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门式钢架轻型房屋钢结构设计总结 1、采用以概论理论为基础的极限状态设计法,按分项系数设计表达式进行计算; 2、门市钢架轻型房屋钢结构的承重构件,应按承载能力极限状态和正常使用极限进行设计; 当结构构件按承载能力极限状态设计时 ,应按现行国家标准建筑结构荷载规范 GB 50009的规定采用荷载效应的基本组合计算 ,并符合下列要求： γoS≤R 式中：γo ——结构重要性系数;对一般的门式刚架钢结构构件安全等级取二级,当设计使用年限为50 年时,结构承重性系数取不小于；当设计使用年限为25 年时,取不小于； S——不考虑地震作用时,荷载效应组合的设计值； R——结构构件承载力的设计值 ; 3、 在抗震设防地区,门式刚架轻型房屋钢结构应按现行国家标准建筑抗震设计规范 GB 50011进行抗震验算,并符合下列要求： 式中：SE——考虑多遇地震作用时,荷载和地震作用效应组合的设计值； γRE——承载力抗震调整系数; 当由抗震控制结构设计时,尚应采取抗震构造措施; 4、门式刚架轻型房屋钢结构的 地震作用效应可采用底部剪力法分析确定;抗震验算时,结构的阻尼比可取. 5、当结构构件按正常使用极限状态设计时 ,应根据现行国家标准; 建筑结构荷载规范GB 50009的规定采用荷载效应的标准组合计算变形 ,并符合本规程节的要求; 6、结构构件 受拉强度 净截面计算 受压强度 有效净截面计算 稳定性 有效截面计算 变形和各种稳定系数 毛截面计算 7、设计原则：技术先进、经济合理、安全使用 8、门式刚架结构是将钢架柱与钢架梁的连接处设为刚性节点,钢架柱与基础一般为铰接点; 9、单层门式刚架的组成 10、其中“门式”,主要形式：双坡、单坡;门式刚架不仅仅只针对轻钢,也包括普钢;轻钢门规仅仅是门式钢架结构中的轻钢部分; 单层门式刚架结构是指以轻型焊接 H 形钢等截面或变截面、 热轧 H 形钢等截面或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架,用冷弯薄壁型钢槽形、卷边槽形、Z 形等做檩条、墙梁；以压型金属板压型钢板、压型铝板做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系; 门式钢架特点： 1、 质量轻,根据国内的工程实例统计,单层门式刚架房屋承 重结构的用钢量一般为 10～30kg／m2 ；在相同的跨度和荷载条件情况下自重约仅为钢筋混凝土结构的 1／20～1／30； 2、工程化程度高,施工周期短;门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作,质量易于保证,工地安装方便;除基础施工外,基本没有湿作业,现场施工人员的需要量也很少;构件之间的连接多采用高强度螺栓连接,是安装迅速的一个重要方面,但必须注意设计为刚性连接的节点,应具有足够的转动刚度; 3、 综合经济效益高;门式刚架结构由于材料价格的原因其造价虽然比钢筋混凝土结构等其他结构形式略高,但由于采用了计算机辅助设计,设计周期短； 构件采用先进自动化设备制造； 原材料的种类较少,易于筹措,便于运输； 所以门式刚架结构的工程周期短,资金回报快,投资效益高; 4、柱网布置比较灵活;传统的结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制,柱距多为6m,当采用12m柱距时,需设置托架及墙架柱;而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板,所以柱网布置不受模数限制,柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定; 5、门式刚架结构除上述特点外,还有一些特点需要了解： 门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证,从而减少了屋盖支撑的数量,同时支撑多用张紧的圆钢做成,很轻便; 门式刚架的梁、 柱多采用变截面杆,可以节省材料;图 1—2 所示刚架,柱为楔形构件,梁则由多段楔形杆组成;梁、柱腹板在设计时利用屈曲后强度,可使腹板宽厚比放大腹板厚度较薄;当然,由于变截面门式刚架达到极限承载力时,可能会在多个截面处形成塑性铰而使刚架瞬间形成机动体系,因此塑性设计不再适用; 使门式刚架结构轻型化的措施还有： 在多跨框架中把中柱做成只承重力荷载的两端铰接柱,对平板式铰接柱脚考虑其实际存在的转动约束,利用屋面板的蒙皮效应和适当放宽柱顶侧移的限值等 ; 设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理 ; 风力可使轻型屋面的荷载反向,就是一例; 组成构件的杆件较薄,对制作、涂装、运输、安装的要求高 ; 在门式刚架结构中,焊接构件中板的最小厚度为 3．0mm；冷弯薄壁型钢构件中板的最小厚度为 1;5mm； 压型钢板的最小厚度为 0．4mm;板件的宽厚比大,使得构件在外力撞击下容易发生局部变形;同时,锈蚀对构件截面削弱带来的后果更为严重; 构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小,结构的整体刚度也比较柔;因此,在运输和安装过程中要采取必要的措施,防止构件发生弯曲和扭转变形;同时,要重视支撑体系和隅撑的布置,重视屋面板、 墙面板与构件的连接构造,使其能参与结构的整体工作蒙皮效应; 11、“轻钢” 限定: “单跨或多跨实腹式门式钢架” 、 “轻钢屋盖和轻钢外墙” 、“起重量不大于20t的A1-A5工作级别桥式或没有吊车当然也可以是单梁吊车” 、“悬挂一般起重量不超过 3t”;“单层”、“跨度一般不超过 36m”、“高度一般不宜超过 12m”、“柱距一般不超过 9m”; 12、不是所有门式刚架的都是轻钢;一些大吨位吊车,格构柱等门式结构为重普钢结构,需按照钢结构设计规范来采用 ; 13、在轻型门式钢架结构体系中,屋盖应采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁,也可采用砌体外墙底部为砌体上部为轻质材料的外墙;主钢架斜梁下翼缘和钢架柱内翼缘的出平面稳定性,由于檩条或墙梁相连接的隅撑来保证;主钢架间的交叉支撑可采用角钢或张紧的圆钢 ; 14、单层门式钢架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层,也可以采用隔热层的板材作屋面; 15、门式刚架轻型屋面坡度易取 1/8--1/20 在雨水较多的地区宜取其中较大的值;过大会导致女儿墙增加高度,过小会影响排水坡度变化率、梁的变高度的速度; 16、门式刚架尺寸应符合下列规定： 1、门式刚架的跨度,应取横向刚架柱轴线间的距离 ; 2、门式刚架的高度,应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度;门式刚架的高度,应根据使用 要求的室内净高确定,设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定; 3、 柱的轴线可取通过柱下端较小端中心的竖向轴线;工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮;斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线; 4、 门式刚架轻型房屋的建筑尺寸： 其檐口高度,应取地坪至房屋外侧檩条下缘的高度； 其最大高度,应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度； 其宽度,应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；其长度,应取两端山墙墙梁外皮之间的距离; 17、5、门式刚架的跨度,宜为 9~36m,以 3m 为模数;边柱的宽度不相等时,其外侧要对齐; 18、6、门式刚架的高度,宜为~,必要时可适当加大;当有桥式吊车时不宜大于12m; 19、7、 门式刚架的间距,应与跨度匹配,大跨度采用大间距 ,跨度与间距的比一般以~为宜,常用~12m,即柱网轴线在纵向的距离宜为 6m,也可采用或 9m,最大可用12m;跨度较小时可用;单跨：加腋端高 L/33 左右,加腋长度～L；跨中高 1/50～ 1/60L； 工形截面高宽比 2～5； 多跨： 中柱加腋端 L/28 左右,加腋长度 1/4～1/5L；单元运输长度：火车运输≤12m;也有用 15 米的; 刚架大梁区段划分：原则上按反弯点分,兼顾制作与运输;钢板标 准长度 8 米;斜长可零头数见图,柱顶做平;温度区间：纵向不大于 300m,横向不大于 150m; 当房屋的平面尺寸超过上述规定时,需设置伸缩缝,伸缩缝可采用两种做法： (a) 设置双柱； (b) 在搭接檩条的螺栓处采用长圆孔,并使该处屋面板在构造上允许涨缩; (c) 对有吊车的厂房,当设置双柱形式的纵向伸缩缝时,伸缩缝两侧刚架的横向定位轴线可加插入距图 1-4; (d) 在多跨刚架局部抽掉中柱或边柱处,可布置托架或托梁; 8、挑檐长度可根据使用要求确定,宜采用~,其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同;门式刚架的形式分为单跨双坡、双跨单坡、多跨双坡以及带挑檐和带毗屋的刚架等;多跨刚架中间柱与刚架斜梁的连接,可采用铰接;多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖,必要时也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式;单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H 形钢等截面或变截面、 热轧 H 形钢等截面或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架,用冷弯薄壁型钢槽形、 Z 形等做檩条、 墙梁； 以压型金属板压型钢板、压型铝板做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系;在目前的工程实践中,门式刚架的梁柱多采用焊接 H 形变截面构件,单跨刚架的梁柱节点采用刚接,多跨则大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉 ; 20、门式轻钢厂房结构体系的构成： 主结构、 次结构、 围护结构、 其他附属结构; (1) 主结构：横向主钢架结构中最主要的部分,也是主受力部分,在门刚中为平面结构,面外稳定需要依靠其他系统来辅助达成,在设计时,要充分考虑到钢架的面外稳定问题;刚架主要包括实腹钢梁、钢柱,在轻钢中多用楔形截面,有效利用构件截面特性;腹板高厚比允许不超过 250,但常用 150 左右; 支撑系统支撑系统在整个结构体系中的用钢量并不大,但却是非常重要的; 对比主钢架来说,虽然其重要程度不如主钢架,但是因现在的设计均为计算机辅助设计,主钢架的计算可以利用设计软件非常准确的计算求得,但支撑系统的布置,截面选择等却需要有一定的人为因素参与,所以其显得更为重要;并且支撑系统承担着整个结构纵向传力及整体稳定的重要作用;以后在其他结构体系特别是空间结构设计中,在选型的最前期,就该有整个体系的稳定概念,这样才能从大方向上把握住整个结构的安全性和选型的合理性;门刚支撑系统包含屋面横向支撑、柱间支撑、系杆等;注意在屋脊及柱顶 位置的系杆一般均需通长设置; 吊车系统吊车系统包括吊车梁桁架,制动系统、 辅助系统、 支撑系统等,其自身系统相对来说比较独立,但也需和其他结构有效配合,才能形成安全、 稳定的结构体系;通常情况下,7 度无吊车时可不作抗震验算,但有吊车时,和 8 度时,一律应作抗震验算; 托梁系统托梁仅在抽柱的情况下出现,计算时可利用托梁的弹性刚度作为抽柱榀的弹性支座仅指竖向,把该位置支座反力传递至两相邻刚架,同时水平力靠与屋面 纵向支撑系统传递给相邻榀;一般情况下屋面系统仅设置横向支撑 ; （2）次结构： 屋面檩条主要采用冷弯薄壁型钢,一般有 C 型檩条、 Z 型檩条,其他当跨度较大时也会采用大通H 型钢及方管、 桁架式等,其布置方式有简支梁、连续梁两种,主要用途是作为屋面围护结构屋面板的支承结构,并和隅撑配合组成屋面梁的 面外支承点;檩条按其跨度应根据规范要求设置拉条 ; 墙面墙梁与屋面檩条相同,多采用 C 型、 Z 型冷弯薄壁型钢,或者大通 H 型钢、方管等; 抗风柱:抗风柱多布置于山墙,主要用于端开间跨内风载传递给主结构;山墙风载通过抗风柱传递给屋面支撑,再由屋面支撑传递到柱间支撑,经柱间支撑传递至基础; 抗风柱的材质一般同主结构的Q235B或 Q345B; 3 围护结构：屋面板一般采用建筑用压型钢板 ,考虑排水问题,一般选用高波板;建筑用压型钢板的基材采用冷轧薄钢板作为原板,在原板表面做热镀锌镀层,或者热镀铝锌镀层,形成基板,即镀层板,在镀层板表面涂覆有机涂料,形成涂层板;涂层板经辊压冷弯,沿板宽方向形成波形截面的成型钢板即为压型彩钢板;其与屋面檩条的连接 方式一般有打钉连接,其他固定件连接等;一般大型屋面还有采光要求; 墙面板墙面也是采用建筑用压型钢板,一般选用低波板,连接形式主要采用打钉连接; 门窗通风、 采光、 通行之用;常用的有铝合金窗及塑钢窗厂房；卷闸门电 动、非电动、推拉门及平开门等; (4) 其他结构：女儿墙为保证结构外形美观,将墙体升高,使四周平齐整洁; 基础属土建结构;设计时要根据结构实际受力情况分析基础和钢结构的经济性指标;例如上部结构采用柱脚刚接,可有效节约一部分钢材用量,但基础会增加更多资金投入；上部采用铰接,虽基础变小,但上部会相应增加一部分用钢量;所以在选择结构柱脚方式的时候,首先要根据结构自身受力特点来确定,其次也要考虑整体的经济性指 标,做到结构合理且经济;先是结构合理,之后考虑经济性; 21、钢材选用： 1 主刚架应采用Q235B级或 Q345A级以上钢材制作,Q235A不能保证可焊性,通常用 Q345B价差仅 200 元左右; 2非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A钢,也可以用Q345A; 镀锌檩条与黑皮檩条,价差仅 200~500元左右; 3“高强度螺栓连接应为摩擦型,承压型很少用”,错误;吊车梁 系统要采用摩擦型,刚架节点的剪力很小,可以采用承压型; 另每个牌号内又有不同的质量等级 A、 B、 C、 D,建筑主结构以使用 B 级钢为主,另根据结构特点也可适当提高等级标准,A 级钢禁止用于主结构;对于等级标准的区分主要在于含碳量标准及夏比V 型缺口冲击试验要求,A 级钢是不做冲击试验要求的,B 级钢有常温 20 度下的冲击试验要求,C 级钢要求试验温度为 0 度,D级钢为 -20度; 另钢材根据脱氧方法不同,还分为沸腾钢F、半镇静钢 b、镇静钢 Z、特殊镇静钢 TZ;建筑钢结构主体结构一般均采用镇静钢 Z,在书写钢材牌号时 可以不标注Z,此时默认为镇静钢; 支撑采用的圆钢、 角钢等可以根据需要选择,也可以酌情选用 A 级钢;一般对于 此类构件,均可直接标注 Q235 或 Q345 质量等级不做要求; 吊车梁、抗风柱、托梁等结构构件也需按规范选取 B 级钢或更高质量等级,不可 使用 A 级钢; Q345B 属于低合金高强度结构钢低合金钢,适用标准为 GB/T1591-2008 低 合金高强度结构钢,Q 代表屈服点,其屈服强度为 345; 19、支撑要求： 1 门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计,非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计;圆钢支撑仅能用于无吊车厂房,直径应由计算确定,考虑净截面要求,不得小于 10mm;圆钢支撑与构件腹板的连接处,t≤5mm 时应腹板补强;宜采用专用楔形连接件,宜设置花兰螺丝; 2 有 5t 及以上吊车时,柱间支撑应采用型钢支撑; 3 有 15t 以上吊车时,应设置屋盖纵向支撑和增加吊车梁的侧向刚 度; 4 无吊车时柱间支撑间距不大于30～45米,应与屋盖横向支撑位于 同一开间; 5 建筑物宽度大于60米时,在内柱宜适当设置柱间支撑;在外柱 支撑相应位置设置;内柱不能设置交叉支撑时,可改用角撑 anglebrace或纵向刚架; 6 有吊车时,下柱支撑设在温度区间中部或三分点处,端部不设; 7 在每个温度区段或分期建设的区段中,应分别设置能独立构成空间稳定结构的 支撑体系; 注释：独立存在的体系应具有单独的稳定体系;所谓空间稳定不仅仅要考虑 X向 Y 向、Z 向稳定,也要考虑空间体的角压缩或拉伸方向的稳定; 8）在设置柱间支撑的开间,宜同时设置屋面横向支撑,以组成几何不变体系;注释：仅仅设置柱间支撑是无法实现整个体系的稳定的,需要和屋面横向支撑一起 来组成整个稳定体系; 9）柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、 受力情况和安装条件确定;当无吊车时宜取 30~45m；当有吊车时宜设在温度区段中部,或当温度区段较长时宜设在三分点 处,且间距不宜大于 60m;注释：当有吊车时,一般在区段中部区段较短或三分点处区段较长设置支撑,此时应以吊车因素为第一考虑因素;当区段靠 4 榀支撑无法满足时,也可按次序依次增加数目； 当区段非常短时,也可考虑仅在端头设置支撑;应根据实际情况酌情考虑;从某种意义上来说,此条也可以理解为无吊车时,考虑支撑的布置是从一端到另一端； 有吊车时,是从中间向两端考虑; 10）当建筑物宽度大于 60m 时,在内柱宜适当增加柱间支撑; 注释：中柱支撑实际上并不是每榀都需设置的,此时对于整体结构稳定体系来说,仍是成立的,当总跨度较长时应适当在中柱位置增加支撑的布置;但是我们在考虑整体稳定性能的同时也不能忽略掉支撑系统的传力性能,因考虑到一般在山墙位置中柱也受到水平风荷载,产生纵向水平力,所以设计时,应尽量在所有中柱位置均设置支撑; 20、檩条： 1 受力特点,成都地区通常为强度控制,沿海地区风吸力使下翼缘受压稳定控制; 2 截面有冷弯 C 形和 Z 形,高频电焊 H 型钢,桁架式檩条；构造有 简支、搭接连续、悬臂式几种; 3Z 形檩条搭接连续的优势：比简支檩条省 25~35%; 4 搭接连续檩条的计算建 议,搭接长度达到跨度 10%时,可基本满足均匀连续梁模式；支座处基本上具有双檩承载力,因连接松动可考虑支座弯矩降低 10%；风吸力作用下可仅计算跨中反弯点间的梁段稳定;注意 “技术措施” 要求,端支座搭接长度不小于 1400mm; 5 悬臂式檩条隔跨布置,悬臂端部设铰接段,弯矩可比简支减少一 半,仅有计算建议; 6 檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种 ;当檩条跨度柱距不超过9m 时,应优先选用实腹式檩条; 实腹式檩条的截面形式如图1-25所示; 7 图 1-25a 为普通热轧槽钢或轻型热轧槽钢截面 ,因板件较厚,用钢量较大,目前已不在工程中采用; 图 1—25b 为高频焊接H 型钢截面,具有抗弯性能好的特点,适用于檩条跨度较大的场合,但 H 型钢截面的檩条与刚架斜梁的连接构造比较复杂 ; 图 1—25c、d、e 是冷弯薄壁型钢截面,在工程中的应用都很普遍;卷边槽钢亦称 C 形钢檩条适用于屋面坡度 i≤1／3 的情况,直卷边和斜卷边 Z 形檩条适用于屋面坡度i>1／3的情况;斜卷边Z形钢存放时可叠层堆放,占地少;做成连续梁檩条时,构造上也很简单;这三类薄壁型钢的规格和截面特性见附表— 8格构式檩条的截面形式有下撑式图1—26a平面桁架式图1-26&和空腹式图1—26c 等; 当屋面荷载较大或檩条跨度大于 9m 时,宜选用格构式檩条; 格构式檩条的构造和支座相对复杂,侧向刚度较低,但用钢量较少; 本节只介绍冷弯薄壁型钢实腹式檩条的设计内容,格构式檩条的设计内容可参见有关设计手册; 9）构造要求 当檩条跨度大于4m时,应在檩条间跨中位置设置拉条;当檩条跨度大于6m时,应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条;拉条的作用是防止檩条侧向变形和扭转,并且提供 x 轴方向的中间支点;此中间支点的力需要传到刚度较大的构件;为此,需要在屋脊或檐口处设置斜拉条和刚性撑杆;当檩条用卷边槽钢时,横向力指向下方;当檩条为 Z 形钢而横向荷载向上时,斜拉条应布置于屋檐处;以上论述适用于没有风荷载和屋面风吸力小于重力荷载的情况; 当风吸力超过屋面永久荷载时,横向力的指向和图 1-27 相反;此时 Z 形钢檩条的斜拉条需要设置在屋脊处,而卷边槽钢檩条则需设在屋檐处;因此,为了兼顾两种情况,在风荷载大的地区或是在屋檐和屋脊处都设置斜拉条,或是把横拉条和斜拉条都做成可以既承拉力 又承压力的刚性杆; 拉条通常用圆钢做成,圆钢直径不宜小于 lOmm;圆钢拉条可设在距檩条上翼缘 1／3 腹板高度范围内;当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时,屋面宜用自攻螺钉直接与檩条连接,拉条宜设在下翼缘附近;为了兼顾无风和有风两种情况,可在上、 下翼缘附近交替布置;当采用扣合式屋面板时,拉条的设置根据檩条的稳定计算确定;刚性撑杆可采用钢管、方钢或角钢做成,通常按压杆的刚度要求λ≤220来选择截面; 实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接,檩托可用角钢和钢板做成,檩条与檩托的连接螺栓不应少于 2 个,并沿檩条高度方向布置;设置檩托的目的是为了阻止檩条端部截面的扭转,以增强其整体稳定性; 槽形和 Z 形檩条上翼缘的肢尖或卷边应朝向屋脊方向,以减少荷载偏心引起的扭矩; 计算檩条时,不能把隅撑作为檩条的支承点; 21、隅撑计算规定 当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时,必须在受压翼缘两侧布置隅撑山墙处刚架仅布置在一侧作为斜梁的侧向支承,隅撑的另一端连接在檩条上; 1 用隅撑代替通长系杆,减小受压翼缘侧向自由长度; 2 仅在斜梁下翼缘和柱内翼缘布置; 3 斜梁下翼缘与刚架柱内侧相交处为关键点,此点附近应确保设置 隅撑;为受压区； 5 业主不愿设隅撑时,应采取保证刚架稳定的其它可靠措施,如设 置刚性撑杆或加大截面等; 规定：当翼缘截面积大于 2000m2 时,需设置双面隅撑; 22、柱脚锚栓抗拔抗剪设计 1）刚架柱脚要设 4 颗锚栓,抗风柱可以 2 颗; 2 锚栓上拔力计算应计入柱间支撑产生拉力的竖向量; 2）柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力; 3）柱脚抗剪键的设置：刚架柱要设,抗风柱可不设; 4）日本柱脚设计规定:允许锚栓抗剪; 23、摇摆柱设计 我一般没有做摇摆柱,而是柱顶刚接;柱顶铰接,柱子可以省, 但是梁不省;还有中柱也做变截面的,可以减小中柱面外稳定应力 ; 1）在构造上通常采用圆管,也有采用H 型钢的; 2 摇摆柱为负刚度,在多跨厂房不宜连续三根以上 ; 3 不应用于支承托架或托梁;不宜设置牛腿支承吊车; 4 设计轴力应适当增大,考虑端部嵌固引起的次应力 ; 另每个牌号内又有不同的质量等级A、B、C、D,建筑主结构以使用 B 级钢为主,另根据结构特点也可适当提高等级标准,A 级钢禁止用于主结构;对于等级标准的区分主要在于含碳量标准及夏比V 型缺口冲击试验要求,A 级钢是不做冲击试验要求的,B 级钢有常温 20 度下的冲击试验要求,C 级钢要求试验温度为 0 度,D级钢为 -20度;另钢材根据脱氧方法不同,还分为沸腾钢F、半镇静钢 b、镇静钢Z、特殊镇静钢 TZ;建筑钢结构主体结构一般均采用镇静钢 Z,在书写钢材牌号时 可以不标注 Z,此时默认为镇静钢; Q345B 属于低合金高强度结构钢低合金钢 ,适用标准为 GB/T1591-2008 低 合金高强度结构钢,Q 代表屈服点,其屈服强度为345; 24、荷载：一般单层板恒载按,双层板按考虑； 活载,当受荷投影面积大于60 平米是,活载可取为,其余情况取为;当采用压型钢板轻型屋面时,屋面竖向均布活荷载的标准值按水平投 影面积计算应取0．5kN／m2；对受荷水平投影面积超过 60m2 的刚架结构,计算时采用的竖 向均布活荷载标准值可取 0．3kN／m2 ;设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载人和小工具的重力,其标准值为 1kN; 雪载,根据荷载规范中的要求取值,雪载和活载不同时作用,取二者较大值; 这里需要注意的是,荷载规范给出的是基本雪压,其与雪荷载是有区别的,不可直接将雪压 值代如雪荷载值; 风载,可根据门刚中的规定取值,也可根据荷载规范取值,具体的风荷载算法可对比轻钢规范和荷载规范,进一步的理解其取值及计算方法的特点,并理解其计算思路; 受荷宽度：指两榀刚架间距,用于计算荷载作用于刚架上的线荷载 ; 面外计算长度： 一般指面外支承点的间距,在轻钢中一般根据隅撑布置间距 ,同时配合刚性系杆等的布置 ,取为面外计算长度; 注意：仅檩条作用是不能达到面外支承点的作用的,要靠檩条和隅撑共同作用才可以;注意：中柱或者无面板围护的柱子一般不设置墙梁结构,此刻这类柱子应与边柱区分出来,其面外计算长度需按柱实际面外支承 点长度来设置,一般为柱脚至系杆的距离柱自身长度 ; 一般山墙跨受的荷载范围仅为中间跨的一半,但实际设计时,其截面等均与中间区相同主要是为了方便,当然也可以设计成两种刚架截面,所以在这种情况下,即便风荷载体形系数变大,一般也不影响刚架的安全性,所以很多时候不再单独计算山 墙跨的刚架;如果有需要的时候,还是要计算的; 25、节点设计 门式刚架结构中的节点有：梁与柱连接节点、梁和梁拼接节点及柱脚;当有桥式吊车时,刚架柱上还有牛腿; 1、斜梁与柱的连接及斜梁拼接 门式刚架斜梁与柱的刚接连接,一般采用高强度螺栓-端板连接;具体构造有端板竖放图 1-14a、端板斜放图 1-14b 和端板子放图 1-14c 三种形式;斜梁拼接时也可用高强度螺栓-端板连接,宜使端板与构件外边缘垂直图 1-14d;斜梁拼接应按所受最大内力设计;当内力较小时,应按能承受不小于较小被连接截面承载力一半设计;图 1-14 所示节点也称为端板连接节点,都必须按照刚接节点进行设计,即在保证必要的强度的同时,提供足够的转动刚度; 为了满足强度需要,宜采用高强度螺栓,并应对螺栓施加预拉力;预拉力可以增强节点转动刚度;螺栓连接可以是摩擦型或承压型的;摩擦型连接按剪力大小决定端板与柱翼缘接 触面的处理方法;当剪力较小时,摩擦面可不做专门处理; （3）、 端板螺栓应成对地对称布置;在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧各设一排,并宜使每个翼缘的四个螺栓的中心与翼缘的中心重合;为此,将端板伸出截面高度范围以外形成外伸式连接图 1-14a,以免螺栓群的力臂不够大;但若把端板斜放,因斜截面高度大,受压一侧端板可不外伸图1_14b;分析研究表明,图 1—14a 的外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求;外伸式连接在节点负弯矩作用下,可假定转动中心位于下翼缘中心线上;如图 1—14a 所示上翼缘两侧对称设置 4 个螺栓时,每个螺栓承受下面公式表达的拉力,并依此确定螺栓直径： 式中 h1——梁上下翼缘中至中距离 力偶 M／h1,的压力由端板与柱翼缘间承压面传递,端板从下翼缘中心伸出的宽度应不小于式中,b 为端板宽度;为了减小力偶作用下的局部变形,有必要在梁上下翼缘中线处设柱加劲肋;有加劲肋的节点,转动刚度比不设加劲肋者大; 26、柱脚 门式刚架的柱脚,一般采用平板式铰接柱脚图 1_16a、b,当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时,则应采用刚接柱脚图 1—16c、d 柱脚锚栓应采用Q235 或 Q345 钢材制作;锚栓的锚固长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范 GB50007—2002 的规定,锚栓端部按规定设置弯钩或锚板; 计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时,应计人柱间支撑的最大竖向分力,此时,不考虑活荷载或雪荷载、 积灰荷载和附加荷载的影响,同时永久荷载的分项系数;锚栓直径不宜小于24mm,且应采用双螺帽以防松动; 柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力;此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力摩擦系数可取0．4 或设置抗剪键承受; 26、压型钢板的材料和截面形式 （1）、压型钢板的材料 压型钢板的原板按表面处理方法可分为镀锌钢板、彩色镀锌钢板和彩色镀铝锌钢板三种;其中镀锌钢板仅适用于组合楼板,彩色镀锌钢板和彩色镀铝锌钢板则多用于屋面和墙面上;彩色镀锌钢板是目前工程实践中采用最多的一种原板;彩色镀铝锌钢板则是由澳大利亚、韩国等国的生产厂商新近推出的一种原板,它结合了锌的抗腐蚀性好和铝的延展性好的综合优点,抗锈蚀能力更强,但价格稍贵,目前在国内尚处于推广应用阶段 ; 压型钢板原板材料的选择可根据建筑功能、 使用条件、 使用年限和结构形式等因素考虑;原板的钢板基厚度通常为 0．4~1．6mm,原板的长度不限,应优先选用卷板;原板宽度应符合压型钢板的展开宽度; 压型钢板基板的材料有 Q215 钢和 Q235 钢,工程中多用 Q235—A 钢; （2）、压型钢板的截面形式 压型钢板根据波高的不同,一般分为低波板波高<30mm、中波板波高为30～70mm 和高波板波高>70mm;波高越高,截面的抗弯刚度就越大,承受的荷载也就越大; 屋面板一般选用中波板和高波板,中波在实际采用的最多;墙板常采用低波板;因高波板、中波板的装饰效果较差 ,一般不在墙板中采用; （3）、压型钢板的截面几何特性 压型钢板的截面特性可用单槽口的特性来表示;压型钢板的厚度较薄且各板段厚度相等,因此可用其板厚的中线来计算截面特性;这种计算法称为 “线性元件算法”;单槽口截面的折线型中线示于图 1-21;以此算得的截面特性 A 和 I 乘以板厚 t,便是单槽口截面的各特性值; 27、墙梁、支撑设计和本章小结 一、墙梁设计 墙梁的截面形式墙梁一般采用冷弯卷边槽钢,有时也可采用卷边z形钢;墙梁在其自重、 墙体材料和水平风荷载作用下,也是双向受弯构件;墙板常做成落地式并与基础相连,墙板的重力直接传至基础,故墙梁的最大刚度平面在水平方向;当采用卷边槽形截面墙梁时,为便于墙梁与刚架柱的连接而把槽口向上放置,单窗框下沿的墙梁则需槽口向下放置 ; 墙梁应尽量等间距设置,在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁;为了减少竖向荷载产生的效应,减少墙梁的竖向挠度,可在墙梁上设置拉条,并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱,设置原则和檩条相同; 墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁,前者运输方便,节点构造相对简单,后者受力合理,节省材料; 小结 1、保证结构的整体性 门式刚架属于平面结构,它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空 间的稳定整体;结构只有组成空间稳定整体,才能承担各种荷载和其他外在效应;不同构件之间的相互依存,反映结构整体性的另一方面;屋面板为檩条提供约束,使它不致失稳;通过隅撑的联系,檩条又为框架梁的受压下翼缘提供约束;中柱做成摇摆柱后,它所承受的荷载对边柱稳定有影响,需要后者承担其侧向效应;总之,设计结构时要有整体概念; 2、设计者必须明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应,有关构件如何既分工又协同工作;它们的强度和稳定性如何满足,力的传递过程中导致何种变形,应如何考虑变形的效应和加以控制; 3、设计必须体现计算和构造的一致性;设计为刚性连接的节点,实际构造应该符合刚性节点的要求,否则将产生不利的后果;如果实际上达不到要求,则应在计算中作必要的修正; 问题总结 1、什么是长细比 回转半径：根号下惯性矩/面积 长细比=计算长度/回转半径 答： 结构的长细比λ＝μl/i,i 为回转半径长细比;概念可以简单的从计算公式可以看出来：长细比即构件计算长度与其相应回转半径的比值;从这个公式中可以看出长细比的概念综合考虑了构件的端部约束情况,构件本身的长度和构件的截面特性;长细比这个概念对于受压杆件稳定计算的影响是很明显的,因为长细比越大的构件越容易失稳;可以看看关于轴压和压弯构件的计算公式,里面都有与长细比有关的参数;对于受拉构件规范也给出了长细比限制要求,这是为了保证构件在运输和安装状态下的刚度; 对稳定要求越高的构件,规范给的稳定限值越小; 2、受弯工字梁的受压翼缘的屈曲,是沿着工字梁的弱轴方向屈曲,还是强轴方向屈曲 答：当荷载不大时,梁基本上在其最大刚度平面内弯曲,但当荷载大到一定数值后,梁将同时产生较大的侧向弯曲和扭转变形,最后很快的丧失继续承载的能力;此时梁的整体失稳必然是侧向弯扭弯曲 ; 解决方法大致有三种： 1、增加梁的侧向支撑点或缩小侧向支撑点的间距 2、调整梁的截面,增加梁侧向惯性矩 Iy 或单纯增加受压翼缘宽度如吊车梁上翼缘 3、梁端支座对截面的约束,支座如能提供转动约束,梁的整体稳定性能将大大提高; 3、采用直缝钢管代替无缝管,不知能不能用 答：结构用钢管中理论上应该是一样,区别不是很大,直缝焊管不如无缝管规则,焊管的形心有可能不在中心,所以用作受压构件时尤其要注意,焊管焊缝存在缺陷的机率相对较高,重要部位不可代替无缝管,无缝管受加工工艺的限制管壁厚不可能做的很薄相同管径的无缝管平均壁厚要比焊管厚,很多情况下无缝管材料使用效率不如焊管,尤其是大直径管; 无缝管与焊管最大的区别是用在压力气体或液体传输上DN; 4、地脚螺栓锚固长度加长会对柱子的受力产生什么影响 答：锚栓中的轴向拉应力分布是不均匀的,成倒三角型分布,上部轴向拉应力最大,下部轴向拉应力为０;随着锚固深度的增加,应力逐渐减小,最后达到25～30 倍直径的时候减小为0; 因此锚固长度再增加是没有什么用的 ;只要锚固长度满足上述要求,且端部设有弯钩或锚板,基础混凝土一般是不会被拉坏的; 5、什么是热轧,什么是冷轧,有什么区别 答： 热扎是钢在1000度以上用轧辊压出, 通常板小到2MM厚,钢的高速加工时的变形热也抵不到钢的面积增大的散热 , 即难保温度 1000 度以上来加工,只得牺牲热轧这一高效便宜的加工法, 在常温下轧钢, 即把热轧材再冷轧, 以满足市场对更薄厚度的要求;当然冷轧又带来新的好处, 如加工硬化,使钢材强度提高, 但不宜焊, 至少焊处加工硬化被消除, 高强度也无了, 回到其热轧材的强度了,冷弯型钢可用热扎材, 如钢管,也可用冷扎材,冷扎材还是热轧材,2MM 厚是一个判据, 热轧材最薄 2MM 厚,冷扎材最厚 3MM; 6、 为什么梁应压弯构件进行平面外平面内稳定性计算,但当坡度较小时可仅计算平面内稳定性即可 7、何次梁一般设计成与主梁铰接 答： 如果次梁与主梁刚接,主梁同一位置两侧都有同荷载的次梁还好,没有的话次梁端弯矩对于主梁来说平面外受扭,还要计算抗扭,牵扯到抗扭刚度,扇性惯性矩等;另外刚接要增加施工工作量,现场焊接工作量大大增加.得不偿失,一般没必要次梁不作成刚接; 8、软钩吊车与硬钩有什么区别 答：软钩吊车：是指通过钢绳、吊钩起吊重物;硬钩吊车：是指通过刚性体起吊重物,如夹钳、料耙;硬钩吊车工作频繁．运行速度高,小车附设的刚性悬臂结构使吊重不能自由摆动; 9、什么叫刚性系杆,什么叫柔性系杆 答： 刚性系杆即可以受压又可以受拉,一般采用双角钢和圆管,而柔性系杆只能受拉,一般采用单角钢或圆管 10、长细比和挠度是什么关系呢 答： 1. 挠度是加载后构件的的变形量,也就是其位移值;2."长细比用来表示轴心受力构件的刚度" 长细比应该是材料性质;任何构件都具备的性质,轴心受力构件的刚度,可以用长细比来衡量;3.挠度和长细比是完全不同的概念;长细比是杆件计算长度与截面回转半径的比值;挠度是构件受力后某点的位移值; 11、请问地震等级那4 个等级具体是怎么划分的 答：抗震等级:一、二、三、四级;抗震设防烈度:6、7、8、9 度;抗震设防类别:甲、乙、丙、丁四类;地震水准:常遇地震、偶遇地震、少遇地震、罕遇地震; （12）、隅撑能否作为支撑吗和其他支撑的区别 答：1、隅撑和支撑是两个结构概念;隅撑用来确保钢梁截面稳定,而支撑则是用来与钢架一起形成结构体系的稳定,并保证其变形及承载力满足要求;2、隅撑可以作为钢梁受压翼缘平面外的支点;它是用来保证钢梁的整体稳定性的; 13、钢结构轴心受拉构件设计时须考虑什么 答： 1、 在不产生疲劳的静力荷载作用下,残余应力对拉杆的承载力没有影响; 2、拉杆截面如果有突然变化,则应力在变化处的分布不再是均匀的;3、设计拉杆应该以屈服作为承载力的极限状态;4、 承载力极限状态要从毛截面和净截面两方面来考虑; 5、要考虑净截面的效率; 14、什么是蒙皮效应 答：在垂直荷载作用下,坡顶门式刚架的运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形;屋面板将与支撑檩条一起以深梁的形式来抵抗这一变形趋势;这时,屋面板承受剪力,起深梁的腹板的作用;而边缘檩条承受轴力起深梁翼缘的作用;显然,屋面板的抗剪切能力要远远大于其抗弯曲能力;所以,蒙皮效应指的是蒙皮板由于其抗剪切刚度对于使板平面内产生变形的荷载的抵抗效应262829; 对于坡顶门式刚架,抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度,坡度越大蒙皮效应越显着； 而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡度的减小而增加; 构成整个结构蒙皮效应的是蒙皮单元;蒙皮单元由两榀刚架之间的蒙皮板、边缘构件和连接件及中间构件组成,如图 2-6 所示;边缘构件是指两相邻的刚架梁和边檩条屋脊和屋檐檩条,中间构件是指中间部位檩条; 蒙皮效应的主要性能指标是强度和刚度; 答：指加劲肋端部要连续施焊,如采取绕角焊、 围焊等方法;防止在腹板上引起疲劳裂缝; 16、箱型柱内隔板最后一道焊缝的焊接是如何进行操作的 答：采用电渣焊焊接,质量很容易保证的; 17、悬臂梁与悬臂柱计算长度系数不同,如何解释 答：悬臂梁计算长度系数,悬臂柱计算长度系数;柱子是压弯构件,或者干脆就是受压,要考虑稳定系数,所以取 2;梁受弯,应该是这个区别吧; 18、挠度在设计时不符合规范,用起拱来保证可不可以这样做 答：1、结构对挠度进行控制,是按正常使用极限状态进行设计;对于钢结构来说,挠度过大容易影响屋面排水、 给人造成恐惧感,对于混凝土结构来说挠度过大,会造成耐久性的局部破坏包括混凝土裂缝;我认为,因建筑结构挠度过大造成的以上破坏,都能通过起拱来解决;2、 有些结构起拱很容易,比如双坡门式刚架梁,如果绝对挠度超限,可以在制作通过加大屋面坡度来调整;有些结构起拱不太容易,比如对于大跨度梁,如果相对挠度超限,则每段梁都要起拱,由于起拱梁拼接后为折线,而挠度变形为曲线,两线很难重合,会造成屋面不平;对于框架平梁则更难起拱了 ,总不能把平梁做成弧行的;3、 假如你准备用起拱的方式,来降低由挠度控制的结构的用钢量,挠度控制规定要降低,这时必须控制活载作用下的挠度,恒载产生的挠度用起拱来保证; 19、什么是钢结构柱的中心座浆垫板法 答： 钢结构柱安装的中心座浆垫板法,省工省时,施工精度可控制在 2mm 以内,综合效益可提高 20%以上;施工步骤如下： (1) 按施工图进行钢柱基础施工与通常施工方法一样,基础上面比钢柱底面安 装标高低30～50mm,以备放置中心座浆垫板 , (2) 根据钢柱自重Q、螺栓预紧力F、基础混凝土承压强度P,计算出最小承压面 积 Amin; (3) 用厚度为10、12mm的钢板制作成方形或圆形的中心座浆垫板 ,其面积不宜小于最小承压面积Amin的 2 倍; (4) 在已完工的基础上座浆并放置中心座浆垫板;施工时需用水平尺、水平仪等工具进行精确测量,保证中心垫板水平度,保证垫板中心与安装轴线一致,保证垫板上面标高与钢柱底面安装标高一致; 5 待座浆层混凝土强度达到设计强度的 75%以上时,进行钢柱的吊装;钢柱的吊装可直接进行,只需通过调整地脚螺栓即可进行找平找正; 6 进行二次灌浆,采用无收缩混凝土或微膨胀混凝土;进行二次灌浆 。