轻型门式刚架结构.ppt

3 轻型门式刚架设计,3.1 结构形式与布置 3.2 檩条设计 3.3 刚架设计 3.4 围护结构,本章主要内容,门式刚架设计规程：门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002),3.1 结构形式与布置,(1)门式刚架组成及特点(2)门式刚架的适用范围(3)门式刚架的结构形式(4)门式刚架的结构布置(5)门式刚架的支撑体系,3.2 檩条设计,(1)檩条的截面形式(2)布置与连接(3)拉条与撑杆(4)檩条荷载(5)檩条设计(6)例题,3.3 刚架设计,(1)荷载及荷载组合(2)构件设计(3)节点设计,3.1 结构形式与布置,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,主要承重骨架实腹式(格构式)门式刚架 支撑体系屋面支撑、柱间支撑、系杆、隅撑等围护体系檩条、墙梁(冷弯薄壁型钢)、屋面、墙面(压型金属板、彩钢夹芯板)、拉条、撑杆连接节点梁柱刚接、柱脚与基础刚接或铰接,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,(1)门式刚架组成及特点,山墙抗风柱,吊车梁,天窗架,门式刚架,3.1 结构形式与布置,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,撑杆,斜拉条,拉条,隅撑,屋面横向水平支撑,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,(1)门式刚架组成及特点,连接角钢,3.1 结构形式与布置,直拉条,檩条,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,墙梁支架,墙梁,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,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,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,钢梁,钢柱,刚接节点,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,(1)门式刚架组成及特点,3.1 结构形式与布置,(2)门式刚架适用范围,屋面荷载较小，横向跨度为924m，柱高为4.59m，没有吊车或设有中、轻级工作制吊车(Q20t桥式吊车或Q3t悬挂式起重机)的厂房。当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。,3.1 结构形式与布置,(3)门式刚架结构形式(规程4.1条),摇摆柱,门式刚架截面尺寸估算,3.1 结构形式与布置,(3)门式刚架结构形式,跨度和柱距(规程条)跨度：一般为9-36m高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取4.5-9m柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.51.2m,3.1 结构形式与布置,(4)门式刚架结构布置,3.1 结构形式与布置,(4)门式刚架结构布置,跨度和柱距(规程条)温度区段布置规程条：纵向温度区段300m，横向温度区段150m钢规条：,3.1 结构形式与布置,(4)门式刚架结构布置,跨度和柱距(规程条)温度区段布置(规程条)局部抽柱设置托梁或托架(规程条)托梁可采用工字型和箱型（扭矩较大）截面截面高度按建筑净空、刚度和经济要求确定托梁按简支梁验算强度、刚度(vTl/400)、整体稳定和局部稳定（确定腹板加劲肋的间距和截面尺寸）。,3.1 结构形式与布置,(4)门式刚架结构布置,跨度和柱距(规程条)温度区段布置(规程条)局部抽柱设置托梁或托架(规程条)伸缩缝设置(规程条)设置双柱搭接檩条及吊车梁的螺栓连接处采用长圆孔进行调节,3.1 结构形式与布置,(4)门式刚架结构布置,跨度和柱距(规程条)温度区段布置(规程条)局部抽柱设置托梁或托架(规程条)伸缩缝设置(规程条)山墙体系(规程条)由斜梁、抗风柱、墙梁和支撑组成或采用门式刚架,布置要求(规程条)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。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。,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)设置：,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,1)屋面支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间，端部支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间，在第一开间设刚性系杆。2)在刚架转折处及多跨房屋适当位置中柱顶应沿房屋全长设置刚性系杆。（冷弯规范条强制条文）,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)设置：,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,3)由支撑斜杆组成水平桁架，其直腹杆按刚性系杆考虑；4)有15T以上桥式吊车时，在屋盖边缘设置纵向支撑桁架；5)屋盖横向支撑可仅设置在靠近上翼缘处。,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)设置：连接：设计：,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,1)交叉支撑一般按柔性拉杆设计；单向支撑中的杆件受压起控制作用，按压杆设计。2)刚性系杆可由檩条兼做，按压弯构件计算；也可单独设置钢管、H型钢等截面杆件，按压杆设计。,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)柱间支撑布置(规程条)设置：,1)柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，当无吊车时一般取3045m；有吊车时不宜大于60m。2)当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；房屋宽度大于60m，内柱宜适当设置支撑；,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)柱间支撑布置(规程条)设置：设计：,1)支撑宜采用十字交叉圆钢（柔性支撑），300a600，宜450；2)当设有大于5t的桥吊，柱间支撑宜采用型钢支撑。3)柱间支撑受力应计入纵向风载和吊车纵向制动力。,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)柱间支撑布置(规程条)隅撑设置：,1)实腹式钢架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。规程条,2)在檐口位置，钢架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处，应各设置一道隅撑，在斜梁下翼缘受压处应设置隅撑，其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16(235/fy)0.5倍。如斜梁下翼缘受压区因故不设隅撑，必须采取保证刚架稳定的可靠措施。规程条,q,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)柱间支撑布置(规程条)隅撑设置：设计：(规程条),采用单角钢，按轴压构件设计，轴压力为,3.1 结构形式与布置,(5)支撑体系,布置要求(规程条)屋盖支撑布置(规程条)柱间支撑布置(规程条)隅撑设置：设计：构造：(规程条),3.2 檩条设计,(1)截面形式,截面形式,热轧槽钢,H型钢,冷弯薄壁型钢,这两种檁条适用于荷载较大的屋面。,适用于i1/3,适用于i1/3,适用于压型钢板的轻型屋面,(1)截面形式,3.2 檩条设计,确定檩条间距时，应综合考虑天窗、通风屋脊、采光板、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。1）应等间距布置；2）在屋脊处，设置双檩(一般小于200mm)；3）在天沟附近应布置一道檩条，以便于天沟的固定。,檩条布置实例,(2)布置与连接(规程条),3.2 檩条设计,(2)布置与连接,3.2 檩条设计,实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，檩托可用角钢和钢板做成，檩条与檩托的连接螺栓不应少于2个，并沿檩条高度方向布置。设置檩托的目的是为了阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性。,(3)拉条与撑杆(规程条),3.2 檩条设计,作用拉条仅传递拉力，撑杆主要承受压力；给檩条提供侧向支撑；减小檩条沿屋面坡度方向的跨度；减少檩条施工和使用过程中的侧向变形和扭转。,(3)拉条与撑杆(规程条),3.2 檩条设计,作用布置原则(规程条)当l 4m时，应在檩条间跨中位置设置拉条或撑杆；当l 6m时，应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条或撑杆；设撑杆处必设斜拉条，与刚性檩条连接。在屋脊、檐口和天窗两侧处设置斜拉条和刚性撑杆。,(3)拉条与撑杆(规程条),3.2 檩条设计,作用布置原则(规程条)构造要求(规程条)拉条采用圆钢，d 10mm，应设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内；当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面宜用自攻螺钉直接与檩条连接，拉条宜设在下翼缘附近。为了兼顾无风和有风两种情况，可在上、下翼缘附近交替布置。撑杆可用钢管、方管和角钢，要求l200。,(3)拉条与撑杆(规程条),3.2 檩条设计,作用布置原则(规程条)构造要求(规程条)连接,(3)拉条与撑杆(规程条),3.2 檩条设计,作用布置原则(规程条)构造要求(规程条)连接计算,拉条面积：,1.2永久荷载+1.4max屋面均布活荷载,雪荷载；1.2永久荷载+1.4施工检修集中荷载换算值。1.0永久荷载+1.4风吸力荷载。(当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响),(4)荷载及荷载组合,3.2 檩条设计,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,荷载计算,注：当屋面坡度i1/3时，qx值较小，檁条近似为单向受弯构件。,内力计算,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,荷载计算,注：当屋面坡度i1/3，檁条近似为沿x主轴方向单向受弯。,内力计算,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,内力计算,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,强度计算,冷弯薄壁型钢：,热轧型钢：,1(+),2(-),3(+),4(-),内力计算,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,稳定计算,冷弯薄壁型钢：,热轧型钢：,注：当屋面板能阻止檩条的侧向失稳和扭转时，可不进行整体稳定计算。,强度计算,内力计算,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,变形计算,稳定计算,C形截面：,强度计算,内力计算,(5)檩条计算,3.2 檩条设计,变形计算,稳定计算,Z形截面：,强度计算,内力计算,一轻型门式刚架结构的屋面，檩条采用冷弯薄壁卷边槽钢，截面尺寸为C16060202.0，材料为Q235。水平檩距1.2m，檩条跨度为6m，屋面坡度为8%(a=4.57)，檩条跨中设置一道拉条，且屋面板与檩条可靠连接，能阻止檩条侧向失稳和扭转，试验算该檩条的承载力和挠度是否满足设计要求。已知该檩条承受的荷载为,(6)例题,3.2 檩条设计,(1)1.2永久荷载+1.4 屋面活荷载：荷载标准值qk=0.995kN/m；荷载设计值q=1.235kN/m，则qx=qsin4.57=0.098kN/m；qy=qcos4.57=1.231kN/m，(2)1.0永久荷载+1.4 风吸力荷载：荷载设计值qx=0.02kN/m，qy=0.891kN/m。,(6)例题,3.2 檩条设计,解：(1)檩条毛截面几何特性,经查附表D-12-3，知该槽钢的截面几何特性为：,1,2,(6)例题,3.2 檩条设计,解：(1)檩条毛截面几何特性(2)弯矩计算,第一种组合：,第二种组合：,(6)例题,3.2 檩条设计,解：(1)檩条毛截面几何特性(2)弯矩计算(3)强度验算,经判断，验算檩条在第一种荷载作用下1、2点的强度,1,2,(6)例题,3.2 檩条设计,解：(1)檩条毛截面几何特性(2)弯矩计算(3)强度验算(4)稳定验算：根据题意，可不进行稳定验算。(5)挠度验算,经验算，该檩条强度、整体稳定和挠度都满足要求。,(1)荷载及荷载组合,3.3 刚架设计,永久荷载可根据屋面材料不同取2；可变荷载均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载和吊车；均布活载：0.5kN/m2，0.3kN/m2（A60m2）。地震作用用底部剪力法计算,(1)荷载及荷载组合,3.3 刚架设计,不考虑地震组合1.2永久荷载+0.91.4竖向可变荷载+风荷载+吊车竖向及水平荷载1.2永久荷载+1.4竖向荷载1.0永久荷载+0.91.4竖向可变荷载+吊车竖向及水平荷载1.0永久荷载+1.4风荷载（吸力）,注：1和2用于计算最大轴力和最大弯矩组合，简化规则。3和4用于计算轴力最小组合，柱脚及锚栓抗拉计算。,(1)荷载及荷载组合,3.3 刚架设计,不考虑地震组合考虑地震组合设防烈度为7度且w00.35kN/m2;设防烈度为8度且w00.35kN/m2。,地震组合不起控制作用，只需无地震组合。,如：福州为度设防，风压为,(2)构件设计,3.3 刚架设计,内力计算原则：利用弹性分析法（变截面）和塑性分析法（全等截面）分析不同荷载组合下的内力，找出控制截面的内力组合。控制截面：在柱底、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：最大轴压力Nmax和相应的Mmax及V的较大值。最大轴压力Nmax和相应的Mmin及V的较大值。最大轴压力Nmin和相应的Mmin及V的较大值。最小轴压力Nmin和相应的Mmax及V的较大值。,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,在剪力V和弯矩M作用,当截面为双轴对称时，两翼缘承担的弯矩值,构件有效面积承担的弯矩,腹板抗剪承载力设计值,强度计算,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,在剪力V弯矩M和轴力N作用,当截面为双轴对称时，两翼缘承担的弯矩值,强度计算,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,面内稳定：,面外稳定：,变截面柱：压弯构件,变截面柱柱端受剪验算：,整稳计算,强度计算,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,面内强度：,面外稳定：,横梁：压弯构件,折算应力：(有P不设置加劲肋时),整稳计算,强度计算,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,翼缘：,腹板：,局稳计算,整稳计算,强度计算,内力计算,变形计算,局稳计算,整稳计算,强度计算,内力计算,(2)构件设计,3.3 刚架设计,侧移计算原则：变截面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。在风荷载标准值作用下的柱顶位移限值h/60。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：放大柱或梁的截面尺寸；改铰接柱脚为刚接柱脚；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。,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,连接形式(规程条),刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接,高强螺栓端板刚性连接,内力计算：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，每个螺栓承受拉力为：,注：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，受拉力为Nth3/h1，承担弯矩为2Nth32/h1。,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）,间距：ew，ef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。,内力计算：构造要求：直径,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）端板设计,(d)三边支承类端板,(a)伸臂类端板,(b)无加劲肋类端板,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,计算：,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）端板设计,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,计算：构造要求：,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）端板设计节点域剪应力验算,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,注：上式不满足时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）端板设计节点域剪应力验算端板螺栓处构件腹板强度验算,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,注：上式不满足时，应加厚腹板或设置加劲肋。,连接形式(规程条)螺栓设计(以端板竖放外伸式连接为例）端板设计节点域剪应力验算端板螺栓处构件腹板强度验算加腋节点,(3)节点设计梁柱节点,3.3 刚架设计,柱脚形式(规程条),(3)节点设计柱脚节点,3.3 刚架设计,柱脚形式(规程条),(3)节点设计柱脚节点,3.3 刚架设计,柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)的规定，锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数1.0。锚栓直径不宜小于24mm，且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。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受。,柱脚形式(规程条)构造要求(规程7.2.1820条),(3)节点设计柱脚节点,3.3 刚架设计,柱脚构造详图,铰接柱脚,刚接柱脚,柱脚形式(规程条)构造要求(规程7.2.1820条),(3)节点设计柱脚节点,3.3 刚架设计,加劲板,加劲板,地脚螺栓,内力计算：,h H/2,支承加劲肋,(3)节点设计牛腿节点,3.3 刚架设计,构造要求：,根部尺寸确定：,(3)节点设计摇摆柱与斜梁的连接节点,3.3 刚架设计,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,自重轻、强度高、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护更新，便于商品化、工业化生产的特点。具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调以及灵活的组合方式。,围护结构特点,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,将薄钢板(彩色薄钢板）经辊压冷弯成V型、U型、W型等类似形状，用于建筑屋面、墙面和楼板的建筑材料。,压型钢板的加工,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,压型钢板的加工,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,压型钢板的表示方法 YX波高波距有效覆盖宽度。如YX15-380-760，表示：波高为15mm、波距为380mm、板的有效覆盖宽度为760mm的板型；压型钢板的厚度需另外注明。,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,压型钢板的表示方法 YX波高波距有效覆盖宽度。如YX15-380-760，表示：波高为15mm、波距为380mm、板的有效覆盖宽度为760mm的板型；压型钢板的厚度需另外注明。,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,压型钢板的分类,按表面处理方法分,镀锌钢板,彩色镀锌钢板,彩色镀铝锌钢板,仅适用于组合楼板,适用于屋面和墙面,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,压型钢板的分类,按波高分,低波板(30mm),中波板(30-70mm),高波板(70mm),适用于墙面,适用于屋面,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,压型钢板的分类,按搭接构造做法分,螺钉外露式,暗扣式,锁缝式,施工方便防水差，适用坡度1/10的屋面,造价适宜防水较好，抗风能力较弱，适用屋面坡度1/10,造价较高防水好，抗风能力较强，最小屋面坡度为1/48,采用自攻螺钉连接时的要求自攻螺钉应带有防水密封胶垫，中距和端距3d0，边距1.5d0，受力螺钉个数2个；屋面高波压型钢板用单向固定螺栓与固定支架连接，通常每波设置一个；低波压型钢板及墙面压型钢板采用钩头螺栓或自攻螺钉直接与檩条或墙梁连接，可每波或隔波设置一个，每块不得少于3个连接件，搭接波处必须设置连接件；自攻螺钉适用直径为3-8mm，预制孔径为,连接构造,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,连接构造,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,搭接要求宜采用长尺寸板材，以减少板长度方向的搭接。,连接构造,(1)屋面和墙面板,高波（波高 70mm）压型钢板：375mm 屋面坡度 1/10时：200mm 墙面：压型钢板：120mm,3.4 围护结构设计,搭接要求宜采用长尺寸板材，以减少板长度方向的搭接。侧向搭接与主导风向一致,连接构造,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,搭接要求宜采用长尺寸板材，以减少板长度方向的搭接。侧向搭接与主导风向一致长向搭接,连接构造,(1)屋面和墙面板,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面,墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、以及墙面板等组成。拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递的风荷载。墙梁的截面主要是C型和Z型两种冷弯薄壁型钢截面形式。,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面墙梁布置(规程4.4条),墙梁布置实例,墙梁一般布置在刚架柱的外侧，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面墙梁布置(规程条),当墙梁跨度大于4-6m时，宜在跨中位置设置一道拉条。当墙梁跨度大6m时，应在墙梁跨度三分点处各设置一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱和墙架柱；当墙板的竖向荷载有可靠途径传至地面或托梁时，可不设斜拉条。,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面墙梁布置山墙结构布置,山墙墙梁间距宜与纵墙的间距相同；需设置抗风柱减小墙梁的跨度。,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面墙梁布置山墙结构布置墙梁设计,荷载竖向荷载墙板自重和墙梁自重水平荷载风荷载荷载组合竖向荷载水平风荷载（迎风）竖向荷载水平风荷载（背风）,3.4 围护结构设计,(2)墙架布置及连接,组成及截面墙梁布置山墙结构布置墙梁设计,内力计算验算（同檩条）,3.4 围护结构设计,