11轻型门式刚架结构设计121007

房屋建筑钢结构设计教材房屋建筑钢结构设计同济大学沈祖炎陈以一陈扬骥编著中国建筑工业出版社出版参考书1.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）中国工程建设标准化协会标准2.门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工周学军等编著山东科技出版社3.《钢结构设计规范》GB50017——20034.《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-985.多高层民用建筑钢结构设计李国强中国建筑工业出版社6.钢结构设计与计算宋曼华机械工业出版社7.钢结构下册——房屋建筑钢结构设计陈绍蕃主编中国建筑工业出版社出版8.《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018——20029.高层钢结构设计郑延银机械工业出版社10.钢结构设计误区与释义百问百答（II）丁芸孙刘罗静编著人民交通出版社教学内容及安排:第一章轻型门式刚架结构设计第二章多层民用建筑钢结构设计第三章高层民用建筑钢结构设计第一章轻型门式刚架结构设计1.1概述门式刚架是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸小，构件可以在工厂批量生产，工地安装用高强螺栓连接，简便而迅速，施工期短；造型简洁美观，可适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和各类公共建筑。适合于单跨或多跨实腹式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1~A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构。门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖采用压型钢板，檩条采用冷弯薄壁型钢；外墙采用压型钢板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可以采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的外墙。本章按中国工程建设标准化协会2003年颁布执行的协会标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）的要求介绍。1.单层门式刚架房屋的组成一般由梁、柱、檩条、墙梁、支撑、屋盖和墙体等组成。有时还设吊车。安装中柱安装（注意缆风绳)上柱间第一根梁上第2根梁6.主结构安装完成门柱安装时2.传力路径3.特点1)质量轻承重结构用钢量10~30kg/m2；为相同条件下钢筋混凝土结构的1/20~1/30。2）工业化程度高，施工周期短。3）柱网布置灵活。4）支撑系统简洁，檩条、墙梁及隅撑可提供结构的整体性，支撑可采用柔性支撑。5）梁、柱可用变截面契形柱，腹板的设计可利用屈服后强度。6）综合经济效益高。4.应用范围1）常用跨度：1836m，柱距6m；柱高4.5~9m。2）吊车吨位：桥式吊车20t；A1~A5工作制、柱距6m的桥式吊车30t；悬挂式起重机3t。5.钢结构应用的主要规范1)碳素结构钢(GB700-2006)、低合金高强度结构钢(GB/T1591-2008)：材料性能指标；2)建筑结构荷载规范(GB50009-2001)(2006版）：活载、风载、雪载标准值、材料自重(实测统计值)；3)建筑抗震设计规范(GB50011-2001))(2008版）：地震烈度、地震作用标准值计算、抗震设计；4)钢结构设计规范(GB50017-2003)：热轧和焊接结构，材料强度、构件设计、连接设计、构造要求；5)冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)：冷弯薄壁结构，材料强度、构件设计、连接设计、构造要求；6)门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）中国工程建设标准化协会标准7)钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)：制作、安装工艺和质量控制要求；8)钢结构工程质量检验评定标准(GB50221-95)：制作和安装质量、精度指标；正常设计、正常施工、正常使用、正常维护。1)结构方案：结构体系，材料，构件布置；2)荷载计算：恒、活、风、雪、吊车、地震等；3)荷载组合：恒+活、恒+活+风、恒+活+地震等，地震和风作用的方向，吊车不同的位置；4)内力分析：截面估算，结构力学，弹性分析，变形计算；5)构件设计：验算两种极限状态，优化设计；6)构造要求：考虑制作和安装问题，考虑不可计算因素；7)施工详图：保证制作和安装需求。6.钢结构设计的基本过程1.2结构的形式和布置一、结构形式1）主要有：单跨、双跨、多跨以及带挑檐和带毗屋的。(d)带挑檐刚架(e)带毗屋刚架(f)单坡刚架(b)双跨刚架(c)多跨刚架(a)单跨刚架2）多跨刚架中间柱与刚架斜梁的连接，可采用铰接（俗称摇摆柱），承受竖向荷载。3）多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖4）柱脚为铰接时，为节约用材，适应弯矩变化的，可采用渐变截面的楔形截面。柱脚常用铰接，（当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。5）当厂房内设有桥式吊车时，应选用柱脚刚接的刚架，且刚架柱宜采用不变截面柱或阶形柱。二、结构布置1、截面形式1）横梁截面高度：一般按跨度的1/30~1/40确定。当跨度较大时，可采用变截面或在梁柱节点或弯矩较大处加腋，并按加腋段为变截面计算，加腋高度h1一般为横梁高度的0.5~1.0倍，长度为(1/5~1/6)l(l为梁跨度)。对尺寸较小的构造加腋，计算时可不考虑加腋的变截面影响。2）柱截面高度：可按与梁相同采用，设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常是改变腹板的高度，做成契形的；必要时也可以改变腹板厚度。结构构件在运输单元内一般不改变翼缘截面，必要时可改变翼缘厚度，邻接的运输单元可采用不同的翼缘截面。2、刚架的尺寸1）刚架的跨度：取横向刚架柱轴线间的距离。一般为9~36m，以3m为模数。当边柱的宽度不相等时，其外侧要对齐。2）刚架的高度：取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点之间的高度。通常根据使用要求的室内净高确定；厂房有吊车时应根据轨顶标高和吊车净高要求而定。一般为4.5~9.0m，必要时可适当加大。3）刚架的间距：柱网轴线在纵向的距离，一般为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m。间距太大时将增加檩条的用钢量。跨度较小时也可用4.5m。4）刚架柱的轴线：取通过柱下端（较小端）中心的竖向直线；工业建筑边柱的定位轴线取柱外皮。斜梁的轴线取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。5）房屋的尺寸：门式刚架轻型房屋的檐口高度，取地坪至房屋外侧檩条上线的高度；最大高度取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；宽度取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度取两端山墙墙梁外皮之间的距离。6）屋面坡度：一般取1/8~1/20，雨水较多的地区取其中的较大值。7）计算单元：梁、柱为变截面的刚架，进行内力分析时，应计入截面变化对内力的影响。若采用计算机计算，可将梁、柱划分为若干等截面单元作近似计算，单元的划分应按其两端实际惯性矩I值的比值接近0.8来划分，并取单元中央的I值作为该单元计算惯性矩。8）计算跨度：变截面梁、柱的刚架计算跨度按变截面柱小端的中心线取用，计算高度按从变截面梁中最小高度中心点与刚架坡度形成平行的线段取用。9）构件单元：门式刚架可由多个梁、柱单元构件组成，柱一般为单独单元构件，斜梁根据运输条件划分为若干个单元。单元构件本身采用焊接，单元之间可通过端板以高强度螺栓连接。3、刚架的布置门式刚架的合理间距(即柱距)应综台考虑使用要求、刚架跨度、檩条合理跨度及荷载条件等因素确定。一般在6~12m间选用。房屋的纵向温度区段长度300m，横向温度区段长度150m。当温度区段长度超过时，应进行温度应力的计算或设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的两种做法：a.在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔；b.设置双柱。c.吊车梁与柱的连接宜采用长圆孔。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙墙架，或直接采用门式刚架。刚架的屋(墙)面围护结构宜选用有檩轻板体系，如压型金属板、夹芯金属板或加筋石棉瓦等。刚架屋面的坡度可视屋面材料及排水条件的不同，在1/10~1/20间(长尺压型金属板屋面或卷材屋面)及1/4~1/6间(短尺压型金属扳或石棉瓦屋面)选用。4、支撑布置（1）支撑设置的要求1）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。2）在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。（2）支撑和刚性系杆的布置1）屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。2）柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30～45m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。3）当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。4）当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。5）在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。6）由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。（3)刚性系杆由檩条兼作时，檩条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求。当不满足时，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面的杆件。（4）支撑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30⁰～60⁰范围内，接近45⁰。（5）当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。(6)隅撑：为保证梁下翼缘和柱内翼缘的平面外稳定而设。