第八章 轻型门式刚架钢结构

8.5 门式刚架构件的截面验算
一、截面有效宽度（仅指受压构件） 概念：把在宽度b上分布不均匀的应力图集中到板的 两侧，应力都是fy，即得到有效宽度be=bσcr/fy 影响有效宽度的因素：板件的约束条件、端部作用 应力及其分布。 板件约束的四种类型： ⑴两边支承板件（加劲板件）； ⑵一边支承一边卷边（边缘加劲板件） ⑶一边支承、一边自由（未加劲板件） ⑷两边支承且中部有中间加劲肋（中间加劲板件） 各类支承方式板的有效宽度计算（自学）
w 参数 w
hw / t w 37 k 235 / f y
2
当a / hw 1时，k 4 5.34 / a / hw 当a / hw 1时，k 5.34 4 / a / hw 式中
2
a 腹板横向加劲肋的间距，可取a hw 2hw k 腹板在纯剪切荷载作用下的屈曲系数， 当不设中间加劲肋时取为5.34。
荷载效应组合的原则： ⑴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； ⑵积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值 同时考虑； ⑶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； ⑷多台吊车的组合应符合现行国家荷载规范的规定； ⑸风荷载不与地震作用同时考虑。
二、风荷载
8.2 门式刚架计算简图的确定
门式刚架钢结构的尺寸应符合下列规定 ⑴门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离； ⑵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；
⑶柱的轴线可取通过柱下端（小头）中心的竖向直线， 工业建筑边柱的定位轴线宜取外皮，斜梁的轴线可取 通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。 门式刚架的柱脚多为铰接，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桥式吊车时，宜将柱脚设计为刚 接。 檐口高度，取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度； 最大高度，取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度； 房屋的宽度，取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离； 房屋的长度，取两端山墙墙梁外皮之间的距离。
第八章 轻型门式刚架钢结构
门式刚架的特点： （1）质量轻：围护材料均轻质，承重结构用钢量1030公斤，为同类混凝土结构自重的1/20-1/30，地基 处理费用少，地震作用小，风荷载作用大。 （2） 工业化程度高，施工周期短，质量易于保证。 （3）综合经济效益高：造价略高于砼结构，但设计周 期短，加工、安装方便，资金回报快，投资效益高。 （4）柱网布置比较灵活
QTmax k Q T1 y1 y2 T2 y3 y4 QTmax k T QT yi Dmax Pmax
其中T1、T2—吊车1和吊车2横向水平制动力的标准值，且T1＞T2 。 T—吊车每个轮子水平制动力的标准值。
㈢吊车纵向水平荷载（TL） 传递路线：大车刹车→大车制动轮与吊车梁产生摩 擦力→柱或柱间支撑 每台吊车纵向水平制动力的设计值为：
三、吊车荷载 吊车的分类：按工作的频繁程度分为 ⑴轻级工作制：JC≤15% ⑵中级工作制： 15% ≤ JC≤40% ⑶重级工作制： JC ≥ 40% ㈠竖向荷载（Dmax、Dmin、Dmaxk、Dmink） Dmax、Dmin—吊车满载运行时可能作用在厂房刚架柱 上的最大压力及最小压力。 概念：Pmax为最大轮压，由生产厂家提供。 Pmin为最小轮压，由计算得出。如四轮吊车 Pmax =0.5（G+g+Q）－ Pmax G—大车自重标准值； g —小车自重标准值； Q —吊车额定最大起重量标准值。
二、控制截面及最不利内力组合 1、控制截面 刚架梁：两端支座截面、跨中截面 刚架柱：柱顶、柱底、柱阶形变截面处 2、最不利内力组合 最不利内力组合按梁、柱控制截面分别进行，一般可选柱底 、柱顶、柱阶形变截面处及梁端、梁跨中等截面进行组合 和截面的验算。 刚架梁：Mmax→V Mmin（负M最大）→ V Vmax → M 刚架柱：Nmax → M、V Nmin → M、V Mmax → N、V Mmin （负M最大） → N、V 三、变截面刚架的侧移计算（自学）
二、板件最大宽厚比和屈曲后强度利用 b1 1、工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比限值 t 15 235 f y 工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比限值
hw
tw
250 235
fy
2、腹板屈曲后强度的利用
在进行刚架梁、柱构件的截面设计时，为了节省钢材，允许 腹板发生局部屈曲，并利用其屈曲后强度。门式刚架的构件 剪应力最大处往往弯曲应力也最大，翼缘对腹板没有约束作 用，因而计算公式不同于普钢规范的规定。 工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板的高度变化不超过 60mm/m时，其抗剪承载力设计值可按下列公式计算：
㈡横向水平荷载（Tmax、Tmaxk） 传递过程：小车刹车→小车制动轮与桥架产生摩擦→大车→吊车梁→刚架柱 《荷载规范》规定，对四轮桥式吊车，小车满载运行刹车时，大车一个轮子 所产生的横向水平制动力为：
T=0.25α（Q+g）
其中α—横向水平制动系数。 对软钩吊车：Q≤10t时，取0.12； 对硬钩吊车：取0.20. Q=16～50t时，取0.10； Q≥75t时，取0.08； 作用在刚架柱上的吊车横向水平荷载设计值为： 两台吊车不同时， Tmax 两台吊车相同时， Tmax
三、刚架梁、柱构件强度计算和加劲肋的设置 1、工字形截面受弯构件弯剪共同作用下的强度应符合
4、支撑布置： ⑴作用：稳定结构体系； ⑵柱间支撑： ①间距：无吊车30-45m，有吊车设于温度区段中部 或3分点处且≤60m ②布置：与屋盖水平支撑设于同一柱间，不允许有 柱间支撑时，设柱间或支撑刚架。 ⑶屋盖支撑：设于第一（二）柱间， 且在刚架转折处沿纵向全长设刚性 系杆。 屋盖支撑常用Φ20的圆钢，夹角30-60°
其中：
Vd hwt w f v'
当w 0.8时 当0.8 w 1.4时 当w 1.4时
式中
f v' f v f v' [1 0.64(w 0.8)] f v f v' (1 0.275w ) f v
f v 钢材的抗剪强度设计值； f v' 腹板屈曲后抗剪强度设计值； hw 腹板板幅的平均高度；
wk s Z w0
Wk——风荷载标准值，与建筑物所在地区基本风压、 建筑物体型、高度以及建筑地面粗糙度等因素有关， 且假定风荷载垂直作用于建筑物表面上； W0——基本风压，按现行荷载规范规定乘1.05采用； μZ——风荷载高度变化系数，按现行荷载规范采用； 当高度小于10m时，按10米高度处的数值采用； μs——风荷载体型系数（P288表8.1），考虑内、外风 压最大值的组合，且含阵风系数。
Dmin Q Dmin k Q P min y1 y2 P2 min y3 y4 1
其中：P1max,P2max—吊车1和吊车2最大轮压的标准值， 且P1max ≥ P2max ；P1min,P2min—吊车1和吊车2最小轮 压的标准值，且P1min ≥ P2min ； y1、y2、y3、y4 —与吊车1和吊车2的轮子相对应的支 座反力影响线上的竖标。 γQ—吊车荷载分项系数。 Σyi= y1+y2+y3+y4 —各轮子下影响线竖标的总和。 当仅有一台吊车时荷载组合
一、屋面荷载 1、永久荷载：屋面板、檩条、支撑、刚架自重；吊 顶、管线、天窗、保温通风设施自重。 2、可变荷载：屋面均布活荷载，雪荷载、积灰荷载。 屋面均布活荷载：当采用压型钢板轻型屋面时，屋 面竖向荷载的标准值（按水平投影计算）应取 0.5kN/m2；对受荷水平投影面积大于60m2刚架构 件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于 0.3kN/m2
3、腹板的有效宽度 当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利 用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何 特性。有效宽度取为： he hw 腹板全部受压 he hc 腹板部分受拉 式中：he—腹板受压区有效宽度。 ρ—有效宽度系数
当 0.8时 当0.8 1.2时 当 >1.2时
由于吊车荷载是移动荷载，为求得Dmax和Dmin ，则需确定吊车运行时的最不利位置，根据荷载 规范，在设计时可考虑两台吊车并行。 由P290图8-7可知，一个计算单元内刚架柱所 支承的相邻两柱间的吊车梁的反力即为吊车梁作 用在刚架柱上的最大竖向荷载Dmax和最小竖向荷载 Dmin 。 根据影响线知识，两台吊车并行，当其中一 台的一个最大轮压P1max（ P1max ≥ P2max ），作用 在刚架柱轴线处，而另一台与其紧靠并行时，即 为两台吊车的最不利轮压位置。 因为吊车轮压Pmax和Pmin同时出现，且分别作 用在左右两侧的吊车梁上，当一侧柱由Pmax产生最 大竖向荷载标准值时，另一侧柱则相应地由Pmin产 生最小竖向荷载标准值Dmink，由影响线可得吊车 竖向荷载的设计值计算公式：
1 1 0.9( 0.8) 0.64 0.24( 1.2)
— 与板件受弯、受压有关的参数
hw / t w 28.1 k 235 / f y k — 板件在正应力作用下的屈曲系数 k 16
1 2 0.1121 2 1
8.1 结构形式和布置
一、结构形式 按结构体系分：有实腹式和格构式 按截面形式分：有等截面和变截面 按结构选材分：有普通型钢、薄壁型钢、钢管 按跨数分：有单跨和多跨
门式刚架体系构成： ⑴屋面：单层或夹芯压型钢板（彩钢板） ⑵檩条：冷弯薄壁型钢，C形，Z形，工字形 ⑶主刚架：常用等截面或变截面工字形 ⑷隅撑：常用角钢 ⑸支撑：常用张紧 的圆钢，在有吊车 荷载时柱间支撑用 型钢 ⑹拉条与撑杆：常 用小直径圆钢。
二、结构布置 1、柱网布置： ⑴柱距：常用为6m，也可为7.5或9m； ⑵跨度：9-36m，对模数的要求可有可无； ⑶高度：斜梁与柱轴线交点到柱脚的尺寸一般为 4.5-9m。 2、变形缝的设置：纵向温度区段≤300m，横向温度 区段≤150m； 设缝措施：设双柱、或在檩条端头开长圆孔