輕型門式剛架結構.ppt

1、輕型門式剛架結構steel structure of light-weight gabled frames,第一節(jié) 門式剛架結構的組成和特點,1.單層門式剛架結構由哪些構件組成？ 2.門式剛架結構有哪些優(yōu)點？ 3.門式剛架結構綜合經濟效益好體現在哪些方面？ 4.門式剛架結構有哪些特點？ 5.輕型門式剛架結構的適用范圍？,第一節(jié) 門式剛架結構的組成和特點,一、門式剛架結構的組成 門式剛架結構是指以輕型焊接H型鋼、軋制H型鋼或冷彎薄壁型鋼等構成的實腹式門式剛架作為主要承重骨架，以冷彎薄壁型鋼(槽形、卷邊槽形、z形等)檁條、墻梁和壓型金屬板作為維護結構，采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨酪泡沫塑料、巖棉

2、、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當設置支撐的一種輕型房屋結構體系。 體系主要由以下部分組成：門式剛架，支撐體系，檁條、墻梁，屋面板和墻面板，吊車梁系統(tǒng)等。,一、門式剛架結構的組成,一、門式剛架結構的組成,哈爾濱龍丹乳業(yè)項目,一、門式剛架結構的組成,一、門式剛架結構的組成,一、門式剛架結構的組成,雙跨廠房,一、門式剛架結構的組成,一、門式剛架結構的組成,一、門式剛架結構的組成,二、門式剛架結構的特點 與鋼筋混凝土結構、普通鋼結構相比，輕型門式剛架結構具有許多優(yōu)越性。 （1）自重輕 承重結構的用鋼量一般為1030kg/m2，自重約僅為鋼筋混凝土結構的1/201/30，普通鋼結構的1/21/3。

3、由此大大減小地震作用，降低了基礎工程的費用。 （2）工業(yè)化程度高，施工周期短。 主要構件和配件易于實現標準化、工業(yè)化，加工制作均在工廠進行，工地只需螺栓連接，工程質量易于保證，安裝不需要大型機械設備，簡便快速。,第一節(jié) 門式剛架結構的組成和特點,（3）柱網布置靈活 圍護體系采用金屬壓型鋼板，所以柱網布置不受模數限制，柱距可根據使用要求和用鋼量經濟的原則來確定。 （4）綜合經濟效益好 所用材料都是節(jié)約能源、土地和資源的持久性建筑材料。大部分材料可回收利用、再生或降解，不會造成很多垃圾。施工現場濕作業(yè)少，塵埃少，對周圍環(huán)境污染少。符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求；工程建設周期短，資金回報快，投資效益高；

4、結構截面小，增加了房屋使用面積。 除上述優(yōu)點外，門式剛架還具有如下一些結構特點。,二、門式剛架結構的特點,門式剛架體系的整體性依靠檁條、墻梁及隅撐來保證，從而減少了屋蓋支撐的數量。 支撐多用張緊的圓鋼做成，很輕便。 梁、柱多采用變截面，截面與彎矩成正比；腹板寬厚比較大(腹板厚度較薄)，在設計時利用其屈曲后強度，以節(jié)省材料。當然，由于變截面門式剛架達到極限承載力時，可能會在多個截面處形成塑性鉸而使剛架瞬間形成機動體系，因此塑性設計不再適用。,二、門式剛架結構的特點,組成構件的板件較薄，對制作、涂裝、運輸、安裝的要求高。在門式剛架結構中，焊接構件中板的最小厚度為3mm；冷彎簿壁型鋼構件中板的最小厚

5、度為l.5m，壓型鋼板的最小厚度為0.4mm。構件在外力撞擊下容易發(fā)生局部變形。同時，銹蝕對構件截面削弱帶來的后果更為嚴重。 構件的抗彎剛度、抗扭剛度比較小，結構的整體剛度也比較柔。因此，在運輸和安裝過程中要采取必要的措施，防止構件發(fā)生彎曲和扭轉變形。 結構構件可全部在工廠制作，構件單元可根據運輸條件劃分，單元之間在現場用螺栓連接。,二、門式剛架結構的特點,三、門式剛架結構的應用,在工業(yè)發(fā)達國家，輕型門式剛架房屋鋼結構歷經數十年的發(fā)展，目前已非常廣泛的應用于各種房屋結構中。隨著鋼材產量、鋼結構制作安裝技術的提高，近年來在我國得到迅速的發(fā)展。 廣泛地用于廠房、倉庫、交易市場、大型超市、展覽館、體

6、育館、活動房屋及加層等建筑中。 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程（CECS102:2002） 輕型門式剛架結構適用于起重量不大于200kN的A1A5工作級別橋式吊車或30kN懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。,第一節(jié) 門式剛架結構的組成和特點,1.何謂搖擺柱？ 2.門式剛架柱何時可采用變截面？ 3.門式剛架柱腳有哪兩種形式？適用何種情況？ 4.門式剛架的梁、柱軸線如何定義？ 5.門式剛架的跨度如何定義？通常尺寸為多少？ 6.門式剛架的高度如何定義？通常尺寸為多少？ 7.門式剛架的屋面坡度通常為多少？ 8.山墻處門式剛架結構有哪兩種處理方法。 9.門式剛架房屋的溫度區(qū)段長度為多少？ 10.伸縮縫處結構

7、如何處理？ 11.柱間支撐如何設置？ 12.屋面支撐如何設置？,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,一、結構形式,輕型門式剛架可分為單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的和帶毗屋的剛架等形式；,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,按屋面坡脊數可分為單坡單脊、雙坡單脊和多坡多脊。,一、結構形式,門式剛架的跨數是由其跨度和房屋寬度決定，一般柱高較大時，采用大跨度，用鋼量增加較快，宜采用雙跨或多跨剛架。 對多跨剛架，宜采用單坡單脊或雙坡單脊屋面，可避免多坡多脊剛架內天溝易產生滲漏及堆雪的弊端。,根據跨度、高度及荷載不同，門式剛架的梁、柱可采用變截面或等截面的實腹焊接工字形截面或軋制H形截面。設有橋式吊

8、車時，柱宜采用等截面形式。變截面形式通常改變腹板的高度，做成楔形，必要時也可改變腹板厚度。結構構件在運輸單元內一般不改變翼緣截面，必要時可改變翼緣厚度，鄰接的運輸單元可采用不同的翼緣截面，兩單元相鄰截面高度宜相等。鉸接柱腳的剛架柱宜采用漸變截面的楔形柱。剛接柱腳的剛架宜采用等截面柱或階形柱。設有橋式吊車時，柱宜采用等截面形式。,一、結構形式,多跨剛架中間柱與剛架斜梁的連接可采用鉸接，連接構造簡單，制作、安裝方便，兩端鉸接的中間柱稱為搖擺柱。搖擺柱不參與抵抗側向力，截面也比較小，全部的抗側力由邊柱和梁形成的剛架承擔。當房屋無橋式吊車，且房屋不是很高、風荷載也不是很大時，中間柱宜采用搖擺柱，由于邊

9、柱的高度相對比較小，材料能夠比較充分地發(fā)揮作用。但在設有橋式吊車的房屋中，中間柱兩端宜采用剛接，以增加剛架的側向剛度。,一、結構形式,柱腳可采用剛接或鉸接形式，前者可節(jié)約鋼材，但基礎費用有所提高，加工、安裝也較為復雜。門式剛架的柱腳通常按鉸接設計。當設有5t以上橋式吊車時，為提高廠房的抗側移剛度，柱腳宜采用剛接形式，多跨房屋的中柱與斜梁也宜采用剛接連接。 維護結構宜采用壓型鋼板和冷彎薄壁型鋼檁條組成，外墻也可采用砌體或底部砌體、上部輕質材料的形式。,一、結構形式,門式剛架可由多個梁、柱單元構件組成，柱一般為單獨的單元構件，斜梁可根據運輸條件劃分為若干個單元。單元構件本身采用焊接，單元之間可通過

10、端板以高強度螺栓連接。 門式剛架輕型房屋屋面坡度宜取1/81/20，在雨水較多的地區(qū)宜取其中的較大值。單層門式剛架輕型房屋可采用隔熱卷材做屋蓋隔熱和保溫層，也可以采用帶隔熱層的板材作屋面。,一、結構形式,二、建筑尺寸,門式剛架的跨度，應取橫向剛架柱軸線間的距離。宜為936m。當邊柱寬度不相等時，其外側應對齊。對無吊車或吊車噸位較小時，經濟跨度在18m 21m，而吊車噸位較大時，經濟跨度在24m 30m。 門式剛架的高度，應取地坪至柱軸線與斜梁軸線交點的高度，應根據使用要求的室內凈高確定，有吊車的廠房應根據軌頂標高和吊車凈空要求確定。宜為4.59.0m，必要時可適當加大，當有橋式吊車時不宜大于1

11、2m。,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,柱的軸線可取通過柱下端（較小端）中心的豎向軸線；工業(yè)建筑邊柱的定位軸線宜取柱外皮；斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。,二、建筑尺寸,房屋的檐口高度應取地坪至房屋外側檁條上緣的高度，最大高度應取地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度，寬度應取房屋側墻墻梁外皮之間的距離，長度應取兩端山墻墻梁外皮之間的距離。 門式剛架的間距，即柱網軸線在縱向的距離宜為69m。 挑檐長度可根據使用要求確定，宜為0.51.2m，其上翼緣坡度宜與橫梁坡度相同。,二、建筑尺寸,三、結構平面布置,門式剛架輕型房屋鋼結構的縱向溫度區(qū)段長度不宜大于300m，橫向溫度

12、區(qū)段長度不宜大于150m。當有計算依據時，溫度區(qū)段長度可適當加大。 當需要設置伸縮縫時，可在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔，并使該處屋面板在構造上允許脹縮，吊車梁與柱的連接宜采用長圓孔?；蛟O置雙柱。 在多跨剛架局部抽掉中柱或邊柱處，可布置托梁或托架。 山墻處可設置由斜梁、抗風柱和墻架組成的山墻墻架，或直接采用門式剛架。,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,四、檁條和墻梁布置,屋面檁條一般應等間距布置。但在屋脊處，應沿屋脊兩側各布置一道檁條，使得屋面板的外伸寬度不要太長（一般不大于200mm）；在天溝附近應布置一道檁條，以便與天溝固定。 確定檁條間距時，應綜合考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材

13、料、檁條規(guī)格等因素按計算確定。,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,四、檁條和墻梁布置,門式剛架輕型房屋鋼結構的側墻，在采用壓型鋼板作圍護面時，墻梁宜布置在剛架柱的外側，其間距由墻板板型及規(guī)格確定，且不應大于計算要求的值。 外墻除可以采用輕型鋼板墻外，在抗震設防烈度不高于6度時，還可采用砌體；當為7度、8度時，還可采用非嵌砌砌體；9度時還可采用與柱柔性連接的輕質墻板。,四、檁條和墻梁布置,五、支撐布置,在每個溫度區(qū)段或者分期建設的區(qū)段中，應分別設置能獨立構成空間穩(wěn)定結構的支撐體系。在設置柱間支撐的開間應同時設置屋蓋橫向支撐以組成幾何不變體系。 柱間支撐應在每一柱列布置，間距應根據房屋縱向柱距

14、、受力情況及安裝條件確定。當無吊車時取3045m；當有吊車時宜設在溫度區(qū)段的中部，或當溫度區(qū)段較長時宜設在三分點處，且間距不大于60m。 當房屋高度相對于柱間距較大時，柱間支撐宜分層設置。當建筑物寬度大于60m時，在內柱列宜適當增加柱間支撐。,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,當房屋中不允許設置交叉柱間支撐時，可設置其它形式的柱間支撐；當不允許設置任何柱間支撐時，應設計為縱向剛架。 設置柱間支撐的開間應同時設置屋蓋橫向支撐以組成幾何不變體系。屋蓋支撐宜設在溫度區(qū)段端部的第一個或第二個開間。當設在第二個開間時，在第一開間的相應位置宜設置剛性系桿。在剛架轉折處（如柱頂和屋脊）應沿房屋全長設置剛

15、性系桿。 在設有帶駕駛室且起重量大于15t橋式吊車的跨間，應在屋蓋邊緣設置縱向支撐。,五、支撐布置,五、支撐布置,門式剛架輕型房屋鋼結構的支撐，宜采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼組成，圓鋼與構件的夾角宜接近45o，在30o60o范圍。當設有不小于5t的橋式吊車時，柱間支撐宜采用型鋼形式。由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮， 在溫度區(qū)段端部吊車梁以下不宜設置柱間剛性支撐。 剛性系桿可由檁條兼作，此時應滿足對壓彎構件的剛度和承載力的要求。當不滿足時，可在剛架斜梁間加設鋼管、H型鋼或其它截面的桿件。,單層輕型房屋結構布置,五、支撐布置,例3-1 南京某公司擬建一長度72m、跨度18m的

16、廠房，采用門式剛架結構，柱距6m，剛架高度5.7m，屋面坡度1:10，屋面及墻面采用夾心彩鋼板，檁條間距15m。試布置廠房結構的屋蓋橫向支撐和柱間支撐。,第二節(jié) 輕型門式剛架的結構形式和布置,第三節(jié) 作用效應計算,1.輕型門式剛架風荷載體型系數取值與一般結構有何不同？ 2.輕型門式剛架屋面的活荷載為多少？ 3.輕型門式剛架風載體型系數取值時端區(qū)如何確定？ 4.門式剛架采用何種分析方法確定結構內力？,第三節(jié) 作用效應計算,一、荷載計算 應按門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程（CECS：102）的規(guī)定采用，包括以下荷載工況： 1. 永久荷載 (1)結構的自重（包括屋面、檁條、支撐、剛架、墻架等），按現

17、行國家標準建筑結構荷載規(guī)范（GB50009）采用； (2)懸掛在結構上的非結構構件的重力荷載（包括吊頂、管線、天窗、門窗等），按實際情況考慮。,2. 可變荷載 屋面活荷載，當采用壓型鋼板輕型屋面時，屋面豎向均布活荷載的標準值（按水平投影面積計算）應取0.5kN/m2 ；對受荷水平投影面積超過60m2的剛架構件，屋面均布活荷載標準值可取不小于0.3 kN/m2 。 設計屋面板和檁條時應考慮施工和檢修集中荷載（人和小工具的重力）按建筑結構荷載規(guī)范規(guī)定取用，標準值為1.0kN，并在最不利位置進行驗算；,一、荷載計算, 屋面雪荷載和積灰荷載，按建筑結構荷載規(guī)范規(guī)定采用； 風荷載，垂直于建筑物表面的風荷

18、載，可按下列公式計算：,一、荷載計算,式中：wk風荷載標準值（kNm2）； w0基本風壓，按建筑結構荷載規(guī)范的規(guī)定值乘以1.05采用； z風荷載高度變化系數，按建筑結構荷載規(guī)范的規(guī)定采用；當高度小于10m時，應按10m高度處的數值采用； s風荷載體型系數，考慮內、外風壓最大值的組合，且含陣風系數。,一、荷載計算,對于門式剛架輕型房屋，當其屋面坡度不大于10o、屋面平均高度不大于18m、房屋高寬比不大于1、檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸時，風荷載體型系數s，應按門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程計算，分別考慮剛架上的風荷載體型系數，檁條和墻梁的風荷載體型系數，屋面板和墻板的風荷載體型系數，山墻墻架

19、構件的風荷載體型系數及屋面挑檐的風荷載體型系數等。 未作規(guī)定的建筑類型和體型，風荷載體型系數陣風系數可按現行國家標準建筑結構荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定采用。,一、荷載計算,注： 表中正號(壓力)表示風力由外朝向表面，負號(吸力)表示風力自表面向外離開，下同； 屋面以上的周邊伸出部分，對1區(qū)和5區(qū)可取+1.3，對4區(qū)和6區(qū)可取1.3，這些系數包括了迎風面和背風面的影響； 當端部柱距不小于端區(qū)寬度時，端區(qū)風荷載超過中間區(qū)的部分，宜直接由端剛架承受； 單坡房屋的風荷載體型系數，可按雙坡房屋的兩個半邊處理。,剛架上的風荷載體型系數,雙坡剛架,一、荷載計算,單坡剛架,H屋頂至地面的平均高度，可近似取檐

20、口高度； z計算維護結構構件時的房屋邊緣帶寬度，取建筑最小水平尺寸的10%或0.4H中之最小值，但不得小于建筑最小水平尺寸的4%或1m；計算剛架時的房屋端區(qū)寬度取z（橫向）和2z（縱向）。,屋面與水平面的夾角； B建筑寬度；,一、荷載計算, 吊車荷載，應按建筑結構荷載規(guī)范 （GB500092001）計算； 地震作用，應按建筑結構抗震設計規(guī)范（GB500112001）計算。 計算剛架地震作用時，一般可采用底部剪力法，對無吊車且高度不大的剛架可采用單質點簡圖（如圖a），此時，可假定柱上半部及以上的各種豎向荷載質量均集中于質點m1；,一、荷載計算,(a)單質點簡圖 (b)三質點簡圖 剛架質點的質量集

21、中,當有吊車荷載時，可采用3質點簡圖（如圖b），此時m1質點集中屋蓋質量及上階柱上半區(qū)段內的豎向荷載，m2質點集中吊車橋架、吊車梁及上階柱下區(qū)段與下階柱上半段（包括墻體）的相應豎向荷載。,一、荷載計算,二、荷載效應組合 荷載效應組合應符合以下原則： 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它荷載同時考慮； 多臺吊車的組合應符合現行國家標準建筑結構荷載規(guī)范的規(guī)定； 風荷載不與地震作用同時考慮。,第三節(jié) 作用效應計算,三、內力計算,變截面門式剛架應采用彈性分析方法確定各種工況下的

22、內力，僅構件全部為等截面時才允許采用塑性分析方法按現行國家標準鋼結構設計規(guī)范的規(guī)定進行設計。但后一種情況在實際工程中已很少采用。 進行內力分析時，通常取單榀剛架按平面結構分析內力，一般不考慮應力蒙皮效應，而把它當作安全儲備。計算內力時可采用有限元法（直接剛度法）。,第三節(jié) 作用效應計算,計算時可將變截面剛架梁、柱構件劃分為若干段，每段可視為等截面，一般可按單元兩端慣性矩的比值不小于0.8來確定單元長度，單元的截面參數可取該單元的平均值；也可采用楔形單元。 當需要手算校核時，可采用一般結構力學的方法（如力法、位移法、彎矩分配法等）或利用靜力計算的公式、圖表進行。 剛架結構內力和位移的計算一般采用

23、一階彈性理論。 二階彈性理論。結構的平衡建立在結構變形后狀態(tài)和節(jié)點新的坐標位置上。,三、內力計算,一階彈性理論具有線性的可疊加特性，即：荷載效應的組合結果與荷載組合后的效應分析結果是一致的。二階彈性理論不具有線性的疊加性質 目前國內外已經開發(fā)了多套門式剛架結構設計商業(yè)軟件，如STAAD、STS、3D3S等，這些軟件可完成結構的計算設計工作，并可繪制部分施工圖以供參考。,三、內力計算,剛架的最不利內力組合應按梁、柱控制截面分別進行，一般可選柱底、柱頂、柱牛腿處及梁端、梁跨中等截面進行組合并進行截面驗算。 計算剛架控制截面的內力組合主要有： Nmax、對應的M及V； Mmin（即負彎矩最大）、對應

24、的N及V； Mmax（即正彎矩最大） 、相應N及V ； Vmax、對應的M及N，錨栓可能受拉。 相應的M、N、V應盡可能大，但對柱腳錨栓、抗剪連接件的計算尚應考慮Mmax相應N盡可能小、Vmax相應N可能小的組合。,三、內力計算,四、側移計算,門式剛架結構的側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。側移可以用有限元法計算，在初選構件截面估算側移剛度時，可用規(guī)程給出的柱頂側移簡化公式計算，以免因剛度不足而需要重新調整構件截面。 在風荷載標準值作用下的剛架柱頂位移不應超過下列限值： (1)不設吊車：采用輕型鋼板墻時為h/60，采用砌體墻時為h/100，h為柱高； (2)設

25、有橋式吊車：吊車有駕駛室時為h/400，吊車由地面操作時為h/180 ，h為柱高。,第三節(jié) 作用效應計算,門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程的側移計算簡化公式。 1單跨剛架 (1)當單跨變截面剛架橫梁上綠坡度不大于l:5時，在柱頂水平力作用下的側移，可按下列公式估算： 柱腳鉸接剛架 柱腳剛接剛架 對于楔形構件 對于雙楔形橫梁,四、側移計算,當坡度大于1:10時，L應取橫梁沿坡折線的總長度2s,四、側移計算,H剛架柱頂等效水平力； 當估算剛架在沿柱高度均布水平風荷載作用下的側移時 柱腳鉸接剛架：H0.67W， 柱腳剛接剛架；H0.45 W ，W(w1十w4)h,四、側移計算,當估算剛架在吊車水平荷載Pc作用下的側移時， 柱腳鉸接剛架：H1.15Pc 柱腳剛接剛架：HPc 為吊車水平荷載Pc作用高度與柱高度之比。,四、側移計算,2兩跨剛架 (1) 中間柱為搖擺柱的兩跨剛架，柱頂側移可前式計算，但式中L應以2s，s為單坡面長度。,四、側移計算,(2)當中間柱與橫梁剛性連接時，可將多跨剛架視為多個單跨剛架的組合體(每個中間柱分為兩半，慣性矩各為1/2)，按下列公式計算整個剛架在柱水平荷載作用下的側移：,Ki柱腳鉸按時各單跨剛架側向剛度之和 hi所計算跨兩柱的平均高度， Ii與