钢结构理论与设计(设计部分)：门式刚架的设计

门式刚架的设计门式刚架的设计0门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。1.1 概述一、门式刚架结构的组成11.1 1.1 概述概述门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。234(1)(1)、横向框架、横向框架 由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成，由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、风、是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。础。(2)(2)、屋盖结构、屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。(3)(3)、支撑体系、支撑体系 包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的纵向框架，承方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和稳定。所必需的刚度和稳定。(4)(4)、吊车梁和制动梁（、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。(5)(5)、墙架、墙架 承受墙体的自重和风荷载。承受墙体的自重和风荷载。5 5l支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。建筑能构成稳定的空间结构骨架。l平面门式刚架和支撑体系组成了轻型钢结构的主要受平面门式刚架和支撑体系组成了轻型钢结构的主要受力骨架。力骨架。l屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。的整体刚度。6 6门式刚架厂房施工全过程门式刚架厂房施工全过程（1 1）基础开挖）基础开挖（2 2）基础垫层支模）基础垫层支模（3 3）垫层砼浇注）垫层砼浇注（4 4）柱子基础）柱子基础（5 5）柱子基础回填）柱子基础回填（6 6）墙下灰土夯实）墙下灰土夯实（7 7）墙体砌筑）墙体砌筑（8 8）地面平整）地面平整（9 9）地面压实）地面压实（1010）钢结构进场）钢结构进场（1111）钢柱吊装）钢柱吊装 重点在于控制柱垂直度重点在于控制柱垂直度（1212）梁柱连接）梁柱连接 控制高强螺控制高强螺栓扭矩达到栓扭矩达到设计要求设计要求（1313）刚架拼装）刚架拼装 保证各安装区间的整体稳定性保证各安装区间的整体稳定性（1414）檩条安装）檩条安装 要注意檩条与拉条的扭曲和变形要注意檩条与拉条的扭曲和变形（1515）拉条连接）拉条连接 要注意檩条与拉条的扭曲和变形要注意檩条与拉条的扭曲和变形（1616）隅撑连接）隅撑连接（1717）屋面板现场生产）屋面板现场生产 控制吊装工艺，注意板材损伤和搭接长度等控制吊装工艺，注意板材损伤和搭接长度等（1818）屋面板安装）屋面板安装 注意板材损伤和搭接长度等注意板材损伤和搭接长度等（1919）PVCPVC膜固定膜固定 注意防水与排水注意防水与排水（2020）屋面板檐口）屋面板檐口（21）屋面板屋脊（2222）屋脊挡水处理）屋脊挡水处理（2323）墙面板安装）墙面板安装（2424）室内地坪打磨）室内地坪打磨 二、门式刚架的设计特点二、门式刚架的设计特点l主要依据 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）钢结构设计规范（GB50017-2003）l适用条件:1)轻型轻型屋盖，轻型外墙；2)承重结构单跨和多跨实腹式门式刚架 3)无吊车，Q20t桥式吊车，Q3t悬挂吊车l受力特点：弹性设计：构件中的板件宽度比较大，利用了板件的屈曲后屈曲后强度强度。计算构件的截面特征时，根据板件的有效宽度有效宽度来计算。塑性设计：利用特定截面完全塑性发展的承载力，考虑塑性铰的产生，来进行结构设计。32l因变截面构件有可能在不同部位同时形成塑性铰，故不宜利用塑性铰出现之后的内力重分布，且构件腹板通常很薄，塑性发展潜力不大，所以变截面门架应采用弹性分析方法确定各种内力。在构件全为等截面时才允许采用塑性分析方法。l轻钢结构内力和位移的计算采用一阶弹性理论，即线性的结构力学方法。一阶弹性理论的基本假定是结构处于弹性状态、结构产生的较小位移引起的二阶效应可以忽略不计。l结构的节点位移会产生杆端内力的效应，而杆件本身的变形也会产生杆身内力的效应。而效应反过来又会引起结构位移的变化。这样的相互耦联和相互影响的效应称为结构的二阶效应。l必须采用二阶弹性理论分析其内力和位移的结构被称为非线性弹性结构。二阶弹性理论不具有线性的叠加性质。变截面门式刚架的内力计算方法3334分析模型分析模型按平面结构进行内力分析主刚架平面模型按空间结构进行内力分析主刚架+支撑系统+屋、墙面体系（蒙皮效应）空间整体模型分析方法分析方法手算方法：超静定结构体系；结构力学 力法/位移法；电算方法：有限元法/矩阵位移法/直接刚度法变截面构件分段近似为若干等截面单元/楔形单元按弹性设计按弹性设计:有效宽度法有效宽度法 l所谓有效宽度法指在设计中为了合理利用受压板件的超屈曲强度所采用的一种简化计算方法。l以均匀受压的两边支承板件，其临界应力可按下式计算 37l当板件宽厚比较大时由于边缘效应及薄膜张力的作用，板件可承受比上述临界应力大得多的应力，宽厚比越大，这种现象就越明显，增加的外荷主要由板件靠近两纵边的部分承受，板件中间部分的应力则保待值不变甚或略有减小。38按弹性设计按弹性设计:有效宽度法有效宽度法 l整个板件截面上的应力将呈马鞍形分布，直至随着外荷的不断增大，板边的应力达到钢材的屈服点时，板件才失稳丧失承载能力。通常把板件所能承受的大于其临界应力的强度称作板件的超屈曲强度超屈曲强度。39按弹性设计按弹性设计:有效宽度法有效宽度法 l为了方便设计计算方便：bef称为受压板件的有效宽度 40VmaxMmax1.1.工作性能工作性能（1 1）弹性阶段）弹性阶段 x xnxxeWM fy弹性阶段的最大弯矩弹性阶段的最大弯矩:xeyynxMMf W按塑性设计按塑性设计:以纯弯梁抗弯强度为例以纯弯梁抗弯强度为例 (2)弹塑性阶段弹塑性阶段(3)塑性工作阶段塑性工作阶段弹性区消失，形成塑性铰弹性区消失，形成塑性铰。x xfynxxeWM nxyyWfM pnxyxpWfM aafyfy分为分为 和和 两个区域。两个区域。Efy max Efy 式中：式中：S1nx、S2nx分别为中和轴以上、以下截面对中分别为中和轴以上、以下截面对中和轴和轴X轴的面积矩；轴的面积矩；Wpnx截面对中和轴的塑性抵抗矩。截面对中和轴的塑性抵抗矩。12xpynxnxypnxMfSSf W x xfynxxWM nxyyWfM pnxyxpWfM aafyfy塑性铰弯矩塑性铰弯矩 与弹性最大弯矩与弹性最大弯矩 之比之比:xppnxxnxWMWM只取决于截面几何形状而与材料的性质无关只取决于截面几何形状而与材料的性质无关的形状系数。的形状系数。P228P22811.07()wAA对X轴对Y轴1.5XXYYA1AwpnxyxpWfM nxyxWfM 2.2.普通梁抗弯强度计算普通梁抗弯强度计算 普通梁设计时只是有限制地利用截面的塑性，如工字形截面塑性发展深度取ah/8。(1)单向弯曲梁xxnxMfW(2)双向弯曲梁yxxnxynyMMfWW x xaafyyx,式中：式中：截面塑性发展系数，对于工字形截面梁截面塑性发展系数，对于工字形截面梁:2.1;05.1yx 其他截面见附表其他截面见附表1.141.14。yyftbf2351523513 当翼缘外伸宽度当翼缘外伸宽度b b与其厚度与其厚度t t之比之比满足满足:时，时，0.1x 需要计算疲劳强度的梁需要计算疲劳强度的梁:0.1yx X XX XY YY Yb bt t截面塑性发展系数截面塑性发展系数3.3.塑性梁抗弯强度计算塑性梁抗弯强度计算 对不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁等超静定梁和对不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁等超静定梁和单层及两层实腹式框架结构，可采用塑性设计，容许截面单层及两层实腹式框架结构，可采用塑性设计，容许截面上的应力状态进入全塑性阶段。上的应力状态进入全塑性阶段。xpnxMfW x xfy2359ybtf翼缘外伸宽度翼缘外伸宽度b b与其厚度与其厚度t t之比需满足之比需满足:X XX XY YY Yb bt t1 1）质量轻：用钢量为）质量轻：用钢量为101030kg/m30kg/m2 2,自重为砼的自重为砼的1/201/201/301/30；2 2）存在蒙皮效应，整体刚度好；）存在蒙皮效应，整体刚度好；3 3）柱网布置灵活：柱距不受模数限制，可省钢优化柱距）柱网布置灵活：柱距不受模数限制，可省钢优化柱距4 4）支撑系统简洁：整体性可依靠檩条、隅撑保证；）支撑系统简洁：整体性可依靠檩条、隅撑保证；5 5）综合效益高：造价高于砼（材料价格），但周期短，）综合效益高：造价高于砼（材料价格），但周期短，投资效益高；投资效益高；6 6）工业化程度高周期短：构件工厂制作，无湿作业；）工业化程度高周期短：构件工厂制作，无湿作业；7 7）对制作、涂装、运输、安装要求高：壁薄，外力撞）对制作、涂装、运输、安装要求高：壁薄，外力撞 击下易变形，锈蚀后果严重。击下易变形，锈蚀后果严重。t tminmin=3.0mm=3.0mm（焊接）（焊接）1.5mm(1.5mm(冷弯）冷弯）0.4mm(0.4mm(压型钢板）压型钢板）49三、门式刚架的特点三、门式刚架的特点蒙皮效应蒙皮效应 l指在建筑物的表面覆盖材料（屋面板和墙板）利用本指在建筑物的表面覆盖材料（屋面板和墙板）利用本身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用。身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用。l工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的紧固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔紧固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔板。这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于板。这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁薄壁深梁中的腹板深梁中的腹板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘，可的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘，可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用（图载作用（图1-31-3）。）。50蒙皮效应蒙皮效应 51彩钢板外墙面应用范围包括各类轻型厂房，体育场馆、车站候车大厅、应用范围包括各类轻型厂房，体育场馆、车站候车大厅、仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建筑、码头建筑、办公场所以及辅助性建筑等。据不完全统筑、码头建筑、办公场所以及辅助性建筑等。据不完全统计国内每年至少有计国内每年至少有10001000万平方米的轻钢结构建筑物竣工。万平方米的轻钢结构建筑物竣工。门式刚架轻型钢结构是一种非常有发展前途的建筑结构门式刚架轻型钢结构是一种非常有发展前途的建筑结构形式。形式。门式刚架结构的应用门式刚架结构的应用555556573.1 3.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置结构形式结构形式l 门式刚架又称山形门式刚架。其结构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。按形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。l 结构形式的选取考虑生产工艺、吊车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吨位及建筑尺寸等因素58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）高低跨高低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59l 多脊多坡多脊多坡 V.S.V.S.单脊双坡单脊双坡l 不等高刚架不等高刚架l 双坡多跨刚架的中柱布置双坡多跨刚架的中柱布置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60l 等截面等截面 V.S.V.S.变截面变截面l 刚架柱底铰接刚架柱底铰接 V.S.V.S.刚接刚接l 屋面坡度宜取屋面坡度宜取1/201/81/201/8l 单元连接：梁单元连接：梁-柱、梁柱、梁-梁、柱脚梁、柱脚61变截面刚架梁变截面刚架梁 等截面刚架柱等截面刚架柱62 刚接柱脚详图 铰接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架 铰接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁、柱63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64结构布置结构布置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：横向刚架柱轴线间距离；一般为横向刚架柱轴线间距离；一般为9-36m9-36m 轴线：轴线：梁、柱轴线；边柱取外皮梁、柱轴线；边柱取外皮 高度：高度：刚架高度、檐口高度、最大高度、净高刚架高度、檐口高度、最大高度、净高 外形尺寸：外形尺寸：宽度侧墙墙梁外皮；长度山墙墙梁外皮宽度侧墙墙梁外皮；长度山墙墙梁外皮 刚架高度：刚架高度：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等因素，应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取宜取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0.51.2m0.51.2m652.2.结构平面布置结构平面布置 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150m120m120m或或8 8度、度、9 9度且结构单元度且结构单元90m90m时时,中部中部1/31/3区段，以免传力路程太长；区段，以免传力路程太长；在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑称为下层支撑为保证面外稳定为保证面外稳定,可设置隅撑可设置隅撑;保证施工过程中的稳定性保证施工过程中的稳定性.1檩条（墙梁）檩条（墙梁）2隅撑隅撑 3刚架横梁（钢柱）刚架横梁（钢柱）23179l当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑80l如果温度区段长度超过90m，则在它的1/3点处各设一道支撑，以免传力路程太长。81l在短而高的单层厂房钢结构中，下层支撑也可布置在单层厂房钢结构的两端。82l为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部，由于单层厂房钢结构柱在吊车梁以上部分的刚度小，不会产生过大的温度应力，从安装条件来看这样布置也是合适的。l在有下层支撑处也应设置上层支撑。l支撑可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。83v 4.1 4.1 荷载及荷载组合荷载及荷载组合v 4.2 4.2 机构分析机构分析四四 刚架的荷载和机构分析刚架的荷载和机构分析841 1）永久荷载）永久荷载(G)(G)：包括结构构件的自重和悬挂在结：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、构上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。支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。2 2）可变荷载）可变荷载(D)(D)：屋面活荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积、屋面雪荷载和积灰荷载、检修集中荷载、吊车荷载灰荷载、检修集中荷载、吊车荷载 、地震作用、地震作用 、风荷载。、风荷载。4.14.1荷载及荷载组合荷载及荷载组合85l均布活载的标准值（按投影面积算）取0.5kN/m2；投影面积大于60平米,取0.3kN/m2l检修集中荷载标准值取1.0kN或实际值l均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取较大值计算l积灰荷载与雪和均布活载中的较大值同时考虑；l检修荷载只与结构自重荷载同时考虑；86l风载风载(W)(W)：现行：现行门式刚架轻型房屋钢结构技术规门式刚架轻型房屋钢结构技术规程程(CECS102:2002)(CECS102:2002)对于风荷载的取用是以对于风荷载的取用是以GB50009GB50009为基础的，关于风荷载体形系数是按照美为基础的，关于风荷载体形系数是按照美国金属房屋制造商协会国金属房屋制造商协会MBMAMBMA低层房屋体系手册低层房屋体系手册（19961996）中有关小坡度房屋的规定取用的；）中有关小坡度房屋的规定取用的；l温度温度(T)(T)：按实际环境温差考虑；：按实际环境温差考虑；l吊车吊车(C)(C)：按：按GB50009GB50009的规定取用，但吊车的组合的规定取用，但吊车的组合一般不超过两台；一般不超过两台；l地震作用地震作用(E)(E)：按：按GB50009GB50009的规定取用，不与风荷的规定取用，不与风荷载作用同时考虑。载作用同时考虑。87 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。88 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）：）：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 1.21.2永久荷载永久荷载+0.9+0.91.41.4 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面均屋面均布活荷载、雪荷载布活荷载、雪荷载+0.9+0.91.41.4(风荷载风荷载+吊车竖吊车竖向及水平荷载向及水平荷载)组合（组合（2 2）：）：用于柱脚及锚栓抗拉计算用于柱脚及锚栓抗拉计算 1.01.0永久荷载永久荷载+0.9+0.91.41.4(风荷载风荷载+邻跨吊车水平邻跨吊车水平荷载荷载)组合（组合（3 3）：）：用于柱脚及锚栓抗拉、抗倾覆计算用于柱脚及锚栓抗拉、抗倾覆计算 1.01.0永久荷载永久荷载+1.4+1.4风荷载风荷载 89 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（4 4）：）：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 1.21.2永久荷载永久荷载+1.4+1.4 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面均布屋面均布活荷载、雪荷载活荷载、雪荷载组合（组合（5 5）：）：用于地震作用和自振特性计算用于地震作用和自振特性计算 1.01.0永久荷载永久荷载+0.5+0.5 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面均布屋面均布活荷载、雪荷载活荷载、雪荷载+1.0+1.0吊车自重吊车自重组合（组合（6 6）：）：用于地震作用参与组合的计算用于地震作用参与组合的计算 1.21.2永久荷载永久荷载+1.4+1.4 0.5 0.5积灰荷载积灰荷载+max+max屋屋面均布活荷载、雪荷载面均布活荷载、雪荷载+1.0+1.0吊车自重吊车自重+1.3+1.3地震作用地震作用90当满足以下条件之一时，轻型门架可不考虑地震当满足以下条件之一时，轻型门架可不考虑地震作用，只进行基本内力计算：作用，只进行基本内力计算：6 6度设防度设防7 7度设防，且风载标准值度设防，且风载标准值0.350.35k kN/mN/m2 28 8度设防，且风载标准值度设防，且风载标准值0.450.45k kN/mN/m2 291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：最大轴力最大轴力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。最小轴力最小轴力NminNmin和相应的和相应的M M及及V V，出现在永久荷载和，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0M=0。92目的：目的：找到结构中形成塑性铰的位置，求得塑性弯矩找到结构中形成塑性铰的位置，求得塑性弯矩M MP P。方法：方法：静力法、机构法、弯矩平衡法静力法、机构法、弯矩平衡法4.2 4.2 机构分析机构分析93静力法静力法以下限定理为基础，目的在于寻求一个既满足平以下限定理为基础，目的在于寻求一个既满足平衡条件、又符合全塑性弯矩条件（衡条件、又符合全塑性弯矩条件（MMpMMp）的弯矩图。相应于）的弯矩图。相应于这个弯矩图的荷载，仅为结构塑性破坏荷载的下限。仅当弯这个弯矩图的荷载，仅为结构塑性破坏荷载的下限。仅当弯矩达到矩达到MpMp值（亦即形成塑性铰）的截面数目，足以使结构变值（亦即形成塑性铰）的截面数目，足以使结构变成机构时，这个荷载才是真正的塑性破坏荷载。静力法适用成机构时，这个荷载才是真正的塑性破坏荷载。静力法适用于超静定次数较低的梁和刚架。于超静定次数较低的梁和刚架。l 机构法机构法以上限定理为基础。它的任务是：从所有可能的破以上限定理为基础。它的任务是：从所有可能的破坏机构中，选出相应于最小塑性极限荷载的一个机构，便坏机构中，选出相应于最小塑性极限荷载的一个机构，便是真正的破坏机构，这个最小塑性极限荷载即真正的塑性是真正的破坏机构，这个最小塑性极限荷载即真正的塑性破坏荷载。作为校核，这个相应破坏机构的弯矩图应处处破坏荷载。作为校核，这个相应破坏机构的弯矩图应处处不超过不超过MpMp。4.2 4.2 机构分析机构分析94l 弯矩平衡法弯矩平衡法寻找一个与外荷载平衡的弯矩分布方案，构件寻找一个与外荷载平衡的弯矩分布方案，构件的截面即按这种弯矩分布确定。事实上，可以找到许多个的截面即按这种弯矩分布确定。事实上，可以找到许多个弯矩分布方案，其中每一个分布方案都可以和外荷载平衡弯矩分布方案，其中每一个分布方案都可以和外荷载平衡。在实际设计中，可以选用导致最小结构重量的方案，因。在实际设计中，可以选用导致最小结构重量的方案，因为最小重量和经济方案是密切相关的。为最小重量和经济方案是密切相关的。4.2 4.2 机构分析机构分析952.2.宽厚比限值宽厚比限值 初选时将柱与斜梁均看作受弯构件。可由下式确定弹性初选时将柱与斜梁均看作受弯构件。可由下式确定弹性截面模量：截面模量：pppxMMfWW2359ybtf翼缘外伸宽度翼缘外伸宽度b b与其厚度与其厚度t t之比需满足之比需满足:X XX XY YY Yb bt t五五 截面设计和构件的强度、稳定性验算截面设计和构件的强度、稳定性验算1.1.确定构件截面确定构件截面梁计算长度梁计算长度l梁以其侧向支撑间最短距离作为平面外计算长梁以其侧向支撑间最短距离作为平面外计算长度，屋面梁以受压翼缘的侧向支撑度，屋面梁以受压翼缘的侧向支撑隅撑作为侧隅撑作为侧向支撑，向支撑，l规范同时规定隅撑间距一般可取被支撑构件受规范同时规定隅撑间距一般可取被支撑构件受压翼缘宽度的压翼缘宽度的16*sqrt(235/fy)倍。倍。l习惯上是隔一檩布置一对隅撑习惯上是隔一檩布置一对隅撑,那平面外计算长那平面外计算长度就是两个檩距度就是两个檩距(3米居多米居多)。3 3 构件的计算构件的计算97柱计算长度柱计算长度l一般为了保证柱子的平面外稳定，会设置柱间一般为了保证柱子的平面外稳定，会设置柱间支撑、隅撑，它们的节点（也就是柱子的侧向支支撑、隅撑，它们的节点（也就是柱子的侧向支撑点）点的长度作为柱子的平面外计算长度。撑点）点的长度作为柱子的平面外计算长度。l柱顶标高很高的情况下，往往在柱腰增加一道柱顶标高很高的情况下，往往在柱腰增加一道通长支撑（比如系杆或者桁架之类的），这样一通长支撑（比如系杆或者桁架之类的），这样一来柱的平面外计算长度取支撑间距，结果计算的来柱的平面外计算长度取支撑间距，结果计算的用钢量大大降低。用钢量大大降低。98 设计方法、设计过程设计方法、设计过程塑性设计方法设计过程作用效应计算内力组合初选截面构件设计调整截面.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荷载计算简图q100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q101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临界状态，没有考虑塑性发展的影响，服点作为临界状态，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，取出最大荷载考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按受弯构件和压弯值控制设计，对初选截面梁柱按受弯构件和压弯构件进行验算。构件进行验算。102l弯曲承载力 -对强轴的塑性净截面模量；l腹板抗剪承载力w wvVh t fhw-腹板平均高度；tw-腹板厚度；受弯构件的强度计算受弯构件的强度计算xpnxMWfpnxW压弯强度：压弯强度：剪切强度：剪切强度：n受压构件长细比受压构件长细比 104 压弯构件的强度计算压弯构件的强度计算w wvVh t f130 235yf平面内：平面内：平面外：平面外：105 压弯构件的稳定计算压弯构件的稳定计算变截面变截面柱在刚架平面内的计算长度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，并且适合上一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上机计算机计算)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）hh0h106查表法查表法框架柱的框架柱的 可由表查得。可由表查得。柱线刚度柱线刚度K1K1和梁线刚度和梁线刚度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，斜梁换算长度系数，由门规附录由门规附录D.0.1-2D.0.1-2查取查取。当梁为等截面为。当梁为等截面为1 1。hIKc11sIKb202coI1cI0bIs107 在图中，在图中，1 1和和2 2分分别为第一、二楔形段别为第一、二楔形段的斜率。的斜率。108楔形梁在刚架平面内的换算长度系数109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 K2Kl 0.1 0.2 O.3 O.5 0.75 1.02.010.010.0 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 0.96910ccII110斜梁在刚架平面内的计算长度斜梁在刚架平面内的计算长度 斜梁一般坡角不大，轴力影响很小，面内稳定不斜梁一般坡角不大，轴力影响很小，面内稳定不起控制作用，因而通常不需计算面内的计算长度。起控制作用，因而通常不需计算面内的计算长度。规范规定对斜梁只需计算规范规定对斜梁只需计算面内的强度面内的强度和和面外的稳面外的稳定定。111相邻侧向支承点间构件的长细比相邻侧向支承点间构件的长细比在在l1区段内，区段内，对同向曲率取正值，对反向对同向曲率取正值，对反向曲率取负值。曲率取负值。112 塑性铰截面相邻区段的平面外长细比塑性铰截面相邻区段的平面外长细比1pxMWf侧移计算原则侧移计算原则 门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整：1、放大柱或梁的截面尺寸；2、改铰接柱脚为刚接柱脚；3、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。n精确计算方法：有限元法/矩阵位移法/直接刚度法n近似计算方法113六六 位移计算位移计算114计算钢结构变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。计算钢结构变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。轻型钢结构设计时，一般先按照承载能力极限状态设计构件截轻型钢结构设计时，一般先按照承载能力极限状态设计构件截面，然后校核是否满足正常使用极限状态。由于轻型钢结构较柔，面，然后校核是否满足正常使用极限状态。由于轻型钢结构较柔，在很多情况下构件截面是由位移控制的。在很多情况下构件截面是由位移控制的。当屋面坡度当屋面坡度1/51/5时，水平侧移时，水平侧移u可由下式估算：可由下式估算：3212cHhuEI115计算钢结构变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。计算钢结构变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。轻型钢结构设计时，一般先按照承载能力极限状态设计构件截轻型钢结构设计时，一般先按照承载能力极限状态设计构件截面，然后校核是否满足正常使用极限状态。由于轻型钢结构较柔，面，然后校核是否满足正常使用极限状态。由于轻型钢结构较柔，在很多情况下构件截面是由位移控制的。在很多情况下构件截面是由位移控制的。1161.3.5 门式刚架节点设计门式刚架节点设计1、斜梁与柱刚接节点2、斜梁拼接节点3、柱脚节点4、斜梁与摇摆柱连接节点5、节点域6、钢牛腿节点l一般采用高强螺栓端板连接，按刚接节点设计。l端板竖放/平放/斜放 斜梁与柱刚接节点斜梁与柱刚接节点端板竖放端板斜放端板平放h1Me（a）端板竖放（b）端板斜放（c）端板平放（d）斜梁拼接刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接119l高强螺栓-端板节点 斜梁拼接节点斜梁拼接节点l按节点所受最大内力设计l满足构造要求 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计设计原则l摩擦型/承压型lM16；M20；M22；M24；M27;M30l成对设置l翼缘（特别是受拉翼缘）两侧宜同时设置l端板需外伸l排列要求+两对螺栓间距不宜大于400mm；l布置应考虑安装方便（ew,ef 35mm）高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计高强螺栓螺栓排列应符合构造要求，下图的 ，应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过400mm。fewe125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：l当当 时，时，l当当 时，时，PNt4.02PNt4.02126 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。127横梁屋脊拼装节点图128高强螺栓计算高强螺栓计算验算最不利螺栓的拉力：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；螺栓列数；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。MmaxyniybtN129 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，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4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：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。130bvvbvfdnN42bcbctfdN抗剪承载力设计值承压承载力设计值btebtfdN42抗拉承载力设计值单个螺栓（承压型高强螺栓）：l高强螺栓群设计：M/V/N（不是构件内力）l计算方法：端板塑性分析/端板弹塑性分析/端板刚性分析l上下翼缘两侧各布置两对螺栓时，每个螺栓所受拉力可简化计算为：11/(4)MtNMh1111VMNvttbbvtNNNNN1/1.2VbvcNN同时受剪、受拉的螺栓应满足相关公式为避免螺栓孔壁承压破坏，螺栓所受剪力还应满足l端板大小l梁柱截面l高强螺栓布置l端板厚度 l按端板塑性分析方法确定l厚度不宜小于16mm 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计端板设计l端板塑性分析方法l以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态；l根据平衡原理进行计算；l端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；端板屈服线l端板塑性分析方法l以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态；l根据平衡原理进行计算；l端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；l端板厚度应根据各区域支承条件计算l端板厚度计算公式l悬臂类端板无加劲肋类端板l端板厚度计算公式l两边支承类端板，端板外伸时两边支承类端板，端板平齐时l端板厚度计算公式l三边支承类端板，l伸臂类端板厚度公式推导2ppTaM2/4pppyMbt f4tpyaNtbf6tpyaNtbf 高强螺栓高强螺栓-端板节点设计端板节点设计l梁柱刚接节点域腹板抗剪验算节点域设计vf bc cMd d t 不满足要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋l铰接柱脚l无吊车，楔形边柱l摇摆柱，等截面柱l刚接柱脚l有吊车，等截面柱 柱脚节点柱脚节点铰接柱脚刚接柱脚加劲板加劲板地脚螺栓149l柱脚底板l大小（A*B）：混凝土抗压；l厚度（t）：底板受弯；l肋板l连接焊缝l锚栓设计l材料：Q235/Q345;l直径不小于24mm，双螺帽；l锚固长度：设置弯钩/锚板；l应考虑柱间支撑传至柱脚的拉力；l单个锚栓的抗拉承载力：btebtfdN42l抗剪键设计l锚栓不抗剪;l剪力由摩擦力和抗剪键承担;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。Nccf0A154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。0bbtc1552 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，且不宜小于底板的厚度决定于板的抗弯强度，且不宜小于20mm20mm。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,按不同支承情按不同支承情况分别予以考虑况分别予以考虑。maxM156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。157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，按双悬臂简支梁靴梁的抗弯和抗剪强度验算，按双悬臂简支梁计算。计算。158摇摆柱与斜梁的连接构造摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图如下摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图如下：159 摇摆柱与斜梁连接节点摇摆柱与斜梁连接节点 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：161162牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据寸根据V V和和m m确定，做成变截面牛腿时，端部截面确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度高度h h不宜小于不宜小于H H2 2。在吊车梁下对应位置应设置。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支承加劲肋。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。高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M16-24M16-24螺栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊螺栓。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，焊脚尺寸由剪力采用角焊缝，焊脚尺寸由剪力V V确定。确定。163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。l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。16 235yf164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，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，尚应力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：满足下列公式的要求：165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、为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。上。166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。yf23516235cos60yfhMN167 刚架塑性设计小结刚架塑性设计小结l结构选型、建筑设计、平面布置结构选型、建筑设计、平面布置l刚架荷载计算刚架荷载计算l机构分析机构分析l根据塑性弯矩选定截面根据塑性弯矩选定截面l局部稳定验算局部稳定验算l构件强度和稳定验算构件强度和稳定验算l侧向支承点布置侧向支承点布置l柱顶侧移验算柱顶侧移验算l刚架节点设计刚架节点设计1689 95 5 檩条及压型钢板设计檩条及压型钢板设计9.5.1 9.5.1 檩条设计檩条设计 檩条的截面形式可分为实腹式和格构式实腹式和格构式两种。当檩条跨度(柱距)不超过 9m时，应优先选用实腹式檩条应优先选用实腹式檩条。实腹式檩条的截面形式如图1-25所示。当屋面荷载较大当屋面荷载较大或檩条跨度大于或檩条跨度大于9 9m m时，宜选用格时，宜选用格构式檩条。构式檩条。格构式檩条的构格构式檩条的构造和支座相对复造和支座相对复杂，侧向刚度较杂，侧向刚度较低，但用钢量较低，但用钢量较少。少。檩条的荷载和荷载组合檩条的荷载和荷载组合(1)(1)永久荷载永久荷载(2)(2)可变荷载可变荷载要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载外，还需考要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载外，还需考虑施工检修集中荷载，一般取虑施工检修集中荷载，一般取1.01.0kN.kN.檩条的荷载组合檩条的荷载组合主要考虑两种荷载组合：主要考虑两种荷载组合：(1)1.2(1)1.2永久荷载永久荷载+1.4+1.4maxmax屋面均布活荷载，雪荷载屋面均布活荷载，雪荷载；(2)1.2(2)1.2永久荷载永久荷载+1.4+1.4施工检修集中荷载换算值施工检修集中荷载换算值 当需考虑风吸力对檩条的受力影响时，还应进行下式的当需考虑风吸力对檩条的受力影响时，还应进行下式的荷载组合：荷载组合：(3)1.0(3)1.0永久荷载永久荷载+1.4+1.4风吸力荷载风吸力荷载。檩条的内力分析檩条的内力分析 设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下，沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用，属于下，沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用，属于双向受弯双向受弯构件构件。在进行内力分析时，首先要把均布荷载。在进行内力分析时，首先要把均布荷载q q分解为沿截分解为沿截面形心主轴方向的荷载面形心主轴方向的荷载分量分量q qx x、q qy y，如图如图127127所示：所示：式中式中 a a0 0 竖向均布荷载设计值竖向均布荷载设计值q q和形心主轴和形心主轴y y轴的夹角。轴的夹角。由图可见，在屋面坡度不大的情况下，卷边由图可见，在屋面坡度不大的情况下，卷边Z Z形钢的形钢的q qx x指向上方指向上方(屋屋脊脊)，而卷边槽钢和，而卷边槽钢和H H型钢的型钢的q qx x总是指向下方总是指向下方(屋檐屋檐)。对设有拉条的简支檩条对设有拉条的简支檩条(和墙梁和墙梁)，由，由q qx x、q qy y分别引起的分别引起的M Mx x和和M My y按表按表116 6计算计算。檩条的截面选择檩条的截面选择强度计算强度计算当屋面能阻止檩条的失稳和扭转时，可按下列强度公式验算截当屋面能阻止檩条的失稳和扭转时，可按下列强度公式验算截面：面：式中式中 M Mx x、M My y对截面对截面x x轴和轴和y y轴的弯矩；轴的弯矩；W Wenxenx、W Wenyeny对两个形心主轴的有效净截面模量。对两个形心主轴的有效净截面模量。整体稳定计算整体稳定计算 当屋面不能阻止檩条的侧向失稳和扭转时当屋面不能阻止檩条的侧向失稳和扭转时(如采用扣合式屋面如采用扣合式屋面板时板时)，应按稳定公式，应按稳定公式(1(17070)验算截面：验算截面：式中式中 W Wexex、W Weyey对两个形心主轴的有效截面模量；对两个形心主轴的有效截面模量；bxbx梁的整体稳定系数，按梁的整体稳定系数，按GB 50018GB 50018的规定由下式计算的规定由下式计算式中式中 y y 梁在弯矩作用平面外的长细比；梁在弯矩作用平面外的长细比；A A 毛截面面积；毛截面面积；h h 截面高度；截面高度；l l。梁的侧向计算长度；梁的侧向计算长度；b b 梁的侧向计算长度系数，按表梁的侧向计算长度系数，按表1-51-5采用；采用；1 1 梁的跨度；梁的跨度；1 1、2 2系数，按表系数，按表117 7采用；采用；e ea a 横向荷载作用点到弯心的垂直距离：对于偏心压杆或当横向横向荷载作用点到弯心的垂直距离：对于偏心压杆或当横向荷载作用在弯心时荷载作用在弯心时e ea a=0 0；当荷载不作用在弯心且荷载方向指向弯心时；当荷载不作用在弯心且荷载方向指向弯心时e ea a为负为负，而离开弯心时，而离开弯心时e ea a为正；为正；Wx Wx对对z z轴的受压边缘毛截面截面模量；轴的受压边缘毛截面截面模量；I I 毛截面扇形惯性矩；毛截面扇形惯性矩；I Iy y 对对y y轴的