轻型门式刚架结构26235.ppt

第第1 1章章 轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 结构形式和布置结构形式和布置 1.3 1.3 刚架设计刚架设计1.4 1.4 压型钢板设计压型钢板设计1.5 1.5 檁条设计檁条设计1.6 1.6 墙梁设计墙梁设计1.7 1.7 支撑及构造设计支撑及构造设计 .轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：以下技术特征：1.1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。2.2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。3.3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/5-1/101/10，是一种经济可靠的结构形式。，是一种经济可靠的结构形式。1.1 1.1 概述概述.工程实例一：工程实例一：青岛南车集团，青岛南车集团，20042004年年4 4月投资新建了一座轻月投资新建了一座轻钢结构生产车间，建筑面积钢结构生产车间，建筑面积50005000平方米。于平方米。于20042004年年7 7月竣工。主体结构采用轻型单跨门式刚架形式，月竣工。主体结构采用轻型单跨门式刚架形式，吊车最大起重量为吊车最大起重量为2020吨，中级工作制。吨，中级工作制。为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排水形式。外墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两水形式。外墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩棉保温隔层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩棉保温隔热层。热层。.正在建设的门式刚架工程实例正在建设的门式刚架工程实例山墙抗风柱山墙抗风柱吊车梁吊车梁天窗架天窗架.轻钢结构工业厂房轻钢结构工业厂房.工程实例二：工程实例二：青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩国投资建设的国投资建设的2 2万平方米轻钢结构多层工业厂房。万平方米轻钢结构多层工业厂房。主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用钢混凝土组合楼板。钢混凝土组合楼板。屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构屋屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构屋面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板的缺点。面造型呆板的缺点。.正在建设中的多层轻钢结构厂房正在建设中的多层轻钢结构厂房.压型钢板外墙板压型钢板外墙板.n主要承重骨架主要承重骨架门式刚架门式刚架 n檩条、墙梁檩条、墙梁 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 n屋面、墙面屋面、墙面 压型金属板、彩钢夹芯板压型金属板、彩钢夹芯板 n屋面及墙面保温芯材屋面及墙面保温芯材 聚苯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等聚氨酯泡沫塑料、岩棉等 n支撑支撑 屋面支撑、柱间支撑屋面支撑、柱间支撑 1.1.1 1.1.1 门式刚架结构的组成门式刚架结构的组成.单层轻型钢结构房屋的组成单层轻型钢结构房屋的组成.1.1.2 1.1.2 门式刚架结构的特点门式刚架结构的特点 n重量轻重量轻n工业化程度高、施工业化程度高、施工周期短工周期短n柱网布置灵活柱网布置灵活n综合经济效益高综合经济效益高.门式刚架结构性能：门式刚架结构性能：1.1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。.2.2.门式刚架的梁、柱多门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可采用变截面杆件，可以节省材料。以节省材料。3.3.组成构件的杆件较薄，组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、对制作、涂装、运输、安装的要求高。安装的要求高。4.4.构件的抗弯刚度、抗构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。的整体刚度也比较柔。.1.1.3 1.1.3 门式刚架结构的应用情况门式刚架结构的应用情况 1.1.我国门式刚架设计规程：我国门式刚架设计规程：门式刚架轻型房屋钢门式刚架轻型房屋钢结构技术规程结构技术规程(CECS102:2002)(CECS102:2002)2.2.应用范围：应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。3.3.应用规模应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构国内每年有一千万平方米的轻钢结构 建筑物竣工。建筑物竣工。.4.4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式：轻型门式刚架的适用范围及截面形式：(1).1).屋面荷载较小，横向跨度为屋面荷载较小，横向跨度为9 924m24m，柱高为，柱高为4.54.59m9m，(2).(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。(3).(3).当厂房横向跨度当厂房横向跨度不超过不超过15m15m，柱高，柱高不超过不超过6m6m时，时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度跨度大于大于15m15m，柱，柱高高超过超过6m6m时，宜采用变截面刚时，宜采用变截面刚架形式。架形式。.5.5.变截面刚架与等截面刚架的对比变截面刚架与等截面刚架的对比:柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。截面方便。6.6.柱脚形式柱脚形式:门式刚架柱脚分为门式刚架柱脚分为铰接铰接和和刚接刚接两种连接形式。两种连接形式。.刚接柱脚详图刚接柱脚详图 铰接柱脚详图铰接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架刚接柱脚门式刚架 铰接柱脚门式刚架铰接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁变截面梁、柱变截面梁、柱.加劲板加劲板地脚螺栓地脚螺栓 刚接柱脚工程实例刚接柱脚工程实例.变截面变截面刚架梁刚架梁 等截面等截面刚架柱刚架柱.1.2 1.2 结构形式和结构布置结构形式和结构布置 1.2.1 1.2.1 门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。数可分为单坡、双坡、多坡屋面。结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素及建筑尺寸等因素.单跨单坡单跨单坡单跨双坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）多跨（中间摇摆柱）高底跨高底跨双坡双跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）多跨（梁柱刚结）四坡双跨四坡双跨摇摆柱摇摆柱.摇摆柱梁柱节点摇摆柱梁柱节点铰接连接铰接连接梁柱节点梁柱节点刚性连接刚性连接.1.2.2 1.2.2 门式刚架的结构布置门式刚架的结构布置1.1.刚架的建筑尺寸和布置刚架的建筑尺寸和布置 跨度：跨度：一般一般为为9-24m9-24m 高度：高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取 4.5-9m4.5-9m 柱距柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取等因素，宜取6m6m、7.5m7.5m、或、或9m9m 挑檐长度挑檐长度：根据使用要求确定，宜为根据使用要求确定，宜为0.50.51.2m1.2m 温度分区温度分区 ：纵向温度区段纵向温度区段300m 300m 横向温度区段横向温度区段150m150m.2.2.檩条和墙梁的布置檩条和墙梁的布置 檩条：檩条：应等间距布置。在屋脊处，应沿应等间距布置。在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长的外伸宽度不要太长(一般小于一般小于200mm)200mm)，在天沟附近应布置一道檩条，以便于，在天沟附近应布置一道檩条，以便于天沟的固定。确定檩条间距时，应综合天沟的固定。确定檩条间距时，应综合考虑屋面材料、檩条规格等因素按计算考虑屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。确定。屋面檁条布置屋面檁条布置实例实例.屋面檁条布置实例屋面檁条布置实例.墙梁墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。遮雨篷等构件和围护材料的要求。墙梁布置实例墙梁布置实例.3.3.屋面支撑和刚性系杆的布置原则：屋面支撑和刚性系杆的布置原则：在每个温度区段或分期建设的区段中，应分在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。向支撑，以构成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。个开间。.4.柱间支撑的布置原则：柱间支撑的布置原则：柱间支撑的间距应根据柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取装条件确定，一般取4560m4560m；当房屋高度较大时，柱当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；间支撑应分层设置；端部柱间支撑考虑温度端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二应力影响宜设置在第二柱间。柱间。.v 1.3.1 1.3.1 荷载及荷载组合荷载及荷载组合v 1.3.2 1.3.2 刚架的内力和侧移计算刚架的内力和侧移计算v 1.3.3 1.3.3 刚架柱和梁的设计刚架柱和梁的设计 1.3 1.3 刚架设计刚架设计.永久荷载：永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。吊顶、墙面构件和刚架自重等。可变荷载：可变荷载：屋面活荷载屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载、屋面雪荷载和积灰荷载 吊车荷载吊车荷载 、地震作用、地震作用 、风荷载。、风荷载。1.3.1 1.3.1荷载及荷载组合荷载及荷载组合.荷载组合原则：荷载组合原则：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；中的较大值；积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；值同时考虑；施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑；外的其他荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合多台吊车的组合应符合荷载规范荷载规范的规定；的规定；当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。时考虑。.在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：组合（组合（1 1）：）：1.21.2永久荷载永久荷载+0.91.4+0.91.4积灰荷载积灰荷载+max+max屋面屋面均布活荷载、雪荷载均布活荷载、雪荷载+0.91.4(+0.91.4(风荷载风荷载+吊车吊车竖向及水平荷载竖向及水平荷载)组合（组合（2 2）：）：1.01.0永久荷载永久荷载+1.4+1.4风荷载风荷载 组合组合(1)(1)用于截面强度和构件稳定性计算，用于截面强度和构件稳定性计算，组合组合(2)(2)用于锚栓抗拉计算。用于锚栓抗拉计算。.内力计算原则：内力计算原则：根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：控制截面的内力组合主要有：最大轴压力最大轴压力NmaxNmax和同时出现的和同时出现的M M及及V V的较大值。的较大值。最大弯矩最大弯矩MmaxMmax和同时出现的和同时出现的V V及及N N的较大值。的较大值。最大弯矩最大弯矩MmaxMmax和同时出现的和同时出现的V V及及N N的较大值。的较大值。最小轴压力最小轴压力NminNmin和相应的和相应的M M及及V V，出现在永久荷载，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0M=0。1.3.2 1.3.2 刚架内力和侧移计算刚架内力和侧移计算.侧移计算原则：侧移计算原则：变截面门式刚架柱顶侧移应采用变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确弹性分析方法确定定。计算时荷载取。计算时荷载取标准值标准值，不考虑荷载分项系数。，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，侧移不满足要求，即需要即需要采用下列措施之一进行调整：采用下列措施之一进行调整：放大柱或梁的截面尺寸；放大柱或梁的截面尺寸；改铰接柱脚为刚接柱脚；改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点连接形式。连接形式。.梁、柱板件的宽厚比限值：梁、柱板件的宽厚比限值：工字形截面构件受压翼缘板的宽工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：厚比：1.3.3 1.3.3 刚架柱和梁的设计刚架柱和梁的设计.腹板屈曲后强度利用：腹板屈曲后强度利用：在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度。后强度。腹板的有效宽度：腹板的有效宽度：当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性。面几何特性。.有效宽度取值：有效宽度取值：当腹板全部受压时：当腹板全部受压时：当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：有效宽度为：hehe：腹板受压区有效宽度；：腹板受压区有效宽度；：有效宽度系数；：有效宽度系数；hc:hc:腹板受压区高度。腹板受压区高度。.刚架梁、柱构件的强度计算刚架梁、柱构件的强度计算刚架内力分析刚架内力分析在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下刚架弯矩图刚架弯矩图刚架荷载计算简图刚架荷载计算简图.在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：荷载计算简图荷载计算简图 刚架弯矩图刚架弯矩图.轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为服点作为临界状态，临界状态，没有考虑塑性发展的影响，没有考虑塑性发展的影响，所以门式刚架一般按弹性理论设计。所以门式刚架一般按弹性理论设计。考虑各种荷载组合内力分析结果，取出考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载最大荷载值值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。算。.正应力验算：正应力验算：剪应力验算：剪应力验算：式中：式中：构件有效净截面面积；构件有效净截面面积；、对主轴对主轴x x和和y y的有效净截面抵抗矩；的有效净截面抵抗矩；、对主轴对主轴x x和和y y的弯矩。的弯矩。.弯矩作用平面内：弯矩作用平面内：弯矩作用平面外：弯矩作用平面外：.工字形截面受弯构件在工字形截面受弯构件在剪力剪力V V和和弯矩弯矩M M 共同作用下的强度应符合下列要求：共同作用下的强度应符合下列要求：当当 时时 当当 时时 当截面为双轴对称时当截面为双轴对称时.工字形截面受弯构件在工字形截面受弯构件在剪力剪力V V、弯矩弯矩M M和和轴力轴力N N 共同作用下的强度应符合下列要求：共同作用下的强度应符合下列要求：当当 时时 当当 时时 当截面为双轴对称时当截面为双轴对称时 .梁腹板加劲肋的配置梁腹板加劲肋的配置:梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置中间加劲肋，根据计算需要确定。但中间加劲肋，根据计算需要确定。但规程规程规定规定,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a a宜宜取取hwhw2hw2hw。当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。.拉力场拉力场 加劲肋稳定性验算按规范规定进行，计算长度加劲肋稳定性验算按规范规定进行，计算长度 取腹板高度取腹板高度hwhw，截面取加劲肋全部和其两侧各，截面取加劲肋全部和其两侧各 宽度范围内的腹板面积，按两端铰宽度范围内的腹板面积，按两端铰 接轴心受压构件进行计算。接轴心受压构件进行计算。.变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算:变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式 计算：计算：.对于变截面柱，变化截面高度的对于变截面柱，变化截面高度的目的目的是是为了适为了适应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端截面的最大应力纤维同时达到限值截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际。但是实际上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面，上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面，故公式左端第二项的弯矩故公式左端第二项的弯矩M1M1，和有效截面模量，和有效截面模量We1We1应以大头为准。应以大头为准。公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运算比按大头运算安全。算比按大头运算安全。.变截面柱在刚架平面内的计算长度变截面柱在刚架平面内的计算长度 截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为算长度应取为 ，式中，式中 为柱的几何高为柱的几何高度，度，为计算长度系数。为计算长度系数。可由下列三种方法确定：可由下列三种方法确定：查表法（适合于手算）查表法（适合于手算）一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上机计算合上机计算)二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）.查表法查表法柱脚铰接单跨刚架楔形柱的柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 可由表可由表1-21-2查得。查得。柱的线刚度柱的线刚度K1K1和梁的线刚度和梁的线刚度K2K2分别按下列公式计算：分别按下列公式计算：表中和式中表中和式中 、分别为柱小头和大头的截面惯性矩；分别为柱小头和大头的截面惯性矩；梁最小截面的惯性矩；梁最小截面的惯性矩；半跨斜梁长度；半跨斜梁长度；斜梁换算长度系数，见图斜梁换算长度系数，见图1-91-9。当梁为等截面。当梁为等截面时时 =1=1。.在图在图1-91-9中，中，11和和分别为第一、二分别为第一、二楔形段的斜率。楔形段的斜率。.图图1919楔形梁在刚架平楔形梁在刚架平面内的换算长度系数面内的换算长度系数.柱脚铰接楔形柱的计算长度系数柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表，表1 12 2 K2Kl 0.1 0.2 O.3 O.5 0.75 1.02.010.0 0.0l0.428 O.368 O.349 0.3310.320 0.318 0.315 0.3100.02 0.600 0.502 0.470 0.4400.428 0.420 O.411 O.4040.03O.729 0.599 O.558 0.5200.50l0.4920.4830.473O.050.931O.756 O.694 0.6440.6180.6060.589 0.5800.071.075 O.873 0.801 0.7420.711 0.697 O.672 O.6500.101.252 1.027 0.935 0.857O.817 0.801 O.790 0.7390.151.5181.235 1.1091.021O.965O.938 O.8950.8720.20 1.7451.395 1.254 1.1401.080 1.045 1.000 0.969.多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计算多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计算长度应取为长度应取为 式中式中 放大系数；放大系数；计算长度系数，由表计算长度系数，由表1 12 2查得，但公式查得，但公式(1(126)26)中的中的 取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度 ，如图，如图1-101-10所示；所示；摇摆柱承受的荷载；摇摆柱承受的荷载；边柱承受的荷载；边柱承受的荷载；摇摆柱高度；摇摆柱高度；刚架边柱高度。刚架边柱高度。.引进放大系数的原因是：引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初当框架趋于侧移或有初始侧倾时，不仅框架柱上的荷载始侧倾时，不仅框架柱上的荷载PfiPfi对框架起倾对框架起倾覆作用，摇摆柱上的荷载覆作用，摇摆柱上的荷载PliPli也同样起倾覆作用。也同样起倾覆作用。这就是说，图这就是说，图1-101-10框架边柱除承受自身荷载的不框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应外，还要加上中间摇摆柱荷载效应。因稳定效应外，还要加上中间摇摆柱荷载效应。因此需要根据比值此需要根据比值(Pli(Plihli)hli)(Pfi(Pfihfi)hfi)对对边柱计算长度做出调整。边柱计算长度做出调整。图图1-10 1-10 计算边柱时的斜梁长度计算边柱时的斜梁长度.摇摆柱的计算长度系数取摇摆柱的计算长度系数取1.01.0。对于屋面坡度大于对于屋面坡度大于1 1：5 5的情况，在确定刚架柱的情况，在确定刚架柱的计算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不的计算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响。此时应按刚架的整体弹性稳定分析通利影响。此时应按刚架的整体弹性稳定分析通过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。.框架有侧移失稳的临界状态和它的侧移刚度有框架有侧移失稳的临界状态和它的侧移刚度有直接关系。框架上的荷载使此刚度逐渐退化，直接关系。框架上的荷载使此刚度逐渐退化，荷载加到一定程度时刚度完全消失，框架随即荷载加到一定程度时刚度完全消失，框架随即不能保持稳定。因此框架柱的临界荷载或计算不能保持稳定。因此框架柱的临界荷载或计算长度可以由侧移刚度得出。长度可以由侧移刚度得出。当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度载作用下的侧移刚度K K：H Hu u时，柱计算长度时，柱计算长度系数可由下列公式计算：系数可由下列公式计算：一阶分析法一阶分析法.对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图图1-1-11a)11a)当柱脚铰接时当柱脚铰接时当柱脚刚接时当柱脚刚接时中间为非摇摆柱的多跨刚架中间为非摇摆柱的多跨刚架(图图1-11b)1-11b)当柱脚铰接时当柱脚铰接时当柱脚刚接时当柱脚刚接时.图图1-11 1-11 一阶分析时的柱顶位移一阶分析时的柱顶位移.当采用计入竖向荷载一侧移效应当采用计入竖向荷载一侧移效应(即即P-uP-u效应效应)的的二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱，取二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱，取=1=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形柱，即计算长度等于几何长度。对于楔形柱，其计算长度系数可由下列公式计算：其计算长度系数可由下列公式计算：二阶分析法二阶分析法式中式中:构件的楔率；构件的楔率；、分别为柱小头和大头的截面高度分别为柱小头和大头的截面高度(图图1.12)1.12)。.图图1-12 1-12 变截面构件的楔率变截面构件的楔率 .变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算 应分段按公式计算：应分段按公式计算：公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的稳公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点：定计算公式之处有两点：截面几何特性按有效截面计算；截面几何特性按有效截面计算；考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩取考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩取大头截面。大头截面。.斜梁和隅撑的设计斜梁和隅撑的设计斜梁的设计斜梁的设计 当斜梁坡度不超过当斜梁坡度不超过1 1：5 5时，因轴力很小可按压弯时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。面内的稳定。n实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承点的间距。当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不点的间距。当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支承点间最大斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁下翼缘宽度的长度，可取斜梁下翼缘宽度的 倍。倍。.当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满足下列公式的要求：足下列公式的要求：.隅撑设计隅撑设计 当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧山墙处刚架仅布置在一侧)作、作、为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。.隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 倍。倍。隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下式计算：式计算：当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取上式计算值的一半。上式计算值的一半。需要注意的是，单面连接的单角钢压杆在计算其需要注意的是，单面连接的单角钢压杆在计算其稳定性时，不用换算长细比，而是对稳定性时，不用换算长细比，而是对f f值乘以相值乘以相应的折减系数。应的折减系数。.刚架横梁刚度和柱顶水平位移验算刚架横梁刚度和柱顶水平位移验算横梁容许挠度：横梁容许挠度：柱顶水平容许位移：柱顶水平容许位移：式中式中 、分别为刚架横梁的跨度和柱的高度。分别为刚架横梁的跨度和柱的高度。.刚架节点设计刚架节点设计刚架横梁与柱拼装节点刚架横梁与柱拼装节点刚架横梁屋脊拼装节点刚架横梁屋脊拼装节点柱脚设计柱脚设计牛腿设计牛腿设计.斜梁与柱的连接及斜梁拼接斜梁与柱的连接及斜梁拼接 一般采用高强螺栓端板连接，按刚接节一般采用高强螺栓端板连接，按刚接节点设计，其形式：点设计，其形式：端板竖放端板竖放端板斜放端板斜放端板平放端板平放.h1Me（a a）端板竖放）端板竖放（b b）端板斜放）端板斜放（c c）端板平放）端板平放（d d）斜梁拼接）斜梁拼接刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接.高强螺栓计算高强螺栓计算验算最不利螺栓的拉力：验算最不利螺栓的拉力：横梁与柱在连接处传递的弯矩；横梁与柱在连接处传递的弯矩；最远一排螺栓至承压点的距离；最远一排螺栓至承压点的距离；螺栓列数；螺栓列数；任意一排螺栓至承压点的距离；任意一排螺栓至承压点的距离；一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。.分析研究表明，外伸式连接转动刚度可以满足分析研究表明，外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩作用下，刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩作用下，可假定转动中心位于下翼缘中心线上。上翼缘两侧可假定转动中心位于下翼缘中心线上。上翼缘两侧对称设置对称设置4 4个螺栓时，每个螺栓承受下面公式表达个螺栓时，每个螺栓承受下面公式表达的拉力，并依此确定螺栓直径：的拉力，并依此确定螺栓直径：当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时，可以在翼缘内侧增设螺栓力要求时，可以在翼缘内侧增设螺栓。.螺栓排列应符合构造要求，下图的螺栓排列应符合构造要求，下图的 ，应满应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm35mm，螺栓端距不应小于，螺栓端距不应小于2 2倍螺栓孔径，两排螺栓倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为之间的最小距离为3 3倍螺栓直径，最大距离不应超倍螺栓直径，最大距离不应超过过400mm400mm。.端板的厚度端板的厚度t t可根据支承条件按下列公式计算，但可根据支承条件按下列公式计算，但不应小于不应小于16mm16mm，和梁端板相连的柱翼缘部分应与，和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度。端板等厚度。(a)(a)伸臂类端板伸臂类端板 (b)(b)无加劲肋类端板无加劲肋类端板.(c)(c)两边支承类端板两边支承类端板当端板外伸时当端板外伸时当端板平齐时当端板平齐时(d)(d)三边支承类端板三边支承类端板.在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应按下列公在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力：式验算剪应力：.刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：n当当 时，时，n当当 时，时，.节点构造设计节点构造设计 节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋形式中又有梯形加腋与曲线加腋之分，一般采用形式中又有梯形加腋与曲线加腋之分，一般采用梯形加腋梯形加腋并在加腋部分的两端设置并在加腋部分的两端设置加劲肋加劲肋及及侧向侧向支撑支撑，以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压，以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求，并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋求，并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋节点图。节点图。.横梁屋脊拼装节点图横梁屋脊拼装节点图.柱脚设计柱脚设计根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类，当吊车起重量类，当吊车起重量5 5吨时应考虑设置刚性柱吨时应考虑设置刚性柱脚。脚。本工程实例：吊车吨位本工程实例：吊车吨位2020吨，柱脚形式为刚接吨，柱脚形式为刚接柱脚，主要用来传递吊车荷载、风荷载和结构柱脚，主要用来传递吊车荷载、风荷载和结构自重。自重。.柱脚形式柱脚形式平板式铰接柱脚平板式铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚一般情况一般情况当有桥式当有桥式吊车或刚吊车或刚架侧向刚架侧向刚度过弱时度过弱时.平板式平板式铰接柱脚铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚.柱脚的计算柱脚的计算一、底板的计算一、底板的计算1 1、底板的平面尺寸、底板的平面尺寸底板面积：底板面积：式中式中 柱轴心压力设计值；柱轴心压力设计值；基础混凝土轴心抗压强度设计值；基础混凝土轴心抗压强度设计值；锚栓孔面积。锚栓孔面积。.按构造要求确定底板宽度：按构造要求确定底板宽度：式中式中 柱截面宽度或高度；柱截面宽度或高度；靴梁厚度；靴梁厚度；底板悬臂长度。底板悬臂长度。再根据底板面积确定底板长度。再根据底板面积确定底板长度。.2 2、底板的厚度、底板的厚度底板的厚度决定于板的抗弯强度。底板的厚度决定于板的抗弯强度。式中：式中：为底板承受的最大弯矩值为底板承受的最大弯矩值。.柱脚锚栓应采用柱脚锚栓应采用Q235Q235或或Q345Q345钢材制作。锚栓的锚固钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)(GB 50007-2002)的规定，锚栓端部按规定设置的规定，锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。弯钩或锚板。计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载(或或雪荷载雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数荷载的分项系数1.01.0。锚栓直径不宜小于。锚栓直径不宜小于24mm24mm，且，且应采用双螺帽以防松动。应采用双螺帽以防松动。柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力(摩擦摩擦系数可取系数可取0.4)0.4)或设置抗剪键承受。或设置抗剪键承受。.靴梁的构造与计算靴梁的构造与计算(1)(1)靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。(2)(2)靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同。靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同。(3)(3)靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴 压力压力N N计算。计算。(4)(4)靴梁的抗弯和抗剪强度验算，按双悬臂简支靴梁的抗弯和抗剪强度验算，按双悬臂简支梁计算。梁计算。.柱脚构造详图柱脚构造详图铰接柱脚铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚.加劲板加劲板加劲板加劲板地脚螺栓地脚螺栓.浇入素混凝土浇入素混凝土保护地脚锚栓保护地脚锚栓.牛牛 腿腿 当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿与柱焊接连接，其构造见下图。牛腿根部所受剪与柱焊接连接，其构造见下图。牛腿根部所受剪力力V V、弯矩、弯矩M M根据下式确定：根据下式确定：.牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据根据V V和和m m确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度h h不宜小于日不宜小于日2 2。在吊车梁下对应位置应设置支承。在吊车梁下对应位置应设置支承加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔。高强加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔。高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M16-24M16-24螺螺栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊缝均采用焊栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊缝均采用焊透的对接焊缝。牛腿腹板与柱的连接采用角焊缝，透的对接焊缝。牛腿腹板与柱的连接采用角焊缝，焊脚尺寸由剪力焊脚尺寸由剪力V V确定。确定。.摇摆柱与斜梁的