大跨建筑結構大跨平面結構課件

大跨建筑結構精選課件大跨建筑結構精選課件1參考書目：1.《大跨空間結構》張毅剛等編機械工業(yè)出版社；2.《大跨空間結構》完海鷹編中國建筑工業(yè)出版社；3.《網架結構設計與施工規(guī)程》JGJ7-91；4.《空間結構設計與施工》東南大學出版社；精選課件參考書目：精選課件2概述

大跨與空間鋼結構主要用于公共建筑，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。大跨度結構也用于工業(yè)建筑，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等等。這些建筑采用大跨結構是受裝配機器（如船舶、飛機）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。精選課件概述大跨與空間鋼結構主要用于公共建3展覽館精選課件展覽館精選課件4日本大分體育公園綜合競技場精選課件日本大分體育公園綜合競技場精選課件5倫敦千年穹頂精選課件倫敦千年穹頂精選課件6大跨度結構的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家標準《鋼結構設計規(guī)范》、《網架結構設計與施工規(guī)程》將60m以上定義為大跨度結構，計算和構造均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到340m，以鋼索和膜材做成的索膜結構最大已做到320m。大跨度結構主要是在自重荷載下工作，主要矛盾是減輕結構自重，故最適宜采用鋼結構。在大跨度屋蓋中應盡可能使用輕質屋面結構及輕質屋面材料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。精選課件大跨度結構的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家標準《鋼結構7主要分為兩大類：平面結構體系梁式體系框架式體系拱式體系空間結構體系實體結構類：薄殼、折板結構張力結構類：懸索結構、膜結構混合結構類網格結構類：網架及網殼結構精選課件主要分為兩大類：平面結構體系梁式體系框架式體系拱式體系空間結8平面承重的大跨度鋼結構1梁式結構體系梁式結構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濟。重點是支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結構體系的整體剛度是非常重要的。精選課件平面承重的大跨度鋼結構1梁式結構體系精選課件9

大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結構的形式，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1/6～1/8。

精選課件大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨度、10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）*

桁架設計的難點在節(jié)點和支座，跨度大于35～40m時，梁式結構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生。*精選課件常用形式：精選課件11

上海證券大廈

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。精選課件上海證券大廈精選課件12上海浦東國際機場精選課件上海浦東國際機場精選課件13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。為了增加屋架結構的剛度，同時為保證屋架梁在風吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預應力鋼索，對下弦施加足夠的預應力。精選課件上海浦東國際機場候機樓屋架梁跨度83m，跨中高度14精選課件精選課件15（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力選擇節(jié)點板厚，當受力較復雜時不可靠。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，重慶鋼鐵設計研究院會同云南省建筑設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。從而總結出用撕裂面法推導出來的公式。

精選課件（1）角鋼（或T型鋼）桁架精選課件16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，用撕裂面法推導出來的公式計算比較麻煩。故參照國外多數(shù)國家的經驗，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Ｎ通過連接件在節(jié)點板內按照應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，稱為有效寬度be。精選課件由于桁架節(jié)點板的外形往往不規(guī)則，同時，一些受動力荷載的桁17假定be范圍內的節(jié)點板應力達到fu，并令be·t·fu=Nu(節(jié)點板破壞時的腹桿軸力)，按此法擬合的結果，當應力擴散角=270時精度最高，計算值與試驗值的比值平均為98.9%；當=300時，比值為106.8%，考慮到國外多數(shù)國家對應力擴散角均取為300，為與國際接軌且誤差較小，建議取=300。精選課件假定be范圍內的節(jié)點板應力達到fu，并令be·t·fu=18有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、圍焊、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘或螺栓連接時，be應取為有效凈寬度）。精選課件有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、圍焊、鉚釘、螺栓19

桁架節(jié)點板厚度選用表一般的鋼結構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，缺乏科學依據。這次該研究組先制作了N-t/b關系表（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N—t表。相對來說它比以往的N—t表更符合實際。精選課件桁架節(jié)點板厚度選用表精選課件20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，不應小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余應力影響過大。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，應妥善處理。精選課件為保證節(jié)點板受壓時的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不能太大，例如21隨著熱軋H型鋼在我國投產，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)點構造方式不同，節(jié)點內的應力狀態(tài)更加復雜，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)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。

精選課件隨著熱軋H型鋼在我國投產，剖分T型鋼用于桁架弦桿或腹桿22（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，設計時應注意節(jié)點的次應力，或按剛接節(jié)點設計，對重要的節(jié)點還應進行有限元分析。

精選課件（2）H型鋼重型桁架精選課件23（3）鋼管桁架（圓管或矩形管）鋼管桁架節(jié)點受力復雜，原88規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結構的條文。近幾年同濟大學對圓鋼管空間桁架節(jié)點作了一些試驗和分析；哈工大對直接焊接的方管桁架結構（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，《鋼結構設計規(guī)范》修訂時，其成果已部分納入。精選課件（3）鋼管桁架（圓管或矩形管）精選課件242框架結構體系

與梁式結構體系相比，框架式體系比較經濟，且橫梁高度可以取得比梁式結構的高度小，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，對基礎及地基的要求較高。主要有實腹式和格構式兩大類。

精選課件2框架結構體系精選課件25（1）實腹式框架結構體系

實腹式框架適用于跨度不太大（L=18～60m）的框架結構。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1/30～1/40。在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結構，是實腹式框架結構體系的一種，其特點是屋蓋及墻體均采用壓型鋼板，結構主要承受自身的重量。精選課件（1）實腹式框架結構體系精選課件26

輕型門式剛架結構設計

門式剛架是一種有效利用材料的結構形式。由于構件尺寸小，房屋高度相應降低，減輕了建筑體積和重量。構件可以在工廠批量生產，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。精選課件輕型門式剛架結構設計精選課件271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：

A1~A5工作級別的橋式吊車

20t；懸掛式起重機

3t。（3）常用跨度：1830m，高度4.5~9m。規(guī)程規(guī)定跨度可作到36m。精選課件1建筑特點精選課件28精選課件精選課件292結構特點（1）主體結構采用門式剛架，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。精選課件2結構特點精選課件30（2）采用變化構件截面的手段以適應彎矩變化是門式剛架輕型化的技術措施之一。柱腳常用鉸接，（當有橋式吊車時用等截面、柱腳固定）。精選課件（2）采用變化構件截面的手段以適應彎矩變化是門式剛架31（3）剛架間距一般6m左右，亦可采用7.5~9m，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。

當不超過以上數(shù)值時，一般情況下可不考慮溫度應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10～20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）。精選課件（3）剛架間距一般6m左右，亦可采用7.5~9m，32精選課件精選課件33新規(guī)范增加：“當有計算依據時，溫度區(qū)段長度可適當加大”，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，讓設計人員根據具體情況考慮增減。當溫度區(qū)段長度超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時，應進行溫度應力的計算或設置溫度伸縮縫。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.設置雙柱。此外，吊車梁與柱的連接宜采用長圓孔。精選課件新規(guī)范增加：“當有計算依據時，溫度區(qū)段長度可34（4）剛架斜梁的坡度取決于屋面排水坡度，一般i=1/8~1/20。減小構件腹板厚度，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構技術規(guī)程》CECS102：2002推薦采用Q235、Q345鋼材。精選課件（4）剛架斜梁的坡度取決于屋面排水坡度，一般i=1/835

（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。新修定的國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》GB50018-2002已取消了壁厚6mm上限的規(guī)定，板厚由設計者自行掌握（未試驗），我國目前已能生產12.5mm厚的冷彎薄壁型鋼。精選課件（5）檁條采用冷彎薄壁型鋼，截面一般為C型鋼或Z型36（6）支撐體系：必須設屋蓋支撐系統(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（此時第一開間設剛性系桿）。柱間支撐設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在溫度區(qū)段中部。

精選課件（6）支撐體系：精選課件37支撐一般為十字交叉，截面采用張緊的圓鋼或小角鋼。精選課件支撐一般為十字交叉，截面采用張緊的圓鋼或小角鋼。383荷載計算的特點（1）新修訂的《建筑結構荷載規(guī)范》將不上人的屋面均布活荷載標準值統(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)設計法后發(fā)現(xiàn)對以恒載為主的結構（混凝土結構）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。精選課件3荷載計算的特點精選課件39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，故又恢復到0.5kN/m2。但注明“對不同結構可按有關設計規(guī)范作0.2kN/m2的增減”。新修訂的《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定“對支承輕屋面的構件或結構，當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構技術規(guī)程》的規(guī)定有所不同，應注意檁條的計算。精選課件新修訂的荷載規(guī)范增加了以恒載為主的不利組合40（2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002對風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。特別應注意房屋端區(qū)的風荷載體型系數(shù)不同于中間區(qū)。

精選課件（2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS10414檁條的設計特點（1）檁條為薄壁構件，在受力狀態(tài)其組成板件可能喪失局部穩(wěn)定而產生屈曲，但屈曲后仍能承載（利用薄膜效應，即張力場）。設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)設置的檁間拉條能起側向約束作用。精選課件4檁條的設計特點精選課件42

b.在風吸力作用下，下翼緣受壓（連續(xù)設置的檁條在風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，截面扭轉和側向彎曲效應等效轉化為作用于下翼緣的側向荷載，以簡化計算。也可采用構造要求，如設置隅撐。精選課件b.在風吸力作用下，下翼緣受壓（連續(xù)設置的43檁條的構造處理——加隅撐*精選課件檁條的構造處理——加隅撐*精選課件445構件設計的特點（1）斜梁軸力較大，一般按壓彎構件設計，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計，但最大高厚比不宜大于250。工字形截面構件腹板考慮屈曲后強度的設計特點：（a）條款不適用于吊車梁，因有關資料不充分，多次反復屈曲可能導致腹板邊緣出現(xiàn)疲勞裂紋。精選課件5構件設計的特點精選課件45

（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，比較復雜，為簡化計算采用了相當于下限的近似公式。（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件的實際最大剪力，一般不再考慮設置加勁肋。精選課件精選課件46（d）利用腹板屈曲后強度后，構件的抗彎及抗壓承載力有所降低，此時應按有效寬度計算截面特性，受壓區(qū)的有效寬度取:當截面全部受壓時：he=hw

當截面部分受拉時：he=hc

精選課件（d）利用腹板屈曲后強度后，構件的抗彎及抗壓承載力有所降47

有效寬度系數(shù)，與板件局部穩(wěn)定的臨界應力有關，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：當時，

(a)當

(b)當

(c)精選課件有效寬度系數(shù)，與板件局部穩(wěn)定的臨界應力精選課件48

(e)腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應為屈曲剪力與張力場剪力之和，用下列公式計算：當λw0.8時

Vd=hwtwfv(a)當0.8<λw<1.4時：Vd=hwtwfv[1-0.64(λw-0.8)](b)當λw1.4時：Vd=hwtwfv(1-0.275λw)(c)式中λw——用于抗剪計算的腹板通用高厚比。精選課件(e)腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應為屈曲剪力與張力49（f）工字形截面受彎構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V0.5Vd時,

MMe

(a)當0.5Vd<V

Vd時,

(b)Mf—梁兩翼緣所承擔的彎矩，對雙軸對稱截面梁

Mf=Af(

hw·+t)f（Af為一個翼緣截面積）；Me—構件有效截面所承擔的彎矩，Me=Wef。精選課件（f）工字形截面受彎構件在剪力和彎矩作用下的強度，借用了歐洲50（g）工字形截面壓彎構件在剪力、彎矩和軸力共同作用下的強度，采用以下基本計算式：當V0.5Vd時,

MMe-NWe/Ae(a)當0.5VdV

<

Vd時,

(b)—兼受壓力時梁兩翼緣所承擔的彎矩，對雙軸對稱截面梁，=Af(

hw·+t)(f-N/A)；Ae

—構件的有效截面面積。精選課件（g）工字形截面壓彎構件在剪力、彎矩和軸力共同作用下的強度，51（h）考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設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折外，還承受張力場產生的壓力，該壓力按下式計算：Ｎs=V-0.9hwtwcr式中，Ｎs為腹板屈曲后張力場產生的壓力；cr為臨界剪應力。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。精選課件（h）考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設計精選課件52（2）當采用變截面門式剛架時，剛架柱為楔形，其在剛架平面內的計算長度系數(shù)、不能再套用《鋼結構設計規(guī)范》，*規(guī)程另有特殊規(guī)定。變截面柱在剛架平面內的整體穩(wěn)定計算公式仍借用了鋼結構設計規(guī)范的形式。軸力取小頭，彎矩取大頭。等效彎矩系數(shù)按有側移剛架取1.0。*精選課件（2）當采用變截面門式剛架時，剛架柱為楔形，其在剛架平53等截面剛架柱的計算長度*精選課件等截面剛架柱的計算長度*精選課件54（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，屈曲時對剛架產生水平力，使剛架柱的臨界力降低，故剛架柱的計算長度應乘以增大系數(shù)：精選課件（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55精選課件精選課件566變形控制適當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）精選課件6變形控制精選課件577節(jié)點設計（1）門式剛架結構一般在梁柱節(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)點應采用摩擦型或承壓型高強度螺栓連接，一般成對布置。

精選課件7節(jié)點設計精選課件58梁與柱的剛性連接節(jié)點精選課件梁與柱的剛性連接節(jié)點精選課件59（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1.5~2d，或設置加勁肋。精選課件（3）用高強度螺栓連接的端板，為減小杠桿力的影響60

（4）連接按承受的最大內力設計。斜梁與柱相交的節(jié)點域，應驗算抗剪強度。

柱翼緣和橫向加勁肋為邊界的節(jié)點腹板區(qū)域所受的剪應力應滿足下式要求:精選課件（4）連接按承受的最大內力設計。斜梁與柱相交的節(jié)點域，61

公式來源于設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)點域周邊的內力

精選課件公式來源于設置柱橫向加勁肋時鋼框架節(jié)點柱腹板節(jié)點域的抗剪62剪應力應滿足下式要求：規(guī)范規(guī)定的計算式在上式的基礎上加以了調整和簡化。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。精選課件剪應力應滿足下式要求：精選課件63b.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果偏于安全20%30%，但公式沒有包括柱腹板軸壓力設計值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。精選課件b.節(jié)點域中彎矩的影響較大，剪力的影響較小。略去剪64當節(jié)點域計算不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋。精選課件當節(jié)點域計算不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋。精65（5）門式剛架的柱腳構造精選課件（5）門式剛架的柱腳構造精選課件66（2）格構式框架結構體系

當跨度大于60m時，實腹式框架不太經濟，此時可采用格構式，最大可做到150m。通常設計成變截面，框架橫梁的高跨比在1/12～1/20范圍內選取。

內力及變形的計算

當跨度不大時，格構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力。當跨度較大時，必須考慮全部腹桿的變形進行計算。精選課件（2）格構式框架結構體系精選課件67

框架橫梁的撓度只需計算由可變荷載引起的，永久荷載產生的撓度可由結構的起拱來消除。當跨度大于50m且剛性柱（支座）不高時，須計入框架的溫度應力。實腹框架的橫梁與柱一般設計成焊接工字型截面，其承載能力按壓彎構件計算。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，減輕結構自重。精選課件框架橫梁的撓度只需計算由可變荷載引起的，永久荷載產生的68構造特點

a.框架負彎矩處下翼緣為防止平面外失穩(wěn)，應加設斜撐。*b.在雙鉸框架結構中，為減小橫梁中部的彎矩，可采用圖中使橫梁卸載的做法。精選課件構造特點精選課件69

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.因格構式框架受力較大，框架橫梁與柱轉角處比較合理的構造是在轉角范圍內做成實腹式并加加勁桿。精選課件c.截面受力較小時可采用雙角鋼組合T形截面、T型703拱式結構體系

拱式結構外形美觀，體現(xiàn)了結構受力與建筑造型的完美結合，是大跨度鋼結構中一種重要的形式。精選課件3拱式結構體系精選課件71精選課件精選課件72拱的特點（1）拱身主要承受軸力，當跨度較大（如超過80~100m）時，較梁式結構和框架式結構更經濟。（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，鉸處可自由轉動，溫度應力也較低。無鉸拱跨中彎矩分布最有利，但需要較強的基礎，溫度應力也較大。雙鉸拱三鉸拱無鉸拱精選課件拱的特點雙鉸拱73

（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要求設置拱扶壁以承受拱的水平推力。（4）拱截面分實腹式和桁架式兩種，一般為等截面。拱身所受彎矩較小，因而截面高度不大，實腹式可取l/50~l/80，桁架式可取l/30~l/60。拱截面可采用H型鋼、雙角鋼、T型鋼、槽鋼、圓鋼管和方鋼管等。精選課件（3）拱的水平推力較大，對支座的要求較高。為減輕水平推力74拱的設計（1）拱軸線的形狀應盡可能選擇與壓力曲線接近。對稱并沿拱弦線均布的荷載起主要作用時，宜采用二次拋物線（與彎矩圖接近）。為簡化拱的設計與制造，也可用圓弧代替，對扁平拱不會引起內力實質性的變化。對于自重很大的高拱，宜采用懸鏈線外形。在風荷載作用下，由于壓力線變化較大，拱的外形宜取兩極限壓力線的中間線。精選課件拱的設計精選課件75

（2）風荷載是拱結構計算中一項非常重要的荷載，特別應注意風吸力對拱結構的影響，還應考慮側風壓或端風壓作用在建筑物上的情況。

（3）平面的拱式結構為一受壓曲桿，應按壓彎桿件設計，拱在彎矩作用平面內需要驗算強度和穩(wěn)定性。因曲桿平衡微分方程的求解比較困難，目前只能按彈性方法近似求解桿件的臨界力，現(xiàn)行規(guī)范暫時還沒有曲桿計算長度取值的規(guī)定。拱的計算長度系數(shù)與拱的形狀、拱的矢高f與拱跨l的比值有關精選課件（2）風荷載是拱結構計算中一項非常重要的荷載，特別應76（4）拱在彎矩作用平面外的剛度如果與平面內相差很大，受壓時容易產生平面外的失穩(wěn)，應利用沿房屋長度方向設置的橫向支撐系統(tǒng)及檁條體系作為平面外的支撐點。同時，還應按壓彎桿件驗算平面外的穩(wěn)定。

（5）拱的支座鉸可以有不同的形式。精選課件（4）拱在彎矩作用平面外的剛度如果與平面內相差很大，受壓77拱腳的構造精選課件拱腳的構造精選課件78

（6）三鉸拱中的拱頂鉸是構造設計的難點，格構式拱在支座鉸和拱頂鉸的部位，其截面需改變?yōu)閷嵏故剑瑫r還需設置適當?shù)募觿爬?，以傳遞較大的集中反力。精選課件（6）三鉸拱中的拱頂鉸是構造設計的難點，格構式拱在支座79重慶市武警總隊訓練場（跨度61.4m）精選課件重慶市武警總隊訓練場精選課件80精選課件精選課件81重慶出口加工區(qū)卡口精選課件重慶出口加工區(qū)卡口精選課件82精選課件精選課件83

壓型鋼板波紋拱屋蓋也是拱式結構的一種，最大跨度可做到60m，造價極低，且施工速度快。缺點是隔熱保溫效果差，在不對稱荷載和集中荷載作用下宜喪失整體穩(wěn)定。精選課件壓型鋼板波紋拱屋蓋也是拱式結構的一種，最大跨度可做到84達州市體育場效果圖精選課件達州市體育場效果圖精選課件85

達州市體育場看臺挑棚采用了在節(jié)點處相貫連接的圓鋼管空間桁架結構，拱頂為覆蓋的膜結構。圓鋼管空間桁架的主拱跨度為240m，與主拱垂直的次拱最大跨度34m。主拱截面為菱形空間桁架，次拱為三角形空間桁架，次拱與主拱間均采用相貫連接。精選課件達州市體育場看臺挑棚采用了在節(jié)點處相貫連接的圓86主、次拱均采用鋼管桁架精選課件主、次拱均采用鋼管桁架精選課件87

由于屋面采用膜結構，自重較輕，內力計算中風荷載起控制作用。同時由于結構體型復雜，對風荷載體型系數(shù)的取值很難套用現(xiàn)成的數(shù)據，因而對風荷載的計算考慮了幾種不同的情況。（1）風壓力作用；（2）風吸力作用；（3）半跨壓力半跨吸力作用。精選課件由于屋面采用膜結構，自重較輕，內力計算中風荷載起88大跨建筑結構精選課件大跨建筑結構精選課件89參考書目：1.《大跨空間結構》張毅剛等編機械工業(yè)出版社；2.《大跨空間結構》完海鷹編中國建筑工業(yè)出版社；3.《網架結構設計與施工規(guī)程》JGJ7-91；4.《空間結構設計與施工》東南大學出版社；精選課件參考書目：精選課件90概述

大跨與空間鋼結構主要用于公共建筑，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。大跨度結構也用于工業(yè)建筑，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等等。這些建筑采用大跨結構是受裝配機器（如船舶、飛機）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。精選課件概述大跨與空間鋼結構主要用于公共建91展覽館精選課件展覽館精選課件92日本大分體育公園綜合競技場精選課件日本大分體育公園綜合競技場精選課件93倫敦千年穹頂精選課件倫敦千年穹頂精選課件94大跨度結構的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家標準《鋼結構設計規(guī)范》、《網架結構設計與施工規(guī)程》將60m以上定義為大跨度結構，計算和構造均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到340m，以鋼索和膜材做成的索膜結構最大已做到320m。大跨度結構主要是在自重荷載下工作，主要矛盾是減輕結構自重，故最適宜采用鋼結構。在大跨度屋蓋中應盡可能使用輕質屋面結構及輕質屋面材料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。精選課件大跨度結構的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家標準《鋼結構95主要分為兩大類：平面結構體系梁式體系框架式體系拱式體系空間結構體系實體結構類：薄殼、折板結構張力結構類：懸索結構、膜結構混合結構類網格結構類：網架及網殼結構精選課件主要分為兩大類：平面結構體系梁式體系框架式體系拱式體系空間結96平面承重的大跨度鋼結構1梁式結構體系梁式結構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濟。重點是支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結構體系的整體剛度是非常重要的。精選課件平面承重的大跨度鋼結構1梁式結構體系精選課件97

大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結構的形式，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1/6～1/8。

精選課件大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨度、98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）*

桁架設計的難點在節(jié)點和支座，跨度大于35～40m時，梁式結構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生。*精選課件常用形式：精選課件99

上海證券大廈

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。精選課件上海證券大廈精選課件100上海浦東國際機場精選課件上海浦東國際機場精選課件101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。為了增加屋架結構的剛度，同時為保證屋架梁在風吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預應力鋼索，對下弦施加足夠的預應力。精選課件上海浦東國際機場候機樓屋架梁跨度83m，跨中高度102精選課件精選課件103（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力選擇節(jié)點板厚，當受力較復雜時不可靠。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，重慶鋼鐵設計研究院會同云南省建筑設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。從而總結出用撕裂面法推導出來的公式。

精選課件（1）角鋼（或T型鋼）桁架精選課件104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，用撕裂面法推導出來的公式計算比較麻煩。故參照國外多數(shù)國家的經驗，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Ｎ通過連接件在節(jié)點板內按照應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，稱為有效寬度be。精選課件由于桁架節(jié)點板的外形往往不規(guī)則，同時，一些受動力荷載的桁105假定be范圍內的節(jié)點板應力達到fu，并令be·t·fu=Nu(節(jié)點板破壞時的腹桿軸力)，按此法擬合的結果，當應力擴散角=270時精度最高，計算值與試驗值的比值平均為98.9%；當=300時，比值為106.8%，考慮到國外多數(shù)國家對應力擴散角均取為300，為與國際接軌且誤差較小，建議取=300。精選課件假定be范圍內的節(jié)點板應力達到fu，并令be·t·fu=106有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、圍焊、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘或螺栓連接時，be應取為有效凈寬度）。精選課件有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、圍焊、鉚釘、螺栓107

桁架節(jié)點板厚度選用表一般的鋼結構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，缺乏科學依據。這次該研究組先制作了N-t/b關系表（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N—t表。相對來說它比以往的N—t表更符合實際。精選課件桁架節(jié)點板厚度選用表精選課件108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，不應小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余應力影響過大。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，應妥善處理。精選課件為保證節(jié)點板受壓時的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不能太大，例如109隨著熱軋H型鋼在我國投產，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)點構造方式不同，節(jié)點內的應力狀態(tài)更加復雜，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)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。

精選課件隨著熱軋H型鋼在我國投產，剖分T型鋼用于桁架弦桿或腹桿110（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，設計時應注意節(jié)點的次應力，或按剛接節(jié)點設計，對重要的節(jié)點還應進行有限元分析。

精選課件（2）H型鋼重型桁架精選課件111（3）鋼管桁架（圓管或矩形管）鋼管桁架節(jié)點受力復雜，原88規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結構的條文。近幾年同濟大學對圓鋼管空間桁架節(jié)點作了一些試驗和分析；哈工大對直接焊接的方管桁架結構（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，《鋼結構設計規(guī)范》修訂時，其成果已部分納入。精選課件（3）鋼管桁架（圓管或矩形管）精選課件1122框架結構體系

與梁式結構體系相比，框架式體系比較經濟，且橫梁高度可以取得比梁式結構的高度小，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，對基礎及地基的要求較高。主要有實腹式和格構式兩大類。

精選課件2框架結構體系精選課件113（1）實腹式框架結構體系

實腹式框架適用于跨度不太大（L=18～60m）的框架結構。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1/30～1/40。在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結構，是實腹式框架結構體系的一種，其特點是屋蓋及墻體均采用壓型鋼板，結構主要承受自身的重量。精選課件（1）實腹式框架結構體系精選課件114

輕型門式剛架結構設計

門式剛架是一種有效利用材料的結構形式。由于構件尺寸小，房屋高度相應降低，減輕了建筑體積和重量。構件可以在工廠批量生產，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。精選課件輕型門式剛架結構設計精選課件1151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：

A1~A5工作級別的橋式吊車

20t；懸掛式起重機

3t。（3）常用跨度：1830m，高度4.5~9m。規(guī)程規(guī)定跨度可作到36m。精選課件1建筑特點精選課件116精選課件精選課件1172結構特點（1）主體結構采用門式剛架，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。精選課件2結構特點精選課件118（2）采用變化構件截面的手段以適應彎矩變化是門式剛架輕型化的技術措施之一。柱腳常用鉸接，（當有橋式吊車時用等截面、柱腳固定）。精選課件（2）采用變化構件截面的手段以適應彎矩變化是門式剛架119（3）剛架間距一般6m左右，亦可采用7.5~9m，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。

當不超過以上數(shù)值時，一般情況下可不考慮溫度應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10～20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）。精選課件（3）剛架間距一般6m左右，亦可采用7.5~9m，120精選課件精選課件121新規(guī)范增加：“當有計算依據時，溫度區(qū)段長度可適當加大”，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，讓設計人員根據具體情況考慮增減。當溫度區(qū)段長度超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值時，應進行溫度應力的計算或設置溫度伸縮縫。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.設置雙柱。此外，吊車梁與柱的連接宜采用長圓孔。精選課件新規(guī)范增加：“當有計算依據時，溫度區(qū)段長度可122（4）剛架斜梁的坡度取決于屋面排水坡度，一般i=1/8~1/20。減小構件腹板厚度，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構技術規(guī)程》CECS102：2002推薦采用Q235、Q345鋼材。精選課件（4）剛架斜梁的坡度取決于屋面排水坡度，一般i=1/8123

（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。新修定的國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》GB50018-2002已取消了壁厚6mm上限的規(guī)定，板厚由設計者自行掌握（未試驗），我國目前已能生產12.5mm厚的冷彎薄壁型鋼。精選課件（5）檁條采用冷彎薄壁型鋼，截面一般為C型鋼或Z型124（6）支撐體系：必須設屋蓋支撐系統(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（此時第一開間設剛性系桿）。柱間支撐設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在溫度區(qū)段中部。

精選課件（6）支撐體系：精選課件125支撐一般為十字交叉，截面采用張緊的圓鋼或小角鋼。精選課件支撐一般為十字交叉，截面采用張緊的圓鋼或小角鋼。1263荷載計算的特點（1）新修訂的《建筑結構荷載規(guī)范》將不上人的屋面均布活荷載標準值統(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)設計法后發(fā)現(xiàn)對以恒載為主的結構（混凝土結構）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。精選課件3荷載計算的特點精選課件127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，故又恢復到0.5kN/m2。但注明“對不同結構可按有關設計規(guī)范作0.2kN/m2的增減”。新修訂的《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定“對支承輕屋面的構件或結構，當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構技術規(guī)程》的規(guī)定有所不同，應注意檁條的計算。精選課件新修訂的荷載規(guī)范增加了以恒載為主的不利組合128（2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002對風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。特別應注意房屋端區(qū)的風荷載體型系數(shù)不同于中間區(qū)。

精選課件（2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS101294檁條的設計特點（1）檁條為薄壁構件，在受力狀態(tài)其組成板件可能喪失局部穩(wěn)定而產生屈曲，但屈曲后仍能承載（利用薄膜效應，即張力場）。設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)設置的檁間拉條能起側向約束作用。精選課件4檁條的設計特點精選課件130

b.在風吸力作用下，下翼緣受壓（連續(xù)設置的檁條在風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，截面扭轉和側向彎曲效應等效轉化為作用于下翼緣的側向荷載，以簡化計算。也可采用構造要求，如設置隅撐。精選課件b.在風吸力作用下，下翼緣受壓（連續(xù)設置的131檁條的構造處理——加隅撐*精選課件檁條的構造處理——加隅撐*精選課件1325構件設計的特點（1）斜梁軸力較大，一般按壓彎構件設計，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計，但最大高厚比不宜大于250。工字形截面構件腹板考慮屈曲后強度的設計特點：（a）條款不適用于吊車梁，因有關資料不充分，多次反復屈曲可能導致腹板邊緣出現(xiàn)疲勞裂紋。精選課件5構件設計的特點精選課件133

（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，比較復雜，為簡化計算采用了相當于下限的近似公式。（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件的實際最大剪力，一般不再考慮設置加勁肋。精選課件精選課件134（d）利用腹板屈曲后強度后，構件的抗彎及抗壓承載力有所降低，此時應按有效寬度計算截面特性，受壓區(qū)的有效寬度取:當截面全部受壓時：he=hw

當截面部分受拉時：he=hc

精選課件（d）利用腹板屈曲后強度后，構件的抗彎及抗壓承載力有所降135

有效寬度系數(shù)，與板件局部穩(wěn)定的臨界應力有關，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：當時，

(a)當

(b)當

(c)精選課件有效寬度系數(shù)，與板件局部穩(wěn)定的臨界應力精選課件136

(e)腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應為屈曲剪力與張力場剪力之和，用下列公式計算：當λw0.8時

Vd=hwtwfv(a)當0.8<λw<1.4時：Vd=hwtwfv[1-0.64(λw-0.8)](b)當λw1.4時：Vd=hwtwfv(1-0.275λw)(c)式中λw——用于抗剪計算的腹板通用高厚比。精選課件(e)腹板屈曲后的抗剪承載力Vd，應為屈曲剪力與張力137（f）工字形截面受彎構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V0.5Vd時,

MMe

(a)當0.5Vd<V

Vd時,

(b)Mf—梁兩翼緣所承擔的彎矩，對雙軸對稱截面梁

Mf=Af(

hw·+t)f（Af為一個翼緣截面積）；Me—構件有效截面所承擔的彎矩，Me=Wef。精選課件（f）工字形截面受彎構件在剪力和彎矩作用下的強度，借用了歐洲138（g）工字形截面壓彎構件在剪力、彎矩和軸力共同作用下的強度，采用以下基本計算式：當V0.5Vd時,

MMe-NWe/Ae(a)當0.5VdV

<

Vd時,

(b)—兼受壓力時梁兩翼緣所承擔的彎矩，對雙軸對稱截面梁，=Af(

hw·+t)(f-N/A)；Ae

—構件的有效截面面積。精選課件（g）工字形截面壓彎構件在剪力、彎矩和軸力共同作用下的強度，139（h）考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設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折外，還承受張力場產生的壓力，該壓力按下式計算：Ｎs=V-0.9hwtwcr式中，Ｎs為腹板屈曲后張力場產生的壓力；cr為臨界剪應力。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。精選課件（h）考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設計精選課件140（2）當采用變截面門式剛架時，剛架柱為楔形，其在剛架平面內的計算長度系數(shù)、不能再套用《鋼結構設計規(guī)范》，*規(guī)程另有特殊規(guī)定。變截面柱在剛架平面內的整體穩(wěn)定計算公式仍借用了鋼結構設計規(guī)范的形式。軸力取小頭，彎矩取大頭。等效彎矩系數(shù)按有側移剛架取1.0。*精選課件（2）當采用變截面門式剛架時，剛架柱為楔形，其在剛架平141等截面剛架柱的計算長度*精選課件等截面剛架柱的計算長度*精選課件142（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，屈曲時對剛架產生水平力，使剛架柱的臨界力降低，故剛架柱的計算長度應乘以增大系數(shù)：精選課件（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143精選課件精選課件1446變形控制適當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）精選課件6變形控制精選課件1457節(jié)點設計（1）門式剛架結構一般在梁柱節(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)點應采用摩擦型或承壓型高強度螺栓連接，一般成對布置。

精選課件7節(jié)點設計精選課件146梁與柱的剛性連接節(jié)點精選課件梁與柱的剛性連接節(jié)點精選課件147（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1.5~2d，或設置加勁肋。精選課件（3）用高強度螺栓連接的端板，為減小杠桿力的影響148

（4）連接按承受的最大內力設計。斜梁與柱相交的節(jié)點域，應驗算抗剪強度。

柱翼緣和橫向加勁肋為邊界的節(jié)點腹板區(qū)域所受的剪應力應滿足下式要求:精選課件（4）連接按承受的最大內力設計。斜梁與柱相交的節(jié)點域，149

公式來源于設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)點域周邊的內力

精選課件公式來源于設置柱橫向加勁肋時鋼框架節(jié)點柱腹板節(jié)點域的抗剪150剪應力應滿足下式要求：規(guī)范規(guī)定的計算式在上式的基礎上加以了調整和簡化。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。精選課件剪應力應滿足下式要求：精選課件151b.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果偏于安全20%30%，但公式沒有包括柱腹板軸壓力設計值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。精選課件b.節(jié)點域中彎矩的影響較大，剪力的影響較小。略去剪152當節(jié)點域計算不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋。精選課件當節(jié)點域計算不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋。精153（5）門式剛架的柱腳構造精選課件（5）門式剛架的柱腳構造精選課件154（2）格構式框架結構體系

當跨度大于60m時，實腹式框架不太經濟，