2011年門式剛架輕鋼設(shè)計培訓(xùn).ppt

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù),0. 引言 1. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)概述 1.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國的發(fā)展情況,1.2 門式剛架輕鋼房屋的技術(shù)特點 1.2.1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)組成 （1）主剛架系統(tǒng)：梁和柱+支撐 吊車梁系統(tǒng)：吊車梁+制動結(jié)構(gòu) （2）次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：檁條和墻梁+拉條 （3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)：屋面板和墻面板+各種泛水、包邊板,1.2.2 主剛架系統(tǒng)： （1）平面受力體系，僅承受平面內(nèi)各種荷載， （2）支撐體系解決剛架平面外的荷載及剛度 （3）主剛架支承次結(jié)構(gòu)傳來的荷載，但同時次結(jié)構(gòu)反過來對主剛架提供側(cè)向支撐作用以解決其穩(wěn)定問題。 傳力路徑分析：山墻上的風(fēng)荷載是如何傳遞的？,1. 2. 3 次結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 次結(jié)構(gòu)指屋面檁條和墻梁，它們支承圍護(hù)板傳來的荷載，但同時圍護(hù)板反過來對次結(jié)構(gòu)提供側(cè)向支撐作用以提高其穩(wěn)定；次結(jié)構(gòu)受主剛架支承，但同時對主剛架提供側(cè)向支撐作用解決其穩(wěn)定問題。,1. 2. 4 圍護(hù)板系統(tǒng) 圍護(hù)板承受風(fēng)、雨、雪、施工等荷載，受到次結(jié)構(gòu)支承，但反過來約束次結(jié)構(gòu)提高了次結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 這三大結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成一個完整的全鋼結(jié)構(gòu)體系，它們之間的相互支持、約束關(guān)系，使得這種結(jié)構(gòu)體系可以得到非常經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，得到極為廣泛的應(yīng)用。,1.2.5 與普通鋼結(jié)構(gòu)相比的技術(shù)特點： （1）結(jié)構(gòu)自重輕，上撥風(fēng)吸力大于屋蓋自重，需考慮風(fēng)吸力作用下的工況 （2）地震力一般不控制設(shè)計，使結(jié)構(gòu)能夠做得輕巧細(xì)長 （3）圍護(hù)板之蒙皮效應(yīng)作用，使結(jié)構(gòu)具有良好的空間效果,2. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本理念 2.1門式剛架的使用范圍： 1、主要承重結(jié)構(gòu)：單跨或多跨實腹門式剛架； 2、具有輕型屋蓋和輕型外墻； 3、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1A5工作級別吊車或5t懸掛吊起重機(jī)（3t）; 4、剛架單跨跨度不大于36m，檐口高度不大于18m，柱距不大于12m; 5、門式剛架房屋的外墻也可以為砌體，相關(guān)要求見CECS102 第4.4.3條 6、由于構(gòu)件截面較薄，不適于有強(qiáng)侵蝕介質(zhì)的環(huán)境。 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行哪些方面的計算？,2.2 強(qiáng)度設(shè)計概念 （1）線彈性理論概念 （2）鋼材彈塑性的重要性 （3）動荷載作用下的疲勞強(qiáng)度,2.3 構(gòu)件整體穩(wěn)定設(shè)計概念 2.3.1 彎扭失穩(wěn)的物理意義,2.3.2 提高構(gòu)件整體穩(wěn)定的措施,(1) 加寬受壓翼緣,(2) 加側(cè)向支撐,側(cè)向支撐需滿足受力條件（包括穩(wěn)定條件）：,側(cè)向支撐需滿足剛度條件：彈性支座剛度,2.3.3. 整體穩(wěn)定計算要點 (1) 穩(wěn)定曲線的意義 穩(wěn)定系數(shù)的概念： 穩(wěn)定系數(shù)與長細(xì)比有一一對應(yīng)關(guān)系。,(2) 計算穩(wěn)定的關(guān)鍵是解決計算長度問題 對于桿件系統(tǒng)，基本以支撐節(jié)點間距作為計算長度； 對于剛架系統(tǒng)，判斷有無側(cè)移非常重要：強(qiáng)支撐（無側(cè)移）、弱支撐、無支撐（有側(cè)移）； 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄D,計算長度是一個相對的概念：當(dāng)某柱軸壓力大，受到無軸壓力的柱子支持時，穩(wěn)定性增加，意味計算長度要減少；反之，無軸壓力的柱子支持其他有軸壓力柱子時，穩(wěn)定性減少，意味計算長度要增加。 有興趣可比較一下鋼規(guī)與門規(guī)的計算長度區(qū)別；,(3) 壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定計算： 平面內(nèi): 平面外： 大頭與小頭問題，除Mx 和Wex 用大頭外，其余的計算全部按小頭(包括 b)； 問：屋面斜梁需要計算平面內(nèi)穩(wěn)定嗎？,2.4 局部穩(wěn)定設(shè)計概念 2.4.1 局部失穩(wěn)的物理意義,2.4.2 提高局部穩(wěn)定的辦法 (1) 減小高厚比，寬厚比：加厚板件用鋼量增加； (2) 設(shè)橫向加勁肋: 針對什么情況？ (3) 設(shè)縱向加勁肋：針對什么情況？,2.4.3 局部穩(wěn)定計算 構(gòu)造措施與計算結(jié)合 問：如何理解開根號的意義？用Q235 的鋼材能否用Q345替換？,局部穩(wěn)定曲線,2.4.4 屈曲后強(qiáng)度利用： (1)全張拉應(yīng)力場 利用加勁肋和梁翼緣的剛度,（2） 有效截面設(shè)計方法,2.5 剛度條件設(shè)計概念 2.5.1 為使用狀況考慮的剛度條件 控制構(gòu)件的變形注意用鋼量問題 2.5.2 為穩(wěn)定考慮的剛度條件： （1）整體剛架：P-效應(yīng)問題； (2) 支撐的剛度：保證對被支撐構(gòu)件提供穩(wěn)定 （3）構(gòu)件剛度：關(guān)于控制壓桿的長細(xì)比問題,3. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)實用設(shè)計 方法及其問題討論 3.1 初步確定設(shè)計方案 （1）根據(jù)建筑設(shè)計圖確定柱網(wǎng)布置：跨度、柱距和建筑高度。 （2）根據(jù)以下原則確定柱底是剛接或鉸接 吊車噸位是否超過5噸 檐口高度是否超過10m 是否有夾層,3.2 主剛架設(shè)計 3.2.1 主剛架斜梁的平面外計算長度 （1）按隅撐作為斜梁平面外支撐點存在的問題（相對剛度問題）：,CECS102的規(guī)定:隅撐的間距作為受壓翼緣平面外的計算長度 隅撐-檁條體系的臨界彎矩鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定,純彎梁的臨界彎矩： 當(dāng) ，隅撐可作為斜梁平面外的支撐點。,（2）實用的設(shè)計方法： 以斜梁受壓翼緣面積不大于Ac=3000mm2（Q345）,斜梁受壓翼緣面積不大于Ac=3600mm2（Q235）為界判斷其平面外計算長度； （3）當(dāng)斜梁受壓翼緣較大時，考慮到實際結(jié)構(gòu)存在的初始缺陷，可以以隅撐間距乘以一個大于1的修正系數(shù)作為斜梁的平面外計算長度。,3.2.2 鋼混凝土組合樓蓋梁的設(shè)計 （1）次梁的設(shè)計要點 簡支梁，抗剪栓釘,（2）主梁的設(shè)計要點 固端梁，在端頭混凝土受拉開裂彎矩釋放，是否考慮按組合梁設(shè)計？ （3）樓面混凝土沿主梁的開裂問題,3.2.3 門式剛架的剛度設(shè)計 （1）剛度條件對用鋼量的影響 （2）確定柱底剛接與鉸接的3個主要因素： 當(dāng)出現(xiàn)吊車噸位5噸以上、有夾層、檐高10 米以 上三種情況之一時，需考慮柱底剛接。 （3）帶吊車的剛架側(cè)移限制： 空操：h/400 地操：h/180(輕中)及h/400 (重) （4）屋面梁的撓度限制 （5）樓層（夾層）梁的撓度限制 （6）應(yīng)根據(jù)墻體結(jié)構(gòu)考慮剛架柱頂位移限制條件： 砌體墻：h/100，輕型剛墻板h/60 （7）柱子長細(xì)比限值：帶吊車的上柱計算長度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中關(guān)于柱的計算長度未考慮橫梁的影響。,（8）設(shè)置縱向水平支撐，提高結(jié)構(gòu)的整體作用,3. 2. 4 構(gòu)件的局部穩(wěn)定設(shè)計 （1）輕鋼結(jié)構(gòu)的加勁肋問題： 當(dāng) 可按 條件判斷是否 設(shè)加勁肋 (適用條件在彈性范圍內(nèi)） （2）考慮構(gòu)件的受彎計算，規(guī)程 CECS102中的參數(shù) 用于計算有效截面，6.1.1條第4款公式中的換算高厚比應(yīng)按fy=1.1 計算才合理。 （3）考慮構(gòu)件的受剪計算，規(guī)程 CECS102直接采用局部屈曲穩(wěn)定曲線，根據(jù)換算高厚比 計算相應(yīng)的臨界剪力 。,（4）關(guān)于腹板高厚比不超過 60mm/m的問題（規(guī)程CECS102的規(guī)定） （5）關(guān)于抗震構(gòu)造措施：高厚比，寬厚比,3.2.5 山墻框架的設(shè)計 （1）山墻架受力及結(jié)構(gòu)特點 山墻面風(fēng)荷載作用 抗風(fēng)柱的設(shè)置 是否采用彈簧板與柱子連接？,（2）抗風(fēng)柱的設(shè)計：柱子怎么放？撓度限制怎么考慮？,（3）山墻框架角柱的計算長度問題： 加柱間支撐，按無側(cè)移考慮。,（4）用冷彎薄壁型鋼做山墻架的3個條件： 無吊車 無夾層 檐高較小(不大于8m）,3.2 支撐設(shè)計 3.2.1 屋面橫向水平支撐 （1）兩種計算模式： a) 普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊模式（對應(yīng)荷載規(guī)范B5009） 僅計算一面山墻的風(fēng)荷載 b) CECS102模式： 計算二面山墻的風(fēng)荷載 利用一個假定將超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為靜定結(jié)構(gòu)計算 CECS102 6.5.3：縱向力在（多道）支撐間可按均勻分布考慮。,3.2.2 屋面縱向水平支撐 （1）在什么情況下應(yīng)布置屋面縱向水平支撐？ a) 當(dāng)橫向水平力不是均勻分布且對橫向剛度要 求較嚴(yán)時 b) 當(dāng)建筑需抽柱設(shè)置托架梁時 c) 當(dāng)建筑物的剛架平面內(nèi)剛度有突變時 d) 在剛架柱之間設(shè)有墻架柱,（2）除以上情況外，尚應(yīng)針對以下情況，考慮是 否設(shè)置屋面縱向水平支撐： 近海邊地區(qū)和內(nèi)地的臺風(fēng)地區(qū)； 超過36m的大跨度剛架； 檐高超過15m； 建筑平面為凹凸型，非矩型的不規(guī)則形狀； 剛架間距大于10m； 當(dāng)同時有以上兩種情況應(yīng)設(shè)通長的屋面縱向水平支撐。,(3) 屋面縱向水平支撐設(shè)置的位置 宜與屋面橫向水平支撐設(shè)置在同一平面內(nèi) 問：對于抽柱托架梁的縱向水平支撐應(yīng)設(shè)何處？,3.2.3 柱間支撐的設(shè)計 (1)支撐按拉桿設(shè)計 (2）不同剛度的支撐不應(yīng)混合使用 (3)超過5噸吊車的廠房柱子不宜用圓鋼支撐,3.2.4 支撐傳力偏心問題 （1）屋面支撐位置,（2）柱間支撐位置,3.2.5 圓鋼支撐的構(gòu)造 （1）用花籃螺栓張緊：可不考慮長細(xì)比 （2）端部楔型墊塊構(gòu)造: 使圓鋼軸向受力 （3）腹板焊加強(qiáng)墊片：如果腹板相對過薄才需考 慮，避免腹板局部破壞。,3.2.6 關(guān)于隅撐的內(nèi)力計算問題： 陳紹蕃鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計指南 N=1.56/100Ncr,Ncr=Af,3.2.7 抽柱設(shè)置托架梁時剛架計算方法：,如何模擬托架梁對屋面梁的支承作用？ (1) 計算出在屋面梁的荷載作用下托架梁的下?lián)?(2) 用一個彈性支座或一個虛擬的柱子替代這根托架梁，這個彈性支座或虛擬的柱子在同樣的荷載作 用下產(chǎn)生同樣的位移。, 由虛擬柱子（或彈簧支座）代替托