yd-門式剛架輕型鋼結構

1、2011.9輕型門式剛架結構主要內(nèi)容n概述（特點、形式、維護材料等）n結構布置n計算模型與荷載效應n剛架內(nèi)力與側(cè)移計算n剛架主構件設計n次構件設計n主要節(jié)點設計1.概述 體系構成及適用范圍q主要承重骨架：門式剛架-平面q縱向支撐體系：屋面水平支撐、柱間支撐q檁條和墻梁：增加整體性q維護結構 ： 輕型屋面板/輕型墻面板1.概述 體系構成及適用范圍n各類工業(yè)廠房n倉儲車間n小型體育場館、會議廳n超市1.概述 門式剛架結構的特點n質(zhì)量輕，用鋼量省；n結構布置靈活，不受模數(shù)限制；n工業(yè)化程度高，施工周期短；n綜合經(jīng)濟效益好。優(yōu)點1.概述 門式鋼架結構的特點q結構整體剛度?。?整體工作前應防止構件變形；

2、q桿件壁薄，銹蝕及局部變形影響大；q制作、運輸及安裝要求高。缺點1.概述 結構形式跨數(shù)/單坡或雙坡（a）單跨剛架 （b）雙跨剛架 （c）多跨剛架（d）帶挑檐剛架 （e）帶毗屋剛架 （f）單坡剛架 結構體系剛架主構件形式構件截面：變截面焊接H形鋼截面（腹板）高度：楔形；腹板厚度/翼緣寬度/翼緣厚度；等截面焊接H形鋼或軋制H形鋼塑性設計設有橋式吊車時柱截面1.概述 結構體系構件劃分及連接構件單元劃分鋼柱一般為單獨單元；斜梁可劃分為多個單元：根據(jù)運輸條件構件單元連接構件單元內(nèi)焊接連接；構件單元間高強螺栓/端板連接；1.概述 結構體系柱腳約束形式剛架柱鉸接柱腳剛接柱腳設有5t以上橋式吊車時1.概述搖擺

3、柱與橫梁、基礎均鉸接 結構體系屋面墻面系統(tǒng)檁條/墻梁設置于斜梁、鋼柱外側(cè)；雙向受彎構件；冷彎薄壁型鋼，C或Z/C；跨度較大時，可使用輕型桁架；檁條設置應考慮天窗、采光帶、屋面材料等；墻梁設置應考慮門窗、挑檐、雨蓬等；1.概述 結構體系維護材料屋面和墻面設計彩色鍍鋅或鍍鋁鋅壓型鋼板，t=0.4mm；夾心壓型復合鋼板；開孔洞后應適當加強；1.概述屋面材料考慮坡度因素外墻面考慮抗震設防烈度 結構體系支撐系統(tǒng)柱間支撐：n柔性支撐：20圓鋼/交叉支撐/張緊裝置n剛性支撐：角鋼等，設有橋式吊車時3060度/約45度；剛架較高時，分層設置n其它形式的支撐或縱向剛架；1.概述 結構體系支撐系統(tǒng)屋面水平支撐：柔

4、性支撐：20圓鋼/交叉支撐/張緊裝置3060度/約45度剛性系桿：柱頂及剛架轉(zhuǎn)折處可由檁條/墻梁兼作1.概述 結構體系門式剛架建筑尺寸1.概述跨度：橫向剛架柱軸線間的距離；高度：地坪至柱軸線與橫梁軸線交點的高度，根據(jù)使用要 求的室內(nèi)凈高確定。無吊車時，高度一般為4.59m；有吊車時應根據(jù)軌頂標高和吊車凈空要求確定，一般為912m。柱距：宜為6m，通常介于4.59m之間。 結構體系門式剛架建筑尺寸1.概述檐口高度：地坪至房屋外側(cè)檁條上緣的高度；最大高度：地坪至房屋頂部檁條上緣的高度；房屋寬度：房屋側(cè)墻墻梁外皮之間的距離；房屋長度：房屋兩端山墻墻梁外皮之間的距離；屋面坡度：宜取1/81/20，在雨

5、水較多地區(qū)可取較大值。 結構體系其它構件托架抗風柱吊車梁1.概述 溫度縫溫度區(qū)段長度 縱向300米，橫向150米2.結構布置溫度縫構造 檁條(吊車梁等)連接螺栓用長圓孔 設置雙柱 支撐布置n每個溫度區(qū)段應設置獨立、穩(wěn)定支撐系統(tǒng)；n屋面水平支撐及柱間支撐位于同一柱間；n支撐間距3045米；n 分期建設區(qū)段。2.結構布置 支撐布置n隅撐 保證剛架橫梁下翼緣、剛架柱內(nèi)翼緣的面外穩(wěn)定，按軸壓構件設計2.結構布置 隅撐2.結構布置 隅撐2.結構布置3.計算模型與荷載效應 計算模型q受力最大的單榀剛架-平面計算q梁柱軸線的定義 荷載及荷載組合q永久荷載：n結構自重；屋面；吊掛荷載等 q屋面活荷：n標準值

6、0.5kN/m2; (不上人屋面，0.3 kN/m2); q施工或檢修集中荷載：n設計屋面板和檁條時，1.0 kN 3.計算模型與荷載效應 荷載及荷載組合q雪荷載n設置女兒墻時，應考慮女兒墻內(nèi)側(cè)積雪q積灰荷載n與屋面活荷、雪荷載較大者同時考慮 q吊車荷載3.計算模型與荷載效應 荷載及荷載組合q風荷載：標準值0kszww n基本風壓：1.05；n高度系數(shù)，體形系數(shù)；q地震作用n底部剪力法；阻尼比0.05；n一般7度及以下，可不考慮地震作用3.計算模型與荷載效應 荷載及荷載組合q目前兩種風荷載體型系數(shù)共存建筑結構荷載規(guī)范 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程風荷載體型系數(shù)3.計算模型與荷載效應 荷載及荷

7、載組合全國民用建筑工程設計技術措施2003(結構)第1816條規(guī)定：跨高比Lh小于等于4的門式剛架應按“規(guī)范”(GB 500092001)計算風荷載標準值及體型系數(shù)，跨高比大于4時宜按“規(guī)程”(CECS 102：2002)取用。關于風荷載體型系數(shù)3.計算模型與荷載效應 荷載及荷載組合q非地震組合： 1.2x永久荷載 + 0.9x1.4x（積灰荷載+max雪荷載，屋面活荷）+ 0.9x1.4x（吊車荷載+風荷載） 1.0 x永久荷載 + 1.4x風荷載q地震組合： 1.2x重力荷載代表值 + 1.3x水平地震作用3.計算模型與荷載效應4.剛架內(nèi)力與側(cè)移計算 門式剛架內(nèi)力分析分析方法變截面門式剛架

8、可能幾個截面同時出現(xiàn)塑性鉸彈性分析方法等截面門式剛架彈性或 門式剛架內(nèi)力分析分析模型按平面結構進行內(nèi)力分析主剛架平面模型按空間結構進行內(nèi)力分析主剛架+支撐系統(tǒng)+屋、墻面體系（）空間整體模型4.剛架內(nèi)力與側(cè)移計算 門式剛架內(nèi)力分析地震作用 一般采用基底剪力法，對無吊車且高度不大的剛架可采用單質(zhì)點簡圖；當有吊車荷載時，可采用2質(zhì)點簡圖。4.剛架內(nèi)力與側(cè)移計算（a）單質(zhì)點 （b）兩質(zhì)點 門式剛架內(nèi)力分析控制截面/控制內(nèi)力柱頂/柱底/梁端/梁跨中/牛腿控制內(nèi)力組合：Nmax+M+VMmax+N+VNmin+M+V（錨栓抗拔）4.剛架內(nèi)力與側(cè)移計算 門式剛架側(cè)移分析側(cè)移按彈性分析方法計算精確計算方法有限

9、元法/矩陣位移法/直接剛度法近似計算方法-初選截面時增大側(cè)向剛度、減小側(cè)移的措施增大梁柱截面/剛接柱腳/梁柱剛接4.剛架內(nèi)力與側(cè)移計算5.門式剛架構件設計 設計方法、設計過程彈性設計方法設計過程計算模型-梁、柱計算長度作用效應計算內(nèi)力組合截面初選截面驗算5.門式剛架構件設計 剛架梁、柱計算長度q橫梁平面內(nèi)計算長度n坡度1:5,軸力很小n坡度1:5，考慮N影響，則RCCRRcCRNINIll梁面內(nèi)計算長度系數(shù)柱面內(nèi)計算長度系數(shù)柱軸向長度、梁換算長度5.門式剛架構件設計q平面外按壓彎構件計算穩(wěn)定n計算長度L：受壓翼緣最大側(cè)向支撐點間距n隅撐 LL0時，可不計算斜梁穩(wěn)定性 剛架梁、柱計算長度0162

10、35/yLBf所撐梁受壓翼緣寬度5.門式剛架構件設計 剛架梁、柱計算長度q柱平面內(nèi)計算長度n橫梁水平，n橫梁折線型+等截面柱，則 柱腳鉸接 柱腳剛接HH0KC45. 025 . 1)07. 01 . 0(1KIICRCRRCHIlIK 10/1210/1iSiLlR柱、梁線剛度比5.門式剛架構件設計 剛架梁、柱計算長度q柱平面內(nèi)計算長度n截面高度呈線性變化的柱楔形柱HHC0C可按以下三種方法確定查表法，一階分析法，二階分析法借助程序5.門式剛架構件設計剛架梁、柱計算長度-楔形柱5.門式剛架構件設計 截面初選q實腹式門式剛架 梁截面高度：(1/30-1/45)l 柱截面高度：(1/12-1/28

11、)H或與梁截面等高q格構式門式鋼架 梁截面高度： (1/15-1/25)l 柱截面高度與梁截面高度相協(xié)調(diào)5.門式剛架構件設計 截面驗算q剛架橫梁（水平或折線）n有效截面計算n強度驗算n整體穩(wěn)定驗算n局部穩(wěn)定驗算n剛度驗算 剛架橫梁截面驗算5.門式剛架構件設計q腹板屈曲后，按有效寬度計算截面特性n腹板受拉區(qū)全部有效n腹板受壓區(qū)有效寬度ewhh 有效寬度系數(shù)； 有效截面計算cehh或5.門式剛架構件設計有效高度的分布5.門式剛架構件設計q有效寬度系數(shù)0.81.21 0.9(0.8) 0.81 1.20.640.24(1.2) 有效截面計算5.門式剛架構件設計q反應腹板受壓時穩(wěn)定性的參數(shù)/28.12

12、35/wwyhtkf 有效截面計算5.門式剛架構件設計q板件在正應力下屈曲系數(shù)2216(1)0.112(1)(1)k其中21/ 有效截面計算5.門式剛架構件設計q有效寬度的分布12102/(5)eeeeehhhhh 1200.40.6eeeehhhh 有效截面計算全部受壓部分受壓5.門式剛架構件設計q抗剪強度&板件失穩(wěn)q腹板抗剪承載力dw wvVh t fhw - 腹板平均高度；hw 35mm ） 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓bvvbvfdnN42bcbctfdN抗剪承載力設計值承壓承載力設計值btebtfdN42抗拉承載力設計值單

13、個螺栓（承壓型高強螺栓）：6.門式剛架節(jié)點設計q高強螺栓群設計：M/V/N（螺栓群受力）q計算方法：端板塑性分析/端板彈塑性分析/端板剛性分析q上下翼緣兩側(cè)各布置兩對螺栓時，每個螺栓所受拉力可簡化計算為： 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓11/(4 )MtNMh上下翼緣中距6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓221111VMNvttbbvtNNNNN1/1.2VbvcNN同時受剪、受拉的螺栓應滿足相關公式為避免螺栓孔壁承壓破壞，螺栓所受剪力還應滿足6.門式剛架節(jié)點設計q端板大小n梁柱截面n高強螺栓布置q端板厚度 n按端板塑性分析方法確定n厚度不宜小于16mm 高強螺栓-端板節(jié)點設

14、計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計q端板塑性分析方法n以螺栓拉力作用下端板屈服為極限狀態(tài)；n根據(jù)平衡原理進行計算；n端板的屈服線分布由端板支承條件及螺栓布置確定；q端板厚度應根據(jù)各區(qū)域支承條件計算 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計端板屈服線6.門式剛架節(jié)點設計q端板厚度計算公式n懸臂類端板 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計n無加勁肋類端板6.門式剛架節(jié)點設計q端板厚度計算公式n兩邊支承類端板，端板外伸時 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計n兩邊支承類端板，端板平齊時6.門式剛架節(jié)點設計q端板厚度計算公式n三邊支承類端板， 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓-端

15、板節(jié)點設計q梁柱剛接節(jié)點域腹板抗剪驗算端板設計vf bc cMd d t q不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋hbhc6.門式剛架節(jié)點設計q鉸接柱腳n無吊車，楔形邊柱n搖擺柱，等截面柱q剛接柱腳n有吊車，等截面柱 柱腳節(jié)點鉸接柱腳剛接柱腳6.門式剛架節(jié)點設計q柱腳底板n大小（A*B）：混凝土抗壓；n厚度（t）：底板受彎；q肋板q連接焊縫 柱腳節(jié)點6.門式剛架節(jié)點設計q錨栓設計n材料：Q235/Q345;n直徑不小于24mm，雙螺帽；n錨固長度：設置彎鉤/錨板；n應考慮柱間支撐傳至柱腳的拉力；n單個錨栓的抗拉承載力： 柱腳節(jié)點btebtfdN426.門式剛架節(jié)點設計q抗剪鍵設計n錨栓不抗剪;

16、n剪力由摩擦力和抗剪鍵承擔; 柱腳節(jié)點6.門式剛架節(jié)點設計 搖擺柱與斜梁連接節(jié)點7.其它構件及節(jié)點設計 檁條 墻梁 柱間支撐 屋面水平支撐 抗風柱隅撐7.其它構件及節(jié)點設計q檁條間距n根據(jù)屋面板跨度確定，1.5m左右q檁條截面形式n一般采用實腹式構件，C形和Z形冷彎薄壁型鋼；n跨度大于9m時，可采用格構式構件； 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q拉條/撐桿設置n跨度4m，宜在跨中設置一道拉條/撐桿； n跨度6m，應在三分點各設置一道拉條/撐桿； n每道拉條/撐桿應通過斜拉條與剛性檁條連接；n拉條由圓鋼制作，直徑=10mm；n撐桿采用鋼管/鋼，按壓桿剛度選擇截面；n拉條/撐桿盡量設在距檁條受

17、壓翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)； 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條為雙向受彎構件n檁條可以設計為簡支梁或連續(xù)梁n檁條設計應考慮的荷載及荷載組合：q1.2*永久+1.4*max（屋面活荷，雪荷）q1.2*永久+1.4*施工檢修集中荷載q1.0*永久+1.4*風荷載（吸力） 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條內(nèi)力計算qMx,Vx:簡支梁（對接）/連續(xù)梁（搭接）qMy,Vy:拉條為側(cè)向支撐點，按簡支梁/連續(xù)梁n不考慮荷載不均勻分布 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條截面驗算屋面板能阻止檁條的失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時，僅需進行強度驗算 檁條及節(jié)點設計yxenxe

18、nyMMfWWq截面特性均按有效凈截面計算按冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范（GB50018-2002）計算7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條截面驗算屋面板不能阻止檁條的失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時，應進行整體穩(wěn)定性驗算 檁條及節(jié)點設計q截面特性均按有效凈截面計算yxbxexeyMMfWW7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條截面驗算整體穩(wěn)定系數(shù)按GB50018的規(guī)定計算 檁條及節(jié)點設計2124320235()()bxyyxAhfW 22/aeh 20240.156()tyyIIlIhh I 7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條截面驗算 風吸力使檁條下翼緣受壓時，因根據(jù)屋面能否阻止上翼緣失穩(wěn)按規(guī)程附錄E驗算檁條

19、穩(wěn)定性。 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q檁條設計n檁條變形驗算：驗算垂直于屋面方向的撓度 檁條及節(jié)點設計41cos5 384kxqlvvEI檁條允許撓度: l/150; l/240; l/360僅支撐壓型鋼板；有吊頂；吊頂+抹灰7.其它構件及節(jié)點設計q檁條節(jié)點構造：對接節(jié)點 檁條及節(jié)點設計（也可用角鋼，見教材）7.其它構件及節(jié)點設計q檁條節(jié)點構造：搭接節(jié)點 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q墻梁間距n根據(jù)墻面板跨度確定，1.5m左右q墻梁截面形式n一般采用C形冷彎薄壁型鋼q墻梁布置應考慮門窗設置的要求q可以設置拉條減小墻梁豎向撓度 墻梁及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q墻梁設計n墻

20、梁為雙向受彎構件q水平風荷載+豎向永久荷載n墻面板一般直接落地與基礎或防撞墻相連，此時豎向荷載僅為墻梁自重。n墻梁設計及節(jié)點構造參見檁條相關內(nèi)容 墻梁及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計q柔性柱間支撐n20圓鋼/交叉支撐/張緊裝置q剛性柱間支撐n型鋼，設有橋式吊車時采用q角度3060度/約45度；剛架較高時，可分層設置或采用其它形式的支撐或縱向剛架； 柱間支撐設計7.其它構件及節(jié)點設計q柱間支撐的內(nèi)力計算n縱向荷載：風/吊車/地震n計算模型：支承于柱腳基礎的懸臂桁架n縱向荷載由多道柱間支撐共同分擔q柱間支撐的截面驗算n交叉支撐按拉桿設計n非交叉支撐按壓桿設計 柱間支撐設計7.其它構件及節(jié)點設計q屋

21、面水平支撐一般為柔性支撐：n20圓鋼/交叉支撐/張緊裝置；n角度3060度/約45度 屋面水平支撐設計7.其它構件及節(jié)點設計q屋面水平支撐的內(nèi)力計算n縱向荷載：風/地震n計算模型：支承于柱頂?shù)乃借旒躰縱向荷載由多道屋面水平支撐共同分擔q屋面水平支撐的截面驗算n交叉支撐按拉桿設計 屋面水平支撐設計7.其它構件及節(jié)點設計q抗風柱一般采用等截面H形鋼構件q抗風柱承受的荷載：n豎向永久荷載：自重+山墻的墻板重（山墻落地則無）n水平荷載：山墻風荷載q抗風柱柱腳：鉸接柱腳q抗風柱與剛架連接：一般為柔性連接n只傳遞水平力，不傳遞豎向力 抗風柱設計橫梁7.其它構件及節(jié)點設計q抗風柱內(nèi)力計算：n兩端簡支；q抗

22、風柱截面設計：n壓彎構件/受彎構件 抗風柱設計7.其它構件及節(jié)點設計q隅撐的作用：n為斜梁的受壓下翼緣提供側(cè)向支承q隅撐通常采用單角鋼截面構件q隅撐的間距 隅撐設計23516yLBf7.其它構件及節(jié)點設計q隅撐內(nèi)力： 隅撐設計/60cosM hN *成對布置時，每根隅撐為計算值的一半q隅撐截面驗算：n按軸心受壓構件設計n單角鋼單面連接穩(wěn)定性驗算梁負彎矩隅撐與檁條軸線的夾角梁截面高度8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝8.制作與安裝9.事故分析 前言 2005年12月,煙臺、威海等地連日多雪,據(jù)調(diào)查,由于雪荷載作用而發(fā)生

23、屋蓋大變形、個別構件破壞、結構局部倒塌的輕鋼工程達到100余棟,發(fā)生整體倒塌的也有20余棟,而其他類型的建筑則沒有一例發(fā)生損壞或倒塌。9.事故分析 實例 某廠房為30 m跨雙跨輕鋼門式剛架廠房,柱距9 m,總建筑面積約5400 m2。 2005年12月21日, 該廠房發(fā)生突然整體倒塌， 發(fā)生倒塌時屋面雪厚約800 mm (折算降水量, 相當于約0.4kN /m2 的屋面均布活荷載)。9.事故分析 實例整體倒塌、C型鋼檁條、門式剛架梁、剛架柱等典型破壞情況見圖19.事故分析 破壞特征n幾乎所有的檁條都發(fā)生了側(cè)向失穩(wěn)破壞,見圖1；n由于平面外屈曲,部分檁條的截面形狀發(fā)生顯著改變,見圖2； n據(jù)廠方介紹,在該廠房倒塌的前兩天,已發(fā)現(xiàn)部分檁條有較大的彎曲變形,并有明顯的側(cè)向變形現(xiàn)象；n破壞調(diào)查中,還發(fā)現(xiàn)部分檁條與主剛架梁的連接螺栓破壞或檁條螺栓孔端部撕裂破壞。9.事故分析 破壞特征n剛架梁平面外失穩(wěn)。 在廠房整體倒塌前大部分門式剛架梁都發(fā)生了平面外的失穩(wěn)破壞,見圖3。9.事故分析 破壞特征n由于較大側(cè)向變形導致節(jié)點的變形和剛架柱較大的側(cè)向變形,見圖4。9.事故分析 破壞特征n剛架柱破壞。n大部分中間剛架柱發(fā)生較大的側(cè)向和扭曲變形；n邊跨的剛架柱向中間對稱倒塌,沒有發(fā)生側(cè)移失穩(wěn),中間的廠房柱有較大變形和破壞,但沒有完全倒塌,見圖5；n調(diào)查中沒有發(fā)現(xiàn)在較大的扭曲