第2章 门式刚架节点设计

5）端板连接刚度：
M
R 25 EIb lb
h1 e
刚架梁柱 转动刚度
与节点域剪切变
节点域 腹板厚度
两条斜加劲肋 的总截面积 斜加劲肋倾角
形相对应的刚度 R1 Gh1dct p Edb Ast cos2 sin
R R1 R2 R1 R2
连接弯 曲刚度
R2

6EI e h12
1.1e
3 fபைடு நூலகம்
端板惯性矩
节点域设置斜加劲肋可使梁柱连接刚度明显提高。
例题
M -105.99kN m , V 60.89kN , N 26.90kN ，钢材Q345B
解： ①连接螺栓计算
采用10.9级M16摩擦型高强度螺 栓，接触面喷砂处理。
N
b t

0.8 P

0.8
100

(Light-weight Buildings with Gabled Frames)
2.1 概述 2.2 结构与选型 2.3 刚架设计 2.4 压型钢板设计 2.5 檩条设计 2.6 墙梁设计 2.7 支撑构件设计 2.8 设计实例
§2.3.6 节点设计(Design of Joints of Gabled Frames)
在端板设置螺栓处，应按下列公式验算 构件腹板的强度：
当N t2 0.4P时，
0.4 P f
ewtw
( 2.44a )
当N t2 0.4P时，
Nt2 f ewtw
( 2.44b )
式中 Nt2 — 翼缘内第二排螺栓的轴心拉力设计值 P —高强度螺栓的预拉力。
当不满足上式要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。
270 546 8 fv 180 N / mm 2
④构件腹板强度
f 305 N / mm 2
⑤连接刚度验算
R1 Gh1dct p Edb Ast cos2 sin
79230.7 532 270 8 206000 546 3840 cos2 70 sin70 5.23 1011
80kN
N
b v

0.9n f
P

0.9 1 0.5 100

45kN
Nv
N
b v

Nt
N
b t

5.07 45

45.22 80
0.68
1
②端板厚度
t
6e f ew Nt

6 45 45.5 80000
13.7 mm
[ ewb 2e f ( e f ew )] f [ 45.5 199 2 45(45.5 45)]305
2、 布置和连接
布置
应等间距布置。 在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板 的外伸宽度不要太长(一般200mm)； 在天沟附近，应布置一道檩条，以便于天沟的固定。
确定檩条间距时，应综合 考虑屋面材料、檩条规格等因 素按计算确定，一般1~3m。
檩条
屋面檁条布置实例
连接
檩条可设计为单跨简支构件或连续构件； 简支檩条和连续檩条一般通过搭接方式不同实现。
板厚：按支撑条件确定并满足构造要求， 16mm,0.8倍螺栓直径。
伸臂类端板
t 6e f N t bf
无肋类端板
t
3ew N t
0.5a ew f
端板 t
6e f ew N t
外伸
[ewb 2e f (e f ew )] f
两边 两边支承
端板 平齐 t
12e f ew N t [ ewb 4e f ( e f ew )] f
2）可变荷载
屋面均布活荷载、屋面雪荷载、积灰荷载和风荷载、施工及 检修荷载（檩距小于1米）。
3）荷载组合
1.2 ×永久荷载+ 1.4 ×max{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。
当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响时，还应进行下 式的荷载组合： 1.0×永久荷载+1.4×风吸力荷载。
1、斜梁与柱的连接及斜梁拼接
M h1 e
端板竖放
端板斜放
端板平放
斜梁拼接
端板竖放 端板斜放 端板平放
端板与构件 边缘垂直
端板连接：
连接施工简单方便；
使用阶段为刚性连接，罕遇地震 弹塑性阶段刚性连接，利于吸收 地震能量。
构造要求
（1）主刚架构件的连接可采用承压型或摩擦 型高强螺栓连接,M16～M24。
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
GB 50018-2002
镀锌钢板
仅适用于 组合楼板
按表面处 理方法分
彩色镀锌钢板 彩色镀铝锌钢板
适用于屋 面和墙面
截面形式 单层压型钢板
按波 高分
低波板(<30mm) 中波板(30-75mm) 高波板(>75mm)
适用于 墙面
适用于 屋面
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。
两边 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，否则应增 设一对螺栓。
3)梁与端板的连接
rafter-rafter connection
rafter purlin
翼缘与端板：翼缘厚度大于12mm时，全熔透的对接焊缝 腹板与端板：角对接组合焊缝或与腹板等强的角焊缝
檩条间距 圆钢
圆钢
檩条间距
（a）直拉条
檩条
拉条
（b）斜拉条
圆管
檩条间距
圆钢
1/3h
h
1/3h
（c）剪刀拉条
（d）撑杆
拉条、撑杆与檩条的连接见图所示，斜拉条可弯折， 也可不弯折。前一种方法要求弯折的直线长度不超过 15mm，后一种方法则需要通过斜垫板或角钢与檩条连接。
4、 荷载
1）永久荷载
屋面材料重量（防水、保温、隔热层等）、支撑和檩条自重
正应力符号如下图所示（正号表示拉应力，负 号表示压应力）。
qy y
1(-) 2(-)
y 1(-) 2(+)
x
x
3(+) y 4(+) M xmax
x
qx x
3(-) y 4(+) M ymax
A、梁梁拼接节点
rafter purlin
rafter-rafter connection
端板设计 连接螺栓计算 梁与端板的连接，端板螺 栓处构件腹板强度
梁梁连接受力： 最大内力； 较小截面承载力的一半
取两者的大值 计算
1)端板计算
b
伸臂 两边 无肋
ef
ef
a ef ef
板宽：满足焊缝要求，梁翼缘宽+1.5mm； 外伸长度：满足最小螺栓间距和边距要求；
（2）端板厚度不小于16mm及0.8倍的螺栓直径。
（3）斜梁拼接处，应采用外伸式连接，并使 得翼缘内外的螺栓中心与翼缘的中心重合或接 近。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等 厚度。三角形短加劲肋长边:短边1.5:1.0。
（4）端板连接只承受轴力和弯矩时， 或剪力小于其抗滑移承载力时，端 板可不做摩擦面处理。
连接构造 搭接要求
长向搭接长度：
屋面： 墙面：
高波（波高 ≥70mm）压型钢板：≥350mm 低波（波高 < 70mm）压型钢板： 屋面坡度 ≤ 1/10时： ≥ 250mm 屋面坡度 > 1/10时： ≥ 200mm 压型钢板： ≥ 120mm
侧向搭接：与主导风向一致
有搭接、扣合式、咬合式连接三种。
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 刚架梁
檩条 刚架梁
角钢檩托
檩条
刚架梁
檩条
角钢檩托 刚架梁
（a）钢板檩托
（b）角钢檩托
檩条连接构造
3、 拉条与撑杆
拉条和撑杆是提高檩条侧向稳定性的重要构造措施，拉 条仅传递拉力，撑杆主要承受压力，和拉条共同作用，将檩 条沿屋面坡度方向的分力传给梁或柱。
5、 计算
1）内力分析
设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下，沿 截面两个形心主轴方向都有弯矩作用，属于双向受弯构件（与一般 受弯构件不同）。
C型檩条在荷载作用下计算简图如下：
Yq
qy
当屋面坡度
i≤1/3时，qx值 较小，檩条近
似为单向受弯
构件。
X
X qx
q x q sin q y q cos
4）斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力：


M dbdctc

fv
( 2.43 )
式中 M —节点承受的弯矩；
M
dc — 节 点 域 柱 腹 板 的 宽 度;
h1
tc —节点域柱腹板的厚度；
e
db — 斜 梁 端 部 高 度 或 节 点 域高 度 。
当不满足（2.43）时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。
α
Y
q表示垂直向下重力荷载；α为屋面坡度
当跨中设置一道拉条时檁条的计算简图及内力
qy
简支梁的跨中弯矩对X轴:
Mx
max

1 8
qyl2

1 8
ql 2
cos
连续梁的支座及跨间弯矩对Y轴：
qx
My

qxl 2 32

ql 2 32
sin
My

qxl 2 64

ql 2 64
sin
檩条在最大弯矩 M x max、M y max作用下引起截面
搭接式 扣和式 咬合式
与檩条的连接
钩头螺栓
自攻螺钉
二、檩条 1、 截面形式
实腹式 截面 形式
格构式
跨度大于 9m
热轧型钢 H型钢 冷弯薄壁型钢 下撑式
平面桁架式 空腹式
实腹式檩条的截面形式
热轧型钢
H型钢
这两种檩条适用于荷 载较大的屋面。
冷弯薄壁型钢 适用于压型钢板的轻型屋面
适用于屋面坡度≤1/3 适用于屋面坡度>1/3
三边支承端板 t
6e f ew N t
[ew
(b

2bs
)

4e
2 f
]
f
2)连接螺栓计算
主刚架构件的连接可采用承压型或摩擦型高强螺栓连接(M16~M24)。
b
伸臂 两边 无肋
ef
ef
a ef ef
ew，ef应满足拧紧螺栓所 用工具的净空要求，通常 不小于45mm，
螺栓端距不应小于2倍螺 栓孔径
B、梁柱拼接节点
梁柱节点类型：端板竖放、端板横放、端板斜放 设计方法同梁梁连接，并增加计算4）节点域剪应力 和5）端板连接刚度
M h1
e
端板竖放
• 螺栓受剪拉作用 • 安装稍难 • 适用于等截面柱
端板斜放
• 抗弯力臂加长, 有利于螺栓布置 • 螺栓受剪力较小 • 安装精度高，安装难
端板平放
• 可减少螺栓剪力 • 安装最方便 • 螺栓不对称
t
6e f ew Nt
[ew (
b

2bs
)
4e
2 f
]
f

6 45 45.5 80000 [45.5(199 30 2 95) 45.52
] 305
12.3mm
故取t=16mm
③节点域剪应力计算
105.99 106 89.87 N / mm 2
3、牛腿
当有桥式吊车时，需在刚架柱上 设置牛腿，牛腿与柱焊接连接。 牛腿根部所受剪力V、弯矩M根据 下式确定：
V 1.2PD 1.4Dmax
M Ve
§2.4 次结构设计(Design of Secondnary members )
一、压型钢板 压型钢板的加工
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。
拉条和撑杆的布置原则：
（1）当檩条跨度l≤4m时，可不设置拉条；
（2）当檩条跨度4m＜l≤6m时，应在檩条跨中受压翼缘设 置一道拉条；
（3）当跨度6m＜l≤9m 时，宜在檩条三分点处各设一道拉 条；
檩条、拉条布置图
拉条和撑杆的截面应按计算确定，拉条一般采用直径10 ～16mm的圆钢，撑杆可采用钢管、方管或角钢做成，其长细 比按压杆要求不能大于200。
R2

6EI e h12
1.1e
3 f

6 206000 7.12 109 5322 1.1 45 3

5.032 1019
R R1 R2 R1 R2
R 25 EIb lb
2、柱脚
A、柱脚的形式和构造
平板式 铰接柱脚
刚接柱脚
柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作， 有一定的锚固长度；
压型钢板的加工
外墙彩钢板
屋面彩钢板
组合楼板里的镀锌压型钢板
彩色镀铝锌钢板
彩色压型钢板的构成
由基材、镀层和涂层三部分组成
1.基材：由板厚度为0.5mm～2.0mm的薄钢板经冷 轧或冲压成型。 2.镀层：热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。 3.涂层：聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。
压型钢板的分类
水平剪力由底板与混凝土基础之间的 摩擦力（摩擦系数可取0.4），不满足 时可设置抗剪键承受；
V fb 0.4 N V
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。
柱脚抗剪键的设置