第四节刚架柱、梁设计2
刚架梁、刚架柱制作方案
刚架柱、刚架梁制作工艺内容摘要：关键词：1.工程概况：本工艺主要对刚架柱、刚架梁的加工、组装、焊接、涂装等工艺过程进行概述，规定各工序的要点。
刚架柱、刚架梁在现场制作时必须遵循此工艺的规定。
1、编制依据：（1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）（2）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）（3）《建筑钢结构焊接技术规范》（JGJ81-2002）2、材料要求3．1该工程使用的钢材、焊接材料、涂装材料、紧固件等应具有原材料生产厂家质量证明书，必须符合设计要求和甲方提供的行业标准。
3．2原材料进厂后，必须对所有原材料进行验收和检验。
对复验合格的材料用油漆做上记号，并且对不同类型钢材分别存放。
复验不合格的原材料不得使用。
3．3 所有钢材表面锈蚀、麻点或划痕的深度不得超过其厚度负偏差的一半，钢板的实际厚度不得小于允许的最小厚度，断口处如有分层缺陷，应会同有关人员处理。
3．4 材料代用须事先提出附有材料缺货证明书的申请书（技术核定单），向甲方和监理报审后，经设计单位确认后方可代用。
3．5 焊条的焊芯和药皮不应有任何影响使用性能的缺陷。
焊丝表面光滑平整，镀层均匀牢固，不允许存在油污、氧化皮、锈蚀及划伤等影响其使用性能的缺陷，焊剂的粒度均匀，焊剂中不得存在明显的可见的铁、碳粒、铁合金凝珠及其它杂物。
3．6 涂料应符合设计要求，并存放在专门的仓内，不得使用过期变质，结块失效的涂料。
4、钢结构制作主要工艺流程图（见附图）5、号料工序：根据施工图纸材料表提出材料计划，进入号料工序。
5.1板材进入车间后应先核对其质量合格证明文件、中文标志及检验报告，检查钢板的厚度，检查钢材的表面外观质量，清除表面杂质。
钢材表面的平面度应符合下表规定，否则要先在七辊平板机上进行矫正平直。
5.2号料前应该熟悉施工图和掌握工艺要求，发现问题及时向项目技术负责人提出。
5.3板材号料用钢尺及划针划线，或采用数控切割机和多头直条切割机直接号切。
门式刚架梁柱分析设计实例
门式刚架梁柱分析设计实例：图1所示单跨门式刚架，柱为楔形柱，梁为等截面梁，截面尺寸及刚架几何尺寸如图所示，材料为Q235B.F 。
已知楔形柱大头截面的内力： M 1=198.3KN.m ，N 1=64.5kN ，V 1=27.3kN ；柱小头截面内力：N 0=85.8kN ，V 0=31.6kN 。
试验算该刚架柱的整体稳定是否满足设计要求。
图1 刚架几何尺寸及梁柱截面尺寸（a ）刚架几何尺寸；（b ）梁、柱大头截面尺寸；（c ）柱小头截面尺寸[解]：（1）计算截面几何特性：刚架梁及楔形柱大头、小头截面的毛截面几何特性计算结果见表1-1刚架梁、柱毛截面几何特性 （2）楔形柱腹板的有效宽度计算 ① 大头截面：腹板边缘的最大应力23461/8.1566800105.641040375300103.198mm N =⨯+⨯⨯⨯=σ 23462/9.1376800105.641040375300103.198mm N -=⨯+⨯⨯⨯-=σ 腹板边缘正应力比值879.08.1569.13712-=-==σσβ 腹板在正应力作用下的凸曲系数()()()βββσ++-++=11112.011622k()()()879.01879.01112.0879.011622-+++-==21与板件受弯、受压有关的系数 )/(2351.28/1σγλσρR ww k t h =66.0)8.156087.1/(235211.286/600=⨯⨯⨯=≤0.8大头截面腹板全部有效。
②小头截面： 腹板压应力 2100/6.17488085800mm N A N ===σ ,1=β 0.4202162=++=σk24.0)6.17087.1/(23541.286/280=⨯⨯⨯=ρλ< 0. 8, ρ=1,故小头截面腹板全截面有效。
⑶楔形柱的计算长度柱的线刚度 5479773681040375411=⨯==h I K e 梁的线刚度 170656.118291210403752402=⨯⨯⨯==s I K b ψK 2/K 1=17065/54797=0.3119.010407351077334410=⨯⨯=c c I I查表得柱的计算长度系数γμ=1.22柱平面内的计算长度γμ=ox l h=1.22×7368=8986mm柱平面外的计算长度根据柱间支撑的布置情况取其几何高度的一半mm l oy 3684=⑷楔形柱的强度计算柱腹板上不设加劲肋，k τ =5.34,偏于安全地按最大宽度计算17.134.5376/600/23537/=⨯==yww w f k t h τλ腹板屈曲后抗剪强度设计值2/4.95125)]8.017.1(64.01[)]8.0(64.01[mm N f f v w v =⨯-⨯-=--='λ柱腹板抗剪承载力设计值kN f t h V v w w d 4.343104.9566003=⨯⨯⨯='=-V 1=27.3kN < 0.5V d366611110680010311.15.641021510311.1/⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=-=-e e e N eA NW M M=269.4kN.m M=198.3kN.m < N e M柱大头截面强度无问题，小头截面积虽小，但弯矩为零，强度也无问题。
刚架设计课程课件
SGjk --按第j个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值；
SQik --按第i个可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值；
ci --第i个可变荷载标准值Qi的组合值系数；
m--参与组合的永久荷载数； n 参与组合的可变荷载数。
▪ 由永久荷载控制的效应设计值：
1.3 刚架设计
❖ 1.3.1 荷载及荷载组合 ❖ 1.3.2 刚架的内力和侧移计算 ❖ 1.3.3 刚架柱和梁的设计
1.3.1荷载及荷载组合
➢ 永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上 的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、 吊顶、墙面构件和刚架自重等。
➢ 可变荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载 吊车荷载 、地震作用 、风荷载。
根据参数 w = 37
hw k
tw 235
fy
的不同，屈曲后抗剪强度
设计值分别为：
f
' v
f1v 0.64w
0.8
fv
1 0.275w fv
w 0.8 0.8 w 1.4
w 1.4
1 5
在计算w参数时，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5.34，设有中间加劲肋时：
连接形式。
1.3.3 刚架柱和梁的设计
➢ 1.3.3.1 梁、柱板件的宽厚比限值
与腹板屈曲后强度利用
▪ 工字形截面构件受压翼缘板的宽厚
比：
b1 15 235
t
fy
▪ 工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚
比：
hw 250 235
tw
fy
➢ 腹板屈曲后强度利用：
在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢
钢结构设计1.3
面几何特性。
有效宽度取值：
当腹板全部受压时： he h w 当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区
有效宽度为：
he hc
he：腹板受压区有效宽度；
ρ：有效宽度系数； hc: 腹板受压区高度。
2 1
ρ—有效宽度系数
1.3.3.2 刚架梁、柱构件的强度计算 刚架内力分析 在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下
f
N Ex 0 EA e 0
2
1 . 1
2
对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适
应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端 截面的最大应力纤维同时达到极限值。但是实 际上往往是大头截面用足，其应力大于小头截 面，故公式左端第二项的弯矩M1和有效截面模 量We1应以大头为准。
拉条
隅撑
撑杆
屋面横向水平支撑
檩条
拉条
屋面拉条布置
连接角钢
屋架横向水平支撑与刚架梁连接节点构造
采光带 隅撑
曲面造型的屋面刚架梁
刚架梁
檩条
山墙抗风柱
墙梁
梁柱节点处刚性系杆
屋架横向支撑节点处刚性系杆
墙梁
岩棉保温材料
墙梁
墙梁支架
1.3
刚架设计
1.3.1 荷载及荷载组合 1.3.2 刚架的内力和侧移计算 1.3.3 刚架柱和梁的设计
工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M
共同作用下的强度应符合下列要求：
当
V 0 . 5V d
时
时
f
M M
e
当 0 . 5V d
V Vd
M M
M
钢结构课程设计--钢框架主梁设计
钢结构基本原理课程设计钢框架主梁设计指导老师：专业班级：土木学号：姓名：中南大学土木工程学院二〇年一月一、设计构件某多层图书馆二楼楼面结构布置图如图，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值52kN mm （0509）、62kN mm （0510），楼面板为150mm 厚单向实心钢筋混凝土板，荷载传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础。
设计中仅考虑竖向荷载和活载作用。
框架梁按连续梁计算。
二、设计内容要求 （1）设计次梁截面CL-1。
（2）设计框架主梁截面KL-1。
（3）设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短梁段长度一般为0.9～1.2m 。
（4）设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。
（5）绘制主梁与柱连接节点详图，短梁段及梁体连接节点详图，短梁段与梁体制作详图，KL-1钢材用量表，设计说明(1#图纸一张)。
（6）计算说明书，包括构件截面尺寸估算、荷载计算、内力组合、主次梁截面设计、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。
三、设计参数混凝土自重：325/kN m厚度： 150mm 楼面活荷载的标准值：26/kN m钢材（Q235）强度设计值： 2215/d f N mm = 钢材（Q235）抗剪强度设计值： 2125/v f N mm = 钢材（Q235）的弹性模量：522.0610/E N mm =⨯四、设计次梁截面CL-1 4.1设计荷载载: 150mm 单向钢筋混凝土楼板 23/75.3/2515.0m KN m KN m =⨯活载: 楼面活载标准值26/KN m荷载传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础a.荷载标准值楼面板传恒载： 3.75kN/m 2×4.5m =16.875kN/m楼面传递活载： 6kN/m 2×4.5m =27.00kN/m荷载设计值 q =1.2q 恒+1.4q 活=58.05KN/m b. 最大弯矩与剪力设计值次梁架于主梁之上，相当于简支结构，计算简图如下图3：图3M max =18ql 2=18×58.05×92=587.76KN/m 2 V max=12ql =12×58.05×9=261.23KN4.2 次梁截面选取假设次梁厚度小于16mm ,有 截面模量：W x =M max γx f d =587.761.05×215=2603588.04mm 3 根据截面模量选取次梁，选用 Q 235 工字梁 I 65查表得其截面特征：I x =101412cm 4 W x =3120.4cm 3 S x =1809.4cm 3I xS x=56.05cm A =152.80cm 2 ℎ=650mm b =200mm t =19.2mm r =22.0mm t w =12.0mm r 1=9.0mm ρ=119.94kg/m 3 考虑梁的自重：q 1=58.05+1.2ρg =58.05+1.2×106.27×9.8×10−3=59.30kN/m 最大弯矩：M max =18q 1l 2=18×59.30×92=600.41kN/m 2 最大剪力：V max =12q 1l =12×59.30×9=266.85kN4.3强度验算 1．抗弯强度验算σ=M x γx W x=600.41×1061.05×3120.4×103=183.25N/mm 2<f d =215N/mm 2 满足要求. 2. 抗剪强度验算τ=VS x t w I x =266.85×10312.0×56.05×10=39.67N/mm 2<f d =215N/mm 2满足要求.3. 支座处局部压应力验算支反力为266.85kN ，假定支承长度为17a cm ，由上次梁截面常数，t=19.2mm r=22.0mm，有ℎy=r+t=19.2+22.0=41.2mm 集中荷载在腹板计算高度上分布长度为：l z=a+5ℎy=170+5×41.2=376mm 局部压应力：σc=Vt z l z =266.85×10312.0×376=59.14N/mm2<f d=215N/mm2满足要求。
钢结构门式刚架结构设计
(2) 工字形截面压弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N共同作用下
当V≤0.5Vd 时
M
M
N e
Me
N
We
Ae
当0.5Vd ＜V≤Vd 时
M
M
N f
M
N e
M
N f
1
V 0.5Vd
2 1
当为双轴对称截面时
M
N f
Af (hw
t)( f
N
A)
1.3.3.3 梁腹板加劲肋的配置
梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷截作用处和翼缘 转折处设置横向加劲肋。其间距a取hw~2 hw 。中间加劲肋的 设置应满足屈曲后强度计算要求。中间加劲肋除承受集中荷 载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力：
b1 15 235
t
对于梁柱的腹板:
hw 250 235
tw
fy
腹板应按规程要求计算有效宽度。
(3)
图1.6 截面尺寸
(2)腹板屈曲后强度利用
工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化
不超过60mm/m时可考虑屈曲后强度（拉力场），其抗剪 承载力设计值应按下列公式计算：
Vd hwtw fv
柱距：6m，7.5m或9m 挑檐：0.5~1m 温度区段：纵向≤300m，横向≤150m。
设置伸缩缝的方法：双柱；檩条和屋面板构造
有吊车时设置双柱，加插入距
图1.4 有吊车时的插入距
﹡檩条布置
❖ 一般等间距布置，间距由计算确定； ❖ 屋脊附近双檩（距屋脊≤200mm ）； ❖ 天沟附近布置一根以固定天沟； ❖ 考虑天窗、采光带等的具体情况。
型钢板始见用于屋面和墙面； 20世纪90年代初外国轻钢企业进入中国大陆，带动了内资
3静定结构-4刚架
18
2m
2kN
F
2m
FXA 3kN
D
E
H
§3-4 静定刚架
静定刚架内力计算及内力图绘制
①求支座反力。 ②求控制截面的内力。控制截面一般选在支承点、结点、 集中荷载作用点、分布荷载不连续点。控制截面把刚架划分成 受力简单的区段。 ③求出各控制截面的内力值，根据每区段内的荷载情况，利 用“零平斜弯”及叠加法作出内力图。 求截面的FQ、FN图有两种方法: 一是由截面一边的外力来求；另一种方法是首先作出M 图；然后 取杆件为分离体，建立矩平衡方程，由杆端弯矩求杆端剪力；最 后取结点为分离体，利用投影平衡由杆端剪力求杆端轴力。 当刚架构造较复杂（如有斜杆）或者是外力较多时，计算内力较 19 麻烦时，采用第二种方法。
16kN.m 6kN
∑FX = 8－8 = 0 ∑FY = －6－（－6） = 0
∑M = 24－8 － 16 = 0
§3-4 静定刚架
作内力图
8kN
A
1m ＋
8 6
－
16
8 D
C
FQ kN
24
B
8kN
M kN.m
2m
6kN
6kN
4m
＋
6 FN kN
FQDA=8kN FNDA=0 MDA=8kN.m（左拉）
D
6 FQCD 3.35 0
sin 1
lDC lEC 3.35m
M M
C E
6 3 4 1.5 FQEC 3.35 0 FQEC 7.16kN 6 3 4 1.5 FQCE 3.35 0 FQCE 3.58kN
23
↑↑↑↑↑↑↑
钢结构格构柱设计
相应的回转半径：
ix lx / x 600/ 52 11.5cm
由附录6，二肢间需要的距离：
b ix 11.5 26.2cm 0.44 0.44
p.405 取25cm。
3、验算绕虚轴稳定性 槽钢惯性矩：I1=218cm4； 格构柱对虚轴的惯性矩：
I x 2( I1 4010.42 ) 9090 cm4
A
N x f A
（4－16）
5 .7轴心受压格构式构件的局部稳定
• 为了保证单肢不先于构件整体失稳，单肢 长细比1= l1 /i1应小于、等于柱子最大长细 比的0.7倍。 i1是柱肢对本身1-1轴的回转半 径。
为了保证单肢不先于柱子整体屈曲破坏， 规范规定：
25<1≤40
且 1≤构件最大长细比的0.5倍
规定单肢节段长细比的意义：在于确定缀板间 的距离。
缀材计算 1、轴心受压构件的剪力V （1）V的取值 设：屈曲模态为一个正弦半 波。
l z M N cr y N cr ym sin l dM z V N cr ym cos dz l l y y m sin
z Ncr
z
x ym y z o L y h=2.27ix y
d / cos 1 l1 l1
V=1/2
α l1
Δ
γ1 V=1/2 x y
γ1
图4－8 剪切变形
横截面上有剪力V=1时，分配给有关缀条面上的 剪力V=1/2。斜杆内力为
1/ 2 Sd cos
1 Sd cos 2
斜杆伸长：
Sd ld l1 d EAd 2 EAd sin cos
2
1 2 EI 1 2 1 l
钢结构课程设计(门式钢架)
门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，跨度24m ，长度90m ，柱距67.5m ，檐高8m ，屋面坡度1/10。
刚架为等截面的梁、柱，柱脚为刚接。
屋面材料、墙面材料采用单层彩板。
檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z 型钢，间距为1.5m ，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。
基本风压 20.55/O W KN m ，基本雪压 20.2/KN m ，地面粗糙度B 类。
二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m ，跨度24m ，柱距67.5m ，共有1613榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m 、横向温度区段不大于150m ，因此不用设置伸缩缝。
厂房长度>60m ，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m ；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＞柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。
刚架平面布置见图1，刚架形式及几何尺寸见图2。
图1 刚架平面布置图图2 刚架形式及几何尺寸三、荷载的计算（一）计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用刚接，刚架梁和柱采用等截面设计。
厂房檐高8m ；屋面坡度为1：10。
（二）荷载取值计算1．屋盖永久荷载标准值 屋面板20.30/KN m刚架斜梁自重（先估算自重）20.15/KN m合计0.45 2/KN m2．屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50 2/KN m 。
雪荷载：0.22/KN m取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 2/KN m，不考虑积灰荷载。
3．轻质墙面自重标准值0.25 2/KN m4．风荷载标准值按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A的规定计算。
基本风压ω0=0.55 2/KN m，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。
第九章门式刚架结构
（三）连接 （1）檩条可设计为单跨简支构件或连续构件； （2）简支檩条和连续檩条一般通过搭接方式不同实现。 连续C形檩条可通过采用稍大一点足够长的C形槽钢套在屋 面檩条外后用螺栓锁紧实现，直卷边或带斜卷边的Z形连续檩 条可采用叠置搭接来实现。
钢板檩托 檩条
檩条
角钢檩托
檩条
檩条
刚架梁
刚架梁
刚架梁
角钢檩托 刚架梁
（a）
（b）
屋面水平支撑布置
（3）柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗 纵向荷载的支撑桁架；
（4）屋面交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中 的受压杆件及刚性系杆应按压杆设计；
（5）刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足对压弯构件的 刚度和承载力要求；
（6）屋盖横向水平支撑可仅设在靠近上翼缘处；
（一）刚架的内力计算
变截面门式刚架应采用弹性分析方法，按平面结构确 定各种内力，仅当构件全部为等截面时才允许采用塑性分 析方法。计算控制性截面的内力组合时一般应计算以下四 种组合：
① Nmax情况下Mmax及相应V； ② Nmax情况下Mmin(即负弯矩最大)及相应V； ③ Nmin情况下Mmax及相应V； ④ Nmin情况下Mmin及相应V。
（2）当屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可按下式 计算檩条的稳定性
钢屋架设计第四部分
l0 y l （节间长度 ）
单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， l0 y 0.9l
2.3.2.2 变内力压杆的计算长度
平面内计算长度:
l0 x d
2.3.2.2 变内力压杆的计算长度
平面外计算长度：l0 y l1 (0.75 0.25
N2
N1
) 0.5l1
考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。
2）杆件线刚度大小
线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。
3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，较远
的杆件作用小。
2. 杆件计算长度：
桁架平面内计算长度 l0 x
弦杆 支座斜杆 支座竖杆
l0 x l (节间长度）
中间腹杆
l0 x 0.8l
桁架平面外计算长度 loy 弦杆 l0 y l1（侧向支撑点间距离） 腹杆
2.3.2.3交叉腹杆中压杆的计算长度
交叉腹杆中交叉点处构造：
1）两杆不断开。
2）一杆不断开，另一杆断开 用 节点板拼接。
桁架平面内计算长度：
l0 x 0.5l
两杆互为支承点
桁架平面外计算长度：
拉杆可作为压杆的平面外支承点，压杆除非受力
较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。
GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外 计算长
直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。
简化计算：
M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。
当屋架与柱刚接时，还应考虑屋架端弯矩对杆件内
力的影响。
2.3.2桁架杆件的计算长度
计算长度：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰 接的理想轴心压杆。
建筑钢结构设计2-4
接和工地拼接两种。
型钢梁的拼接可采用对接焊缝连接，但由于翼 缘与腹板处不易焊透，故有时采用拼接板拼接， 拼接位置均宜放在弯矩较小处。
1、工厂拼接 1）翼缘和腹板的工厂拼接位置最 好错开，以避免焊缝集中。 2）翼缘和腹板的拼接焊缝一般采
用对接焊缝。并且不得与加劲肋
和次梁重合。腹板拼接焊缝与加 劲肋的距离至少为10tw
梁支承于柱侧
图a:梁的反力较小时，梁可不
设支承加劲肋，直接搁置在 柱的牛腿上，用普通螺栓相 连；构造比较简单，施工方 便。
图b:梁反力较大时采用。梁的
反力由端加劲肋传给支托； 支托采用厚钢板（其厚度应 大于加劲肋的厚度）或T形钢 板，与柱侧用焊缝相连 。
图c:两邻梁反力相差较大时采用。梁的反力通过柱的
次梁为连续梁 次梁连续通过,不在主梁上断开.当次梁需要拼接
时,拼接位置可设在弯矩小处.主、次梁之间只要用
螺栓或焊缝固定它们的相互位置即可。
•（2）次梁与主梁的平接连接 • 次梁顶面与主梁相平或略高、略低于主梁顶面，从 侧面与主梁连接。
次梁为简支梁 构造:次梁连于主梁的侧面,可 以直接连在主梁的加劲肋上（图 a、b）或连于短角钢上（图c）。 特点： 图a:为用螺栓连于劲肋上,构造 简单，安装方便，但须将次梁的 上翼缘和下翼缘的一侧切除； 图b:为采用工地焊缝连接，此时螺栓仅起临时固定 作用，但次梁腹板端部焊缝焊接不太方便； 图c、d:为用短角钢角钢连接主次梁的螺栓连接或安 装焊缝，需要将上翼缘局部切去。
次梁为连续 梁 构造：为了保证两跨次梁在主梁处的连续性，必须在 上、下翼缘处设置连接板。 图a：用高强螺栓 连接，次梁的腹 板连接在主梁的 加劲肋上,下翼缘 的连接板分成两 块,焊在主梁腹板 的两侧。 图b：用工地安装焊缝连接，次梁支承在主梁的支托 上，在次梁的上翼缘设有连接板，而下翼缘的连接板则. 由支托的平板代替。
2 刚架柱的搭建
捕捉捕捉工具栏
. 捕捉到点和轴线交点. 捕捉到端点. 捕捉到圆心点 . 捕捉到中点. 捕捉到交点. 捕捉到垂足. 捕捉最近 点. 捕捉到任何位置. 捕捉到参考线/ 点 . 捕捉到几何线/ 点. 自动. 主要平面
五、对话框的使用
您可以在Tekla Structures 中使用对话 框输入并查看信息。如 果您单击的命令或按钮 名称有三个点，例如选 择...，Tekla Structure s 将显示相应的对话框 。
设置该区域，可 调整柱子的位置
改为“向上 ”200
旋 转 900 ， 平ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ移100的效果
四、常用编辑命令的使用
总体工具栏
1. 新建 . 打开. 保存. 撤消. 重做. 报告. 自动生成图纸. 打开图纸列表. 打印图纸. 2. 创建基本3D 视图. 用两点创建视图. 打开视图清单. 创建切割面 . 用2 点适合工作区域. 设置工作平面. 设置工作平面到平面视图 . 用三点设置工作平面. 设置工作平面到部件顶部 3 . 输入参考模型 . 复制. 移动. 查询目标. 测量水平尺寸. 测量垂直距 离 . 测量自由尺寸. 角度测量. 测量螺栓间距 4 . 对已修改的对象编号. 碰撞校核. 展示工程状态. 创建无边框的 视图抓屏. 输出为网页. 显示宏. 打开模型文件夹. 自定义
钢结构工具栏
. 创建柱 . 创建梁 . 创建折形梁 . 创建曲梁 . 多边形板 . 创建螺栓创建螺栓 . 创建焊接
细部工具栏
. 打开组件目录 . 创建当前节点 . 出现自动连接设置对话框 . 创建面表面处理 . 创建接合 . 创建沿线的切割 . 创建多边形切割 . 创建零件切割
点工具栏
. 沿着 2 点的延长线增加点 . 在线上增加点 . 增加与两个选取点平行的点 . 在线上增加投影点 . 在2 条线的交叉处增加点 . 在任何位置增加点 . 增加辅助线 . 用中心点和半径创建圆圈
刚架柱和梁的设计
刚架柱和梁的设计1.3.1荷载及荷载组合➢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重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
➢可变荷载：屋面活荷载、屋面雪荷载和积灰荷载吊车荷载、地震作用、风荷载。
荷载组合原则：▪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；▪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；▪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；▪多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；▪当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。
在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：▪组合（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)▪组合（2）：1.0×永久荷载+1.4×风荷载组合(1)－用于截面强度和构件稳定性计算，组合(2)－用于锚栓抗拉计算。
➢内力计算原则：根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、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和同时出现的M及V的较大值。
▪最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。
▪最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。
▪最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。
➢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。
▪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。
1.3.3 刚架柱和梁的设计➢梁、柱板件的宽厚比限值：▪工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：▪工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：➢ 腹板屈曲后强度利用：在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度。
建筑结构选型04刚架ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
4.3
单层刚架的构造与布置
构件截面与内力
❖等截面和变截面
➢截面形式取决于在各种荷载作用下的内力分布。
4.2 单层刚架的型式
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
4.2 单层刚架的型式
钢筋混凝土刚架
❖在变截面刚架中，刚架截面变化的形式应结合建 筑立面要求确定。立柱可以做成里直外斜或外斜 里直两种。
❖弯矩分布
➢立柱和横梁的转角截面弯矩最大 ➢铰结点弯矩为零 ➢因此在转角截面的内侧产生压应力集中现象，集度随
内折角的形式而变化，立柱的刚度比横梁的刚度大很 多时，边缘应力急剧增加。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
❖用以减少刚架横梁的跨中弯矩及截面高度。
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4.1
单层刚架的受力特点
5 温度变形对结构受力的影响
❖对静定结构（三铰刚架）无影响
6 支座移动
4.1
单层刚架的受力特点
1 约束条件对结构受力的影响
❖按构件布置和支座约束条件分类
钢架梁·柱截面验算
钢架梁·柱截面验算3.8刚架梁柱截面验算3.8.1刚架柱设计本刚架采用等截面H型柱，对柱进行设计3.8.1.1截面选型柱1;4:H600×250×6×103.8.1.2刚架柱板件宽厚比验算翼缘板自由外伸宽厚比：250−6 2×10=12.2<15√235f y=15√235345=12.4腹板高厚比：600−2×106=96.67<250√235345=206.33.8.1.3刚架柱验算刚架柱采用等截面(抗剪考虑屈曲后强度)（1）各截面控制内力截面控制内力柱1上截面M max=−209.73KN∙m, N=60.53KN, V=−279.11KN 柱1下截面M max=−203.36N∙m, N=−199.14KN, V=−65.4KN （2）腹板有效截面计算柱1上截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x1+NA1=−209.73×1061775.74×103−60.53×1038480=−118.11−7.14=−125.25N/mm2σ2=118.11−7.14=110.97N/mm2腹板边缘的正应力比值β=σ2σ1=110.97−125.25=−0.886<0腹板部分受压,腹板有效截面计算参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=16√(1−0.886)2+0.112(1+0.886)2+(1−0.886)=22.1λρ=h/t28.1√kσ√235γRσ1=(600−20)/628.1√22.1√2351.1×125.25=0.56<0.8故,有效宽度系数ρ=1 ,柱1下截面全截面有效柱1下截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x1−NA1=−203.36×1061775.74×103−199.14×1038480=−114.52−23.48=−138.0N/mm2σ2=114.52−23.48=91.04N/mm2腹板板边缘的正应力比值β=σ2σ1=91.04−138.0=−0.66<0腹板部分受压,腹板有效截面参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=16√(1−0.66)2+0.112(1+0.66)2+(1−0.66)= 18.3λρ=h/t28.1√kσ√235γRσ1=(600−20)/628.1√18.3√2351.1×138=0.65<0.8故,腹板有效宽度系数, ρ=1柱1上截面全截面有效截面控制内力柱4上截面M max=−279.8KN∙m, N=−109.16KN, V=55.49KN 柱4下截面M max=141.67KN∙m, N=114.06KN, V=−58.69KN 柱4上截面腹板边缘最大正应力σ1=MW x4+NA1=−279.8×1061775.74×103+−109.16×1038480=−157.57−12.87=−170.44N/mm2σ2=157.57−12.87=144.7N/mm2腹板边缘的正应力比值β=σ2σ1=144.7−170.44=−0.85<0腹板部分受压,腹板有效截面计算参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=√(1−0.85)2+0.112(1+0.85)2+(1−0.85)=21.46λρ=h/t28.1√kσ√235γRσ1=(600−20)/628.1√21.46√2351.1×170.44=0.66<0.8故,有效宽度系数ρ=1 ,柱4下截面全截面有效柱4下截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x4−NA1=−141.67×1061775.74×103−114.06×1038480=−79.78−13.45=−92.23N/mm2σ2=79.78−13.45=66.33N/mm2腹板边缘的正应力比值β=σ2σ1=66.33−92.23=−0.72<0腹板部分受压,腹板有效截面计算参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=16√(1−0.72)2+0.112(1+0.72)2+(1−0.72)=19.27λρ=h/t28.1√kσ√235γRσ1=(600−20)/628.1√19.27√2351.1×92.23=0.51<0.8故,有效宽度系数ρ=1 ,柱4上截面全截面有效（3）柱的计算长度柱1平面内计算长度，取柱的实际长度l0x=μ0l=1.0×9=9m 柱1平面外计算长度,柱间支撑节点间距6.5m（4）抗剪承载力验算考虑150仅有支座加劲肋,故屈曲系数kτ=5.34参数λw=h wt w37√kτ√235f y=(600−20)637√5.34√235345=1.370.8<λw=1.4,f v′=[1−0.64(λw−0.8)]f v=[1−0.64(1.37−0.8)]180=114.34N/mm2抗剪承载力设计值V d =h w t w f v ′=580×6×114.34×10−3=397.9KNV max <V d =397.9KN 所以抗剪承载力满足要求（5）抗弯承载力(弯、剪、压共同作用下) V d =73KN <0.5V d =0.5×397.9=198.95KNM eN =M e −NW e A e =W e (f y −N A e )=1775.74×103(310−199.14×1038480)×10−6=508.78KN ∙mM max =279.8KN ∙m <508.78KN ∙m 故，满足抗弯要求（6）刚架平面内整体稳定性验算 i x0=25.06cmλx =l x0i x0=9×103250.6=35.16由b 类截面，查得φx =0.889参数N Ex0′=π2EA e01.1λx2=π2×206×10384801.1×35.162×10−3=12665.8KN对有侧移刚架βmx =1.0 由N 0φx A e0+βmx ∙M 1W e1(1−φx N0N EX0′)=199.14×1030.889×8480+1.0×279.8×1061775.74×103×(1−0.889×199.1412665.8)=26.41+159.8=186.2N/mm 2<f =310N/mm 2 平面内整体稳定满足要求（7）刚架平面外整体稳定验算N 0φyA +ηβtx ∙Mx φbW 1x≤fi y0=5.54cm λy =l y0i y0=650055.4=117.3 由b 类截面 φy =0.335，φb =1.07−λy244000f y235=1.07−117.3244000∙345235=0.61 柱有端弯矩和横向荷载同时作用 βtx =1.0， η=1.0279.8×103 0.335×8480+199.14×1060.61×1775.74×103=98.49+183.84=282.33N/mm2<f=310N/mm2所以，平面外稳定满足要求3.8.2柱2截面计算3.8.2.1截面选型柱2: H600×250×6×103.8.2.2刚架柱板件宽厚比验算翼缘板自由外伸宽厚比：250−6 2×10=12.2<15√235f y=15√235345=12.4腹板高厚比：600−2×106=96.7<250√235345=206.33.8.2.3刚架柱验算刚架柱2采用等截面(抗剪考虑屈曲后强度) 柱2截面图1.各截面控制内力截面控制内力柱2上截面M max=38.12KN∙m, N=−167.42KN, V=−8.29KNM=−8.55，N max=−390.76KN，V=5.22柱2下截面M max=34.97KN∙m, N=183.39KN, V=2KNM=−28.22，N max=584.79KN，V=−5.82.M max控制计算（1）腹板有效截面计算柱2上截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x1−NA1=−38.12×1061775.74×103−167.42×1038480=−21.47−19.74=−41.21N/mm2σ2=21.47−19.47=2N/mm2腹板边缘的正应力比值β=σ2σ1=2−41.21=−0.05<0腹板部分受压,腹板有效截面计算参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=16√(1−0.05)2+0.112(1+0.05)2+(1−0.05)=11.4λρ=28.1√kσ√235γRσ1=()28.1√11.4√2351.1×41.21=0.45<0.8故,有效宽度系数ρ=1 ,柱2上截面全截面有效柱2下截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x1+NA1=−34.97×1061775.74×103−183.39×1038480=−19.69−21.61=−41.31N/mm2σ2=21.61−19.69=1.92N/mm2腹板板边缘的正应力比值β=σ2σ1= 1.92−41.31=−0.05<0腹板部分受压,腹板有效截面参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=16√(1−0.05)2+0.112(1+0.05)2+(1−0.05)=11.4λρ=h/t28.1√kσ√235γRσ1=(600−20)/628.1√11.4√2351.1×41.31=0.45<0.8故,腹板有效宽度系数, ρ=1柱1下截面全截面有效（2）柱的计算长度柱2平面内计算长度l0x=μ0l=1.0×10.2=10.2m柱2平面外计算长度,柱间支撑节点间距6.5m（3）抗剪承载力验算考虑仅有支座加劲肋,故屈曲系数kτ=5.34参数λw=w w37√kτ√235f y =37√5.34√235345=1.370.8<λw <1.4,f v ′=[1−0.64(λw −0.8)]f v =[1−0.64(1.37−0.8)]180=114.34N/mm 2抗剪承载力设计值V d =h w t w f v ′=580×6×114.34×10−3=397.9KNV =5.8<V d =397.9KN 所以抗剪承载力满足要求（4）抗弯承载力(弯、剪、压共同作用下) V =12.49KN <0.5V d =0.5×397.9=198.95KNM eN =M e −NW e A e =W e (f y −N A e )=1775.74×103(310−183.39×1038480)×10−6=512.1KN ∙mM max =38.12KN ∙m <512.1KN ∙m 故，满足抗弯要求（5）刚架平面内整体稳定性验算 i x0=25.06cmλx =l x0i x0=10.2×103250.6=40.7由b 类截面，查得φx =0.861参数N Ex0′=π2EA e01.1λx2=π2×206×103×84801.1×40.72×10−3=9452.4KN对有侧移刚架βmx =1.0 由N 0φx A e0+βmx ∙M 1W e1(1−φx N0N EX0′)=183.39×1030.861×8480+1.0×38.12×1061775.74×103×(1−0.861×183.399452.4)=25.12+21.83=46.95N/mm 2<f =310N/mm 2 平面内整体稳定满足要求（6）刚架平面外整体稳定验算N 0φyA +ηβtx ∙Mx φbW 1x≤fi y0=5.54cm ，λy =l y0iy0=650055.4=117.3由b 类截面 φy =0.335，φb =1.07−λy244000f y235=1.07−117.3244000∙345235=0.61 柱有端弯矩和横向荷载同时作用 βtx =1.0， η=1.038.12×103 0.335×8480+183.39×1060.61×1775.74×103=13.42+169.3=182.72N/mm2<f=310N/mm2所以，平面外稳定满足要求3．N max控制计算（1）腹板有效截面计算按轴心受压构件计算柱2上截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x1+NA1=−8.55×1031775.74−390.76×1038480=−4.8−46.08=−50.88KNσ2=41.28KN腹板边缘的正应力比值β=σ2σ1=41.28−50.88=−0.81<0腹板部分受压,腹板有效截面计算参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=16√(1−0.81)2+0.112(1+0.81)2+(1−0.81)=20.8λρ=w w28.1√kσ√235γRσ1=28.1√20.8√2351.1×50.88=0.37<0.8故,有效宽度系数ρ=1 ,柱2上截面全截面有效柱2上截面腹板边缘最大正应力σ1=−MW x1+NA1=−28.22×1031775.74−584.79×1038480=−15.89−68.96 =−84.85KNσ2=53.07KN腹板边缘的正应力比值β=σ2σ1=−0.63<0腹板部分受压,腹板有效截面计算参数kσ=16√(1+β)2+0.112(1−β)2+(1+β)=√(1−0.63)2+0.112(1+0.63)2+(1−0.63)=17.8λρ=w w28.1√kσ√235γRσ1=28.1√17.8√2351.1×84.85=0.51<0.8故,有效宽度系数ρ=1 ,柱2上截面全截面有效（2）柱的计算长度柱2平面内计算长度l0x=μ0l=1.0×10.2=10.95m 柱2平面外计算长度,柱间支撑节点间距7.2m（3）强度计算σ=NA n=584.79×1038480=68.96KN<310KN所以，强度计算满足要求。
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工字形截面受压翼缘板
b 235 15 t fy
工字形截面受压腹板
hw 235 250 tw fy
b
tw
t
hw
式中：b 、t ——受压翼缘板自由外 伸宽度与厚度； hw 、tw——腹板的计算高度与 其厚度。
t
第四节 刚架柱、梁设计
二、腹板屈曲后强度的利用
当V≤0.5Vd 时
M M
N e
M e N We Ae
(17a)
当0.5Vd ＜V≤Vd 时
N N M MN f Me M f
2 V 1 0.5V 1 d
(17b)
三、刚架构件的强度计算
当为双轴对称截面时 (18) 式中 MfN ——兼承压力N时两翼缘所能承受的弯矩； Ae ——有效截面面积。
16 k
1 2 0.1121 2 1
(11)
kσ——板件在正应力作用下的凸曲系数
二、腹板屈曲后强度的利用
2 1 腹板边缘正应力比值，以压为正，拉为负， 1≥≥－1；
当腹板边缘最大应力1<f时，计算p 时可用R1代替式(10)中的fy ，R为抗 力分项系数，对Q235和Q345钢， R=1.1。
设计刚架梁、柱的截面时，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。GB50017规范 关于梁腹板屈曲后强度的计算公式适用于简支梁。门 式刚架的构件剪应力最大处往往弯曲正应力也最大， 翼缘对腹板没有约束作用，因而计算公式有所不同。 1. 腹板屈曲后抗剪承载力 工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化 不超过60mm／m时可考虑屈曲后强度（拉力场），其 抗剪承载力设计值应按下列公式计算：
' v——腹板屈曲后抗剪强度设计值；
（5c）
二、腹板屈曲后强度的利用
w
当a/hw<1时 当a/hw≥1时
hw t w 37 k 235 f y
(6)
(7a) (7b)
kτ=4+5.34/(a/hw)2 kτ=5.34+4/(a/hw)2
式中 a ——腹板横向加劲肋的间距； kτ——受剪腹板的凸屈系数，当不设横向加劲肋时取 kτ=5.34。
1 1
e1
e1
e
hw
he2 he2
1=2
（b）部分截面受拉 有效宽度的分布
第四节 刚架柱、梁设计
三、刚架构件的强度计算
1. 工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下 的强度
当V≤0.5Vd 时 M ≤M e (15a) Me ——构件有效截面所承担的弯矩，Me = We f； We ——构件有效截面最大受压纤维的截面模量； Vd ——腹板抗剪承载力设计值，按公式(4)计算。 当0.5Vd ＜V≤Vd 时 2 V (15b)
二、腹板屈曲后强度的利用
2. 腹板的有效宽度 ⑴ 腹板的有效宽度 当工字形截面构件腹板受弯及受压板幅利用屈 曲后强度时，应按有效宽度计算截面特性。有效 宽度取为 当截面全部受压时 he=ρhw (8a) 当截面部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有 效宽度为 he=ρhc (8b) 式中 hc ——腹板受压区宽度； ——有效宽度系数，按下列公式计算
二、腹板屈曲后强度的利用
Vd hwtw f v'
当λw≤0.8时 当0.8＜λw＜1.4时 当λw ≥1.4时 式中
（4） （5a）
f v f v
f v' [1 0.64(w 0.8)] f（ v 5b） f (1 0.275w ) f v
' v
f
fv ——钢材抗剪强度设计值； hw ——腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度； w ——与板件受剪有关的参数，按式(6)计算。
MN f Af (hw t )( f N Ae )
第四节 刚架柱、梁设计
四、刚架柱截面设计
刚架柱是典型的压弯构件，应按压弯构件进行验算。主 要验算其强度、平面内稳定、平面外稳定、局部稳定。
1. 变截面柱在刚架平面内的稳定应按下式计算
N0 xy Ae0
ห้องสมุดไป่ตู้
mx M 1
N (1 0 xy )We1 0 N Ex
头为准。
四、刚架柱截面设计
0 2 EAe0 N Ex
(20)
1.12
当柱的最大弯矩不出现在大头时，M1和We1分别取最 大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量。 对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯 矩变化，合理的截面变化方式应使两端截面的最大 应力纤维同时达到限值。但实际上往往是大头截面 用足，其应力大于小头截面，柱脚铰接的刚架柱就 是一个典型情况。因此式(19)左端第二项的弯矩M1 和有效截面模量We1应以大头为准。
二、腹板屈曲后强度的利用
当λp≤0.8时 ρ＝1 (9a) 当0.8<λp≤1.2时 ρ＝1－0.9（λp－0.8） (9b) 当λp>1.2时 ρ＝0.64－0.24（λp－1.2） (9c) 式中 λp——与板件受弯、受压有关的参数， (10) hw t w
p
28.1 k 235 f y
f
(19)
四、刚架柱截面设计
式中 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； We1 ——大头有效截面最大受压纤维的截面模量； xy ——轴心受压构件整体稳定系数，按楔形柱确定其计 算长度，取小头截面的回转半径，由现行国家标准《钢结 构设计规范》查得； mx ——等效弯矩系数。对有侧移刚架柱，取mx =1.0； —— N Ex 参数，按式（20）计算，计算时回转半径i0以小 0
M M f M e M f 1 0.5V 1 d
当为双轴对称截面时 Mf＝Af(hw+t) f
(16)
三、刚架构件的强度计算
式中 Mf ——两翼缘所承担的弯矩； Af ——构件翼缘的截面面积；
2. 工字形截面压弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N共 同作用下的强度
二、腹板屈曲后强度的利用
⑵ 腹板有效宽度的分布 当截面全部受压，即>0时[图（a）] he1=2he/(5－β) (13a) he2=he－he1 (13b) 当截面部分受拉，即<0时[图（b）] （a）全截面受压 he1=0.4he (14a) h h h he2=0.6he (14b)