轻型门式钢架结构教学PPT钢结构设计

2） 隅撑计算
按轴心受压构件设计 隅撑轴向压力：
N Af
fy
60 cos 235
A——实腹斜梁被支撑翼缘的截面面积
θ——隅撑与檩条轴线的夹角 注：成对布置，隅撑计算轴压力取半。
刚架节点设计
1.斜梁与柱的连接及斜梁拼接
高强螺栓－端板连接
端板竖放
端板斜放
端板平放 斜梁拼接
刚架梁、柱连接及梁拼接
（1）翼缘与端板连接
可由P19公式计算：
一阶分析时的柱顶位移
（3）二阶分析法
1 0.375 0.08 2(1 0.0775)
d1 d0 1 —构件的楔率； 0.268 h d0 及6.0
d 0 d1 —柱小头和大头的截面高度
变截面构件的楔率
2.刚架平面外 分段按公式计算： N0 t M1 f y Ae0 bWe1
（4）多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；
（5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时 考虑。
由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重较 小，设计经验表明，当抗震设防烈度为7 度时， 一般不需做抗震验算；当为8 度及以上时，横 向刚架和纵向框架均需做抗震验算。当设有多 于一层并与门式刚架相连接的附属建筑时，应 进行抗震验算。
在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：
（1）1.2×永久荷载＋0.9×1.4[积灰荷载＋max{屋面均布活 荷载、雪荷载}]＋ 0.9×1.4（风荷载＋吊车竖向及水平荷载）
（2）1.0×永久荷载＋1.4×风荷载
1.3.2 内力和侧移计算
内力计算
（1）计算方法 变截面刚架：弹性分析方法，有限元法 等截面刚架：允许采用塑性分析方法
（1）在剪力V和弯矩M共同作用下
腹板抗剪承载力设计值（P11）
V 0.5Vd
M Me
M e ——构件有效截面所承担的弯矩 M e We f
当 0.5Vd V Vd 时
M
Mf
Me M f
1
V 0.5Vd
2
1
当截面为双轴对称时
M f Af hw t f
（2）在剪力V、弯矩M和轴力N共同作用下：
1.板件宽厚比限值
翼缘板 b1 15 235
t
fy
腹板
hw tw
250
235 fy
2.腹板屈曲后强度利用
允许腹板屈曲，并利用屈曲后强度。
截面尺寸
3.腹板的有效宽度
（1）全部受压
he hw
（2）部分受压
受压区有效宽度为：
he：腹板受压区有效宽度；
he hc
ρ：有效宽度系数
hc: 腹板受压区高度。
（2）施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：按实际情 况取用，不小于1kN ，按最不利位置 （3） 屋面雪荷载和积灰荷载：按GB50009 采用，考虑增大 系数和不均匀系数。 （4）吊车荷载
（5）风荷载 风荷载标准值计算
wk s z w0
w0——基本风压，按《建筑结构荷载规范》的规定值乘以1.05 采用；
斜梁和隅撑的设计
1.斜梁设计
（1）压弯构件 ：面内强度、面外整体稳定
（2）侧向支撑点间最大长度
16
235b fy
f
，b f 斜梁
受压翼缘宽度，不需验算整体稳定
（3）上翼缘集中荷载处验算
1）折算应力
2）补充验算 斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时
F 15mtw2 f
t f 235 tw fy
t ——等效弯矩系数 对一端弯矩为零的区段
t 1 N N Ex0 0.75( N N Ex0 )2 两端弯曲应力基本相等的区段 t 1
b ——均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数，
对双轴对称的工字形截面杆件：
b
4320
2 y0
A0h0 Wx0
s w
4
y0t0
4.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱh0
2
235 fy
加劲板
加劲板 地脚螺栓
浇入素混凝土 保护地脚锚栓
3.牛腿设计 （1）牛腿构造
（2）牛腿计算 牛腿根部剪力V、弯矩M确定：
V 1.2PD 1.4Dmax
M Ve
PD——吊车梁及轨道重 Dmax——吊车最大轮压通过吊车梁传递给一根柱的 最大反力 （3）牛腿与柱连接 翼缘对接焊缝、腹板角焊缝。
4.摇摆柱与斜梁的连接构造
M
2Nt
h32 h1
节点剪力由上边两排抗拉螺栓以外的螺栓承担，且
拉剪螺栓应满足：
Nv
N
b v
Nt
N
b t
1
（3）端板厚度确定（P24公式）
（4）节点域抗剪
M fv
dbdctc
（5）端板设置螺栓处构件腹板强度验算
Nt2 0.4P
0.4P f
ewtw
Nt2 0.4P
Nt2 f ewtw
2.柱脚设计 （1）铰接柱脚
z——风荷载高度变化系数。高度小于10m时，应按10m采用； s——风荷载体型系数。（见CECS102：2002）
3.偶然荷载
地震作用
荷载效应组合原则
（1）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； （2）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； （3）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；
（2）变截面刚架：横梁h0min≥250mm，柱底h0min≥300mm，柱顶
取h1max＝（2～3）h1min。
详见相关设计手
册
工字形截面高宽比（h/b）
通常取h/b≈2～5，承受桥式吊车荷载的柱子宜取小值，梁 端与柱的连接为侧接（端板竖放）时，该处梁端可取 h/b≤6.5
板件宽厚比和腹板屈曲后强度
有效宽度系数ρ计算公式： p ——与板件受弯、受压有关的系数 K ——板件在正应力作用下的屈曲系数
腹板边缘正应力比值
2 1
（压“＋”，拉“-”）
1 1
腹板有效宽度he分布规则
0
he1 2he /(5 )
he2 he he1
0
he1 0.4he
he2 0.6he
4.考虑屈曲后强度工字形截面受弯构件强度
K1 Ic1 h K2 Ib0 2 s
Ico Ic1 —分别为柱小头和大头的截面惯性矩；
Ib0 —梁最小截面的惯性矩；
s —半跨斜梁长度，计算边柱时见下图lb；
—斜梁换算长度系数，等截面梁取1.0
计算边柱时的斜梁长度
（2）一阶分析法
框架柱的临界荷载或计算长度由侧移刚度得出。
侧移刚度K：K H u
1.刚架平面内稳定
N0
mx M1
f
x Ae0 1 N0 N Ex0 x We1
N Ex0 2 EAe0 1.12
N0 ——小头的轴向压力设计值；
M1 ——大头的弯矩设计值；
Ae0 ——小头的有效截面面积；
We01 ——大头有效截面最大受压纤维的截面模量；
x
——杆件轴心受压整体稳定系数， h
（3）最不利内力 Nmax 及相应的 M、V
M max 及相应的 M、V
Nmin 及相应的 M、V
侧移计算
计算原则：弹性分析方法
单跨变截面刚架斜梁i≤1:5时，柱顶水平力下侧移估算 公式（参见CECS）
柱脚铰接 柱脚刚接
t
IcL Ibh
刚架柱顶位移设计值的限值
吊车情况 无吊车 有桥式吊车
其它情况
m 1.5 M We f
F——上翼缘所受的集中荷载 tf、tw——斜梁翼缘和腹板的厚度
m ——参数， m 1.0，在斜梁负弯矩区 m 1.0
M——集中荷载作用处的弯矩 We——有效截面最大受压纤维的截面模量
2.隅撑设计 1）隅撑布置
隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 16 235 f y 倍。
采用轻型钢墙板时 当采用砌体墙时
吊车有驾驶室时 吊车由地面操作时
柱顶位移限值
h/60 h/100
h/400 h/180
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）改铰接柱脚为刚接柱脚； （2）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）放大柱或梁的截面尺寸；
翼缘与端板连接采用全熔透对接焊缝，腹 板与端板连接采用角焊缝。
（2）高强螺栓计算
受拉螺栓
Nt
M 4h1
N
b t
M —横梁与柱在连接处传递的弯矩；
h1 —梁上、下翼缘中心的距离；
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。
第三排螺栓受力
Nt
Nt
h3 h1
螺栓承担弯矩
1.3.3 构件设计
刚架截面尺寸粗估
截面高度h：以10mm为模数 截面宽度：以5mm为模数，（多数也取10mm） 腹板厚度tw：4mm，6mm，8mm等，以2 mm为模数， 翼缘厚度t：≥6mm，以2 mm为模数
刚架横梁截面高度
（1）等截面刚架：可按跨度的1/30～1/40（实腹梁）或 1/15～1/25（格构梁）确定，且不应小于200mm（无吊车）或 250mm（有吊车）。刚架柱截面高度可按与梁相同采用。
蒙皮效应：将屋面板视为沿屋面全长伸展的深梁，可用来 承受平面内的荷载。面板可视为承受平面内横向剪力的腹 板，其边缘构件可视为翼缘，承受轴向拉力和压力。
注：一般不考虑蒙皮效应。
横向均布荷载作用下，等截面刚架弯矩图
刚架计算简图
刚架弯矩图
q
荷载计算简图
刚架弯矩图
（2）控制截面 梁：梁端、跨中 柱：柱底、柱顶、柱牛腿连接处
1.3 刚架设计
荷载及荷载组合 刚架内力和侧移计算 刚架柱、梁的设计
1.3.1 荷载及荷载组合
荷载
1.永久荷载 (1)结构自重 估算时可用0.45～0.55kN/m2 (2)其它恒载 包括吊顶、管线、天窗等，按实际情况取用
2.可变荷载
（1）屋面活荷载：一般取0.5kN/m2，可取0.3kN/m2（>60m2）
（2）刚接柱脚 吊车起重量≥5吨时可考虑设置刚性柱脚。
铰接柱脚
刚接柱脚
门式刚架柱脚形式
（3）柱脚计算 1）基础顶面混凝土承压计算，确定底板面积 2）底板厚度确定 3）锚栓计算 4）柱脚抗剪计算 剪力靠柱脚底板与基础间摩擦力（摩擦系数 0.4）承担或设置抗剪键。
5）底板与柱、加劲肋等焊缝计算
抗剪键 抗剪键
y0 sl iy0
s 1 0.023 lh0 Af w 1 0.00385 l iy0
i y 0
——受压翼缘与受压区腹板1/3高度组成的截面绕y轴 的回转半径
l ——楔形构件计算区段的平面外计算长度
注：b 0.6
时，b
1.07
0.282 1.0
b
关于iy0
摇摆柱计算
按两端铰接轴心受压构件设计。
当V 0.5Vd
时
M
M
N e
M
N e
Me
NWe
Ae
当 0.5Vd V Vd 时
M
M
N f
M
N e
M
N f
1
V 0.5Vd
1
2
当截面为双轴对称时
M
N f
Af hw t f
N
A
梁腹板加劲肋的配置
《规程》规定,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋 间距a宜取hw～2hw。
变截面柱整体稳定
i0
mx ——等效弯矩系数，取1.0
NE x0 ——参数
注：Mmax不出现在大头时， M1 和 We1 分别取Mmax和 该处有效截面模量
2.变截面柱在刚架平面内的计算长度
单跨： h0 h
多跨带摇摆柱的边柱：h0 h
——计算长度系数，确定方法如下：
（1）查表法 柱脚铰接对称刚架楔形柱 柱、梁线刚度K1和K2：