钢结构设计第一章经典讲义.ppt

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1、 第第1 1章章 轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 结构形式和布置结构形式和布置 1.3 1.3 刚架设计刚架设计1.4 1.4 压型钢板设计压型钢板设计1.5 1.5 檁条设计檁条设计1.6 1.6 墙梁设计墙梁设计1.7 1.7 支撑及构造设计支撑及构造设计 轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：有以下技术特征：1.1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。2.2.门式刚架的刚度

2、较好，自重轻，横梁与柱可以门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。3.3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/5-1/101/10，是一种经济可靠的结构形式。，是一种经济可靠的结构形式。1.1 1.1 概述概述 工程实例一：工程实例一：青岛南车集团，青岛南车集团，20042004年年4 4月投资新建了一座轻月投资新建了一座轻钢结构生产车间，建筑面积钢结构生产车间，建筑面积50005000平方米。于平方米。于20042004年年7 7月竣工。主体结构采用轻型单跨门式刚架

3、形式，月竣工。主体结构采用轻型单跨门式刚架形式，吊车最大起重量为吊车最大起重量为2020吨，中级工作制。吨，中级工作制。为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排水形式。外墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两水形式。外墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩棉保温隔层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩棉保温隔热层。热层。正在建设的门式刚架工程实例正在建设的门式刚架工程实例山墙抗风柱山墙抗风柱吊车梁吊车梁天窗架天窗架轻钢结构工业厂房轻钢结构工业厂房 工程实例二：工程实例二：青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩青岛永源体育用品有

4、限公司加工车间，是由韩国投资建设的国投资建设的2 2万平方米轻钢结构多层工业厂房。万平方米轻钢结构多层工业厂房。主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用钢混凝土组合楼板。钢混凝土组合楼板。屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构屋屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构屋面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板的缺点。面造型呆板的缺点。正在建设中的多层轻钢结构厂房正在建设中的多层轻钢结构厂房压型钢板外墙板压型钢板外墙板n主要承重骨架主要承重骨架门式刚架门式刚架 n檩条、墙梁檩条、墙梁 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁

5、型钢 n屋面、墙面屋面、墙面 压型金属板、彩钢夹芯板压型金属板、彩钢夹芯板 n屋面及墙面保温芯材屋面及墙面保温芯材 聚苯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等聚氨酯泡沫塑料、岩棉等 n支撑支撑 屋面支撑、柱间支撑屋面支撑、柱间支撑 1.1.1 1.1.1 门式刚架结构的组成门式刚架结构的组成单层轻型钢结构房屋的组成单层轻型钢结构房屋的组成 1.1.2 1.1.2 门式刚架结构的特点门式刚架结构的特点 n重量轻重量轻n工业化程度高、施工业化程度高、施工周期短工周期短n柱网布置灵活柱网布置灵活n综合经济效益高综合经济效益高门式刚架结构性能：门式刚架结构性能：1.1.门式刚架屋面体系

6、的整体性可以依靠檩条、门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。2.2.门式刚架的梁、柱多门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可采用变截面杆件，可以节省材料。以节省材料。3.3.组成构件的杆件较薄，组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、对制作、涂装、运输、安装的要求高。安装的要求高。4.4.构件的抗弯刚度、抗构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。的整体刚度也比较柔。1.1.3 1.1.3 门式刚架结构的应用情况门式刚

7、架结构的应用情况 1.1.我国门式刚架设计规程：我国门式刚架设计规程：门式刚架轻型房屋钢门式刚架轻型房屋钢结构技术规程结构技术规程(CECS102:2002)(CECS102:2002)2.2.应用范围：应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。3.3.应用规模应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构国内每年有一千万平方米的轻钢结构 建筑物竣工。建筑物竣工。4.4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式：轻型门式刚架的适用范围及截面形式：(1).1).屋面荷载较小，横向跨度为屋面荷载较小，横向跨

8、度为9 924m24m，柱高为，柱高为4.54.59m9m，(2).(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。(3).(3).当厂房横向跨度当厂房横向跨度不超过不超过15m15m，柱高，柱高不超过不超过6m6m时，时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度跨度大于大于15m15m，柱，柱高高超过超过6m6m时，宜采用变截面刚时，宜采用变截面刚架形式。架形式。5.5.变截面刚架与等截面刚架的对比变截面刚架与等截面刚架的对比:柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力

9、图形附合较好，受力合理、节省材料。形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。截面方便。6.6.柱脚形式柱脚形式:门式刚架柱脚分为门式刚架柱脚分为铰接铰接和和刚接刚接两种连接形式。两种连接形式。刚接柱脚详图刚接柱脚详图 铰接柱脚详图铰接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架刚接柱脚门式刚架 铰接柱脚门式刚架铰接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁变截面梁、柱变截面梁、柱加劲板加劲板地脚螺栓地脚螺栓 刚接柱脚工程实例刚接柱脚工程实例变截面变截面刚架梁刚架梁 等截面等截面刚架柱刚架柱 1.2 1.2 结构形式和结构布置结构形式和结构布置 1

10、.2.1 1.2.1 门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。数可分为单坡、双坡、多坡屋面。结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素及建筑尺寸等因素单跨单坡单跨单坡单跨双坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）多跨（中间摇摆柱）高底跨高底跨双坡双跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）多跨（梁柱刚结）四坡双跨四坡双跨摇摆柱摇摆柱摇摆柱梁柱节点摇

11、摆柱梁柱节点铰接连接铰接连接梁柱节点梁柱节点刚性连接刚性连接1.2.2 1.2.2 门式刚架的结构布置门式刚架的结构布置1.1.刚架的建筑尺寸和布置刚架的建筑尺寸和布置 跨度：跨度：一般一般为为9-24m9-24m 高度：高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取 4.5-9m4.5-9m 柱距柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取等因素，宜取6m6m、7.5m7.5m、或、或9m9m 挑檐长度挑檐长度：根据使用要求确定，宜为根据使用要求确定，宜为0.50.51.2m1.2m 温度分区温度分区 ：纵向温

12、度区段纵向温度区段300m 300m 横向温度区段横向温度区段150m150m 2.2.檩条和墙梁的布置檩条和墙梁的布置 檩条：檩条：应等间距布置。在屋脊处，应沿应等间距布置。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的外伸宽度不要太长(一般小于一般小于200mm)200mm)，在天沟附近应布置一道檩条，以便于天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虑屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。定。屋面檁条布置屋面檁条布置实例实例屋面檁条布置实例屋

13、面檁条布置实例 墙梁墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。遮雨篷等构件和围护材料的要求。墙梁布置实例墙梁布置实例3.3.屋面支撑和刚性系杆的布置原则：屋面支撑和刚性系杆的布置原则：在每个温度区段或分期建设的区段中，应分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。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。向支撑，以构成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二端部支撑宜设在温度区段端部的

14、第一或第二个开间。个开间。4.柱间支撑的布置原则：柱间支撑的布置原则：柱间支撑的间距应根柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一及安装条件确定，一般取般取4560m4560m；当房屋高度较大时，当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；柱间支撑应分层设置；端部柱间支撑考虑温端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在度应力影响宜设置在第二柱间。第二柱间。v 1.3.1 1.3.1 荷载及荷载组合荷载及荷载组合v 1.3.2 1.3.2 刚架的内力和侧移计算刚架的内力和侧移计算v 1.3.3 1.3.3 刚架柱和梁的设计刚架柱和梁的设计 1.3 1.3 刚架设计刚架设计永久荷

15、载：永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上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。、吊顶、墙面构件和刚架自重等。可变荷载：可变荷载：屋面活荷载屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载、屋面雪荷载和积灰荷载 吊车荷载吊车荷载 、地震作用、地震作用 、风荷载。、风荷载。1.3.1 1.3.1荷载及荷载组合荷载及荷载组合 荷载组合原则：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；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

16、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；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；外的其他荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合多台吊车的组合应符合荷载规范荷载规范的规定；的规定；当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。时考虑。在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：组合（组合（1 1）：）：1.21.2永久荷载永久荷载+0.9+0.91.41.4 积灰荷载积灰荷载+max+max屋面屋面均布活荷载、雪荷载均布活荷载、雪荷载+0.9+0.91.41.4(风荷载风荷载+吊车吊车竖向及水平荷载竖向及水平荷载)组合（组合（2 2）：）：1.01.0永久荷载永久荷载+1.4+1.4风荷载风荷载 组合组合(1)(1)用于截面强度和构件稳定性计算，用于截面强度和构件稳定性计算，组合组合(2)(2)用于锚栓抗拉计算。用于锚栓抗拉计算。内力计算原则：内力计算原则：根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控根据不同荷载组合下内力