轻型钢结构讲义(2)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 六 章,轻型门式刚架设计,1,6.1,概述,6-1.1,门式刚架结构的组成,门式刚架按结构体系分为实腹式和格构式，一般来说,格构式刚架属于普通钢结构范畴，,实腹式刚架多属于轻型,钢结构。,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程,规定：轻型门,式刚架承重结构为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,20 t,的,A1,A5,工作级别桥式吊车,或,3t,悬挂式起重机的房屋,结构。,其结构组成如图所示。,檩条,刚架,屋面板,墙面板,墙梁,2,在轻型门式刚架结构体系中，承重骨架,刚架采用焊,接工字钢（等截面或变截面）、热轧,H,型钢或冷弯薄壁型,钢；利用冷弯薄壁型钢做檩条、墙梁；以压型钢板或压型,铝板做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯,泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等做保温隔热材料。,山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙，或,直接采用门式刚架。,单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨刚架的梁柱,节点采用刚接和铰接并用，柱脚多按铰接设计，通常为平,板支座，设一对或两对地脚螺栓。,当用于工业厂房且有,5t,以上桥式吊车时，宜将柱脚设,计成刚接。,6-1.2,门式刚架结构的特点,重量轻。,3,屋面、墙面多采用轻型材料，重量轻，同时可减小刚,架梁、柱截面，基础也相应减小，使得基础的处理费用相,对较低。,在相同的跨度和荷载条件下，单层门式刚架的自重仅,约为钢筋混凝土结构的,1/20,1/30,，单层门式刚架承重结,构的用钢量一般为,10,30kg/m,2,。,柱网布置灵活。,传统的结构形式受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多,为,6m,，门式刚架结构的维护体系采用金属压型钢板，因,此,柱网布置可不受模数限制。,竖向荷载通常是门式刚架的控制荷载。,一般情况下，地震作用参与的内力组合对刚架设计不,起控制作用。,风荷载产生的吸力可能会使轻型屋面材料、檩条的受,力与通常情况下的受力反向。,4,所以风荷载对门式刚架的受力影响较大，当风荷载较,大或房屋较高时，风荷载可能成为刚架设计的控制荷载。,支撑简化。,门式刚架体系的整体性可以通过檩条、墙梁及隅撑来,保证，减少了屋盖支撑的数量，所设支撑可直接或用节点,板与刚架相连，在非抗震区也可以采用张紧的圆钢。,工业化程度高，施工周期短，经济效益好。,构件单元可根据运输件划分，每个运输单元均为工厂,制作，质量易于保证，单元之间在现场用高强螺栓或焊接,连接，安装方便迅速，施工周期短，经济效益高。,轻型门式刚架通常用于跨度,9,36m,、柱距,6,9m,、平,均柱高,4.5,9m,的建筑，有桥式吊车时柱高不宜大于,12m,。,特别适合于设有较小起重量的单、多层工业厂房、仓,库、大型超市、车站候车室、活动房屋及加层建筑等。,5,6-2,结构形式和结构布置,6-2.1,门式刚架的结构形式,门式刚架分为单跨、双跨和多跨以及带挑檐的和带毗,屋的刚架，如图所示。,（,a,）,单跨单坡,（,c,）,单跨双坡,（,e,）,四跨双坡,（,d,）,三跨双坡,（,f,）,双跨多坡,（,g,）,双跨多坡,（,j,）,双跨单坡（,带毗屋,）,（,i,）,单跨双坡（带挑檐）,（,h,）,双跨双坡,（,b,）,双跨单坡,6,多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖，而,多坡刚架的内天,沟易产生渗漏和堆雪及积灰现象，不等高刚架（图,g,）这,一问题更加严重,，实际工程中需慎重选择这种刚架形式。,多跨刚架中间柱与斜梁的连接可采用铰接也可采用刚,接。,双坡多跨刚架用于无桥式吊车房屋时，若刚架柱不是,特别高且风荷载也不很大时，中柱宜采用两端铰接的摇摆,柱,（如图,d,、,h,所示），摇摆柱不参与抵抗侧力，所需截,面比较小，连接构造也铰简单。,若房屋设有桥式吊车，中柱宜为两端刚接,（如图,e,所,示），增加房屋的侧向刚度，与刚架共同承担侧向力。,根据跨度、高度和荷载不同，门式刚架的梁、柱可采,用变截面或等截面实腹工字形截面或轧制,H,形截面。,7,设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。,变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形；必要时也,可改变腹板厚度。,结构构件在安装单元内一般不改变翼缘截面，当必要,时可改变翼缘厚度；邻接的安装单元可采用不同的翼缘截,面，两单元相邻截面高度宜相等。,变截面与等截面相比，前者可以适应弯矩变化，节约,钢材，但在构造连接及加工制造方面不如等截面方便，,故,当刚架跨度较大或房屋较高时才设计成变截面。,门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取,1/81/20,，在雨水,较多的地区宜取其中的较大值。,6-2.2,门式刚架的结构布置,1.,刚架的建筑尺寸与柱网的布置,8,变截面门式刚架的几何尺寸如图所示。,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。,柱的轴线取通过柱下端（较小端）的竖向轴线，,工业,建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。,当边柱采用变截面柱宽度不等时，其外侧应对齐。,门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离，通,常,9,36m,。,门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点,的高度。,L,h,S,门式刚架的几何尺寸,9,刚架,高度应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的,厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定，,一般平均柱高,4.5,9 m,，有吊车时柱高不宜大于,12m,。,门式刚架轻型房屋的,檐口高度,，应取地坪至房屋外侧,檩条上缘的高度。,门式刚架轻型房屋的,最大高度,，应取地坪至屋盖顶部,檩条上缘的高度。,门式刚架轻型房屋的,宽度,，应取房屋侧墙墙梁外皮之,间的距离。,门式刚架轻型房屋的,长度,，应取两端山墙墙梁外皮之,间的距离。,门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离应根据刚,架跨度、荷载条件及使用要求等因素综合考虑,，,一般宜为,6m,，也可采用,7.5m,、,9m,，最大可用,12 m,，,跨度较小时，刚架的间距可取,4.5 m,。,10,挑檐长度宜为,0.5,1.2 m,，其上翼缘坡度应与刚架斜,梁坡度相同。,2.,变形缝的设置,门式刚架轻型房屋的构件和维护结构，通常,刚度不,大，温度应力相对较小，,因此其温度区段的长度应比传统,结构形式放宽，但应符合下列规定：,纵向温度区段长度,300m,，,横向温度区段长度,150m,，,当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。,当房屋的平面尺寸超过上述规定时，需设置伸缩缝，,可采用两种做法：,设置双柱；,在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处,屋面板在构造上允许胀缩。,11,若设有吊车，吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔。,3.,檩条和墙梁的布置,屋面檩条的布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带、,屋面材料、檩条规格等因素的影响。,屋面檩条一般按等间距布置，但在屋脊处，应沿屋脊,两侧各布置一道檩条，保证屋面板的悬伸长度不要过长,（一般小于,200mm,）。,屋面压型钢板的厚度和檩条间距应按计算确定。,侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等,构件和维护材料的要求。,侧墙采用压型钢板作维护面时，墙梁宜布置在刚架柱,的外侧，其间距随墙板板型和规格确定，且不应大于计算,要求的值。,12,4.,支撑布置,作用于山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向,地震力等均要求结构具有足够的纵向刚度，这在结构上可,以通过合理的设置柱间支撑和屋盖支撑来实现。,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。,门式刚架结构应在其横梁顶面设置横向水平支撑，在,刚架柱间设置柱间支撑。,由于门式刚架轻型房屋的构件和维护结构刚度不大，,温度应力和温度变形,相对较小，所以,柱间支撑宜设在温度,区段端部的第一个或第二个柱间。,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,；,13,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,；,当建筑物宽度大于,60m,，在内柱列适当增加柱间支撑。,在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，,以构成几何不变体系，如图所示。,柱间支撑,墙梁,刚架,(,b,),纵墙,刚架,檩条,屋盖支撑,（,a,）,屋面,14,若柱间支撑与横向支撑设在第二开间，则应在第一开,间的相应位置设置刚性系杆；,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，且应设在受压翼缘处。,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，可由檩条兼作，按压弯构件设计；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。,门式刚架轻型房屋结构的支撑，可采用带张紧装置的,十字交叉圆钢，圆钢与相连构件的夹角应在,30,60,范围,内，宜接近,45,。圆钢应采用特制的连接件与梁、柱腹板,相连，如图,所示。,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。,腹板,连接件,支撑斜杆,15,在设有带驾驶室且起重量大于,15t,桥式吊车的跨间，,应在屋盖边缘设置纵向支撑桁架。,6-3,门式刚架的内力分析和变形计算,6-3.1,门式刚架的计算简图,门式刚架分为变截面门式刚架和等截面门式刚架两,种，刚架的柱脚多按铰接设计，通常为平板支座，设一对,或两对地脚螺栓，,当用于工业厂房且有,5t,以上桥式吊车,时，宜将柱脚设计成刚接。,铰接变截面门式刚架的计算简图如图所示。,L,h,S,S,I,b1,I,c1,I,b0,I,b2,I,c0,S,(1-,),S,16,6-3.2,门式刚架的荷载计算,设计轻型门式刚架结构所涉及的荷载，除现行,门式,刚架轻型房屋钢结构技术规程,(CECS102,：,2002),有专门,规定除外，一律按现行国家标准,建筑结构荷载规范,（,GB50009,2001,）采用。,1.,永久荷载,刚架所承受的永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在,结构上的非结构构件的自重，如屋面板、檩条、支撑、刚,架、墙架、保温材料及吊顶、管线等悬挂荷载。,永久荷载可根据荷载设计确定，如屋面板、檩条，也,可事先预估。,一般压型钢板的自重标准值可取,0.1,0.15 kN/m,2,。,实腹式檩条的自重标准值可取,0.05,0.1 kN/m,2,。,轻质保温材料的自重标准值可取,0.1 kN/m,2,。,17,刚架横梁及支撑的自重标准值可取,0.10,0.30kN/m,2,。,墙架的自重标准值可取,0.25,0.45 kN/m,2,，檐口高度,大时可取大值。,2.,可变荷载,(1),屋面均布活荷载,屋面水平投影面上的均布活荷载按如下规定采用：,不上人屋面的均布活荷载标准值取,0.5 kN/m,2,。,上人屋面的均布活荷载标准值取,2.0 kN/m,2,。,当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的,标准值（按水平投影面积计算）取,0.5 kN/m,2,，,对受荷水平,投影面积超过,60 m,2,的刚架结构，屋面竖向均布活荷载的,标准值可取不小于,0.3 kN/m,2,。,设计屋面板和檩条时应考虑施工检修集中荷载（人和,小工具的重力），其标准值为,1 kN,，作用在最不利位置。,18,(2),屋面雪荷载,雪荷载标准值按,建筑结构荷载规范,的规定采用，,设计屋面板、檩条时应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风,板内和高低跨连接处的荷载增大系数或不均匀分布系数。,(3),屋面积灰荷载,对于生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑物，应考,虑屋面积灰荷载，依据,建筑结构荷载规范,（,GB50009,2001,）的规定查取屋面积灰荷载的标准值。,同屋面雪荷载一样，设计屋面板、檩条时应考虑在屋,面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低跨连接处等的荷载增,大系数或不均匀分布系数。,(4),吊车荷载,包括竖向荷载和横向及纵向水平荷载，按照,建筑结,构荷载规范,的规定采用。,19,(5),地震荷载,按,建筑抗震设计规范,的规定计算。,(6),风荷载,按,门式刚架轻型房屋钢结构技术