鋼結(jié)構(gòu)安裝講義1-3

1.3.1荷載及荷載組合1.3.2剛架的內(nèi)力和側(cè)移計算1.3.3剛架柱和梁的設計

1.3剛架設計永久荷載：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、風荷載。1.3.1荷載及荷載組合上述各項數(shù)值的確定均應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009的規(guī)定采用。荷載組合原則：屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，應取兩者中的較大值；積灰荷載應與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時考慮；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考慮；多臺吊車的組合應符合《荷載規(guī)范》的規(guī)定；當需要考慮地震作用時，風荷載不與地震作用同時考慮。在進行剛架內(nèi)力分析時，荷載效應組合主要有：組合（1）：

1.2×永久荷載+0.9×1.4×[積灰荷載+max{屋面均布活荷載、雪荷載}]+0.9×1.4×(風荷載+吊車豎向及水平荷載)組合（2）：

1.0×永久荷載+1.4×風荷載組合(1)－用于截面強度和構(gòu)件穩(wěn)定性計算，組合(2)－用于錨栓抗拉計算。內(nèi)力計算原則：

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?？刂平孛娴膬?nèi)力組合主要有：最大軸壓力Nmax和同時出現(xiàn)的M及V

的較大值。最大彎矩Mmax和同時出現(xiàn)的V及N

的較大值。最大彎矩Mmax和同時出現(xiàn)的V及N

的較大值。最小軸壓力Nmin和相應的M及V，出現(xiàn)在永久荷載和風荷載共同作用下，當柱腳鉸接時M=0。1.3.2剛架內(nèi)力和側(cè)移計算側(cè)移計算原則：

變截面門式剛架柱頂側(cè)移應采用彈性分析方法確定。計算時荷載取標準值，不考慮荷載分項系數(shù)。如果最后驗算時剛架的側(cè)移不滿足要求，即需要采用下列措施之一進行調(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剛架柱和梁的設計腹板屈曲后強度利用：

在進行剛架梁、柱截面設計時，為了節(jié)省鋼材，允許腹板發(fā)生局部構(gòu)件的屈曲，并利用其屈曲后強度。腹板的有效寬度：

當工字形截面梁、柱構(gòu)件的腹板受彎及受壓板幅利用屈曲后強度時，應按有效寬度計算其截面幾何特性。有效寬度取值：當腹板全部受壓時：當腹板部分受拉時，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；ρ：有效寬度系數(shù)；hc:腹板受壓區(qū)高度。剛架梁、柱構(gòu)件的強度計算剛架內(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算簡圖在水平左風荷載作用下，剛架彎矩圖如下：荷載計算簡圖

剛架彎矩圖輕型鋼結(jié)構(gòu)是以構(gòu)件邊緣最大壓應力達到鋼材屈服點作為臨界狀態(tài)，沒有考慮塑性發(fā)展的影響，所以門式剛架一般按彈性理論設計?？紤]各種荷載組合內(nèi)力分析結(jié)果，取出最大內(nèi)力值控制設計，對初選截面梁柱按壓彎構(gòu)件進行驗算。正應力驗算：剪應力驗算：

式中：—構(gòu)件有效凈截面面積；、—對主軸x和y的有效凈截面抵抗矩；、—對主軸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共同作用下的強度應符合下列要求：

當時當時當截面為雙軸對稱時工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V、彎矩M和軸力N共同作用下的強度應符合下列要求：

當時當時當截面為雙軸對稱時

梁腹板加勁肋的配置:

梁腹板應在中柱連接處、較大固定集中荷載作用處和翼緣轉(zhuǎn)折處設置橫向加勁肋。其他部位是否設置中間加勁肋，根據(jù)計算需要確定。但《規(guī)程》規(guī)定,當利用腹板屈曲后抗剪強度時，橫向加勁肋間距a宜取hw～2hw。

當梁腹板在剪應力作用下發(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，還要承受拉力場產(chǎn)生的壓力。拉力場

加勁肋穩(wěn)定性驗算按《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定進行，計算長度取腹板高度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)件進行計算。變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定計算:

變截面柱在剛架平面內(nèi)的整體穩(wěn)定按下列公式計算：公式見教材P72-73式(2-24)和式(2-25)對于變截面柱，變化截面高度的目的是為了適應彎矩的變化，合理的截面變化方式應使兩端截面的最大應力纖維同時達到限值。但是實際上往往是大頭截面用足，其應力大于小頭截面，故公式左端第二項的彎矩M1，和有效截面模量We1應以大頭為準。公式第一項源自等截面的穩(wěn)定計算。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，故第一項按小頭運算比按大頭運算安全。

變截面柱在剛架平面內(nèi)的計算長度

截面高度呈線形變化的柱，在剛架平面內(nèi)的計算長度應取為，式中為柱的幾何高度，為計算長度系數(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，并且適合上機計算)二階分析法（要求有二階分析的計算程序）查表法柱腳鉸接單跨剛架楔形柱的可由教材P73表2-3查得。柱的線剛度K1和梁的線剛度K2分別按下列公式計算：

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；—半跨斜梁長度；—斜梁換算長度系數(shù)，查《門鋼規(guī)程》CECS附錄D,當梁為等截面時=1。柱腳鉸接楔形柱的計算長度系數(shù)(教材P73表2-3)多跨剛架的中間柱為搖擺柱時，邊柱的計算長度應取為

式中——放大系數(shù)；——計算長度系數(shù)，由表2-3查得，但前述公式中的取與邊柱相連的一跨橫梁的坡面長度，如教材P74圖2-11所示；——搖擺柱承受的荷載；——邊柱承受的荷載；——搖擺柱高度；——剛架邊柱高度。教材P74式(2-28)教材P74式(2-29)

計算邊柱時的斜梁長度

搖擺柱的計算長度系數(shù)取1.0。上述計算適用于屋面坡度小于1：5的情況。對于屋面坡度大于1：5的情況，在確定剛架柱的計算長度時應考慮橫梁軸向力對柱剛度的不利影響。此時應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算長度。一階分析法二階分析法見教科書P7475變截面柱在剛架平面外的整體穩(wěn)定計算

應視平面外側(cè)向支撐的設置分段按下列公式計算：

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)定計算公式之處有兩點：截面幾何特性按有效截面計算；考慮楔形柱的受力特點，軸力取小頭截面，彎矩取大頭截面。斜梁和隅撐的設計斜梁的設計

當斜梁坡度不超過1：5時，因軸力很小可按壓彎構(gòu)件計算其強度和剛架平面外的穩(wěn)定，不計算平面內(nèi)的穩(wěn)定。實腹式剛架斜梁的平面外計算長度，取側(cè)向支承點的間距。當斜梁兩翼緣側(cè)向支承點間的距離不等時，應取最大受壓翼緣側(cè)向支承點間的距離。斜梁不需要計算整體穩(wěn)定性的側(cè)向支承點間最大長度，可取斜梁下翼緣寬度的倍。當斜梁上翼緣承受集中荷載處不設橫向加勁肋時，除應按規(guī)范規(guī)定驗算腹板上邊緣正應力、剪應力和局部壓應力共同作用時的折算應力外，尚應滿足下列公式的要求：隅撐設計

當實腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時，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。隅撐間距不應大于所撐梁受壓翼緣寬度的倍。隅撐應根據(jù)規(guī)范規(guī)定按軸心受壓構(gòu)件的支撐來設計。隅撐截面選用單根等邊角鋼，軸向壓力按下式計算：當隅撐成對布置時，每根隅撐的計算軸壓力可取上式計算值的一半。需要注意的是，單面連接的單角鋼壓桿在計算其穩(wěn)定性時，不用換算長細比，而是對f值乘以相應的折減系數(shù)。剛架橫梁剛度和柱頂水平位移驗算橫梁容許撓度：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)點設計剛架橫梁與柱拼裝節(jié)點剛架橫梁屋脊拼裝節(jié)點柱腳設計斜梁與柱的連接及斜梁拼接

一般采用高強螺栓－端板連接，按剛接節(jié)點設計，其形式：

端板豎放端板斜放端板平放h1Me（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螺栓計算驗算最不利螺栓的拉力：

—橫梁與柱在連接處傳遞的彎矩；—最遠一排螺栓至承壓點的距離；—螺栓列數(shù)；—任意一排螺栓至承壓點的距離；—一個螺栓所能承受的抗拉容許承載力。

分析研究表明，外伸式連接轉(zhuǎn)動剛度可以滿足剛性節(jié)點的要求。外伸式連接在節(jié)點負彎矩作用下，可假定轉(zhuǎn)動中心位于下翼緣中心線上。上翼緣兩側(cè)對稱設置4個螺栓時，每個螺栓承受下面公式表達的拉力，并依此確定螺栓直徑：

當受拉翼緣兩側(cè)各設一排螺栓不能滿足承載力要求時，可以在翼緣內(nèi)側(cè)增設螺栓。

h1Me螺栓排列應符合構(gòu)造要求，下圖的，應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，最大距離不應超過400mm。端板的厚度t可根據(jù)支承條件按下列公式計算，但不應小于16mm，和梁端板相連的柱翼緣部分應與端板等厚度。(a)伸臂類端板

(b)無加勁肋類端板(c)兩邊支承類端板當端板外伸時當端板平齊時(d)三邊支承類端板在門式剛架斜梁與柱相交的節(jié)點域，應按下列公式驗算剪應力：剛架構(gòu)件的翼緣與端板的連接應采用全熔透對接焊縫，腹板與端板的連接應采用角焊縫。在端板設置螺栓處，應按下列公式驗算構(gòu)件腹板的強度：當時，當時，柱腳設計根據(jù)受力要求，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩類，當?shù)踯嚻鹬亓俊?噸時應考慮設置剛性柱腳。平板式鉸接柱腳一般情況剛接柱腳當有橋式吊車或剛架側(cè)向剛度過弱時柱腳形式平板式鉸接柱腳剛接柱腳柱腳的計算一、底板的計算1、底板的平面尺寸底板面積：式中—柱軸心壓力設計值；—基礎混凝土軸心抗壓強度設計值；—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；—底板懸臂長度。再根據(jù)底板面積確定底板長度。2、底板的厚度底板的厚度決定于板的抗彎強度。式中：為底板承受的最大彎矩值。

柱腳錨栓應采用Q235或Q345鋼材制作。錨栓的錨固長度應符合現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007--2002)的規(guī)定，錨栓端部按規(guī)定設置彎鉤或錨板。計算風荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時，應計入柱間支撐的最大豎向分力，此時，不考慮活荷載(或雪荷載)、積灰荷載和附加荷載的影響，同時永久荷載的分項系數(shù)1.0。錨栓直徑不宜小于24mm，且應采用雙螺帽以防松動。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之間的摩擦力(摩擦系數(shù)可取0.4)或設