门式刚架轻型钢结构.pptx

天津大学 钢结构教研室门式刚架轻型钢结构1.概述 体系构成及适用范围主要承重骨架：门式刚架纵向支撑体系：屋面水平支撑、柱间支撑檩条和墙梁维护结构 ：轻型屋面板/轻型墙面板结构体系刚架梁刚架柱柱间支撑屋面水平支撑檩条墙梁墙梁系杆抗风柱墙面板屋面板吊车梁1.概述 体系构成及适用范围竖向荷载横向水平荷载 纵向水平荷载*门式刚架是平面结构体系传力途径1.概述 体系构成及适用范围 主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构。适用范围1.概述 门式刚架结构的特点质量轻，用钢量省：荷载轻/材料承载力高/变形能力强/变截面构件/独特的支撑体系/利用薄壁构件屈曲后强度 结构布置灵活：不受模数限制工业化程度高，施工周期短：全钢结构综合经济效益好；优点1.概述 门式钢架结构的特点结构整体刚度小：整体工作前应防止构件变形杆件壁薄，锈蚀及局部变形影响大；制作、运输及安装要求高；缺点1.概述 应用和发展单层工业厂房超市仓库等 跨度9m 36m应用1.概述 应用和发展极限状态的深入研究，避免特殊荷载下结构失效：雪荷载、风荷载进一步轻型化提高制作、安装精度发展2.基本设计规定 设计方法以概率理论为基础的极限状态设计法极限状态的概念承载能力极限状态 正常使用极限状态 2.基本设计规定 设计方法非抗震设防地区：承载能力极限状态抗震设防地区：2.基本设计规定 设计方法按荷载效应的标准组合计算变形柱顶侧移：H/60;H/180;H/400（多层层间H/400）受弯构件挠度：主梁：L/180;L/240;L/400（钢结构 L/400）正常使用极限状态2.基本设计规定 材料选用门式刚架、吊车梁：Q235B或Q345B以上檩条、墙梁等：Q235或Q345；C或Z屋面板、墙面板：Q2352.基本设计规定 荷载及荷载组合永久荷载：结构自重；屋面；吊挂荷载等 屋面活荷：标准值 0.5kN/m2;(A60 m2时，0.3 kN/m2);施工或检修集中荷载：设计屋面板和檩条时，1.0 kN 2.基本设计规定 荷载及荷载组合雪荷载设置女儿墙时，应考虑女儿墙内侧积雪积灰荷载与屋面活荷、雪荷载较大者同时考虑 吊车荷载2.基本设计规定 荷载及荷载组合风荷载：标准值基本风压：1.05；高度系数；体形系数*地震作用底部剪力法；阻尼比0.05；一般7度及以下，可不考虑地震作用2.基本设计规定 荷载及荷载组合目前两种风荷载体型系数共存：建筑结构荷载规范/门式刚架轻型房屋钢结构技术规程美国金属房屋制造商协会低层房屋体系手册关于风荷载体型系数2.基本设计规定 荷载及荷载组合全国民用建筑工程设计技术措施2003(结构)第1816条规定：跨高比Lh小于等于4的门式刚架应按“规范”(GB 500092001)计算风荷载标准值及体型系数，跨高比大于4时宜按“规程”(CECS 102：2002)取用。关于风荷载体型系数2.基本设计规定 荷载及荷载组合非地震组合：1.2x永久荷载+0.9x1.4x（积灰荷载+max雪荷载，屋面活荷）+0.9x1.4x（吊车荷载+风荷载）1.0 x永久荷载+1.4x风荷载地震组合：1.2x重力荷载代表值+1.3x水平地震作用2.基本设计规定 构造要求构件壁厚主刚架梁柱 t=4mm;檩条、墙梁 t=1.5mm;构件长细比受压构件 180/220受拉构件 250/300/350/4003.结构体系及布置 结构体系门式刚架门式刚架的形式按跨数分单跨、双跨、多跨及带挑檐或毗屋按起坡分单脊单坡、单脊双坡及多脊多坡梁柱刚接/摇摆柱3.结构体系及布置 结构体系门式刚架门式刚架的建筑尺寸：刚架跨度：936米刚架柱轴线间的距离；边柱外翼缘对齐；刚架高度：4.59.0米,4米，一道/S6米，两道；斜拉条与刚性檩条拉接；屋面板和墙面板设计彩色镀锌或镀铝锌压型钢板，t=0.4mm；夹心压型复合钢板；开孔洞后应适当加强；3.结构体系及布置 结构体系其它构件托架山墙墙架抗风柱吊车梁3.结构体系及布置 结构布置门式刚架的间距柱网轴线纵向距离，6/7.5/9/12米温度区段长度伸缩缝间距离，纵向300米/横向150米伸缩缝做法：檩条(吊车梁等)连接螺栓用长圆孔设置双柱3.结构体系及布置 结构布置支撑布置每个温度区段应设置独立、稳定支撑系统；屋面水平支撑及柱间支撑位于同一柱间；支撑间距3045米；间距应根据纵向柱距/纵向受力/安装条件确定；4.作用效应计算 门式刚架内力分析分析假定变截面门式刚架可能几个截面同时出现塑性铰弹性分析方法等截面门式刚架弹性或塑性分析方法4.作用效应计算 门式刚架内力分析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、墙面体系（蒙皮效应）空间整体模型4.作用效应计算 门式刚架内力分析分析方法手算方法：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4.作用效应计算 门式刚架内力分析控制截面/控制内力柱顶/柱底/梁端/梁跨中/牛腿控制内力组合：Nmax+M+VMmax+N+VNmin+M+V（锚栓抗拔）4.作用效应计算 门式刚架侧移分析侧移按弹性分析方法计算精确计算方法有限元法/矩阵位移法/直接刚度法近似计算方法增大侧向刚度、减小侧移的措施增大梁柱截面/刚接柱脚/梁柱刚接5.门式刚架构件设计 设计方法、设计过程弹性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5.门式刚架构件设计 板件宽厚比H形钢受压翼缘板宽厚比H形钢腹板高厚比5.门式刚架构件设计抗剪强度&板件失稳腹板抗剪承载力hw-腹板平均高度；hw60mm/mtw-腹板厚度；屈曲后强度5.门式刚架构件设计腹板屈曲后抗剪强度设计值 屈曲后强度5.门式刚架构件设计反应腹板受剪时稳定性的参数 屈曲后强度5.门式刚架构件设计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 屈曲后强度5.门式刚架构件设计腹板屈曲后，按有效宽度计算截面特性腹板受拉区全部有效腹板受压区有效宽度 有效宽度系数；屈曲后强度5.门式刚架构件设计有效宽度系数 屈曲后强度5.门式刚架构件设计反应腹板受压时稳定性的参数 屈曲后强度5.门式刚架构件设计板件在正应力下屈曲系数其中 屈曲后强度5.门式刚架构件设计有效高度的分布5.门式刚架构件设计有效宽度的分布 屈曲后强度5.门式刚架构件设计受弯构件剪力V+弯矩M压弯构件剪力V+弯矩M+轴力N 构件强度设计5.门式刚架构件设计受弯构件 构件强度设计双轴对称截面5.门式刚架构件设计压弯构件 构件强度设计双轴对称截面5.门式刚架构件设计较大固定集中荷载作用处及翼缘转折处其它位置根据计算需要确定利用腹板屈曲后抗剪强度时,a=hw2hw加劲肋应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 构件横向加劲肋设置5.门式刚架构件设计截面高度线性变化的刚架柱 变截面柱平面内计算长度计算长度系数确定查表法-用于柱脚铰接的刚架柱一阶分析法二阶分析法5.门式刚架构件设计单跨刚架楔形边柱 变截面柱平面内计算长度查表法5.门式刚架构件设计 变截面柱平面内计算长度查表法5.门式刚架构件设计多跨刚架楔形边柱（中柱为摇摆柱）变截面柱平面内计算长度查表法摇摆柱计算长度系数为1.05.门式刚架构件设计 刚架柱平面内稳定性钢结构规范压弯构件平面内稳定性5.门式刚架构件设计 刚架柱平面外稳定性5.门式刚架构件设计 刚架柱平面外稳定性5.门式刚架构件设计平面内按压弯构件计算强度坡度1:5,轴力很小平面外按压弯构件计算稳定计算长度L：受压翼缘最大侧向支撑点间距隅撑L 35mm）高强螺栓-端板节点设计高强螺栓6.门式刚架节点设计 高强螺栓-端板节点设计高强螺栓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）：6.门式刚架节点设计高强螺栓群设计：M/V/N（不是构件内力）计算方法：端板塑性分析/端板弹塑性分析/端板刚性分析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：高强螺栓-端板节点设计高强螺栓6.门式刚架节点设计 高强螺栓-端板节点设计高强螺栓同时受剪、受拉的螺栓应满足相关公式为避免螺栓孔壁承压破坏，螺栓所受剪力还应满足6.门式刚架节点设计端板大小梁柱截面高强螺栓布置端板厚度 按端板塑性分析方法确定厚度不宜小于16mm 高强螺栓-端板节点设计端板设计6.门式刚架节点设计端板塑性分析方法以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态；根据平衡原理进行计算；端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；高强螺栓-端板节点设计端板设计6.门式刚架节点设计端板屈服线6.门式刚架节点设计端板塑性分析方法以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态；根据平衡原理进行计算；端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；端板厚度应根据各区域支承条件计算 高强螺栓-端板节点设计端板设计6.门式刚架节点设计端板厚度计算公式悬臂类端板 高强螺栓-端板节点设计端板设计无加劲肋类端板6.门式刚架节点设计端板厚度计算公式两边支承类端板，端板外伸时 高强螺栓-端板节点设计端板设计两边支承类端板，端板平齐时6.门式刚架节点设计端板厚度计算公式三边支承类端板，高强螺栓-端板节点设计端板设计6.门式刚架节点设计伸臂类端板厚度公式推导 高强螺栓-端板节点设计端板设计6.门式刚架节点设计伸臂类端板厚度公式推导6.门式刚架节点设计 高强螺栓-端板节点设计梁柱刚接节点域腹板抗剪验算端板设计不满足要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋6.门式刚架节点设计铰接柱脚无吊车，楔形边柱摇摆柱，等截面柱刚接柱脚有吊车，等截面柱 柱脚节点铰接柱脚刚接柱脚6.门式刚架节点设计柱脚底板大小（A*B）：混凝土抗压；厚度（t）：底板受弯；肋板连接焊缝 柱脚节点6.门式刚架节点设计锚栓设计材料：Q235/Q345;直径不小于24mm，双螺帽；锚固长度：设置弯钩/锚板；应考虑柱间支撑传至柱脚的拉力；单个锚栓的抗拉承载力：柱脚节点6.门式刚架节点设计抗剪键设计锚栓不抗剪;剪力由摩擦力和抗剪键承担;柱脚节点6.门式刚架节点设计 摇摆柱与斜梁连接节点7.其它构件及节点设计 檩条 墙梁 柱间支撑 屋面水平支撑 抗风柱隅撑7.其它构件及节点设计檩条间距根据屋面板跨度确定，1.5m左右檩条截面形式一般采用实腹式构件，C形和Z形冷弯薄壁型钢；跨度大于9m时，可采用格构式构件；檩条及节点设计7.其它构件及节点设计拉条/撑杆设置跨度4m，宜在跨中设置一道拉条/撑杆；跨度6m，应在三分点各设置一道拉条/撑杆；每道拉条/撑杆应通过斜拉条与刚性檩条连接；拉条由圆钢制作，直径=10mm；撑杆采用钢管/钢，按压杆刚度选择截面；拉条/撑杆尽量设在距檩条受压翼缘1/3腹板高度范围内；檩条及节点设计7.其它构件及节点设计檩条设计檩条为双向受弯构件檩条可以设计为简支梁或连续梁檩条设计应考虑的荷载及荷载组合：1.2*永久+1.4*max（屋面活荷，雪荷）1.2*永久+1.4*施工检修集中荷载1.0*永久+1.4*风荷载（吸力）檩条及节点设计7.其它构件及节点设计檩条设计檩条内力计算Mx,Vx:简支梁（对接）/连续梁（搭接）My,Vy:拉条为侧向支撑点，按简支梁/连续梁不考虑荷载不均匀分布 檩条及节点设计7.其它构件及节点设计檩条设计檩条截面验算屋面板能阻止檩条的失稳和扭转时，仅需进行强度验算 檩条及节点设计截面特性均按有效净截面计算7.其它构件及节点设计檩条设计檩条截面验算屋面板不能阻止檩条的失稳和扭转时，应进行整体稳定性验算 檩条及节点设计截面特性均按有效净截面计算7.其它构件及节点设计檩条设计檩条截面验算整体稳定系数按GB50018的规定计算 檩条及节点设计7.其它构件及节点设计檩条设计檩条截面验算 风吸力使檩条下翼缘受压时，因根据屋面能否阻止上翼缘失稳按规程附录E验算檩条稳定性。檩条及节点设计7.其它构件及节点设计檩条设计檩条变形验算：验算垂直于屋面方向的挠度 檩条及节点设计檩条允许挠度:l/150;l/240;l/3607.其它构件及节点设计檩条节点构造：对接节点 檩条及节点设计7.其它构件及节点设计檩条节点构造：搭接节点 檩条及节点设计7.其它构件及节点设计墙梁间距根据墙面板跨度确定，1.5m左右墙梁截面形式一般采用C形冷弯薄壁型钢墙梁布置应考虑门窗设置的要求可以设置拉条减小墙梁竖向挠度 墙梁及节点设计7.其它构件及节点设计墙梁设计墙梁为双向受弯构件水平风荷载+竖向永久荷载墙面板一般直接落地与基础或防撞墙相连，此时竖向荷载仅包括墙梁自重。墙梁设计及节点构造参见檩条相关内容 墙梁及节点设计7.其它构件及节点设计柔性柱间支撑20圆钢/交叉支撑/张紧装置刚性柱间支撑型钢，设有桥式吊车时采用角度3060度/约45度；刚架较高时，可分层设置或采用其它形式的支撑或纵向刚架；柱间支撑设计7.其它构件及节点设计柱间支撑的内力计算纵向荷载：风/吊车/地震计算模型：支承于柱脚基础的悬臂桁架纵向荷载由多道柱间支撑共同分担柱间支撑的截面验算交叉支撑按拉杆设计非交叉支撑按压杆设计 柱间支撑设计7.其它构件及节点设计屋面水平支撑一般为柔性支撑：20圆钢/交叉支撑/张紧装置；角度3060度/约45度 屋面水平支撑设计7.其它构件及节点设计屋面水平支撑的内力计算纵向荷载：风/地震计算模型：支承于柱顶的水平桁架纵向荷载由多道屋面水平支撑共同分担屋面水平支撑的截面验算交叉支撑按拉杆设计 屋面水平支撑设计7.其它构件及节点设计抗风柱一般采用等截面H形钢构件抗风柱承受的荷载：竖向永久荷载：自重+山墙的墙板重（山墙落地则无）水平荷载：山墙风荷载抗风柱柱脚：铰接柱脚抗风柱与刚架连接：一般为柔性连接只传递水平力，不传递竖向力 抗风柱设计7.其它构件及节点设计抗风柱一般采用等截面H形钢构件抗风柱承受的荷载：竖向永久荷载：自重+山墙的墙板重（山墙落地则无）水平荷载：山墙风荷载抗风柱柱脚：铰接柱脚抗风柱与刚架连接：一般为柔性连接只传递水平力，不传递竖向力 抗风柱设计7.其它构件及节点设计抗风柱内力计算：两端简支；抗风柱截面设计：压弯构件/受弯构件 抗风柱设计7.其它构件及节点设计隅撑的作用：为斜梁的受压下翼缘提供侧向支承隅撑通常采用单角钢截面构件隅撑的间距 隅撑设计7.其它构件及节点设计隅撑内力：隅撑设计*成对布置时，每根隅撑为计算值的一半隅撑截面验算：按轴心受压构件设计单角钢单面连接稳定性验算8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装8.制作与安装