《大跨與空間結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

,崔 佳 重慶大學(xué)土木工程學(xué)院,大跨與空間 鋼結(jié)構(gòu),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)計規(guī)范GB50017-2003； 3.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程JGJ7-91； 4.大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)，中國建筑工業(yè)出版社； 5.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計，中國建筑工業(yè)出版社； 6.空間結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工，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CECS 102：2002 。,概 述,大跨與空間鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)車間等等。這些建筑采用大跨結(jié)構(gòu)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。,展覽館,日本大分體育公園綜合競技場,倫敦千年穹頂,大跨度結(jié)構(gòu)的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程將60m以上定義為大跨度結(jié)構(gòu)，計算和構(gòu)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(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。,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),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(jīng)濟。 重點是支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結(jié)構(gòu)體系 的整體剛度是非常重要的。,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1/61/8。,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)計的難點在節(jié)點和支座，跨度大于3540m時，梁式結(jié)構(gòu)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(chǎn)生。*,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。,上海浦東國際機場,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(jié)構(gòu)的剛度，同時為保證屋架梁在風(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，對下弦施加足夠的預(yù)應(yīng)力。,（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(nèi)力選擇節(jié)點板厚，當(dāng)受力較復(fù)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(shè)計研究院會同云南省建筑設(shè)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。,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。*,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)塑性區(qū)的發(fā)展引起應(yīng)力重分布，破壞時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(yīng)力i 和平均剪應(yīng)力i 為:,折算應(yīng)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）,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(jié)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。,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(dǎo)出來的公式計算比較麻煩。故參照國外多數(shù)國家的經(jīng)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通過連接件在節(jié)點板內(nèi)按照應(yīng)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(nèi)，稱為有效寬度be 。,假定be范圍內(nèi)的節(jié)點板應(yīng)力達到fu，并令betfu=Nu(節(jié)點板破壞時的腹桿軸力)，按此法擬合的結(jié)果，當(dāng)應(yīng)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(dāng)=300時，比值為106.8%，考慮到國外多數(shù)國家對應(yīng)力擴散角均取為300，為與國際接軌且誤差較小，建議取=300。,有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側(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，be應(yīng)取為有效凈寬度）。,b.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(jié)果有以下特點： 當(dāng)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(yīng)沿自由邊加勁。加勁后，穩(wěn)定承載力有較大提高。, 在斜腹桿壓力作用下，失穩(wěn)形式一般為在ABBCCD 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)。*,*, 節(jié)點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(dāng) 時，可不驗算節(jié)點板的穩(wěn)定。,對無豎腹桿的節(jié)點板，當(dāng) 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(nèi)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(dāng) 時應(yīng)按規(guī)范附錄F進行穩(wěn)定計算。但當(dāng) 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。,桁架節(jié)點板厚度選用表 一般的鋼結(jié)構(gòu)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(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Nt表。相對來說它比以往的Nt表更符合實際。,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(yīng)小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余應(yīng)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-20C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。,隨著熱軋H型鋼在我國投產(chǎn)，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(gòu)造方式不同，節(jié)點內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)更加復(fù)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。,軸心受壓構(gòu)件和彎矩使自由邊受拉的壓彎構(gòu)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。,（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(shè)計時應(yīng)注意節(jié)點的次應(yīng)力，或按剛接節(jié)點設(shè)計，對重要的節(jié)點還應(yīng)進行有限元分析。,（3）鋼管桁架（圓管或矩形管） 鋼管桁架節(jié)點受力復(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。近幾年同濟大學(xué)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(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范修訂時，其成果已部分納入。,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,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,XX型管節(jié)點： XX型管節(jié)點的數(shù)據(jù)量較少，計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合情況也不甚理想，而這種節(jié)點類型目前在實際應(yīng)用中較少用到，故在規(guī)范內(nèi)未予列入。,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。,管結(jié)構(gòu)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(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 ） （3）管結(jié)構(gòu)采用的管材不應(yīng)采用屈服強度fy超過345N/mm2以及屈強比fy/fu0.8的鋼材，且鋼管壁厚不宜大于25mm。因為目前國內(nèi)外對鋼管節(jié)點的試驗研究工作僅限于此范圍。,管結(jié)構(gòu)節(jié)點的失效模式 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(jié)構(gòu)。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；,（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；,（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(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)驗公式。,例如： （1）當(dāng)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f1。角焊縫的計算厚度沿支管周長是變化的，當(dāng)支管軸心受力時，平均計算厚度可取0.7hf。,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(dāng)di/d0.65時： lw(3.25di0.025d)(0.466) 當(dāng)di/d0.65時： lw(3.81di0.389d)(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。,（2）當(dāng)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(shè)計值按下式計算： 式中 n參數(shù)；n1-0.3 -0.3( )2；當(dāng)節(jié)點兩 側(cè)或一側(cè)主管受拉時，n1。 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(shè)計值； fy主管鋼材的屈服強度； 節(jié)點兩側(cè)主管較小軸心壓應(yīng)力的絕對值。,2 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，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。 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(chǔ)及地基的要求較高。 主要有實腹式和格構(gòu)式兩大類。,（1）實腹式框架結(jié)構(gòu)體系 實腹式框架適用于跨度不太大（L=1860m）的框架結(jié)構(gòu)。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(shè)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1/301/40。 在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，是實腹式框架結(jié)構(gòu)體系的一種，其特點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。,輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計 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。,1 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： A1A5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。,2 結(jié)構(gòu)特點 （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。,（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)有橋式吊車時用等截面、柱腳固定）。,（3）剛架間距一般 6m 左右，亦可采用7.59m，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(dāng)不超過以上數(shù)值時，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柱大得多（約1020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）。,新規(guī)范增加：“當(dāng)有計算依據(jù)時，溫度區(qū)段長度可適當(dāng)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(shè)計人員根據(jù)具體情況考慮增減。 當(dāng)溫度區(qū)段長度超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時，應(yīng)進行溫度應(yīng)力的計算或設(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圓孔； b. 設(shè)置雙柱。 此外，吊車梁與柱的連接宜采用長圓孔。,（4）剛架斜梁的坡度取決于屋面排水坡度，一般i=1/81/20。 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度。 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 102：2002 推薦采用Q235、Q345鋼材。,（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(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)計者自行掌握（未試驗），我國目前已能生產(chǎn)12.5mm厚的冷彎薄壁型鋼。,（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，無吊車時，間距一般30 45m，不大于60m。有吊車時柱間支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段中部。,支撐一般為十字交叉，截面采用張緊的圓鋼或小角鋼 。,3 荷載計算的特點 （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）。 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(shè)計法后發(fā)現(xiàn)對以恒載為主的結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。,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“對不同結(jié)構(gòu)可按有關(guān)設(shè)計規(guī)范作0.2kN/m2的增減”。新修訂的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定“對支承輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，當(dāng)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定有所不同，應(yīng)注意檁條的計算。,（2）門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 102：2002 對風(fēng)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(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)。,4 檁條的設(shè)計特點 （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）。設(shè)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(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。,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(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，以簡化計算。 也可采用構(gòu)造要求，如設(shè)置隅撐。,檁條的構(gòu)造處理加隅撐*,5 構(gòu)件設(shè)計的特點 （1）斜梁軸力較大，一般按壓彎構(gòu)件設(shè)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(shè)計，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度的設(shè)計特點： （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。,（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(fù)雜，為簡化計算采用了相當(dāng)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(gòu)件的實際最大剪力，一般不再考慮設(shè)置加勁肋。,（d）利用腹板屈曲后強度后，構(gòu)件的抗彎及抗壓承載力有所降低，此時應(yīng)按有效寬度計算截面特性，受壓區(qū)的有效寬度取:,當(dāng)截面全部受壓時：he=hw 當(dāng)截面部分受拉時：he=hc,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)，分為三個階段，完全彈性、完全塑性及彈塑性，即： 當(dāng) 時， (a) 當(dāng) (b) 當(dāng) (c),(e) 腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應(yīng)為屈曲剪力與張力場剪力之和，用下列公式計算： 當(dāng)w 0.8時 Vd=hwtwfv (a) 當(dāng)0.8w1.4時： Vd=hwtwfv1-0.64(w-0.8) (b) 當(dāng)w1.4時： Vd=hwtwfv(1-0.275w ) (c) 式中 w用于抗剪計算的腹板通用高厚比。,（f）工字形截面受彎構(gòu)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(dāng)V 0.5 Vd時, MMe (a) 當(dāng)0.5VdV Vd時, (b) Mf 梁兩翼緣所承擔(dān)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(gòu)件有效截面所承擔(dān)的彎矩，Me=We f 。,（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度，采用以下基本計算式： 當(dāng)V0.5 Vd時, MMe -N We/ Ae (a) 當(dāng)0.5VdV Vd時, (b) 兼受壓力時梁兩翼緣所承擔(dān)的彎矩，對雙軸 對稱截面梁， =Af ( hw+t)(f - N/A )； Ae 構(gòu)件的有效截面面積。,（h）考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設(shè)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(zhuǎn)折外，還承受張力場產(chǎn)生的壓力，該壓力按下式計算：s=V - 0.9hwtwcr 式中，s為腹板屈曲后張力場產(chǎn)生的壓力；cr為臨界剪應(yīng)力。上式 比理論值偏大， 以考慮張力場張 力的水平分力的 不利影響。,（2）當(dāng)采用變截面門式剛架時，剛架柱為楔形，其在剛架平面內(nèi)的計算長度系數(shù)、不能再套用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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)定計算公式仍借用了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)移剛架取1.0。 *,等截面剛架柱的計算長度*,（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(chǎn)生水平力，使剛架柱的臨界力降低，故剛架柱的計算長度應(yīng)乘以增大系數(shù)：,6 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）,7 節(jié)點設(shè)計 （1）門式剛架結(jié)構(gòu)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(yīng)采用摩擦型或承壓型高強度螺栓連接，一般成對布置。,梁與柱的剛性連接節(jié)點,（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1.52d，或設(shè)置加勁肋。,（4）連接按承受的最大內(nèi)力設(shè)計。斜梁與柱相交的節(jié)點域，應(yīng)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(yīng)力應(yīng)滿足下式要求:,公式來源于設(shè)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(nèi)力,剪應(yīng)力應(yīng)滿足下式要求： 規(guī)范規(guī)定的計算式在上式的基礎(chǔ)上加以了調(diào)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 。,b.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(jié)果偏于安全20%30%，但公式?jīng)]有包括柱腹板軸壓力設(shè)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(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)點域的體積。,當(dāng)節(jié)點域計算不滿足要求時，應(yīng)加厚腹板或設(shè)置斜加勁肋。,（5）門式剛架的柱腳構(gòu)造,（2）格構(gòu)式框架結(jié)構(gòu)體系 當(dāng)跨度大于60m時，實腹式框架不太經(jīng)濟，此時可采用格構(gòu)式，最大可做到150m。 通常設(shè)計成變截面，框架橫梁的高跨比在1/121/20范圍內(nèi)選取。 內(nèi)力及變形的計算 當(dāng)跨度不大時，格構(gòu)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(nèi)力。當(dāng)跨度較大時，必須考慮全部腹桿的變形進行計算。,框架橫梁的撓度只需計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)的起拱來消除。當(dāng)跨度大于50m且剛性柱（支座）不高時，須計入框架的溫度應(yīng)力。實腹框架的橫梁與柱一般設(shè)計成焊接工字型截面，其承載能力按壓彎構(gòu)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(jié)構(gòu)自重。,構(gòu)造特點 a. 框架負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。,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(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) 做成實腹式 并加加勁桿。,（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。,拱的特點 （1）拱身主要承受軸力，當(dāng)跨度較大（如超過80100m）時，較梁式結(jié)構(gòu)和框架式結(jié)構(gòu)更經(jīng)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(zhuǎn)動，溫度應(yīng)力也較低。無鉸拱跨中彎矩分布最有利，但需要較強的基礎(chǔ)，溫度應(yīng)力也較大。,雙鉸拱 三鉸拱 無鉸拱,（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(shè)置水平拉桿或采用橡膠支座。 在加蓋的體育場、展覽館以及飛機庫里，拱的支座常常是房屋的墻體、看臺等。沒有橫墻或看臺的情況下則