单层厂房排架结构课件.ppt

第9章 单层厂房排架结构,9.1 单层厂房的计算简图及荷载计算 9.2 单层厂房排架内力计算 9.3 牛腿柱及基础设计,9.1 单层厂房的计算简图及荷载计算,第9章 单层厂房排架结构,9.1.1 单层工业厂房的结构形式,单层工业厂房按其承重结构所用材料的不同，分为混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。混合结构一般用于小型厂房；钢结构主要用于大型厂房或有特殊要求的厂房；而钢筋混凝土结构单层厂房是工业建筑中普遍采用的一种形式。钢筋混凝土单层厂房的承重结构主要由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，按主要承重结构的形式可分为排架结构和刚架结构两种。排架结构是柱与屋架(或屋面梁)为铰接，而与基础为刚接所组成的结构(图9.1),具有传力明确、构造简单、施工方便等特点，适合于预制装配，是日前常用的单层厂房的结构形式。刚架结构的特点是柱与屋架(或屋面梁)刚接成一个构件，而与基础通常为铰接。刚架结构有三铰门式刚架(顶节点为铰接)和两铰门式刚架(顶节点为刚接)两种形式，如图9.2所示。本章主要介绍钢筋混凝土排架结构单层工业厂房。,第9章 单层厂房排架结构,第9章 单层厂房排架结构,9.1.2 单层厂房排架结构的组成,单层厂房排架结构通常由下列结构构件组成并相互连接成整体，如图9.3所示。混凝土屋盖结构由屋面板(包括天沟板)、屋架或屋面梁(包括屋盖支撑)组成，有时还设有天窗架和托架等。混凝土屋盖结构分无檩和有檩两种屋盖体系，将大型屋面板直接支承在屋架或屋面梁上的称为无檩屋盖体系;将小型屋面板或瓦材支承在檩条上，再将檩条支承在屋架上的称为有檩屋盖体系。在屋盖结构中，屋面板起围护作用并承受作用在板上的荷载，再将这些荷载传至屋架或屋面梁;屋架或屋面梁是屋面承重构件，承受屋盖结构自重和屋面板传来的活荷载，并将这些荷载传至排架柱。天窗架支承在屋架或屋面梁上，也是一种屋面承重构件。横向平面排架由横梁(屋架或屋面梁)、横向柱列和基础组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载、横向水平荷载以及横向水平地震作用都是由横向平面排架承担并传至地基的。,1）屋盖结构,2）横向平面排架,第9章 单层厂房排架结构,第9章 单层厂房排架结构,纵向平面排架由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间支撑及基础等组成。其作用是保证厂房结构的纵向刚度和稳定性，承受厂房结构受到的纵向水平荷载(山墙传来的纵向风荷载、吊车纵向水平荷载等)，并把其传给基础。通常，纵向平面排架承担的荷载较小，纵向柱子又较多，再加上柱间支撑的加强，因而纵向平面排架的刚度较大，而内力较小，一般可不进行计算，仅采用构造措施即可。但当纵向柱子小于7根或需要考虑地震作用时，就要进行纵向平面排架的计算。围护结构由纵墙、横墙(山墙)、圈梁、基础梁、抗风柱等组成。这些构件主要承受自重或墙重以及作用在墙面上的风荷载。纵墙和横墙一般为自承重砌体墙，大型厂房也可采用预制墙板。厂房结构受到的风荷载主要由墙体传给柱子。抗风柱承受厂房端横墙(山墙)传来的风荷载，并将其传给屋盖结构和基础。,4）围护结构,3）纵向平面排架,第9章 单层厂房排架结构,9.1.3 单层厂房排架结构设计的主要工作,(1)进行结构布置；(2)选用标准构件；(3)分析排架内力；(4)计算柱和基础配筋；(5)绘制结构构件布置图；(6)绘制柱和基础施工图。,结构布置包括柱网布置、变形缝（包括伸缩缝、沉降缝、防震缝）设置、支撑布置和围护结构布置等，具体布置要根据有关规定进行。选用标准构件就是根据相应的标准图集或通用图对屋面构件、屋架、吊车梁、柱和基础进行选型，但柱和基础往往需要根据工程的实际情况进行设计计算。,第9章 单层厂房排架结构,9.1.4 单层厂房排架结构的计算简图,1）计算单元,由于横向排架沿厂房纵向一般为等间距均匀排列，作用于厂房上的各种荷载(起重机荷载除外)沿厂房纵向基本为均匀分布，计算时可以通过任意相邻纵向柱距的中心线截取出有代表性的一段作为整个结构的横向平面排架的计算单元，如图9.4(a)中的阴影部分所示。除吊车等移动荷载以外，阴影部分就是排架的负荷范围，或称从属面积。,第9章 单层厂房排架结构,2）计算简图,在确定计算简图时，对平面排架作如下假定：（1）横梁（屋架或屋面梁）与柱顶为铰接；（2）柱下端固接于基础顶面；（3）横梁为轴向变形可忽略的刚杆；（4）排架柱的高度由固定端算至柱顶铰接结点处，排架柱的轴线为柱的儿何中心线。当柱为变截面柱时，取上柱和下柱截面重心的连线，排架柱的轴线为一折线。根据以上假定，横向排架的计算简图如图9.4(b)所示。在计算简图中，柱总高H取基础顶面至柱顶的距离，上柱高H1为牛腿顶面至柱顶的距离，下柱高H2为基础顶面至牛腿顶面的距离。上、下柱的截面惯性矩分别为I1和I2，截面抗弯刚度分别取EcI1和EcI2，其中，为混凝土弹性模量。排架的跨度L应为下柱重心线间的距离，一般取排架柱的轴线间距。,第9章 单层厂房排架结构,9.1.5 单层厂房排架结构上的荷载,1)单层厂房排架结构的荷载类型及传力途径,单层厂房结构所承受的荷载分为竖向荷载和水平荷载两大类。竖向荷载包括屋面上的恒载、活载、各承重结构构件及围护结构等非承重结构构件的自重、吊车自重及吊车竖向活荷载等，分别通过屋架、墙梁、吊车梁等构件传到柱子；水平荷载包括纵、横墙风荷载和吊车纵、横向水平荷载以及水平地震作用等，分别通过墙、墙梁、抗风柱、屋盖、柱间支撑、吊车梁等构件传给柱子。上述所有荷载均由排架柱身传到基础及地基。,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,作用在排架上的荷载有恒荷载和活荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自重F1、上柱自重F2、下柱自重F3、吊车梁与轨道联结件等自重F4及有时支承 在柱牛腿上的围护结构自重F5等。,第9章 单层厂房排架结构,活荷载一般包括屋面活荷载Q1、吊车竖向荷载Dmax（Dmin）、吊车横向水平荷载Tmax、横向均布风荷载q1、q2及作用于排架柱顶的集中风荷载Fw等。,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,第9章 单层厂房排架结构,（1）恒荷载 屋盖自重。屋盖自重包括屋面各构造层、屋面板、天窗架、屋面或屋面梁、屋盖支撑等自重。当采用屋架时，通过屋架上、下弦中心线的交点（一般距纵向定位轴线150mm）作用于柱顶；当采用屋面梁时，通过梁端支承垫板的中心线作用于柱顶。柱自重和。上、下柱的自重和分别沿上、下柱中心线作用。吊车梁与轨道连接件等自重。吊车梁与轨道连接件等自重沿吊车梁的中心线作用于牛腿顶面。围护结构自重。由柱侧牛腿上连系梁传来围护结构自重，沿连系梁中心线作用于牛腿顶面。,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,第9章 单层厂房排架结构,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,（2）屋面活荷载 屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载及积灰荷载，均按屋面水平投影面积计算。屋面活荷载Q1，通过屋架以集中力的形式作用于柱顶，其作用位置与屋盖自重F1相同。屋面均布活荷载按建筑结构荷载规范（GB50092012）的规定采用，当施工荷载较大时，按实际情况采用。作用在建筑物或构筑物顶面上计算用的雪压，称为雪荷载。屋面水平投影面上的雪荷载标准值按下式计算:sk=rs0 排架计算时，屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合，仅取两者中的较大值；积灰荷载则应与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大值同时组合。,第9章 单层厂房排架结构,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,（3）吊车荷载 单层厂房中常用的吊车有悬挂式吊车、手动吊车、桥式吊车等，一般采用桥式吊车。吊车共有A1A8共8个工作级别。桥式吊车在排架上产生的荷载有竖向荷载Dmax(或Dmin),横向水平荷载Tmax、及吊车纵向水平荷载Te 吊车竖向荷载Dmax(或Dmin):a.吊车最大轮压Pmax与最小轮压Pmin。吊车竖向荷载是指吊车在运行时，通过作用于吊车梁上的轮压传给排架柱的荷载。当吊车小车在额定最大起重量行驶至大车某一侧端头极限位置时，小车所在一侧的每个大车轮压即为吊车的最大轮压Pmax，同时另外一侧的每个大车轮压即为最小轮压Pmin，如图9.6所示。Pmax和Pmin可根据所选用的吊车型号、规格由产品目录或手册查得。b.吊车竖向荷载Dmax(或Dmin)。吊车最大轮压Pmax与最小轮压Pmin同时产生，分别作用在两侧的吊车梁上，经由吊车梁两端传给柱子的牛腿。吊车是一组移动荷载，吊车在纵向的运行位置，直接影响其轮压对柱子所产生的竖向荷载，因此必须用吊车梁的支座反力影响线求得由Pmax对排架柱所产生的最大竖向荷载值Dmax。,第9章 单层厂房排架结构,起重机横向水平荷载Tmax。起重机的横向水平荷载Tmax是当小车沿厂房横向运动时，由于启动或突然制动产生的惯性力，通过小车制动轮与桥架上导轨之间的摩擦力传给大车，再通过大车轮均匀传给大车轨道和起重机梁，然后由起重机梁与上柱的连接钢板传给两侧排架柱。起重机横向水平荷载作用位置在起重机梁顶面，且同时作用于起重机两侧的排架柱上，方向相同。当四轮起重机满载运行时，每个大车轮引起的横向水平荷载标准值为 T=(g+Q)/4(9.4)式中：一横向制动力系数,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,第9章 单层厂房排架结构,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,吊车纵向水平荷载Te吊车纵向水平荷载是由吊车的大车突然启动或制动引起的纵向水平惯性力，它由大车的制动轮与轨道的摩擦，经吊车梁传到纵向柱列或柱间支撑。当厂房有柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由柱间支撑承受;当厂房无柱间支撑时，全部吊车纵向水平荷载由同一伸缩区段内的所有各柱共同承受。在横向排架结构计算分析中，一般不考虑吊车纵向水平荷载。（4）风荷载垂直于建筑物表面上的风荷载。建筑结构荷载规范(GB 500092012)规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下列规定确定：a.计算主要受力结构时，应按下式计算：wk=zszw0(9.6),第9章 单层厂房排架结构,（4）风荷载 屋面传来的集中风荷载。作用于柱顶以上的风荷载，通过屋架以集中力F形式施加于排架柱顶，其值为屋架高度范围内的外墙迎风面、背风面的风荷载及坡屋面上风荷载的水平分力的总和，如图9.10所示，计算时也取为均布荷载，此时的风压高度变l化系数z按下述情况确定:有矩形天窗时，取天窗檐口标高;无矩形天窗时，按厂房檐口标高取值。进行排架计算时，将柱顶以上的风荷载以集中力F、的形式作用于排架柱顶，其计算简图如图9.10所示,2)单层厂房排架结构上的荷载计算,第9章 单层厂房排架结构,9.2 单层厂房排架内力计算,9.2.1 排架内力计算方法简介,在进行排架内力分析之前，首先要确定排架上有哪几种可能单独考虑的荷载情况，以单跨排架为例，若不考虑地震作用，可能有以下8种单独作用的荷载情况:(1)恒荷载(G1、G2,G3、G4等);(2)屋面活荷载(Q1);(3)起重机竖向荷载Dmax作用于左柱(Dmin作用于右柱);(4)起重机竖向荷载Dmax作用于右柱(Dmin作用于左柱);(5)起重机水平荷载 Tmax作用于左、右柱，方向由左向右;(6)起重机水平荷载Tmax作用于左、右柱，方向由右向左;(7)风荷载(Fw,q1,q2),方向由左向右;(8)风荷载(Fw,q1,q2),方向由右向左。需要单独考虑的荷载确定之后，即可对每种荷载情况利用结构力学的方法进行排架内力计算，再进行最不利内力组合。,第9章 单层厂房排架结构,1）控制截面,9.2.2 排架结构的控制截面和内力组合,控制截面是指对柱内钢筋量计算起控制作用的截面，也就是内力最大截面。在一般的单阶排架柱中，上柱各截面是相同的，通常上柱底部截面-的内力最大，因此取-截面为上柱的控制截面；在下柱中，通常各截面也是相同的，而牛腿顶截面-在吊车竖向荷载作用下弯矩最大，柱底截面-在风荷载和吊车水平荷载作用下弯矩最大，且轴力也最大，故取-和-截面为下柱的控制截面，如图9.18所示。下柱的纵筋按-和-截面中钢筋用量大者配置。柱底-截面的内力也是基础设计的依据。,第9章 单层厂房排架结构,2)内力组合,排架柱各控制截面的内力包括弯矩M、轴力N和剪力V，属偏心受压构件，剪力V对排架柱的配筋影响较小。由偏心受压正截面的MN相关曲线可知，构件可在不同弯矩M和轴力V的组合下达到其极限承载力。M和N内力对截面最不利的具体搭配，需要进行内力组合才能进行判断。对排架柱各控制截面，一般应考虑以下四种内力组合:(1)+Mmax及相应的N,V;(2)一Mmax及相应的N,V;(3)Nmax及相应的M,V;(4)Nmin及相应的M,V。在这四种内力组合中，第(1)、(2)、(4)组是以构件可能出现大偏心受压破坏进行组合的；第(3)组则是从构件可能出现小偏心受压破坏进行组合的。全部内力组合可使柱避免出现任何一种破坏形式。各控制截面的钢筋就是按这四种内力组合所计算出的钢筋用量最大者配置的。,第9章 单层厂房排架结构,9.3 牛腿柱及基础设计,9.3.1 柱截面设计,1)柱计算长度的确定,在进行柱截面承载力计算时，需确定柱子的计算长度。柱子的计算长度与柱的支承条件和高度有关，混凝土结构设计规范(GB50010-2010）给出了柱计算长度的规定，见表9.1。,表9.1 刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱的计算长度,第9章 单层厂房排架结构,矩形和工字形柱的混凝土强度等级常采用C20C30，当轴向力大时宜用较高等级。纵向受力钢筋一般采用HRB400和HRB335级钢筋，构造钢筋可用HPB300或HRB335级钢筋，直径d6 mm的箍筋用HPB300级钢筋。纵向受力钢筋直径不宜小于12 mm，全部纵向受力钢筋的配筋率不宜超过500;当混凝土强度等级小于或等于C50时，全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.5%，当混凝土强度等级大于C50时，不应小于0.6%;柱截面每边纵向钢筋的配筋率不应小于0.2%。当柱的截面高度h600 mm时，在侧面应设置直径为1016 mm的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉结筋。,2)柱的构造要求,第9章 单层厂房排架结构,9.3.2 牛腿的设计,1)牛腿简介及受力特点,单层厂房中，常采用柱侧伸出的牛腿来支撑屋架(屋面梁)、托架和吊车梁等构件。由于这些构件大多是负荷较大或有动力作用的，所以牛腿虽小，却是一个重要部件。根据牛腿竖向力Fv的作用点至下柱边缘的水平距离a的大小，一般把牛腿分成两类:ah0时为短牛腿，如图9.19(a)所示，ah0时为长牛腿，如图9.19(b)所示，此处h0为牛腿与下柱交接处的牛腿竖直截面的有效高度。,第9章 单层厂房排架结构,1)牛腿简介及受力特点,长牛腿的受力特点与悬臂梁相似，可按悬臂梁设计。一般支撑吊车梁等构件的牛腿均为短牛腿(以下简称牛腿)，它实质上是一变截面深梁，其受力性能与普通悬臂梁不同。试验表明，牛腿在荷载作用下，在牛腿上部产生与牛腿上表面基本平行且比较均匀的主拉应力，而在从加载点到牛腿下部与柱交接点的连线附近则呈主压应力状态(混凝土斜向压力带)。试验表明，在竖向力作用下，图9.20 牛腿裂缝示意图 在竖向荷载和水平拉力作用下，牛腿的受力特点可简化为三角形桁架，如图9.21所示。,第9章 单层厂房排架结构,2)牛腿截面尺寸的确定,牛腿截面宽度一般与柱宽相同;牛腿的顶面长度与起重机梁中线的位置、起重机梁端部的宽度bc以及起重机梁至牛腿端部的距离c1有关，一般起重机梁中线到上柱外边缘的水平距离为750 mm，起重机梁至牛腿端部的水平距离c1通常为70100 mm，如图9.22所示。牛腿的总高度h以使用阶段不出现斜裂缝为控制条件来确定，规范给出了初定牛腿的总高度h的验算公式为（9.8）,第9章 单层厂房排架结构,3）牛腿顶面纵向受力钢筋面积的确定,牛腿顶面纵向受力钢筋面积计算可归结为三角形析架拉杆的计算，由承受竖向力所需的受拉钢筋和承受水平拉力所需的水平锚筋组成，其总面积As的计算式为(9.9)(1)纵向受力钢筋的构造。牛腿顶部的纵筋宜采用变形钢筋，全部纵筋及弯起钢筋应沿牛腿外边缘向下伸入下柱内150 mm后截断，如图9.23(a)所示。(2)箍筋和弯起钢筋的构造。牛腿中应设置水平箍筋，以便形成钢筋骨架和限制斜裂缝开展，如图9.23(b)所示。,第13章 受弯构件正截面承载力计算,13.1 钢结构的材料 13.2 钢结构的连接 13.3 钢结构的构件 13.4 普通钢屋盖 13.5 钢结构施工图识读,剪切面数目nv,a.受剪螺栓连接受轴心力作用时,连接所需螺栓数为：,折减系数,构件开孔处净截面强度应满足：,式中:,连接件或构件在所验算截面处的净截面面积；N 连接件或构件验算截面处的轴心力设计值；,钢材的抗拉（或抗压）强度设计值。,2)受拉螺栓连接 受力特点,受拉螺栓连接受轴心力作用时的计算方法,则连接所需螺栓数目为:,3）同时承受剪力和拉力的螺栓连接,、,且Nn,式中 Nn连接中一个1号螺栓所承受的剪力；Nt连接中一个1号螺栓所承受的拉力；,一个螺栓的抗剪、承压和抗拉承载力设计值。,2）高强度螺栓连接计算,(1)高强螺栓连接的受力性能与构造要求,高强螺栓的预拉力,高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数,高强度螺栓的排列,（2）摩擦型高强度螺栓连接的计算,高强度螺栓连接的受剪计算,式中：,一个螺栓的传力摩擦面数目；摩擦面的抗滑移系数；P高强度螺栓预拉力。,则高强度螺栓连接一侧所需螺栓数为,式中 n连接一侧所需螺栓数；N连接所受轴心拉力设计值。,孔前传力得-截面处拉力应为：,式中,净截面强度验算公式为:,高强度螺栓连接同时受剪受拉的计算,一个抗拉高强螺栓的抗拉承载力设计值为：,一个抗剪高强螺栓的抗剪承载力设计值为：,一个高强螺栓在杆轴方向的外拉力，其值不应大于0.8P。,（3）承压型高强度螺栓连接,在杆轴方向受拉的连接中，每个承压型高强度螺栓的承载力设计值为:,同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓，应符合下式要求:,第13章 钢结构,13.3 钢结构的构件 钢材是一种接近于理想弹性材料的具有较好各向同性的弹塑性材料，具有良好的受拉、受压、受弯、受剪、受扭等性能。在钢结构受力体系中，用钢材制作的受力构件主要有轴心受力构件（如钢柱、屋架受拉弦杆）、受弯构件（如钢梁）、偏心受力构件（屋架上弦杆）等。本章主要介绍轴心受力构件、受弯构件、偏心受力构件的计算和有关构造。,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 1）轴心受力构件的截面形式及要求 轴心受力构件根据轴向力方向的不同，可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。在建筑钢结构中，属于轴心受拉构件的主要有：桁架或网架中的受拉弦杆和某些腹杆、受拉支撑杆件、吊挂天花板的吊杆、钢索等，其截面形式主要有型钢截面和由型钢组成的实腹式截面。属于轴心受压构件的主要有：柱、墩、桩、压杆等。轴心受压构件按截面形式可分为实腹式和格构式两大类。,第13章 多、高层框架结构,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 1）轴心受力构件的截面形式及要求,第13章 多、高层框架结构,（a）热轧型钢和冷弯薄壁型钢,（b）由热轧型钢组成的实腹式截面,图13.1 轴心受拉杆件截面形式,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算对于柔细的受压构件而言，很小的横向荷载或轻微扰动就可能使结构或其组成构件产生很大的侧向变形或局部变形，导致结构或构件在远未达到极限承载力之前就因失去稳定性而破坏，导致丧失继续承载的能力，这种现象称为失稳破坏。,第13章 多、高层框架结构,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算整体稳定A轴心受压构件整体稳定性验算 钢结构设计规范提出了用稳定系数来综合考虑各种因素，并给出了统一的整体稳定性计算公式,第13章 多、高层框架结构,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算整体稳定A轴心受压构件整体稳定性验算,第13章 多、高层框架结构,式中：N轴心压力设计值（KN）；A构件的毛截面面积（mm2）；f钢材的抗压强度设计值（KN/mm2）轴心受压构件的整体稳定系数。,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算整体稳定B柱子曲线和稳定系数,第13章 多、高层框架结构,轴心受压构件的整体稳定系数=Nu/（Afy）与长细比的关系曲线，称为柱子曲线。,图13.5 柱子曲线,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算局部稳定A.局部稳定的概念,第13章 多、高层框架结构,当实腹式工字钢柱受到轴心压力时，轴心压力主要由腹板和翼缘承担。如果腹板和翼缘的钢板又宽又薄，当轴心压力达到一定程度时，整个构件还没有产生强度破坏和整体失稳破坏，而单个的腹板或翼缘板件就已经发生凹凸鼓出变形，形成板件局部失稳或局部屈曲，这种破坏叫做局部失稳破坏。局部失稳使部分杆件屈服退出工作，造成构件应力分布恶化，加速了构件的整体失稳和丧失整体承载力。,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算局部稳定,第13章 多、高层框架结构,钢结构设计规范规定，受压构件中板件的局部失稳不应先于构件的整体失稳。实践证明，轴心受压构件的局部稳定与其自由外伸部分翼缘的宽厚比和腹板的高厚比有关，通过对这两方面的宽厚比、高厚比的有效限制可以保证构件的局部稳定。对于轧制型钢，由于翼缘、腹板较厚，一般都能满足局部稳定要求，无需计算。,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算局部稳定B局部稳定要求,第13章 多、高层框架结构,a受压构件，翼缘板自由外伸宽度b1与其厚度t之比，应符合下式：,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算局部稳定B局部稳定要求,第13章 多、高层框架结构,b工字形及H形截面的腹板计算高度h0与其厚度tw之比，应符合下式：,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（3）实腹式轴心受压构件稳定性验算局部稳定B局部稳定要求,第13章 多、高层框架结构,c箱形截面的腹板计算高度h0与其厚度tw之比，应符合下式：,图13.7 箱形截面,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（4）实腹式轴心受压构件的截面设计 截面的设计原则a.等稳定性原则。应尽可能使杆件在两个主轴方向上的稳定性系数或长细比相等，充分发挥其承载能力。b.宽肢薄壁。在满足局部稳定性的条件下，应使截面面积分布尽量远离形心轴，以增大其截面惯性矩和回转半径，提高构件整体稳定性和刚度。,第13章 多、高层框架结构,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（4）实腹式轴心受压构件的截面设计 截面的设计原则c.构造简单。d.制作方便。e尽量选用市场上能够购买到的钢材规格和类型。,第13章 多、高层框架结构,13.3 钢结构的构件13.3.1 轴心受力构件 2）轴心受力构件的计算（4）实腹式轴心受压构件的截面设计截面设计的步骤 A初选截面形式 B初定截面尺寸 a.假定构件长细比 b.初算截面面积A和回转半径ix、iy c.初定截面各部分尺寸 C截面验算,第13章 多、高层框架结构,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件2）受弯构件的计算（2）梁的刚度验算,第13章 多、高层框架结构,（3）梁的整体稳定性验算,vv或v/lv/l,在实际工程中也会出现由于荷载不能准确地作用于梁的对称平面内，或者高而窄的梁因无侧向支承点或侧向支承点太少，当荷载增加到某一数值时，梁将突然发生侧向弯曲（绕弱轴的弯曲）和扭转（图13.22），并使梁在未达到强度破坏之前就失去承载能力，这种现象称为梁的弯曲扭转屈曲（弯扭屈曲）或梁丧失整体稳定。,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件2）受弯构件的计算（2）梁的刚度验算,第13章 多、高层框架结构,（3）梁的整体稳定性验算,vv或v/lv/l,钢结构设计规范对钢梁整体稳定有如下规定：符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定 a.有铺板（各种钢筋混凝土板或钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。b.H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过表13.5所规定的数值时。,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件2）受弯构件的计算（2）梁的刚度验算,第13章 多、高层框架结构,（3）梁的整体稳定性验算,vv或v/lv/l,若梁不满足上述条件，则应计算梁的整体稳定性a.在最大刚度主平面内受弯的梁,b.在两个主平面内受弯的工字形截面或H型钢截面梁,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件2）受弯构件的计算（2）梁的刚度验算,第13章 多、高层框架结构,（3）梁的整体稳定性验算,vv或v/lv/l,c.不满足条款中a款情况的箱形截面简支梁（图13.24），其截面尺寸应满足：,且,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件（4）型钢梁的设计,第13章 多、高层框架结构,选择截面 a.计算梁的最大弯矩，再选钢号和确定抗弯强度设计值f。b.按抗弯强度或整体稳定性要求计算型钢需要的净截面抵抗矩Wn，然后由Wn（或Wnx）查型钢表，选择与其相近的型钢（尽量选用腹板较厚的a类。）截面验算 A.强度验算 a.抗弯强度验算，式中Mx应包括自重产生的弯矩。b.抗剪强度验算。,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件（4）型钢梁的设计,第13章 多、高层框架结构,c.局部承压强度验算。型钢只要截面没有太大削弱，一般均可不作验算。折算应力也可不作验算。B.整体稳定验算。若没有能阻止梁受压翼缘侧向位移的密铺板时，按式（13.14）计算整体稳定性。C.刚度验算。按式（13.13）计算。,例题10-3 楼盖钢梁布置局部平面如图13.25所示。楼盖为钢筋混凝土楼板。试设计工字形截面型钢梁B1。楼板、装修、吊顶、隔墙及防火层等恒载标准值共计6.0kN/m2，活荷载标准值3.5kN/m2，钢材为Q235。（见教材）,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件（5）梁的局部稳定性,第13章 多、高层框架结构,当钢板过薄或翼缘板宽厚比、腹板高厚比过大时，翼缘或腹板在荷载作用下就有可能在尚未达到强度极限或在梁丧失整体稳定之前，就发生波浪形屈曲（图13.26），从而局部偏离原来的位置，这种现象称为失去局部稳定或局部失稳。,梁的翼缘或腹板局部失稳后，虽然整个构件还不至于立即丧失承载能力，但对称截面转化成了非对称截面，继而会使梁产生扭转，乃至部分截面退出工作，这就使得构件的承载能力大为降低，导致整个结构早期破坏。,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件（5）梁的局部稳定性,第13章 多、高层框架结构,避免梁的局部失稳有两个途径：限制板件的宽厚比或高厚比；设置加劲肋。翼缘宽厚比限制,当梁截面允许出现部分塑性时，翼缘宽厚比的限制更加严格，应符合下式要求：,规范规定，梁受压翼缘自由外伸宽度b1与其厚度t之比，应符合下式要求：,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件（5）梁的局部稳定性,第13章 多、高层框架结构,避免梁的局部失稳有两个途径：限制板件的宽厚比或高厚比；设置加劲肋。翼缘宽厚比限制,对于箱形截面梁，应符合下式要求：,腹板高厚比限制梁腹板的局部稳定性与腹板的受力情况、腹板高厚比h0/tw及材料性能有关。规范规定，在临界应力不低于相应的材料强度设计值时，腹板高厚比h0/tw应满足下列要求：,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件（5）梁的局部稳定性,第13章 多、高层框架结构,a.局部压力作用时：,b.剪应力作用时：,c.弯曲应力作用时：,第13章 多、高层框架结构,加劲肋的要求,A.加劲肋的布置,表13.6 组合梁腹板加劲肋布置规定,13.3 钢结构的构件13.3.2 受弯构件,第13章 多、高层框架结构,B.加劲肋的构造a.加劲肋一般由钢板或角钢制成。b.加劲肋宜在腹板两侧对称布置（图13.28a），也可单侧配置（图13.28b），但支承加劲肋和重级工作制吊车梁的加劲肋必须两侧对称布置。,图13.28 加劲肋的形式,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 1）偏心受力构件的类型、截面形式、要求及破坏特点,第13章 多、高层框架结构,偏心受力构件可分为偏心受拉构件（拉弯构件）和偏心受压构件（压弯构件）两类。轴心拉力和弯矩共同作用下的构件称为拉弯构件。轴心压力和弯矩共同作用下的构件称为压弯构件。,拉弯和压弯构件根据弯矩作用的不同可分为单向拉弯、压弯构件和双向拉弯、压弯构件。拉弯、压弯构件根据截面形式可分为型钢截面和组合截面两类。组合截面又分为实腹式和格构式两种截面。截面形式如图13.35所示。,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 1）偏心受力构件的类型、截面形式、要求及破坏特点,第13章 多、高层框架结构,图13.35 拉、压弯构件常见截面形式,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 1）偏心受力构件的类型、截面形式、要求及破坏特点,第13章 多、高层框架结构,对于拉弯构件，在保证刚度（长细比）的条件下，一般按强度设计，以截面出现塑性铰作为强度极限。对于轴心拉力较小而弯矩较大的拉弯构件，受压部分的板件也存在局部屈曲的可能性，因此也需要验算其整体稳定和局部稳定。对于压弯构件，根据轴心压力和弯矩的大小不同，其破坏形式有多种，如：强度破坏、在弯矩作用平面内的弯曲失稳破坏、在弯矩作用平面外的弯扭失稳破坏以及局部失稳破坏等。因此，压弯构件需要进行强度计算、刚度验算、整体稳定性验算以及局部稳定性验算。,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 2）偏心受力构件的强度计算,第13章 多、高层框架结构,压弯构件（受轴心压力N和弯矩M作用）的加载及破坏过程,图13.36 压弯构件加载过程中截面应力状态分析,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 2）偏心受力构件的强度计算,第13章 多、高层框架结构,在大量实验的基础上，规范给出了偏心受力构件强度的计算公式：,单向拉弯或压弯构件：,双向拉弯或压弯构件：,式中：An构件净截面面积（mm2）；x、y截面塑性发展系数，可查截面塑性发展系数表（表13.3）；Wnx、Wny构件对x轴和y轴的净截面抵抗矩，取值应与正负弯曲应力相适应。,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 3）偏心受力构件的刚度计算,第13章 多、高层框架结构,拉弯和压弯构件的刚度必须满足长细比控制条件，即：,式中：构件容许长细比，可查表13.1和表13.2。当拉弯、压弯构件所受弯矩较大时，还应验算其挠度。,例题13-5 如图13.37所示的拉弯构件，间接承受动力荷载，轴向拉力设计值为N=850kN，横向均布荷载设计值为q=8kN/m。试选择其截面，设计截面无削弱，材料为Q345钢。（解题步骤见教材）,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 4）实腹式压弯构件的整体稳定性验算,第13章 多、高层框架结构,平面内失稳与平面外失稳的概念,实腹式压弯构件主要承受弯矩和轴心压力。弯矩大多绕截面强轴作用，因此构件通常发生弯矩作用平面内的弯曲失稳，称为平面内失稳。但在有些情况下，压弯构件也可能出现垂直于弯矩作用平面的刚度不足，而发生由侧向弯曲和扭转引起的弯扭失稳，称为弯矩作用平面外失稳，简称为平面外失稳。对于平面内失稳，一般只要按强度进行了截面设计，而且截面内无削弱，基本上都能满足稳定性要求；而对于平面外失稳，除了通过整体稳定性验算来保证外，最好办法是按构造要求增加侧向支撑。,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 4）实腹式压弯构件的整体稳定性验算,第13章 多、高层框架结构,实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的整体稳定性,N压弯构件计算范围内的轴心压力设计值（kN）；x弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；A构件毛截面面积（mm2）；Mx所计算构件范围内的最大弯矩（kNm）；1x与W1x对应的截面塑性发展系数；W1x在弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面抵抗 矩（mm3）；NEx参数，NEx=2EA/（1.12x），其中为x轴的长细比；mx弯矩作用平面内等效弯矩系数，应按下列规定采用。,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 4）实腹式压弯构件的整体稳定性验算,第13章 多、高层框架结构,对于单轴对称截面压弯构件，当弯矩作用在对称轴平面内且使较大一侧翼缘受压时，除应按公式（13.31）计算外，还应该按下式计算：,式中：W2x无翼缘端或翼缘较小一侧的毛截面抵抗矩（mm3）；2x与W2x对应的截面塑性发展系数。,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 4）实腹式压弯构件的整体稳定性验算,第13章 多、高层框架结构,实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的整体稳定性,规范规定，压弯构件发生平面外失稳时，其稳定性按下式计算：,y弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；b均匀受弯的受弯构件整体稳定系数；截面影响系数，闭口截面，=0.7；其他截面，=1.0；Mx所计算构件范围内的最大弯矩（kNm）；tx弯矩作用平面外等效弯矩系数，应按规范的规定采用。,图13.38 压弯构件平面外弯扭屈曲,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 5）实腹式压弯构件的局部稳定性,第13章 多、高层框架结构,为了保证构件的局部稳定，规范以板件的屈服为准则，通过限制翼缘宽厚比和腹板高厚比来保证构件的稳定性。,翼缘宽厚比限制 规范规定，压弯构件中，翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比，应符合下列要求：,按弹性设计时（x=1）,允许部分截面进入塑性状态时（x=1）,对于箱型截面压弯构件的两腹板之间的受压翼缘部分：,13.3 钢结构的构件13.3.3 偏心受力构件 5）实腹式压弯构件的局部稳定性,第13章 多、高层框架结构,腹板高厚比限制 规范规定，压弯构件中，腹板计算高度h0与其厚度tw之比，应符合下列要求：,A.工字形及H形截面,a.当001.6时，,b.当1.602.0时，,B.箱形截面,当,时，应取,13.4 普通钢屋盖 13.4.1钢屋盖的结构组成与布置4）支撑布置,第13章 多、高层框架结构,为了增加屋架的侧向稳定性，需要在屋架间、屋架和山墙之间加设支撑，使整个屋盖结构连成一个整体，形成由屋架与支撑桁架组成的稳定的空间结构体系。,图13.46 屋盖的支撑体系（a）不稳定的空间体系；（b）稳定的空间体系,13.4 普通钢屋盖 13.4.1钢屋盖的结构组成与布置4）支撑布置,第13章 多、高层框架结构,支撑的作用 主要是：保证整个屋盖的空间几何不变性、整体稳定性和整体刚度；为弦杆提供适当的侧向支撑点，阻止屋架上、下弦侧移，保证屋架上下弦平面外的稳定性；承担和传递水平荷载（如吊车水平刹车力、风力、地震力等），并传递给下部支承结构；保证屋盖结构安装时的稳定和方便。,支撑的布置 钢屋盖的支撑的类型主要有：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、竖向支撑和系杆。,13.4 普通钢屋盖 13.4.1钢屋盖的结构组成与布置4）支撑布置,第13章 多、高层框架结构,A.上弦横向水平支撑,当厂房两端不设山墙和抗风柱时，上弦横向水平支撑一般布置在屋盖两端的第一柱间，或横向伸缩缝区段的两端；当厂房两端设山墙和抗风柱时，上弦横向水平支撑一般设在第二柱间（也便于与天窗架上的支撑配合），但必须用刚性系杆与端屋架连接。两道横向水平支撑的间距不宜大于60m，当温度区段较大时，在区段中间尚应增设横向水平支撑。,13.4 普通钢屋盖 13.4.1钢屋盖的结构组成与布置4）支撑布置,第13章 多、高层框架结构,B.下弦横向水平支撑,下列情况下，均宜设置下弦横向水平支撑：a.屋架跨度大于18m；b.屋架下弦设有悬挂吊车，厂房内有吨位较大的桥式吊车或有振动设备；c.采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架下弦。,C.纵向水平支撑 纵向水平支撑是指沿厂房长度