成焊接工字型截面，其承載能力按壓彎構件計算。兩鉸框架中的框架柱可以作成沿高度變截面的形式，這樣能充分利用截面強度，減輕結構自重。2021/10/10星期日88a構造特點

a.框架負彎矩處下翼緣為防止平面外失穩(wěn)，應加設斜撐。*b.在雙鉸框架結構中，為減小橫梁中部的彎矩，可采用圖中使橫梁卸載的做法。2021/10/10星期日89a

c.截面受力較小時可采用雙角鋼組合T形截面、T型鋼截面；受力較大時可采用槽鋼或工字鋼截面。

d.因格構式框架受力較大，框架橫梁與柱轉角處比較合理的構造是在轉角范圍內做成實腹式并加加勁桿。2021/10/10星期日90a

（3）拱式結構體系

拱式結構外形美觀，體現(xiàn)了結構受力與建筑造型的完美結合，是大跨度鋼結構中一種重要的形式。2021/10/10星期日91a2021/10/10星期日92a拱的特點（1）拱身主要承受軸力，當跨度較大（如超過80~100m）時，較梁式結構和框架式結構更經濟。（2）形式有兩鉸拱、三鉸拱和無鉸拱。使用最多的是雙鉸拱，優(yōu)點是安裝和制造較簡單，鉸處可自由轉動，溫度應力也較低。無鉸拱跨中彎矩分布最有利，但需要較強的基礎，溫度應力也較大。雙鉸拱三鉸拱無鉸拱2021/10/10星期日93a

（3）拱的水平推力較大，對支座的要求較高。為減輕水平推力，可設置水平拉桿或采用橡膠支座。在加蓋的體