《大跨與空間結(jié)構(gòu)》

崔佳重慶大學(xué)土木工程學(xué)院大跨與空間

鋼結(jié)構(gòu)2021/10/10星期日1a參考書目：1.《空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)》，貴州人民出版社；2.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003；3.《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》JGJ7-91；4.《大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社；5.《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社；6.《空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》，東南大學(xué)出版社；7.《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002。2021/10/10星期日2a概述

大跨與空間鋼結(jié)構(gòu)主要用于公共建筑，如大會(huì)堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場(chǎng)、航空港等。大跨度結(jié)構(gòu)也用于工業(yè)建筑，如飛機(jī)制造廠的總裝配車間、飛機(jī)庫(kù)、造船廠的船體結(jié)構(gòu)車間等等。這些建筑采用大跨結(jié)構(gòu)是受裝配機(jī)器（如船舶、飛機(jī)）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(jìng)技場(chǎng)2021/10/10星期日5a倫敦千年穹頂2021/10/10星期日6a大跨度結(jié)構(gòu)的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》將60m以上定義為大跨度結(jié)構(gòu)，計(jì)算和構(gòu)造均有特殊規(guī)定。我國(guó)目前最大跨度做到153m，以鋼索和膜材做成的索膜結(jié)構(gòu)最大已做到320m。大跨度結(jié)構(gòu)主要是在自重荷載下工作，主要矛盾是減輕結(jié)構(gòu)自重，故最適宜采用鋼結(jié)構(gòu)。在大跨度屋蓋中應(yīng)盡可能使用輕質(zhì)屋面結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)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(jié)構(gòu)體系梁式體系框架式體系拱式體系空間結(jié)構(gòu)體系網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)2021/10/10星期日8a平面承重的大跨度鋼結(jié)構(gòu)1梁式結(jié)構(gòu)體系梁式結(jié)構(gòu)體系一般采用簡(jiǎn)支桁架的形式，桁架的優(yōu)點(diǎn)是制作與安裝都比較簡(jiǎn)單，其上、下弦及腹桿僅承受拉力或壓力，對(duì)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(jīng)濟(jì)。重點(diǎn)是支撐系統(tǒng)的布置，對(duì)保證整個(gè)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的難點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)和支座，跨度大于35～40m時(shí)，梁式結(jié)構(gòu)的支座之一必須作成可移動(dòng)的，以減小對(duì)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(chǎn)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(gè)樓層，采用了H型鋼重型桁架。2021/10/10星期日12a上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)2021/10/10星期日13a上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)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(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)為保證屋架梁在風(fēng)吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預(yù)應(yīng)力鋼索，對(duì)下弦施加足夠的預(yù)應(yīng)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(diǎn)板連接，過去采用的方法是按桁架弦桿或腹桿的最大內(nèi)力選擇節(jié)點(diǎn)板厚，當(dāng)受力較復(fù)雜時(shí)不可靠。國(guó)外有些規(guī)范（如美國(guó)AISC規(guī)范）規(guī)定需進(jìn)行計(jì)算。88規(guī)范后的90年代，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院會(huì)同云南省建筑設(shè)計(jì)院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點(diǎn)板的試驗(yàn)，其中受拉試件16個(gè)，受壓試件8個(gè)。

2021/10/10星期日16a

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

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(nèi)塑性區(qū)的發(fā)展引起應(yīng)力重分布，破壞時(shí)撕裂面各線段上的折算應(yīng)力均勻分布且平行于腹桿軸力*，當(dāng)各撕裂段上的折算應(yīng)力均達(dá)到抗拉強(qiáng)度f(wàn)u時(shí)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(yīng)力

i和平均剪應(yīng)力

i為:

2021/10/10星期日18a折算應(yīng)力為即令第i段的拉剪折算系數(shù)則由寫成計(jì)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(jī)理，其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)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(jì)算。

2021/10/10星期日20a由于桁架節(jié)點(diǎn)板的外形往往不規(guī)則，同時(shí)，一些受動(dòng)力荷載的桁架還需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)板的疲勞，用撕裂面法推導(dǎo)出來(lái)的公式計(jì)算比較麻煩。故參照國(guó)外多數(shù)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范建議對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)板也可采用有效寬度法進(jìn)行承載力計(jì)算。有效寬度法假定腹桿軸力Ｎ通過連接件在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)按照應(yīng)力擴(kuò)散角度傳至連接件端部與N相垂直的一定寬度范圍內(nèi)，稱為有效寬度be。2021/10/10星期日21a假定be范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力達(dá)到fu，并令be·t·fu=Nu(節(jié)點(diǎn)板破壞時(shí)的腹桿軸力)，按此法擬合的結(jié)果，當(dāng)應(yīng)力擴(kuò)散角

=270時(shí)精度最高，計(jì)算值與試驗(yàn)值的比值平均為98.9%；當(dāng)

=300時(shí)，比值為106.8%，考慮到國(guó)外多數(shù)國(guó)家對(duì)應(yīng)力擴(kuò)散角均取為300，為與國(guó)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(diǎn)板采用側(cè)焊、圍焊、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘或螺栓連接時(shí)，be應(yīng)取為有效凈寬度）。2021/10/10星期日23ab.受壓節(jié)點(diǎn)在壓力作用下，與受壓桿件相連的節(jié)點(diǎn)板區(qū)域除強(qiáng)度破壞外，還有可能喪失穩(wěn)定。試驗(yàn)共作了8個(gè)受壓斜腹桿的試件，其中有、無(wú)豎腹桿的試件各4個(gè)。試驗(yàn)結(jié)果有以下特點(diǎn)：①當(dāng)節(jié)點(diǎn)板的自由邊長(zhǎng)度lf與厚度t之比時(shí)（一般出現(xiàn)在無(wú)豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板），*節(jié)點(diǎn)板穩(wěn)定性很差，此時(shí)應(yīng)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(shí)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(diǎn)板的抗壓性能取決于c/t的大?。╟為受壓斜腹桿連接肢端面中點(diǎn)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(duì)有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板，當(dāng)時(shí)，可不驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定。2021/10/10星期日26a④對(duì)無(wú)豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板，當(dāng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定承載力約為強(qiáng)度承載力的80%，故可將受壓腹桿的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.25后再按受拉節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)時(shí)應(yīng)按規(guī)范附錄F進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。但當(dāng)時(shí)，規(guī)范規(guī)定的計(jì)算值將大于試驗(yàn)值，不安全，故規(guī)定c/t不能超過。對(duì)自由邊加勁的無(wú)豎腹桿節(jié)點(diǎn)板，要求與有豎腹桿的相同。2021/10/10星期日27a

桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表一般的鋼結(jié)構(gòu)教科書和手冊(cè)均列有“桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表”，但都系互相參考，缺乏科學(xué)依據(jù)。這次該研究組先制作了N-t/b關(guān)系表（N為腹桿最大拉力；t為節(jié)點(diǎn)板厚度；b為連接肢寬度），反映了側(cè)焊縫焊腳尺寸hf1、hf2的影響。同時(shí)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(duì)來(lái)說(shuō)它比以往的N—t表更符合實(shí)際。2021/10/10星期日28a為保證節(jié)點(diǎn)板受壓時(shí)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(diǎn)板（或自由邊有加勁的節(jié)點(diǎn)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(yīng)小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余應(yīng)力影響過大。而對(duì)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(shí)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(yīng)妥善處理。2021/10/10星期日29a隨著熱軋H型鋼在我國(guó)投產(chǎn)，剖分T型鋼用于桁架弦桿或腹桿的情況越來(lái)越多。T型鋼桁架的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)離縫、防腐易處理、用鋼量省。問題：（1）節(jié)點(diǎn)施工不方便；（2）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式不同，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)更加復(fù)雜，同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)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(gòu)件和彎矩使自由邊受拉的壓彎構(gòu)件，對(duì)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(jì)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(yàn)驗(yàn)證。2021/10/10星期日31a（2）H型鋼重型桁架桁架節(jié)點(diǎn)鉸接是一種近似，條件是桿件較細(xì)長(zhǎng)，以H型鋼作弦桿或腹桿的重型桁架，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)的次應(yīng)力，或按剛接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)重要的節(jié)點(diǎn)還應(yīng)進(jìn)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(diǎn)受力復(fù)雜，原88規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結(jié)構(gòu)的條文。近幾年同濟(jì)大學(xué)對(duì)圓鋼管空間桁架節(jié)點(diǎn)作了一些試驗(yàn)和分析；哈建大對(duì)直接焊接的方管桁架結(jié)構(gòu)（主管為方管，支管為方管或圓管）的節(jié)點(diǎn)作了一些試驗(yàn)和分析，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂時(shí)，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(diǎn)a)X型節(jié)點(diǎn)；b)T型或Y型節(jié)點(diǎn)；c）K型節(jié)點(diǎn)2021/10/10星期日34a直接焊接的空間圓鋼管節(jié)點(diǎn)e)TT型節(jié)點(diǎn)；f)KK型節(jié)點(diǎn)2021/10/10星期日35aXX型管節(jié)點(diǎn)：XX型管節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量較少，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合情況也不甚理想，而這種節(jié)點(diǎn)類型目前在實(shí)際應(yīng)用中較少用到，故在規(guī)范內(nèi)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(diǎn)

a)T、Y型節(jié)點(diǎn)；b)X型節(jié)點(diǎn)；c)K、N型節(jié)點(diǎn)，有間隙；d）K、N型節(jié)點(diǎn)，搭接。2021/10/10星期日37a管結(jié)構(gòu)的適用范圍：（1）不直接承受動(dòng)力荷載。對(duì)于承受交變荷載的直接焊接鋼管節(jié)點(diǎn)，其疲勞問題遠(yuǎn)較其它型鋼桿件節(jié)點(diǎn)受力情況復(fù)雜。（2）為防止鋼管發(fā)生局部屈曲，限制鋼管的徑厚比或?qū)捄癖?；（或?/p>

（3）管結(jié)構(gòu)采用的管材不應(yīng)采用屈服強(qiáng)度f(wàn)y超過345N/mm2以及屈強(qiáng)比f(wàn)y/fu>0.8的鋼材，且鋼管壁厚不宜大于25mm。因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)外對(duì)鋼管節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究工作僅限于此范圍。2021/10/10星期日38a管結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的失效模式鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)件的管壁一般很薄，而管徑較大，在節(jié)點(diǎn)處直接焊接的鋼管節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是由幾個(gè)圓筒殼交匯在一起的一個(gè)空間薄殼結(jié)構(gòu)。理論上采用有限元方法或彈性薄殼理論進(jìn)行分析是可行的，全過程分析需考慮局部材料進(jìn)入塑性造成的材料非線形和節(jié)點(diǎn)處主管局部變形造成的幾何非線形。但目前主要依賴試驗(yàn)。圓形和矩形的管節(jié)點(diǎn)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(cè)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(diǎn)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(shí)會(huì)同時(shí)發(fā)生。規(guī)范針對(duì)不同破壞模式給出了節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算公式及構(gòu)造要求，這些公式只有少數(shù)是理論推出的，大部分是經(jīng)驗(yàn)公式。2021/10/10星期日41a例如：

（1）當(dāng)由支管與主管間連接焊縫的破壞控制時(shí)，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(jìn)行計(jì)算，但取

f＝1。角焊縫的計(jì)算厚度沿支管周長(zhǎng)是變化的，當(dāng)支管軸心受力時(shí)，平均計(jì)算厚度可取0.7hf。

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

當(dāng)di/d>0.65時(shí)：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(dāng)由主管壁塑性鉸線的失效模式控制時(shí)，對(duì)X形節(jié)點(diǎn)，受壓支管在管節(jié)點(diǎn)處的承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：式中

n─參數(shù)；

n＝1-0.3-0.3()2；當(dāng)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)或一側(cè)主管受拉時(shí)，

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(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

fy─主管鋼材的屈服強(qiáng)度；

─節(jié)點(diǎn)兩側(cè)主管較小軸心壓應(yīng)力的絕對(duì)值。

2021/10/10星期日44a2框架結(jié)構(gòu)體系

與梁式結(jié)構(gòu)體系相比，框架式體系比較經(jīng)濟(jì)，且橫梁高度可以取得比梁式結(jié)構(gòu)的高度小，剛度也較大，常用于工業(yè)建筑?？蚣苤_可以作成鉸接，也可以作成剛接。無(wú)鉸框架剛度更好，用鋼量省、便于安裝，但這種框架對(duì)溫度作用比較敏感，對(duì)基礎(chǔ)及地基的要求較高。主要有實(shí)腹式和格構(gòu)式兩大類。

2021/10/10星期日45a（1）實(shí)腹式框架結(jié)構(gòu)體系

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

輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門式剛架是一種有效利用材料的結(jié)構(gòu)形式。由于構(gòu)件尺寸小，房屋高度相應(yīng)降低，減輕了建筑體積和重量。構(gòu)件可以在工廠批量生產(chǎn)，工地安裝用高強(qiáng)螺栓連接，簡(jiǎn)便而迅速，施工期短。同時(shí)，門武剛架造型簡(jiǎn)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(cāng)庫(kù)和各類公共建筑。2021/10/10星期日47a1建筑特點(diǎn)（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(jí)別的橋式吊車

20t；懸掛式起重機(jī)

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(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）主體結(jié)構(gòu)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(gòu)件截面的手段以適應(yīng)彎矩變化是門式剛架輕型化的技術(shù)措施之一。柱腳常用鉸接，（當(dāng)有橋式吊車時(shí)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(zhǎng)度：縱向300m；橫向150m。

當(dāng)不超過以上數(shù)值時(shí)，一般情況下可不考慮溫度應(yīng)力和溫度變形的影響。柱間支撐的縱向水平剛度較單獨(dú)柱大得多（約10～20倍），故廠房縱向溫度變形的不動(dòng)點(diǎn)接近于柱間支撐的中點(diǎn)（有兩道柱間支撐時(shí)，為兩支撐距離的中點(diǎn)）。2021/10/10星期日52a2021/10/10星期日53a新規(guī)范增加：“當(dāng)有計(jì)算依據(jù)時(shí)，溫度區(qū)段長(zhǎng)度可適當(dāng)加大”，是考慮到影響溫度區(qū)段長(zhǎng)度限值的因素較多，在規(guī)范中無(wú)法逐一反映，讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體情況考慮增減。當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度應(yīng)力的計(jì)算或設(shè)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(zhǎng)圓孔；

b.設(shè)置雙柱。此外，吊車梁與柱的連接宜采用長(zhǎng)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(gòu)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(qiáng)度。

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)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(shí)，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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002已取消了壁厚6mm上限的規(guī)定，板厚由設(shè)計(jì)者自行掌握（未試驗(yàn)），我國(guó)目前已能生產(chǎn)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(shè)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(shí)第一開間設(shè)剛性系桿）。柱間支撐設(shè)在與屋蓋支撐相同的柱間，無(wú)吊車時(shí)，間距一般30~45m，不大于60m。有吊車時(shí)柱間支撐宜設(shè)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(jì)算的特點(diǎn)（1）新修訂的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將不上人的屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)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(jí)）。對(duì)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(duì)重屋面偏低，74規(guī)范改為0.5kN/m2。采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法后發(fā)現(xiàn)對(duì)以恒載為主的結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)）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(fù)到0.5kN/m2。但注明“對(duì)不同結(jié)構(gòu)可按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范作0.2kN/m2的增減”。新修訂的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“對(duì)支承輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，當(dāng)僅有一個(gè)可變荷載且受荷面積超過60m2時(shí)，取0.3kN/m2

”

。這與原《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定有所不同，應(yīng)注意檁條的計(jì)算。2021/10/10星期日60a（2）《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002對(duì)風(fēng)荷載作用下的體型系數(shù)有特殊規(guī)定。對(duì)剛架、檁條、屋面板、墻梁等均有專門的規(guī)定。特別應(yīng)注意房屋端區(qū)的風(fēng)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(shè)計(jì)特點(diǎn)（1）檁條為薄壁構(gòu)件，在受力狀態(tài)其組成板件可能喪失局部穩(wěn)定而產(chǎn)生屈曲，但屈曲后仍能承載（利用薄膜效應(yīng)，即張力場(chǎng)）。設(shè)計(jì)中利用其屈曲后強(qiáng)度，一般采用有效截面的方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。（2）檁條的整體穩(wěn)定計(jì)算分為兩種情況：

a.風(fēng)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(shè)置的檁間拉條能起側(cè)向約束作用。2021/10/10星期日62a

b.在風(fēng)吸力作用下，下翼緣受壓（連續(xù)設(shè)置的檁條在風(fēng)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(rèn)為可按彈性地基梁的壓桿計(jì)算，受拉翼緣對(duì)其的約束作用視為彈性地基梁的作用，截面扭轉(zhuǎn)和側(cè)向彎曲效應(yīng)等效轉(zhuǎn)化為作用于下翼緣的側(cè)向荷載，以簡(jiǎn)化計(jì)算。也可采用構(gòu)造要求，如設(shè)置隅撐。2021/10/10星期日63a檁條的構(gòu)造處理——加隅撐*2021/10/10星期日64a5構(gòu)件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)（1）斜梁軸力較大，一般按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，須滿足強(qiáng)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(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，但最大高厚比不宜大于250。工字形截面構(gòu)件腹板考慮屈曲后強(qiáng)度的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：（a）條款不適用于吊車梁，因有關(guān)資料不充分，多次反復(fù)屈曲可能導(dǎo)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(qiáng)度計(jì)算利用了張力場(chǎng)概念，使極限剪力大于屈曲剪力。精確確定張力場(chǎng)剪力值需要算出張力場(chǎng)寬度，比較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算采用了相當(dāng)于下限的近似公式。（c）利用腹板屈曲后強(qiáng)度，即使hw/tw很大，只要腹板的抗剪承載力不低于構(gòu)件的實(shí)際最大剪力，一般不再考慮設(shè)置加勁肋。2021/10/10星期日66a（d）利用腹板屈曲后強(qiáng)度后，構(gòu)件的抗彎及抗壓承載力有所降低，此時(shí)應(yīng)按有效寬度計(jì)算截面特性，受壓區(qū)的有效寬度取:當(dāng)截面全部受壓時(shí)：he=

hw

當(dāng)截面部分受拉時(shí)：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(yīng)力有關(guān)，

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

(a)當(dāng)

(b)當(dāng)

(c)2021/10/10星期日68a

(e)腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應(yīng)為屈曲剪力與張力場(chǎng)剪力之和，用下列公式計(jì)算：當(dāng)λw

0.8時(shí)

Vd=hwtwfv(a)當(dāng)0.8<λw<1.4時(shí)：Vd=hwtwfv[1-0.64(λw-0.8)](b)當(dāng)λw1.4時(shí)：Vd=hwtwfv(1-0.275λw)(c)式中λw——用于抗剪計(jì)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(gòu)件在剪力和彎矩作用下的強(qiáng)度，借用了歐洲規(guī)范EC3的基本計(jì)算式：當(dāng)V

0.5Vd時(shí),

M

Me

(a)當(dāng)0.5Vd<V

Vd時(shí),

(b)Mf—梁兩翼緣所承擔(dān)的彎矩，對(duì)雙軸對(duì)稱截面梁

Mf=Af(

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

0.5Vd時(shí),

M

Me-NWe/Ae(a)當(dāng)0.5Vd

V

<

Vd時(shí),

(b)—兼受壓力時(shí)梁兩翼緣所承擔(dān)的彎矩，對(duì)雙軸對(duì)稱截面梁，=Af(

hw·+t)(f-N/A)；Ae

—構(gòu)件的有效截面面積。2021/10/10星期日71a（h）考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的加勁肋設(shè)計(jì)梁腹板利用屈曲后強(qiáng)度時(shí)，其中間加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉(zhuǎn)折外，還承受張力場(chǎng)產(chǎn)生的壓力，該壓力按下式計(jì)算：Ｎs=V-0.9hwtw

cr式中，Ｎs為腹板屈曲后張力場(chǎng)產(chǎn)生的壓力；cr為臨界剪應(yīng)力。上式比理論值偏大，以考慮張力場(chǎng)張力的水平分力的不利影響。2021/10/10星期日72a（2）當(dāng)采用變截面門式剛架時(shí)，剛架柱為楔形，其在剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)、不能再套用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，*規(guī)程另有特殊規(guī)定。變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算公式仍借用了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)移剛架取1.0。*2021/10/10星期日73a等截面剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度*2021/10/10星期日74a（3）搖擺柱失穩(wěn)時(shí)，其撓曲線類似于兩端鉸接的歐拉柱，因此計(jì)算長(zhǎng)度取1.0。（4）連于剛架的搖擺柱，屈曲時(shí)對(duì)剛架產(chǎn)生水平力，使剛架柱的臨界力降低，故剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)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(dāng)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(xiàng)保證。如：剛架柱頂位移限值無(wú)吊車、采用輕形墻板h/60（h/150）無(wú)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(diǎn)設(shè)計(jì)（1）門式剛架結(jié)構(gòu)一般在梁柱節(jié)點(diǎn)及框架梁的跨中劃分運(yùn)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(diǎn)的剛度，節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用摩擦型或承壓型高強(qiáng)度螺栓連接，一般成對(duì)布置。

2021/10/10星期日78a梁與柱的剛性連接節(jié)點(diǎn)2021/10/10星期日79a（3）用高強(qiáng)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(shè)置加勁肋。2021/10/10星期日80a

（4）連接按承受的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域，應(yīng)驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度。

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

公式來(lái)源于設(shè)置柱橫向加勁肋時(shí)鋼框架節(jié)點(diǎn)柱腹板節(jié)點(diǎn)域的抗剪強(qiáng)度計(jì)算。柱節(jié)點(diǎn)腹板區(qū)域所受的剪力:或

兩式等價(jià)，取其一。節(jié)點(diǎn)域周邊的內(nèi)力

2021/10/10星期日82a剪應(yīng)力應(yīng)滿足下式要求：規(guī)范規(guī)定的計(jì)算式在上式的基礎(chǔ)上加以了調(diào)整和簡(jiǎn)化。a.節(jié)點(diǎn)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(diǎn)域抗剪強(qiáng)度提高到。2021/10/10星期日83ab.節(jié)點(diǎn)域中彎矩的影響較大，剪力的影響較小。略去剪力項(xiàng)使算得的結(jié)果偏于安全20%

30%，但公式?jīng)]有包括柱腹板軸壓力設(shè)計(jì)值N對(duì)抗剪強(qiáng)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(duì)抗剪強(qiáng)度不利影響系數(shù)為，與略去剪應(yīng)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(diǎn)域的體積。2021/10/10星期日84a當(dāng)節(jié)點(diǎn)域計(jì)算不滿足要求時(shí)，應(yīng)加厚腹板或設(shè)置斜加勁肋。2021/10/10星期日85a（5）門式剛架的柱腳構(gòu)造2021/10/10星期日86a（2）格構(gòu)式框架結(jié)構(gòu)體系

當(dāng)跨度大于60m時(shí)，實(shí)腹式框架不太經(jīng)濟(jì)，此時(shí)可采用格構(gòu)式，最大可做到150m。通常設(shè)計(jì)成變截面，框架橫梁的高跨比在1/12～1/20范圍內(nèi)選取。

內(nèi)力及變形的計(jì)算

當(dāng)跨度不大時(shí)，格構(gòu)式普通框架可以取換算剛度，折算成與其等效的實(shí)腹框架求解內(nèi)力。當(dāng)跨度較大時(shí)，必須考慮全部腹桿的變形進(jìn)行計(jì)算。2021/10/10星期日87a

框架橫梁的撓度只需計(jì)算由可變荷載引起的，永久荷載產(chǎn)生的撓度可由結(jié)構(gòu)的起拱來(lái)消除。當(dāng)跨度大于50m且剛性柱（支座）不高時(shí)，須計(jì)入框架的溫度應(yīng)力。實(shí)腹框架的橫梁與柱一般設(shè)計(jì)成焊接工字型截面，其承載能力按壓彎構(gòu)件計(jì)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(qiáng)度，減輕結(jié)構(gòu)自重。2021/10/10星期日88a構(gòu)造特點(diǎn)

a.框架負(fù)彎矩處下翼緣為防止平面外失穩(wěn)，應(yīng)加設(shè)斜撐。*b.在雙鉸框架結(jié)構(gòu)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(shí)可采用雙角鋼組合T形截面、T型鋼截面；受力較大時(shí)可采用槽鋼或工字鋼截面。

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

（3）拱式結(jié)構(gòu)體系

拱式結(jié)構(gòu)外形美觀，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受力與建筑造型的完美結(jié)合，是大跨度鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)（1）拱身主要承受軸力，當(dāng)跨度較大（如超過80~100m）時(shí)，較梁式結(jié)構(gòu)和框架式結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)。（2）形式有兩鉸拱、三鉸拱和無(wú)鉸拱。使用最多的是雙鉸拱，優(yōu)點(diǎn)是安裝和制造較簡(jiǎn)單，鉸處可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度應(yīng)力也較低。無(wú)鉸拱跨中彎矩分布最有利，但需要較強(qiáng)的基礎(chǔ)，溫度應(yīng)力也較大。雙鉸拱三鉸拱無(wú)鉸拱2021/10/10星期日93a

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