《輕型門式鋼架設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、1.3.1 荷載及荷載組合 1.3.2 剛架的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算 1.3.3 剛架柱和梁的設(shè)計(jì),1.3 剛架設(shè)計(jì),永久荷載：包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重和懸掛在結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、墻面構(gòu)件和剛架自重等。 可變荷載：屋面活荷載 、屋面雪荷載和積灰荷載 吊車荷載 、地震作用 、風(fēng)荷載。,1.3.1荷載及荷載組合,荷載組合原則： 屋面均布活荷載不與雪荷載同時(shí)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(shí)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他荷載同時(shí)考慮； 多臺(tái)吊車的組合應(yīng)符合荷載規(guī)范的規(guī)定； 當(dāng)需要考慮地震作用時(shí)，風(fēng)荷載不與地震

2、作用同時(shí)考慮。,在進(jìn)行剛架內(nèi)力分析時(shí)，荷載效應(yīng)組合主要有： 組合（1）： 1.2永久荷載+0.91.4積灰荷載+max屋面均布活荷載、雪荷載+0.91.4(風(fēng)荷載+吊車豎向及水平荷載) 組合（2）： 1.0永久荷載+1.4風(fēng)荷載 組合(1)用于截面強(qiáng)度和構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算， 組合(2)用于錨栓抗拉計(jì)算。,內(nèi)力計(jì)算原則： 根據(jù)不同荷載組合下內(nèi)力分析結(jié)果，找出控制截面的內(nèi)力組合，控制截面位置一般在柱底、柱頂、柱牛腿連接處及梁端、梁跨中等截面。 控制截面的內(nèi)力組合主要有： 最大軸壓力Nmax和同時(shí)出現(xiàn)的M及V的較大值。 最大彎矩Mmax和同時(shí)出現(xiàn)的V及N的較大值。 最大彎矩Mmax和同時(shí)出現(xiàn)的V及N的較

3、大值。 最小軸壓力Nmin和相應(yīng)的M及V，出現(xiàn)在永久荷載和風(fēng)荷載共同作用下，當(dāng)柱腳鉸接時(shí)M=0。,1.3.2 剛架內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算,側(cè)移計(jì)算原則： 變截面門式剛架柱頂側(cè)移應(yīng)采用彈性分析方法確定。計(jì)算時(shí)荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。 如果最后驗(yàn)算時(shí)剛架的側(cè)移不滿足要求，即需要采用下列措施之一進(jìn)行調(diào)整： 放大柱或梁的截面尺寸； 改鉸接柱腳為剛接柱腳； 把多跨框架中的搖擺柱改為上端和梁剛接的節(jié)點(diǎn)連接形式。,梁、柱板件的寬厚比限值： 工字形截面構(gòu)件受壓翼緣板的寬厚比： 工字形截面梁、柱構(gòu)件腹板的寬厚比：,1.3.3 剛架柱和梁的設(shè)計(jì),腹板屈曲后強(qiáng)度利用： 在進(jìn)行剛架梁、柱截面設(shè)計(jì)時(shí)，為了節(jié)省鋼材，允

4、許腹板發(fā)生局部構(gòu)件的屈曲，并利用其屈曲后強(qiáng)度。 腹板的有效寬度： 當(dāng)工字形截面梁、柱構(gòu)件的腹板受彎及受壓板幅利用屈曲后強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按有效寬度計(jì)算其截面幾何特性。,有效寬度取值： 當(dāng)腹板全部受壓時(shí)： 當(dāng)腹板部分受拉時(shí)，受拉區(qū)全部有效，受壓區(qū)有效寬度為：,he：腹板受壓區(qū)有效寬度； ：有效寬度系數(shù)； hc: 腹板受壓區(qū)高度。,剛架梁、柱構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算 剛架內(nèi)力分析 在橫向均布荷載作用下，剛架彎矩圖如下,剛架彎矩圖,剛架荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖,在水平風(fēng)荷載作用下，剛架彎矩圖如下：,荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖,剛架彎矩圖,輕型鋼結(jié)構(gòu)是以構(gòu)件邊緣最大壓應(yīng)力達(dá)到鋼材屈服點(diǎn)作為臨界狀態(tài)，沒有考慮塑性發(fā)展的影響，所以門式剛架一般按彈性

5、理論設(shè)計(jì)。 考慮各種荷載組合內(nèi)力分析結(jié)果，取出最大荷載值控制設(shè)計(jì)，對(duì)初選截面梁柱按壓彎構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。,正應(yīng)力驗(yàn)算： 剪應(yīng)力驗(yàn)算：,式中： 構(gòu)件有效凈截面面積； 、 對(duì)主軸x和y的有效凈截面抵抗矩； 、 對(duì)主軸x和y的彎矩。,彎矩作用平面內(nèi)： 彎矩作用平面外：,工字形截面受彎構(gòu)件在剪力V和彎矩M 共同作用下的強(qiáng)度應(yīng)符合下列要求： 當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 當(dāng)截面為雙軸對(duì)稱時(shí),工字形截面受彎構(gòu)件在剪力V、彎矩M和軸力N 共同作用下的強(qiáng)度應(yīng)符合下列要求： 當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 當(dāng)截面為雙軸對(duì)稱時(shí),梁腹板加勁肋的配置: 梁腹板應(yīng)在中柱連接處、較大固定集中荷載作用處和翼緣轉(zhuǎn)折處設(shè)置橫向加勁肋。其他部位是否設(shè)置中間加勁肋

6、，根據(jù)計(jì)算需要確定。但規(guī)程規(guī)定,當(dāng)利用腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度時(shí)，橫向加勁肋間距a宜取hw2hw。 當(dāng)梁腹板在剪應(yīng)力作用下發(fā)生屈曲后，將以拉力帶的方式承受繼續(xù)增加的剪力，亦即起類似桁架斜腹桿的作用，而橫向加勁肋則相當(dāng)于受壓的桁架豎桿。因此，中間橫向加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉(zhuǎn)折產(chǎn)生的壓力外，還要承受拉力場(chǎng)產(chǎn)生的壓力。,拉力場(chǎng),加勁肋穩(wěn)定性驗(yàn)算按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行，計(jì)算長(zhǎng)度 取腹板高度hw，截面取加勁肋全部和其兩側(cè)各 寬度范圍內(nèi)的腹板面積，按兩端鉸 接軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。,變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計(jì)算: 變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定按下列公式 計(jì)算：,對(duì)于變截面柱，變化截面高度的目的是為了適應(yīng)彎矩

7、的變化，合理的截面變化方式應(yīng)使兩端截面的最大應(yīng)力纖維同時(shí)達(dá)到限值。但是實(shí)際上往往是大頭截面用足，其應(yīng)力大于小頭截面，故公式左端第二項(xiàng)的彎矩M1，和有效截面模量We1應(yīng)以大頭為準(zhǔn)。 公式第一項(xiàng)源自等截面的穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)分析，小頭穩(wěn)定承載力的小于大頭，且剛架柱的最大軸力就作用在小頭截面上，故第一項(xiàng)按小頭運(yùn)算比按大頭運(yùn)算安全。,變截面柱在剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度 截面高度呈線形變化的柱，在剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)取為 ，式中 為柱的幾何高度， 為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。 可由下列三種方法確定： 查表法（適合于手算） 一階分析法（普遍適用于各種情況，并且適合上機(jī)計(jì)算) 二階分析法（要求有二階分析的計(jì)算程序）,查表法,

8、柱腳鉸接單跨剛架楔形柱的 可由表1-2查得。 柱的線剛度K1和梁的線剛度K2分別按下列公式計(jì)算： 表中和式中 、 分別為柱小頭和大頭的截面慣性矩； 梁最小截面的慣性矩； 半跨斜梁長(zhǎng)度； 斜梁換算長(zhǎng)度系數(shù)，見圖1-9。當(dāng)梁為等截面時(shí) =1。,在圖1-9中，1和分別為第一、二楔形段的斜率。,圖19楔形梁在剛架平面內(nèi)的換算長(zhǎng)度系數(shù),柱腳鉸接楔形柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù) ，表12,多跨剛架的中間柱為搖擺柱時(shí)，邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)取為,式中 放大系數(shù)； 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，由表12查得，但公式(126)中的 取與邊柱相連的一跨橫梁的坡面長(zhǎng)度 ，如圖1-10所示； 搖擺柱承受的荷載； 邊柱承受的荷載； 搖擺柱高度； 剛架邊

9、柱高度。,引進(jìn)放大系數(shù)的原因是：當(dāng)框架趨于側(cè)移或有初始側(cè)傾時(shí)，不僅框架柱上的荷載Pfi對(duì)框架起傾覆作用，搖擺柱上的荷載Pli也同樣起傾覆作用。這就是說，圖1-10框架邊柱除承受自身荷載的不穩(wěn)定效應(yīng)外，還要加上中間搖擺柱荷載效應(yīng)。因此需要根據(jù)比值(Plihli)(Pfihfi)對(duì)邊柱計(jì)算長(zhǎng)度做出調(diào)整。,圖1-10 計(jì)算邊柱時(shí)的斜梁長(zhǎng)度,搖擺柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)取1.0。 對(duì)于屋面坡度大于1：5的情況，在確定剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮橫梁軸向力對(duì)柱剛度的不利影響。此時(shí)應(yīng)按剛架的整體彈性穩(wěn)定分析通過電算來確定變截面剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度。,框架有側(cè)移失穩(wěn)的臨界狀態(tài)和它的側(cè)移剛度有直接關(guān)系?？蚣苌系暮奢d使此剛度逐

10、漸退化，荷載加到一定程度時(shí)剛度完全消失，框架隨即不能保持穩(wěn)定。因此框架柱的臨界荷載或計(jì)算長(zhǎng)度可以由側(cè)移剛度得出。 當(dāng)剛架利用一階分析計(jì)算程序得出柱頂水平荷載作用下的側(cè)移剛度K：Hu時(shí)，柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)可由下列公式計(jì)算：,一階分析法,對(duì)柱腳為鉸接和剛接的單跨對(duì)稱剛架(圖1-11a),當(dāng)柱腳鉸接時(shí),當(dāng)柱腳剛接時(shí),中間為非搖擺柱的多跨剛架(圖1-11b),當(dāng)柱腳鉸接時(shí),當(dāng)柱腳剛接時(shí),圖1-11 一階分析時(shí)的柱頂位移,當(dāng)采用計(jì)入豎向荷載一側(cè)移效應(yīng)(即P-u效應(yīng))的二階分析程序計(jì)算內(nèi)力時(shí)，如果是等截面柱，取=1，即計(jì)算長(zhǎng)度等于幾何長(zhǎng)度。對(duì)于楔形柱，其計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)可由下列公式計(jì)算：,二階分析法,式中: 構(gòu)件

11、的楔率； 、 分別為柱小頭和大頭的截面高度(圖1.12)。,圖1-12 變截面構(gòu)件的楔率,變截面柱在剛架平面外的整體穩(wěn)定計(jì)算 應(yīng)分段按公式計(jì)算： 公式不同于規(guī)范中壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算公式之處有兩點(diǎn)： 截面幾何特性按有效截面計(jì)算； 考慮楔形柱的受力特點(diǎn)，軸力取小頭截面，彎矩取大頭截面。,斜梁和隅撐的設(shè)計(jì) 斜梁的設(shè)計(jì) 當(dāng)斜梁坡度不超過1：5時(shí)，因軸力很小可按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度和剛架平面外的穩(wěn)定，不計(jì)算平面內(nèi)的穩(wěn)定。 實(shí)腹式剛架斜梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，取側(cè)向支承點(diǎn)的間距。當(dāng)斜梁兩翼緣側(cè)向支承點(diǎn)間的距離不等時(shí)，應(yīng)取最大受壓翼緣側(cè)向支承點(diǎn)間的距離。斜梁不需要計(jì)算整體穩(wěn)定性的側(cè)向支承點(diǎn)間最大長(zhǎng)

12、度，可取斜梁下翼緣寬度的 倍。,當(dāng)斜梁上翼緣承受集中荷載處不設(shè)橫向加勁肋時(shí)，除應(yīng)按規(guī)范規(guī)定驗(yàn)算腹板上邊緣正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用時(shí)的折算應(yīng)力外，尚應(yīng)滿足下列公式的要求：,隅撐設(shè)計(jì) 當(dāng)實(shí)腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時(shí)，必須在受壓翼緣兩側(cè)布置隅撐(山墻處剛架僅布置在一側(cè))作、為斜梁的側(cè)向支承，隅撐的另一端連接在檁條上。,隅撐間距不應(yīng)大于所撐梁受壓翼緣寬度的 倍。 隅撐應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定按軸心受壓構(gòu)件的支撐來設(shè)計(jì)。隅撐截面選用單根等邊角鋼，軸向壓力按下式計(jì)算： 當(dāng)隅撐成對(duì)布置時(shí)，每根隅撐的計(jì)算軸壓力可取上式計(jì)算值的一半。 需要注意的是，單面連接的單角鋼壓桿在計(jì)算其穩(wěn)定性時(shí)，不用換算長(zhǎng)細(xì)比，而是對(duì)f

13、值乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。,剛架橫梁剛度和柱頂水平位移驗(yàn)算 橫梁容許撓度： 柱頂水平容許位移： 式中 、 分別為剛架橫梁的跨度和柱的高度。,剛架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),剛架橫梁與柱拼裝節(jié)點(diǎn) 剛架橫梁屋脊拼裝節(jié)點(diǎn) 柱腳設(shè)計(jì) 牛腿設(shè)計(jì),斜梁與柱的連接及斜梁拼接 一般采用高強(qiáng)螺栓端板連接，按剛接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，其形式：,端板豎放,端板斜放,端板平放,（a）端板豎放,（b）端板斜放,（c）端板平放,（d）斜梁拼接,剛架斜梁與柱的連接及斜梁間的拼接,高強(qiáng)螺栓計(jì)算,驗(yàn)算最不利螺栓的拉力： 橫梁與柱在連接處傳遞的彎矩； 最遠(yuǎn)一排螺栓至承壓點(diǎn)的距離； 螺栓列數(shù)； 任意一排螺栓至承壓點(diǎn)的距離； 一個(gè)螺栓所能承受的抗拉容許承載力。,分析

14、研究表明，外伸式連接轉(zhuǎn)動(dòng)剛度可以滿足剛性節(jié)點(diǎn)的要求。外伸式連接在節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩作用下，可假定轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于下翼緣中心線上。上翼緣兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置4個(gè)螺栓時(shí)，每個(gè)螺栓承受下面公式表達(dá)的拉力，并依此確定螺栓直徑： 當(dāng)受拉翼緣兩側(cè)各設(shè)一排螺栓不能滿足承載力要求時(shí)，可以在翼緣內(nèi)側(cè)增設(shè)螺栓。,螺栓排列應(yīng)符合構(gòu)造要求，下圖的 ， 應(yīng)滿足扣緊螺栓所用工具的凈空要求，通常不小于35mm，螺栓端距不應(yīng)小于2倍螺栓孔徑，兩排螺栓之間的最小距離為3倍螺栓直徑，最大距離不應(yīng)超過400mm。,端板的厚度t可根據(jù)支承條件按下列公式計(jì)算，但不應(yīng)小于16mm，和梁端板相連的柱翼緣部分應(yīng)與端板等厚度。 (a)伸臂類端板 (b)無加勁肋類

15、端板,(c)兩邊支承類端板 當(dāng)端板外伸時(shí) 當(dāng)端板平齊時(shí) (d)三邊支承類端板,在門式剛架斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算剪應(yīng)力：,剛架構(gòu)件的翼緣與端板的連接應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，腹板與端板的連接應(yīng)采用角焊縫。在端板設(shè)置螺栓處，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算構(gòu)件腹板的強(qiáng)度： 當(dāng) 時(shí)， 當(dāng) 時(shí)，,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì) 節(jié)點(diǎn)有加腋與不加腋兩種基本形式。在加腋形式中又有梯形加腋與曲線加腋之分，一般采用梯形加腋并在加腋部分的兩端設(shè)置加勁肋及側(cè)向支撐，以保證該加腋部分的穩(wěn)定性，防止側(cè)向壓屈。加腋連接可使截面的變化符合彎矩圖形的要求，并大大提高了剛架的承載能力。下圖為加腋節(jié)點(diǎn)圖。,橫梁屋脊拼裝節(jié)點(diǎn)圖,柱腳設(shè)計(jì) 根據(jù)受力要求

16、，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩類，當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓?噸時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置剛性柱腳。 本工程實(shí)例：吊車噸位20噸，柱腳形式為剛接柱腳，主要用來傳遞吊車荷載、風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)自重。,柱腳形式,平板式鉸接柱腳,剛接柱腳,一般情況,當(dāng)有橋式吊車或剛架側(cè)向剛度過弱時(shí),平板式 鉸接柱腳,剛接柱腳,柱腳的計(jì)算 一、底板的計(jì)算 1、底板的平面尺寸 底板面積： 式中 柱軸心壓力設(shè)計(jì)值； 基礎(chǔ)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 錨栓孔面積。,按構(gòu)造要求確定底板寬度： 式中 柱截面寬度或高度； 靴梁厚度； 底板懸臂長(zhǎng)度。 再根據(jù)底板面積確定底板長(zhǎng)度。,2、底板的厚度 底板的厚度決定于板的抗彎強(qiáng)度。 式中： 為底板承受的最大彎矩值。,柱腳錨

17、栓應(yīng)采用Q235或Q345鋼材制作。錨栓的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2002)的規(guī)定，錨栓端部按規(guī)定設(shè)置彎鉤或錨板。 計(jì)算風(fēng)荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時(shí)，應(yīng)計(jì)入柱間支撐的最大豎向分力，此時(shí)，不考慮活荷載(或雪荷載)、積灰荷載和附加荷載的影響，同時(shí)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)1.0。錨栓直徑不宜小于24mm，且應(yīng)采用雙螺帽以防松動(dòng)。 柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力。此水平剪力可由底板與混凝土基礎(chǔ)之間的摩擦力(摩擦系數(shù)可取0.4)或設(shè)置抗剪鍵承受。,靴梁的構(gòu)造與計(jì)算 (1) 靴梁的高度由靴梁與柱的連接焊縫長(zhǎng)度決定。 (2) 靴梁厚度可取與柱翼緣的厚度相同。 (3) 靴梁與底板間的水平焊縫計(jì)算按承受全部軸 壓力N計(jì)算。 (4) 靴梁的抗彎和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，按雙懸臂簡(jiǎn)支梁計(jì)算。,柱腳構(gòu)造詳圖,鉸接柱腳,剛接柱腳,加勁板,加勁板,地腳螺栓,澆入素混凝土保護(hù)地腳錨栓,牛 腿 當(dāng)有橋式吊車時(shí)，需在剛架柱上設(shè)置牛腿，牛腿與柱焊接連接，其構(gòu)造見下圖。牛腿根部所受剪