鋼結(jié)構(gòu) 門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑資料PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 門式剛架結(jié)門式剛架結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)建筑資料構(gòu)設(shè)計(jì)建筑資料第1頁/共72頁柱距1.1.1 單層門式剛架的組成 主承重骨架 檁條、墻梁 屋面、墻面 支撐第2頁/共72頁 u質(zhì)量輕一般10-30kg/m2，基礎(chǔ)費(fèi)用低。地震反應(yīng)小，注意風(fēng)吸力u工業(yè)化程度高，施工周期短主要構(gòu)件工廠制作，現(xiàn)場高強(qiáng)螺栓安裝u綜合經(jīng)濟(jì)效益高u柱網(wǎng)布置比較靈活u門式剛架整體性依靠檁條、墻梁和隅撐來保證，支撐數(shù)量可減少，且多用張緊的圓鋼第3頁/共72頁 梁柱多用變截面，省材 梁、柱腹板利用屈曲后強(qiáng)度 塑性設(shè)計(jì)不再適用（多個塑性鉸 ） 搖擺柱 柱腳約束 應(yīng)力蒙皮效應(yīng)板件較薄 焊接板件 3mm 冷彎構(gòu)件 1.5mm

2、壓型鋼板 0.4mm第4頁/共72頁1.1.3 我國工程應(yīng)用情況u始于20世紀(jì)60年代，屋面用瓦材。u20世紀(jì)70年代在工程上極少應(yīng)用；u20世紀(jì)80年代在經(jīng)濟(jì)特區(qū)引進(jìn)國外門式剛架輕鋼房屋，壓型鋼板始見用于屋面和墻面； u20世紀(jì)90年代初外國輕鋼企業(yè)進(jìn)入中國大陸，帶動了內(nèi)資輕鋼企業(yè)的發(fā)展。中期以來，采用門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的工程數(shù)量越來越多，工程規(guī)模越來越大，充分展示了這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。第5頁/共72頁國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂情況冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 1966年版本未頒布； TJ18-75 GBJ18-87 GB50018-2002 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS102:98 CECS

3、102:2002 第6頁/共72頁1.2 結(jié)構(gòu)形式 和結(jié)構(gòu)布置1.2.1 門式剛架的結(jié)構(gòu)形式按跨度：單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的和帶毗屋的形式按屋面坡脊數(shù)：單脊單坡、單脊雙坡和多脊多坡第7頁/共72頁常做成一個大雙坡屋面，避免滲漏和堆雪第8頁/共72頁單脊雙坡多跨剛架無橋式吊車：中柱多為有橋式吊車：中柱宜兩端剛接截面形式|無橋式吊車：梁、柱可采用變截面或等截面的實(shí)腹焊接工字形截面或軋制H形截面|有橋式吊車：柱宜采用等截面形式柱腳形式v無橋式吊車：多按鉸接支承設(shè)計(jì)，通常為平板支座v有橋式吊車：剛接第9頁/共72頁坡度1/201/8運(yùn)輸單元柱子單獨(dú)一個，梁可為多個。單元內(nèi)焊接，單元間可通過端板

4、用高強(qiáng)螺栓連接吊車v懸掛吊車：起重量不大于3噸v橋式吊車：不大于20噸，輕、中級工作制第10頁/共72頁1.2.2 結(jié)構(gòu)布置 剛架的建筑尺寸和布置 跨度：936m；高度：4.59m（室內(nèi)凈空）； 柱軸線：下端中心線或柱外皮 梁軸線：最小截面中線，與上表面平行 柱距：6m，7.5m或9m 挑檐：0.51m 溫度區(qū)段：縱向300m，橫向150m。 設(shè)置伸縮縫的方法：雙柱；檁條和屋面板構(gòu)造 有吊車時設(shè)置雙柱，加插入距第11頁/共72頁檁條布置v 一般等間距布置，間距由計(jì)算確定；v 屋脊附近雙檁（距屋脊200mm ）；v 天溝附近布置一根以固定天溝；v 考慮天窗、采光帶等的具體情況。 墻梁布置 考慮門

5、窗、挑檐、雨棚等的具體情況； 壓型鋼板墻面宜布置在柱外； 間距由計(jì)算確定。第12頁/共72頁支撐和剛性系桿布置 布置原則： 溫度區(qū)段 柱間支撐與屋面橫向支撐同時設(shè)置 位置、間距(3045;60) 高度大時分層設(shè)，寬度大時內(nèi)柱設(shè) 剛架轉(zhuǎn)折處 支撐交叉點(diǎn) 支撐形式： 十字交叉圓鋼支撐，夾角30-60型鋼支撐第13頁/共72頁 除門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS 102)有專門規(guī)定外，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009)采用永久荷載 ：按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009采用 ：按實(shí)際情況可變荷載 ：對壓型鋼板屋面，按水平投影計(jì)，取0.5kN/m2，常取0.3kN/m2 （人和小工具的重力）：1

6、kN ，按最不利位置 1.3.1 荷載及荷載組合第14頁/共72頁 ：按GB50009 采用，考慮荷載增大系數(shù)和不均勻系數(shù)。：豎向和水平荷載，按GB50009采用。：按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50011采用。：按規(guī)程，垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載： ksz0wwwk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；w0基本風(fēng)壓，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定采用；z風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定采用； 當(dāng)高度小于10m時，應(yīng)按10m高度處的數(shù)值采用；s風(fēng)荷載體型系數(shù)，考慮內(nèi)、外風(fēng)壓最大值的組合，含陣風(fēng)系數(shù)。 第15頁/共72頁其中 風(fēng)載體型系數(shù)按美國MBMA手冊的規(guī)定采用。 表 1 剛架的風(fēng)荷載體型系數(shù) 分 區(qū)

7、端 區(qū) 中 間 區(qū) 建筑 類型 1E 2E 3E 4E 5E 6E 1 2 3 4 5 6 封閉式 0.50 1.40 0.80 0.70 0.90 0.30 0.25 1.00 0.65 0.55 0.65 0.15 部分封閉式 0.10 1.80 1.20 1.10 1.00 0.20 0.15 1.40 1.05 0.95 0.75 0.05 注： 表中正號(壓力)表示風(fēng)力由外朝向表面，負(fù)號(吸力)表示風(fēng)力自表面向外離開，下同； (a) (b) 圖 5 剛架的風(fēng)荷載體型系數(shù)分區(qū) (a) 雙坡剛架；(b) 單坡剛架 第16頁/共72頁荷載效應(yīng)組合: 應(yīng)符合以下原則 屋面均布活荷載不與雪荷載

8、同時考慮，應(yīng)取兩者中的較大值； 積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時考慮； 施工或檢修集中荷載不與屋面材料或檁條自重以外的其它荷載同時考慮； 多臺吊車的組合應(yīng)符合GB50009的規(guī)定； 風(fēng)荷載不與地震作用同時考慮。 第17頁/共72頁在進(jìn)行剛架內(nèi)力分析時，需要考慮的荷載效應(yīng)組合有： 1.2 永久荷載0.9 1.4 積灰荷載max屋面均布活荷載、雪荷載（風(fēng)荷載吊車豎向荷載吊車水平荷載）； 1.0 永久荷載1.4 風(fēng)荷載或 1.0 永久荷載1.4 0.9( 風(fēng)荷載吊車荷載） 組合(1)用于截面強(qiáng)度和構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算，(2)用于柱腳錨栓驗(yàn)算。起有利作用者不加，但要注意同時發(fā)生的荷載。 地震作

9、用組合，采用底部剪力法，按GB50011計(jì)算。第18頁/共72頁1.3.2 剛架內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算 內(nèi)力 v變截面門式剛架：彈性分析方法v全部為等截面構(gòu)件時：可采用塑性分析方法設(shè)計(jì)v取單榀剛架按平面結(jié)構(gòu)分析內(nèi)力，一般不考慮應(yīng)力蒙皮效應(yīng)，而把它當(dāng)作安全儲備。v計(jì)算內(nèi)力時可采用有限元法（直接剛度法）。v分段等截面單元或楔形單元。v手算校核時，可將變截面構(gòu)件折算為等截面構(gòu)件第19頁/共72頁控制截面的內(nèi)力組合（柱頂、底、牛腿處 ，梁端、跨中）（1）對構(gòu)件：最大壓力Nmax和相應(yīng)的M和V；（2）對構(gòu)件：最大彎矩Mmax和相應(yīng)的N和V；（3）對錨栓：最小壓力Nmin和相應(yīng)的M和V。側(cè)移計(jì)算 采用彈性分析方法

10、確定，計(jì)算時荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。 簡化計(jì)算公式：參見CECS102 第20頁/共72頁 側(cè)移限值 在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的剛架柱頂側(cè)向位移不應(yīng)超過下列限值：采用輕型鋼板墻時為h/60，采用砌體墻時為h/100，h為柱高； ：吊車有駕駛室時為h/400，吊車由地面操作時為h/180。 不滿足時可采取的措施v 放大截面v 修改柱腳約束v 若有搖擺柱，上端改為剛接第21頁/共72頁 受彎構(gòu)件的撓度限值 門式剛架斜梁豎向撓度：（L為構(gòu)件跨度） 僅支承壓型鋼板和檁條 L/180 尚有吊頂 L/240 有懸掛起重機(jī) L/400 ：屋面坡度的1/3 檁條豎向撓度： 僅支承壓型鋼板 L/150 有

11、吊頂 L/240 壓型鋼板豎向撓度： 承受活荷載或雪荷載 L/150 第22頁/共72頁 構(gòu)件長細(xì)比要求 受壓構(gòu)件：主要構(gòu)件180， 其它構(gòu)件及支撐220； 受拉構(gòu)件：承受靜力荷載時，桁架構(gòu)件350； 吊車梁以下柱間支撐300； 其它支撐400； 承受動力荷載時250。 張緊的圓鋼或鋼絞線：不限制 第23頁/共72頁 對于梁柱的腹板:ywwfth235250 (腹板應(yīng)按規(guī)程要求計(jì)算有效寬度。1y23515btf第24頁/共72頁(2)腹板屈曲后強(qiáng)度利用 工字形截面構(gòu)件腹板的受剪板幅，當(dāng)腹板高度變化不超過60mm/m時可考慮屈曲后強(qiáng)度（拉力場），其抗剪承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列公式計(jì)算： dw wvV

12、h t f wvvwvwvwvwv0.8 0.81.4 10.64(0.8)1.4 (10.275)ffffff當(dāng)時，當(dāng)時，當(dāng)時，wwwy37235htkf第25頁/共72頁2ww2ww1 4 5.34 ()1 5.34 4 ()a hka ha hka h 當(dāng)時，當(dāng)，(3) 腹板的有效寬度(工字形截面腹板) 當(dāng)腹板全部受壓時, he=hw 當(dāng)腹板部分受拉時，拉區(qū)全部有效，壓區(qū)有效寬度為 he=hc當(dāng)8 . 0時 1 當(dāng)2 . 18 . 0時 )8 . 0(9 . 01 當(dāng)2 . 1時 )2 . 1(24. 064. 0 wwy28.1235htkf第26頁/共72頁11112. 011622

13、k12第27頁/共72頁 當(dāng)腹板邊緣最大應(yīng)力10時 e1e25hhe2ee1hhh當(dāng)截面部分受拉，即0.6時，進(jìn)行彈塑性修正：bb1.070.282/1.0 第41頁/共72頁 斜梁和隅撐設(shè)計(jì)（1）斜梁設(shè)計(jì) 當(dāng)斜梁坡度不超過1:5時，在平面內(nèi)可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算強(qiáng)度，在平面外應(yīng)按壓彎構(gòu)件計(jì)算穩(wěn)定。 平面外計(jì)算長度，應(yīng)取側(cè)向支承點(diǎn)間的距離。 上翼緣承受集中荷載處不設(shè)加勁肋時，驗(yàn)算正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用的折算應(yīng)力外，還應(yīng)滿足下式要求 ： 2fm wwy23515tFt ftfme1.5/()MW f集中荷載作用下的屈皺m在負(fù)彎矩區(qū)取0第42頁/共72頁（2）隅撐設(shè)計(jì) 當(dāng)實(shí)腹

14、式剛架斜梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣兩側(cè)布置隅撐（端部僅布置一側(cè)）作為斜梁的側(cè)向支承，隅撐的另一側(cè)連在檁條上。第43頁/共72頁 隅撐按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。軸心力為： /60cosM hN 當(dāng)隅撐成對布置時，每根隅撐的計(jì)算軸壓力可取一半。計(jì)算時不用角鋼的換算長細(xì)比，要考慮單面連接時材料強(qiáng)度的折減。第44頁/共72頁 梁與柱連接節(jié)點(diǎn)、梁與梁拼接節(jié)點(diǎn)和柱腳節(jié)點(diǎn)。有吊車時還有牛腿節(jié)點(diǎn)。 （1） 剛架梁、柱連接及梁拼接（） 斜梁與柱的連接形式：端板豎放、 端板斜放和端板平放。斜梁拼接時宜使端板與構(gòu)件外邊緣垂直。 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) (a) (b) (c) (d) 圖 7 剛架梁與柱及梁與梁的連

15、接 第45頁/共72頁v斜梁拼接按最大受力計(jì)算，且不小于被連接截面承載力的一半；v連接滿足強(qiáng)度和剛度要求；v連接分摩擦型和承壓型連接；v螺栓成對布置，翼緣內(nèi)外各設(shè)一排；轉(zhuǎn)動中心在下翼緣形心線處；v抗剪由受拉力較小螺栓v 或受壓螺栓承擔(dān)；v構(gòu)造要求，35mm; 400mm。t14MNh112Mehbf第46頁/共72頁 端板的厚度t應(yīng)根據(jù)支承條件按下列公式計(jì)算，但不應(yīng)小于16mm： 第47頁/共72頁 伸 臂 類 端 板 bfNettf6 (4a) 無加勁肋類端板 feaNetwtw)5 . 0 (3 (4b) 兩邊支承類端板 當(dāng)端板外伸時 原則：螺栓達(dá)到極限拉力，板區(qū)屈服；設(shè)計(jì)時改為設(shè)計(jì)承載力

16、（Nt受拉承載力設(shè)計(jì)值）第48頁/共72頁 (4b) 兩邊支承類端板 當(dāng)端板外伸時 (4c) 當(dāng)端板平齊時 (4d) 三邊支承類端板 與翼緣板相連的邊視為簡支feeebeNeetwffwtwf)(26 (4c) 當(dāng)端板平齊時 feeebeNeetwffwtwf)(412 (4d) 三邊支承類端板 第49頁/共72頁 (4d) 三邊支承類端板 febbeNeetfswtwf4)2(62 (4e) 式中和圖中 Nt 一個高強(qiáng)度螺栓的拉力設(shè)計(jì)值； ew、ef 分別為螺栓中心至腹板和翼緣板表面的距離； b、bs 分別為端板和加勁肋板的寬度； a 螺栓的間距； f 端板鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 在門式剛架

17、斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域，按下式驗(yàn)算剪應(yīng)力： vbc cMfd d t當(dāng)不滿足上式要求時，應(yīng)加厚腹板或設(shè)置斜加勁肋。第50頁/共72頁（2）柱腳設(shè)計(jì) 柱腳可采用剛接或鉸接形式，前者可節(jié)約鋼材，但基礎(chǔ)費(fèi)用有所提高，加工、安裝也較為復(fù)雜。一般情況宜采用平板式鉸接柱腳。 (a) (b) (c) (d)第51頁/共72頁 柱腳錨栓應(yīng)采用Q235或Q345鋼材制作。錨栓的錨固長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007)的規(guī)定，錨栓端部應(yīng)設(shè)置彎鉤、或錨板。錨栓的直徑不宜小于24mm，且應(yīng)采用雙螺帽。 柱腳底板的錨栓孔徑，宜取錨栓直徑加510 mm；錨栓墊板的錨栓孔徑，取錨栓直徑加2mm；錨栓

18、墊板的厚度通常取與底板厚度相同。 錨栓的數(shù)目常采用2個或4個。在柱子安裝校正完畢后，應(yīng)將錨栓墊板與柱底板焊牢 。 錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力，應(yīng)由柱腳底板與其下部的混凝土基礎(chǔ)間的摩擦力來抵抗，摩擦力系數(shù)取0.4。不滿足時設(shè)抗剪鍵：fb0.4VNV第52頁/共72頁（3）牛腿設(shè)計(jì) 牛腿根部的V和M為Dmax1.21.4VPDMVev 焊接工字形截面v 支承加勁肋v 與吊車梁連接為長圓孔v hH/2v 翼緣對接焊，腹板角焊縫v 螺栓直徑M16M24第53頁/共72頁（4）搖擺柱與斜梁的連接第54頁/共72頁1.4 壓型鋼板設(shè)計(jì) 1.4.1 壓型鋼板的材料和截面形式 壓型鋼板

19、材料種類 鍍鋅鋼板：組合樓板 彩色鍍鋅鋼板：屋面板和墻面板 彩色鍍鋁鋅鋼板：屋面板和墻面板，價格較貴原板材料：建筑功能、使用條件、使用年限和結(jié)構(gòu)形式 厚度取0.41.6mm，用于組合樓板時不小于0.5mm材料 Q215和Q235鋼，工程中多用Q235A第55頁/共72頁 壓型鋼板的截面形式截面形式 表示方法 YX波高-波距-有效覆蓋寬度：YX35-125-750分類 低波板（波高70mm） 屋面板選用中、高波板 墻板選用低波板第56頁/共72頁1.5 檁條設(shè)計(jì) 1.5.1 檁條的截面形式 截面形式 實(shí)腹式：跨度9m以下 格構(gòu)式：荷載較大或跨度大于9m第57頁/共72頁第58頁/共

20、72頁1.5.2 檁條的荷載和荷載組合 和壓型鋼板類似，只是增加了檁條和懸掛物的自重，組合仍為3種。風(fēng)載體型系數(shù)按CECS 102 附錄表A-2采用。 第59頁/共72頁1.5.3 檁條的內(nèi)力分析 檁條為雙向受彎構(gòu)件，在兩個主軸的分力為： qx=qsin0， qy=qcos0第60頁/共72頁簡支檁條（墻梁）的內(nèi)力見下表：第61頁/共72頁1.5.4 檁條的截面選擇 強(qiáng)度計(jì)算yxenxenyMMfWW 整體穩(wěn)定計(jì)算yxbxexeyMMfWW2bx12yyx2a2t02yy43202352/40.156AhfWehIIlIh Ih第62頁/共72頁若bx0.7，用bx代替bx計(jì)算：bxbx0.2741.091 在風(fēng)吸力的作用下，屋面能阻止上翼緣的側(cè)移和扭轉(zhuǎn)時，受壓下翼緣的穩(wěn)定按規(guī)程附錄E計(jì)算，否則，按前面公式計(jì)算。第63頁/共72頁 變形計(jì)算（垂直于屋面方向的撓度）卷邊槽形截面，兩端