门式刚架的设计.pdf

1 第五课第五课门式刚架设计门式刚架设计 1、钢结构单层厂房的组成 2 由柱和屋架（屋面梁）构成的若干榀横向框架用纵向构件和支撑连接 而成的空间稳定骨架 根据各承重结构的不同功能，可划分为下列四大系统： 屋盖系统：包括天窗、檩条、屋架（屋面梁）、托架（托梁）以及屋 盖系统的支撑和系杆等 柱子系统：柱及柱间支撑 3 吊车梁系统：含吊车梁（吊车桁架）、辅助桁架、制动结构以及支撑 等 墙架系统：包括墙架柱、墙架横梁、抗风桁架以及支撑、系杆 4 2、横向框架常见的类型 A：铰接排架 优点：计算简单，受力明确，对桩基沉降的适应性强，且安装方便 缺点：下段柱弯矩较大，厂房横向刚度差 B：刚接框架 5 特点：a:对减小下柱弯矩，增加厂房横向刚度有利 b:下柱截面高度较小，从而减少厂房建筑面积 6 c:屋架受力复杂化，连接构造亦麻烦，且对桩基的沉降较为敏 感 d:适用于桩基沉降差较小，对横向刚度要求较高的单跨厂房 C：上刚架下悬壁式框架 3、单层厂房计算 A：单层厂房的横向框架通常采用一阶弹性分析 7 B：横向框架一般按平面结构计算，必要时可按空间结构进行计算， 按平面结构计算时， 要先划分计算单元并假定屋盖在计算单元内为刚 体，即不考虑其变形，各刚架顶部的水平位移相同 4、单层刚架设计基本规则 轻钢结构厂房适用范围如何界定？轻钢结构厂房适用范围如何界定？ 有关规定：有关规定： 《门式刚架轻型房屋钢结构技术《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范规范》》GB51022-2015GB51022-2015 中规定：中规定： （（1 1））适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型 外墙、无桥式吊车或有起重重量不大于外墙、无桥式吊车或有起重重量不大于 20t20t 的的 A1A1～～A5A5 工作制级别桥工作制级别桥 式吊车或式吊车或 3t3t 悬挂式起重机的单层房屋钢结构；悬挂式起重机的单层房屋钢结构； （（2 2））房屋高宽度小于房屋高宽度小于 1 1 （（2 2））跨度宜跨度宜 1212～～4848m m，有根据时可用于更大跨度。

有根据时可用于更大跨度5.2.25.2.2 （（3 3）门架高度不大于）门架高度不大于 1 18 8m m；； （（4 4）柱距宜）柱距宜 6 6～～9m9m 8 A：实腹式刚架横梁的高跨比宜取为 1/25~1/35;变截面构件最小最大 高度之比为 0.3~0.6. B:刚架梁柱连接节点应具有足够的强度和刚度，以及适当变形的能 力，同时要求构造简单、加工、制作、安装方便，其形式和特点见下 表 9 C：实腹式刚架一般仅设单片柱间支撑屋盖支撑设在横梁的上翼缘 平面内 柱子内翼缘和横梁下翼缘的侧向稳定采用在墙架和屋面檩条 上加设隅撑的办法予以保证 5、单层刚架内力分析和截面计算 A：弹性设计 a:内力分析一般不考虑加腋的影响变截面刚架宜用有限元进行计 算简化算法采用柱比法即对单跨柱脚铰接的变截面刚架可取离柱 脚 0.7h（h 为柱高）处的截面作为等截面柱的刚架进行简化计算此 时柱脚的水平反力，可将计算值加大 10~15% STS 对变截面梁柱的处理方式： b:刚架柱在平面内的计算长度系数 10 B:塑性设计（简要介绍） 一般采用简单塑性理论，满足下列基本条件 a:平衡条件：即任何隔离体上内外力应相互平衡。

b:全塑性弯矩条件 以截面全塑性弯矩 Mp(Mp=Wpxfp)作为极限弯矩，在等截面构件内， 沿构件全长所有截面内的弯矩 M≤Mp c:形成机构条件：使结构整体或一部分形成机构 d:常用内里分析方法有静力法、机构法和弯矩平衡法 6、常见梁柱连接节点 A：门规节点，高强螺栓连接 11 12 7、关于板件屈曲后强度的一些知识 A：矩形板的屈曲方程 当板为四边支撑板时 屈曲系数 三边简支板临界荷载表达式： 13 四边简支板在均布剪力作用下的屈曲 复合应力状态下验算 14 板件屈曲后的强度 卡门方程高次偏微分方程，非常复杂，不做介绍 对于受压腹板屈曲后强度利用，目前采用有效截面法进行对于受压腹板屈曲后强度利用，目前采用有效截面法进行 四边简支板的有效截面 15 梁腹板屈曲后强度 16 下同钢结构规范，省去 门规考虑到刚架构件以受弯为主，压力相对较小，故将腹板全部有效 范围适当放宽 受剪腹板的屈曲后强度受剪腹板的屈曲后强度 17 7、门刚设计注意事项 A:关于变截面的若干问题 变截面梁可以根据梁的弯矩包络图来确定梁的截面尺寸和变截面 的位置 变截面位置最好设在梁的反弯点四周你最好先看看梁的弯矩包 罗图的形态。

此外，还要根据运输前提考虑梁的分段长度一般不能 超过 20 米 变截面门式刚架构件，当截面高度变化率60mm/m 时，根据规程 CECS102：2002 第 6.1.1 条第 6 项，按不考虑截面抗剪屈曲后强度来 控制截面的高厚比高厚比不满足的情况，可以通过以下任一种方式 来进行调整： 1） 调整截面高度变化 （如调整梁构件节点位置， 增长变化区段） ， 使截面高度变化率尽量知足≤60mm/m 的要求； 2）加大腹板厚度，知足程序不考虑屈曲后强度对腹板高厚比限 值的要求； 3）设置横向加劲肋，用工具箱中的基本构件计算来确定知足高 厚比要求的情况下，需要设置加劲肋的间距； 新规范对楔率不再控制新规范对楔率不再控制 B：地基条件较好或者房屋内有 5t 以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成 刚接 当建筑物要求高、柱顶位移要求小而风荷载较大，建筑物较高时，柱 脚也宜采用刚接 采用刚接柱脚时，柱子宜采用等截面 18 C:风荷载的取值 原规程：原规程： 19 D：材料利用率，对于一般的梁来说控制材料利用率 ，主要是控制翼 缘宽、 腹板高的尺寸选择的要符合特定的模数这样切出来的板才不铺 张 对于分段位置，不需要太过于考虑。

分段要考虑到钢板的模数，一般钢板长 8 米，所以梁长 8 米或 12 米 最好 E：：刚架横梁平面外计算长度如何取值？什么条件下可取为刚架横梁平面外计算长度如何取值？什么条件下可取为 3m3m？？ 有关规定： 钢规 GB50017-2003 中 5.3.1 条：“平面外计算长度取侧向支点之间的距离”； 建议： 轻钢结构厂房满足下述要求时，平面外计算长度可取为 3m： 1）檩条间距不大于 1.5m； 2）隅撑间距不大于 3m； 3）檩条应按压弯构件计算，即考虑作为横梁支点所承受的轴向压力，并补充 计算书； 4）屋面彩钢板与檩条应有可靠连接 F F：：屋面纵向水平支撑何种条件下设置？如何设置？屋面纵向水平支撑何种条件下设置？如何设置？ 有关规定： 轻钢规 GB51022 中 8.3.4 条： “在设有驾驶室且起重量大于 15t 桥式吊车的跨 间， 应在屋面边缘设置纵向支撑桁架； 有抽柱的柱列， 沿托架长度设置纵向支撑” 建议： 在设有A6～A8工作级别桥式吊车或起重量不小于20t的A1～A5工作级别桥式吊 车的跨间，应在屋面边缘设置纵向水平支撑 G G. .刚架横梁的腹板高厚比如何控制？刚架横梁的腹板高厚比如何控制？( (摘自某专家报告，仅作参考）摘自某专家报告，仅作参考） 有关规定： 钢规： 4.3.1 条：（1）“宜考虑腹板屈曲后强度”,并“按规范 4.4 节的规定计算其 抗剪能力”；（2）“不考虑屈曲强度的组合梁，则应按规范 4.3.2 条的规定配 置加劲肋”； 4.3.2 条：“ho/tw均不应超过 250”。

20 《建筑抗震设计规范 GB50011-2010》中 9.2.14 条： 建议： （1）非地震区及 6 度地震设防： 轻钢结构高厚比≤200 普钢结构：50t 以下吊车厂房，高厚比≤170，可考虑腹板屈曲后强度； 50t 及以上吊车厂房，高厚比≤150，一般均不考虑腹板屈曲后强度 （2）7 度及以上地震设防 均不考虑腹板屈曲后强度，高厚比最大值按抗规控制 H H. .刚架梁的竖向位移如何控制？刚架梁的竖向位移如何控制？( (摘自某专家报告，仅作参考）摘自某专家报告，仅作参考） 有关规定： 轻钢规程表 3.4.2.2 仅支撑压型钢板屋面和冷弯型钢檩条L/180 21 尚有吊顶L/240 有悬挂起重机L/400 钢规附录 A 表 A.1.1 主梁L/400（永久和可变荷载） 主梁L/500（可变荷载） 注：永久荷载产生的挠度应减去起拱值 建议： 轻钢结构可按轻钢规程控制； 普钢结构应按钢规要求控制 J J. .刚架柱的水平位移如何控制？刚架柱的水平位移如何控制？( (摘自某专家报告，仅作参考）摘自某专家报告，仅作参考） 有关规定： 轻钢规程表 3.4.2-1 无吊车采用轻型钢钢板L/60 采用砌体墙采用砌体墙L/L/240240 有桥式吊车有桥式吊车有驾驶室时有驾驶室时 h/400h/400，地面操作时，地面操作时 h/180h/180 钢规： 无吊车柱顶位移H/150 钢规附录 A.中 A.2.2 条 有桥式吊车柱顶位移H/400 冶金厂房或设有 AT、AA 级吊车厂房和设有中级和重级工作制吊车的露天 栈桥柱轨顶标高处水平位移 厂房柱1/1250 露天栈桥柱1/2500 建议： 刚架柱的水平位移按钢规附录 A.中 A2.2.条的要求控制。

8 8、、某主刚架的设计某主刚架的设计 A A 根据负荷面积划分刚架种类根据负荷面积划分刚架种类 22 B B 截面初选截面初选 楔形截面端部可先取楔形截面端部可先取 1/25~1/35;1/25~1/35;然后根据楔率确定小端截面楔率然后根据楔率确定小端截面楔率 一般取为一般取为 60mm/m60mm/m梁宽可选为梁高梁宽可选为梁高 1/4~1/51/4~1/5 C C 荷载确定恒、活、雪、风墙架自重可加到柱顶）荷载确定恒、活、雪、风墙架自重可加到柱顶） 此类结构一般都是风吸力主导，恒载不宜取大此类结构一般都是风吸力主导，恒载不宜取大 注意风荷载按照门规还是按照钢规？注意风荷载按照门规还是按照钢规？ 风荷载重现期是否该取到风荷载重现期是否该取到 100100 年？年？ 荷载规范表述如下荷载规范表述如下 条文说明： 23 雪荷载重现期取到雪荷载重现期取到 100100 年年，雪荷载注意考虑不均匀分布的情形雪荷载注意考虑不均匀分布的情形 D D 计算长度确定计算长度确定 平面内软件根据规范自动计算，平面外取为有效支点之间的间距平面内软件根据规范自动计算，平面外取为有效支点之间的间距 E E 结构计算、节点计算等。

结构计算、节点计算等 注意不得用普通螺栓代替高强螺栓 24 柱脚锚栓 25 除满足抵抗所需拔力外， 一般当刚架跨度小于等于 18m 时至少采用 2 个 M24； 小于等于 27m 时至少采用 4 个 M24；大于等于 30m 时至少采用 4 个 M30 9 9、、檩条、墙梁、隅撑之设计檩条、墙梁、隅撑之设计 怎么布置拉条？拉条作用是什么？怎么布置拉条？拉条作用是什么？ 一般来讲一般来讲，，檩条跨度小于檩条跨度小于 4m4m 时时，，可不设置拉条可不设置拉条；；4~6m4~6m 之间设置一道之间设置一道 拉条；拉条；6m6m 以上应在三分点地方设置拉条以上应在三分点地方设置拉条 拉条之作用拉条之作用为防止檩条侧向变形与扭转为防止檩条侧向变形与扭转，， 并提供沿屋面坡度方向的中并提供沿屋面坡度方向的中 间支点间支点，， 此中间支点的力需要传到刚度较大的构件此中间支点的力需要传到刚度较大的构件，， 为此在檐口或屋为此在檐口或屋 脊的地方设置斜拉条和刚性撑杆脊的地方设置斜拉条和刚性撑杆撑杆可用圆管撑杆可用圆管、、角钢或方管角钢或方管，，按照按照 长细比不大于长细比不大于 200200 控制控制即可。

即可 檩条布置原则：C 型或者 Z 型檩条，肢尖或卷边应朝向屋脊，目的是 减少荷载偏心引起的扭转 设计思路： 一般尽量统一檩条高度， 避免个别檩。