轻型门式钢架结构ppt课件.ppt

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1、1,轻型门式刚架结构设计,2,门式刚架轻型钢结构房屋是一种有效利用材料的结构形式，是二战期间由美国的战时性建筑发展而成的，称为“金属建筑体系”，我国改革开放前没有这种结构， 95年由外企引入中国市场，居于完全垄断地位。 1998年，门式钢架轻型房屋钢结构技术规程正式推出。2002年，全面修订版正式颁布。,3,1 建筑特点 （1）轻型化，适用于单层房屋钢结构，且屋盖及墙体均为压型钢板，以减轻建筑自重； （2）吊车吨位： A1A5工作级别的桥式吊车 20t； 悬挂式起重机 3t。 特别适用于无吊车的单跨或多跨房屋，轻型房屋的刚度相对差，吊车吨位大则刹车力大、荷载大、对结构受力的影响就大。若悬挂吊车

2、吨位大，可能刚架挠度难于满足要求或设计效果不经济。,4,根据起重机设计规范（GB3811-83），按吊车利用等级（即循环次数，分为U0-U9等10级）和载荷状态（载荷谱系数Kp有轻、中、重、特重等4级）综合划分吊车工作级别为A1A8级。钢结构设计规范一般所指轻级工作制即A1A3级；中级为A4A5级；重级为A6A8级（其中A8为特重级）。但对吊车工作制的界定不能死搬硬套吊车工作制与吊车工作级别的一般对应关系，而应根据吊车的具体操作情况确定。,（3）常用跨度：18 30m，高度4.5 9m。规程规定跨度可作到36m。 目前已建工程最大跨度为72m（粮库、机库），据计算分析，门式刚架跨度大于42m经

3、济性较差，所以技术规程规定适用于跨度小于36m。 关于高度问题，美国MBMA有关条文规定的低层房屋高度是小于60呎，相当于18m。我国的实践经验证明，房子如到18m就6层楼高，那么风荷载、抗震设计、构造等设计问题可能超出门式刚架技术规程的规定，故建议适宜高度一般控制在9m，有桥式吊车不超过12m，这是根据20t桥吊所需的高度测算出来的。,6,(4) 适用于环境侵蚀作用为弱侵蚀性类和中等侵蚀性类（即相对湿度 75%），更适合于无侵蚀性介质地区，如一般城市的商业区和住宅区。,7,8,2 结构特点 （1）主体结构采用单层门式刚架，刚架可以是单跨、双跨或多跨，还可带附跨。主刚架适于实腹式（截面为轧制或

4、焊接H型），格构式刚架或其他组合刚架不适用。 适用于单层房屋钢结构，如果层数多其设计技术措施有所不同，特别在抗震设防烈度高的地区更应注意。,9,冷弯薄壁型钢门式刚架截面为双拼C型钢,10,（2）把中柱做成摇摆柱，体现了材料集中使用的原则。,11,（3）采用变化构件截面的手段以适应弯矩变化是门式刚架轻型化的技术措施之一。柱脚常用铰接，（当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。,12,（4）刚架间距一般 6m 左右，亦可采用7.5 9m，间距太大将增加檩条的用钢量。 （5）温度区段长度 纵向 300m； 横向 150m 。 当不超过以上数值时，一般情况下可不考虑温度应力和温度变形的影响。 过去苏联钢结

5、构规范关于温度区段长度规定比较严，而美国有关规范规定却比较宽松，门式刚架规程参照美国规范规定纵向温度区段不大于300米。,13,柱间支撑的纵向水平刚度较单独柱大得多（约1020倍），故房屋纵向温度变形的不动点接近于柱间支撑的中点（有两道柱间支撑时，为两支撑距离的中点）。规范规定的数值是基于温度区段长度等于2倍不动点到温度区段端头的距离确定的。当柱间支撑不对称布置时，柱间支撑的中点（两道柱间支撑时为两支撑距离的中点）至温度区段端部的距离不宜大于纵向温度区段长度的60。,14,15,钢结构设计规范附注：“当有计算依据时，温度区段长度可适当加大”，是考虑到影响温度区段长度限值的因素较多，在规范中无法

6、逐一反映，让设计人员根据具体情况考虑增减。 当温度区段长度超过规范规定的数值时，应进行温度应力的计算或设置温度伸缩缝。 温度伸缩缝的两种做法： a. 在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔； b. 设置双柱。 此外，吊车梁与柱的连接宜采用长圆孔。,16,（6）刚架斜梁的坡度取决于屋面排水坡度，一般i=1/81/20。 门式刚架常用双坡排水，这样屋面板辅设简易，屋面渗水、漏水现象可能性减少，但排水面积增大，如果有积水现象将很不利，故应严格控制各构件挠度和施工质量。 当屋面坡度小于1/20时，应校核结构变形后雨水排泄的能力，校核时应考虑安装差，支座沉降、构件挠度、侧移和起拱的影响。,17,（7）减小构件

7、翼缘及腹板厚度，是门式刚架结构省材料的主要手段之一，一般腹板壁厚在4 10mm（4mm是规程规定的下限，新修定的国家标准冷弯薄壁型钢结构技术规范 已取消了壁厚6mm上限的规定，板厚由设计者自行掌握 ） 。 由于板薄，局部稳定很难满足，主要技术手段是利用腹板截面的屈曲后强度。,18,（8）檩条采用冷弯薄壁型钢，截面一般为C型钢或Z型钢（坡度较大时，可以做到主轴与地面平行）。檩条壁厚一般1.5 3.0mm，1.5mm为规范规定的下限。,19,（9）支撑体系： 必须设屋盖支撑系统和柱间支撑系统。屋盖支撑布置在温度区段的两端或端部第二开间（此时第一开间设刚性系杆）。 柱间支撑设在与屋盖支撑相同的柱间，

8、无吊车时，间距一般30 45m，不大于60m。有吊车时柱间支撑宜设在温度区段中部。 交叉支撑按拉杆设计，非交叉支撑中的受压构件按压杆设计。,20,支撑体系中的内力计算问题,21,支撑一般为十字交叉，截面采用张紧的圆钢或小角钢 。,22,3 钢材的选用 钢结构构件所用钢材的性质、质量要求应考虑结构的重要性、荷载特征（是否直接承受动荷载）、连接方法（焊接或非焊接结构）、环境温度（是否低温工作）钢材厚度等要素，正确合理的选用。各种使用条件下钢结构构件所用钢材的钢材牌号、性能质量等级、力学性能与化学成份等一般应加以保证。,23,钢结构设计规范推荐的钢材牌号 普通碳素钢：Q235 (相当于旧标准的3号钢

9、) 普通低合金钢： Q345 (相当于旧标准的16Mn、12MnV、14MnNb 16MnRE、18Nb) Q390 (相当于旧标准的15MnV、15MnTi、16MnNb) Q420 (旧标准的15MnVN、14MnVTiRE),24,钢材的质量等级 分A、B、C、D、E级（E级仅用于Q345、Q390、Q420等低合金钢）。 钢材的基本保证项目： （1）抗拉强度、屈服点、伸长率； （2）化学成分：硫、磷、锰、碳（Q235-A不作交货条件）； （3）冷弯试验、冲击韧性（+20、0、-20、-40）。 第（3）项A级钢不保证，必要时可附加冷弯试验的要求。,25,规范对用于承重结构的钢材应具有的

10、强度、塑性、韧性等力学性能和化学成分等合格保证项目作出了规定。 “ 承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。”,26,其他可选用或代用的钢材（1） “建筑结构用钢板”GB/T19879-2005 （“原高层建筑结构用钢板”YB4104） 牌号： Q235GJ （B 、C、 D、E） Q345GJ （B、 C、 D、E） Q390GJ （C、D、E） Q420GJ （C、D、E） Q460GJ （C、D、E）,27,特点： a. 降低硫、磷含量和焊接碳

11、当量； 钢材的可焊性可用碳当量Ceq和焊接裂纹感性指数Pcm进行评价。当Ceq0.4时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良。当Ceq0.40.6时，淬硬倾向明显，冷裂纹的敏感将增大。 b. 提高屈服强度下限值、缩小其波动范围； c. 提高冲击功、增加冷弯试验； d. 保证厚度方向性能到Z35（数字为厚度方向断面收缩率%）。,28,国家体育中心“鸟巢”,部分采用了 Q460GJ-E低合金钢,29,（2）“Z向钢” GB/T 5313 厚板容易出现层状撕裂，这对沿厚度方向受拉的接头来说是很不利的，因而需要采用厚度方向性能钢材。 特点： a. 降低含硫量（仅为一般钢材的1/5或以下）； b. 提高截面

12、收缩率（Z15、Z25、Z35） 根据我国铁道科研院的研究，钢材的Z向性能主要取决于硫的含量，当硫的含量控制在0.1%时，则能保证Z15和Z25；,30,若硫的含量控制在0.06%，则能保证Z35，同时亦可不用探伤。 什么条件下采用Z向钢，钢结构设计规范无具体规定，现设计院普遍采用的做法时当t 40mm时用Z向钢 我国建筑抗震设计规范和建筑钢结构焊接技术规程中均规定厚度大于40mm时应采用厚度方向性能钢材。 （Z25每吨价格约增加850元）,31,（3）“优质碳素结构钢” GB699（4）“桥梁用结构钢” GB/T714（5）“锅炉用碳素钢和低合金钢” GB713（6）”船体用结构钢” GB7

13、12（7）“压力容器用钢板” GB6654（8）“耐侯钢” 高耐侯性结构钢GB/T4171 焊接结构用耐侯钢GB/T4171（9）“钢铸件用钢” GB11352 符号：ZG-200-400、ZG-270-570,屈服点,抗拉强度,32,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002 推荐的钢材牌号: Q235、 Q345 对轻型房屋钢结构，其截面设计通常由局部稳定控制，不能充分发挥其高强度性能，且Q390、 Q420等高强度钢材因塑性变形能力差，使用时强度应打折，如高强度材料制作的冷弯薄壁型钢，北美地区仅用到其屈服强度的75%左右。,33,檩条和压型钢板一般采用热镀锌钢板，此外，还可

14、以采用： （1）热镀锌铝合金钢板：其耐蚀性能提高24倍，加工成型性能好，价格提高不多。 （2）热镀铝锌合金钢板：镀铝锌钢板具有镀锌钢板26倍的耐蚀性和抗高温氧化性。 （3）热镀铝钢板：我国尚无该类产品。 （4）合金化处理的镀锌钢板：该种钢板加工性能好，有良好的可焊性，价格便宜。,34,我国现有镀锌钢板种类,35,压型钢板根据板型选用钢材，镀锌薄钢板的基材材质和钢号与普通用的钢材有所区别，目前国内尚无国家标准，只有宝钢自己制定的企业标准。下述表格就是宝钢企业标准Q/BQB420-1999。,36,表,37,钢结构的连接材料,1.手工焊焊条 E43适用于Q235； E50适用于Q345； E55适

15、用于Q390、Q420。 表示焊接电源种类及药皮类型。,38,2. 自动（半自动）埋弧焊的焊丝与焊剂 焊丝： H08A Q235 H08MnA H08MnA Q345 焊剂：431型 H10MnSi H10MnSi Q390、Q420 H08Mn2Si 选用原则：焊缝金属的力学性能不低于母材。,39,焊缝的分级与检验 焊缝质量等级的划分与焊缝质量检验有关，是根据钢结构工程施工质量验收规范GB50205划分的，共分为一、二、三级。 三级焊缝只作外观检查； 二级焊缝除作外观检查外，加超声波探伤； 一级焊缝除作外观检查外，加超声波探伤、X射线或射线。 焊缝的质量等级仅影响三级焊缝的抗拉强度。 角焊缝

16、探伤不准，只能为三级。,40,（1）焊缝的强度设计值中，对接焊缝只有抗拉和抗压的取值，抗弯强度分别按抗弯中的受压部分取抗压强度设计值，受拉部分取抗拉强度设计值采用。焊缝金属为焊条熔敷金属与钢材金属的混合体，其强度一般高于钢材的强度，但焊缝质量对强度有很大影响，规范规定：焊缝质量为一、二级时，对接焊缝的抗拉强度设计值与母材相等，三级时取为母材抗拉强度的0.85倍。,41,对于质量等级为一、二级的对接焊缝，按照现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级GB11345-89的规定，仅适用于厚度不小于8mm的钢材。根据钢结构施工单位的经验，亦认为厚度小于8mm的钢材，其对接焊缝用超声波检验的结

17、果不大可靠，而应采用X射线探伤。否则，对t8mm钢材的对接焊缝，其强度设计值只能按三级焊缝采用。,42,3. 普通螺栓 精制螺栓 A、B级 普通螺栓的A、B级，根据现行国家标准GB/T5782-2000，其材料不是3号钢，而是5.6级、8.8级和10.9级等。 A、B 级螺栓都是以前的“精制螺栓”，质量标准要求相同。A级螺栓用于d 24mm和L（螺栓公称长度）10d或L150mm（按较小值）；d 或L较大者为B 级螺栓。 粗制螺栓 C级: 分4.6级和4.8级。,43,4. 高强度螺栓 高强度螺栓的性能等级：8.8级、10.9级。,大六角头螺栓,扭剪型高强度螺栓 （10.9级）,44,4 荷载

18、计算的特点 （1）新修订的建筑结构荷载规范将不上人的屋面均布活荷载标准值统一规定为0.5kN/m2（原规范分0.3、0.5、0.7kN/m2三级）。 对不上人的屋面均布活荷载，较早的荷载规范取0.3kN/m2，后发现对重屋面偏低，74规范改为0.5kN/m2。采用概率极限状态设计法后发现对以恒载为主的结构（混凝土结构）可靠度下降，故又提高到0.7kN/m2。,45,现行荷载规范增加了以恒载为主的不利组合式，屋面活荷载中主要考虑的仅是施工荷载即偶然因素的不利影响，故又恢复到0.5kN/m2。但注明“对不同结构可按有关设计规范作0.2kN/m2的增减”。现行钢结构设计规范规定“对支承轻屋面的构件或

19、结构，当仅有一个可变荷载且受荷面积超过60m2时，取0.3kN/m2 ” 。新修订的门式刚架轻型房屋钢结构技术规程亦按此进行了修订，应注意檩条的计算。,（2）风荷载 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002关于风荷载体型系数是参照美国MBMA编制的低层房屋系统手册，其规定的系数是综合压力系数，包含了风的阵风影响，是内外压力的组合系数。由国际权威机构加拿大SICC和美国MBMA共同研究、通过边界层风洞试验求得的，已使用近百年，我国没有自己的数据，故参照采用。,47,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002 对风荷载作用下的体型系数有特殊规定。对刚架、檩条、屋面板、

20、墙梁等均有专门的规定。特别应注意房屋端区的风荷载体型系数不同于中间区。,（3）雪荷载 雪荷载对轻型钢结构房屋很敏感，故应认真对待，应考虑：半跨雪荷载的增大及多跨门式刚架沟壑处雪荷载增大等；对高大女儿墙宜采取措施防止雪的堆积。我国荷载规范规定两坡面分别取雪荷载标准值的0.75倍和1.25倍；对双山形屋面的规定是：外侧坡面取全载，沟壑处取1.4倍荷载值，其分布长度为自谷底算起每侧各 l / 4，l 为一个山形屋顶的跨长。 屋面散热对积雪的融化改变屋面积雪分布，美国规范采用温度系数来考虑此影响，我国规范暂无规定。,49,5 檩条的设计特点 （1）实腹式檩条的截面高度可取作其跨度的1/351/50，截

21、面宽度一般取高度的1/21/3。通常先选定截面高度，而后由型钢表中相应于选定高度的型钢规格确定其截面宽度、卷边高度及厚度。 （2）檩条为薄壁构件，在受力状态其组成板件可能丧失局部稳定而产生屈曲，但屈曲后仍能承载（利用薄膜效应，即张力场）。设计中利用其屈曲后强度，一般采用有效截面的方法进行强度计算。,构件截面的组成板件按其纵边的支承条件可分为： 1、两边支承板件； 2、一边支承、一边卷边板件 3、一边支承、一边自由板件,均匀受压两边支承板件的屈曲后强度及有效宽度 受压板件的有效宽度与板件厚度比值bef/t称为受压板件的有效宽厚比。,52,表,53,轴心受力构件的计算公式,54,计算过程：首先求得

22、板件的有效宽厚比 /t= ； 原该板件的宽厚比 /t= ； 由 和 之差乘上相关厚度，则可求得 。如 ，则全截面有效。 有效净截面面积一般可按下列规定计算： （1）当构件截面上有孔洞或缺口、且其位于截面的有效部位时，有效净截面面积等于有效截面面积减去孔洞或缺口的面积。 （2）如孔洞或缺口位于截面的无效部位，有效净截面面积等于有效截面面积。,55,（3）檩条的整体稳定计算分为两种情况： a. 风压力作用下：一般压型钢板（条件是有足够的抗剪件）和受压区设置的檩间拉条能起侧向约束作用。 b. 风吸力作用下：下翼缘受压（连续设置的檩条在风压力作用下也有类似情况），受力状态类似弹性地基梁，有研究认为可按

23、弹性地基梁的压杆计算，受拉翼缘对其的约束作用视为弹性地基梁的作用，截面扭转和侧向弯曲效应等效转化为作用于下翼缘的侧向荷载，以简化计算。,56,（4）若实腹式檩条兼作屋架上弦横向水平支撑的压杆或屋架上弦的刚性系杆，其长细比应不大于200。计算实腹式檩条的长细比时，张紧的檩间拉条可作为檩条的侧向支承点。 （5）为保证屋面能有效地阻止檩条的侧向失稳和扭转，檩条应与屋面牢固连接。,57,若实腹式檩条兼作屋架上弦横向水平支撑的压杆或屋架上弦的刚性系杆，其长细比应不大于200，此时可采用双檩条。,58,构造处理檩条加隅撑约束框架梁弯扭失稳,59,带隅撑的檩条计算模式,60,由于冷弯薄壁型钢檩条采用搭接方式

24、形成连续檩条，而搭接方式的刚度与众多因素有关，如搭接长度、搭接处连接螺栓大小及数量等，难以在理论上确定，搭接刚度又会影响连续檩条的内力分布。因此，采用搭接方式的连续檩条的内力宜通过必要的试验才能较准确地确定，制造厂的产品应通过试验制定标准供设计选用。,61,连续檩条的搭接长度,62,6 构件设计的特点（1）斜梁的屈曲后强度 斜梁轴力较大，一般按压弯构件设计，须满足强度、整体稳定、局部稳定的要求。 工形截面受弯构件中腹板以受剪为主，抗弯作用远不如翼缘有效，增大腹板的高度，可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。然而增大腹板高度的同时若同时增大其厚度，则腹板耗费的钢材过多，是不经济的。因此先进的设计方法是

25、采用高而薄的腹板。这样可能引发腹板屈曲，但板件屈曲不等于承载能力用尽，而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用。,63,腹板在剪力作用下的屈曲后强度由拉力带产生，其作用类似于桁架斜杆，拉力带的分布有不同假设，有的认为拉力带只作用在横向加劲肋之间；有的认为拉力带存在的范围更宽一些，包括上、下翼缘之间，后者适于翼缘较强的梁，此时翼缘还可以参与构件抗剪，直至出现几个塑性铰为止。技术规程根据这个理论，规定腹板度厚比限值为250，实际工程设计可根据工程的重要性适当挡制严一点，不然板太薄制作加工困难。,64,工字形截面构件腹板考虑屈曲后强度的设计特点： （a）腹板受剪屈曲后的强度计算利用了张力场概念，使极限剪

26、力大于屈曲剪力。精确确定张力场剪力值需要算出张力场宽度，比较复杂，为简化计算采用了相当于下限的近似公式。 （b）利用腹板屈曲后强度，即使hw/tw很大，只要腹板的抗剪承载力不低于构件的实际最大剪力，一般不再考虑设置加劲肋。,65,（c）利用腹板屈曲后强度后，构件的抗弯及抗压承载力有所降低（一般不超过5%），此时应按有效宽度计算截面特性，受压区的有效宽度取:,当截面全部受压时：he=hw 当截面部分受拉时：he=hc,66,计算长度的概念来源于两端铰接柱的欧拉临界力公式： 的实质为杆件失稳时弯矩为零点（即曲率为零的反弯点）之间的距离。实际上相当于相邻两反弯点处切出的脱离体（相当于欧拉柱）的长度，

27、即一个正弦曲线的半波。,（2）构件的计算长度,67,68,刚架柱平面内的计算长度 门式钢架中的柱是框架结构中的一个单元，失稳时不可避免地会受到与其相连的横梁的约束，同时还受到横梁刚度即受力的影响，计算其整体稳定承载力，必须对框架结构进行整体分析。,无侧移失稳,有侧移失稳,69,有侧移框架和无侧移框架的概念,什么是有侧移框架？所有的框架及框架支撑（剪力墙结构中的框架在水平风力或地震力的作用下，都会产生侧移。这里所指并不是结构实际是否发生侧移，而是为了对框架结构的失稳模式作出判断。 钢结构设计规范GBJ17-88第5.2.2条注：无侧移框架系指框架中设有支撑架、剪力墙、电梯井等支撑结构，且其抗侧移

28、刚度等于和大于框架本身抗侧移刚度的5倍者；有侧移结构系指框架中未设上述支撑，或支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗侧移刚度的5倍。,70,新规范将其分为： 强支撑框架 当框架支撑结构体系中，支撑的抗侧刚度足够大，使得框架以无侧移的模式失稳时，这个框架称为强支撑框架； 弱支撑框架 是支撑架的抗侧刚度不足以使框架发生无侧移失稳的框架。 纯框架 是未设置任何支撑的框架结构。 强支撑框架按照无侧移失稳的框架柱计算柱子的计算长度系数。 门式钢架属于有侧移失稳框架。,71,当采用变截面门式刚架时，刚架柱为楔形，其在刚架平面内的计算长度系数、不能再套用钢结构设计规范，规程另有特殊规定。 变截面柱在刚架平面内的

29、整体稳定计算公式仍借用了钢结构设计规范的形式。 轴力取小头，弯矩取大头。它比弯矩和轴力都按小头更安全。,72,附有摇摆柱的框架的稳定性 （a）框架柱分为提供抗侧刚度的柱（框架柱）和不提供抗侧刚度的柱（摇摆柱），摇摆柱的抗侧刚度为零，因此依靠框柱保证稳定性 （b） 摇摆柱本身的计算长度系数：为1.0. （c）有摇摆柱时其他柱子的负担加重了，需要更大的截面，为了能够通过设计得到更大的截面，将计算长度系数进行放大, 值应乘以增大系数。 =,73,74,柱间的支撑布置 刚架柱必须设置支撑以保证刚架的整体刚度、传递山墙风荷载和吊车纵向水平力。一般两端柱间设交叉支撑，中间柱设刚性杆或平行桁架支撑。,75,

30、刚架柱平面外的计算长度取侧向支撑点间的距离。,76,钢结构设计规范规定，用作减小轴心受压构件自由长度的支撑承受柱屈曲时产生的支撑力，其值为：（a）单根柱柱高中点有一道支撑 Fb1=N/60支撑不在柱中央（距柱端l） 有m道支撑,77,（b）支撑多根柱时 支撑力 式中，n为被撑柱根数。一般不宜多于8根。 以上公式来源于轴心受力杆件的理论推导，当支撑同时承担其他作用时，其轴力不与支撑力叠加。 目前门式钢架技术规程尚未有类似规定。,78,7 变形控制 适当放宽框架梁的挠度及框架柱柱顶位移的限值，是门式刚架轻型化的一项保证。如： 刚架柱顶位移限值 无吊车、采用轻形墙板 h/60（h/150） 无吊车、

31、采用砌体墙 h/100（h/150） 有吊车、吊车有驾驶室 h/400 有吊车、地面操作 h/180（h/400） 框架斜梁挠度 L/180（ L/400） （有悬挂起重机） L/400,关于刚架柱顶位移限值，规范组每次讨论都非常热烈。美国规定比较宽松，国内许多设计单位认为太松，位移大在反复荷载作用下难以保证50年的正常使用，故要求规定严一点。 目前技术规程修订稿规定为轻型金属墙板h/60，建议设计时控制在h/80，砌体h/120。,80,8 节点设计 （1）门式刚架结构一般在梁柱节点及框架梁的跨中划分运送和安装单元。 门式刚架斜梁与柱的连接可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。 一般采

32、用端板竖放，节点构造及尺寸不需要放大样确定，螺栓比较容易排列。端板平放受力合理，安装方便，亦常被采用。,81,梁与柱的刚性连接节点,82,（2）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程中关于端板厚度的计算公式，系按平面端板塑性分析和屈服线控制在端板边缘的方法，简化了计算和限制变形。因此，端板连接螺栓必须采用高强度螺栓，以确保假定计算模型的成立。 高强度螺栓连接按破坏准则的不同分为摩擦型连接和承压型连接。端板主要承受弯矩和轴向力，当有吊车时，应采用高强度螺栓摩擦型连接。,83,承压型连接高强度受力同普通螺栓，88规范规定“承压型连接高强度螺栓的抗剪承载力不得大于按摩擦型连接计算的1.3倍” 。是鉴于当时使

33、用经验不足，控制一下，使承压型在正常情况下（即荷载标准值作用下）不滑移。新规范已取消此规定，因承压型不一定施加与摩擦型相同的预拉力，因此矛盾较多，况且现在已有使用经验。 此外，88规范承压型连接高强度螺栓的传力接触面要求与摩擦型连接相同。当端板连接承受剪力小于按抗滑移系数0.3计算的承载力时，若采用高强度螺栓承压型连接，其端板表面可不做专门处理，只需清除浮锈及油污。,84,受拉螺栓连接中的端板增强刚度的构造措施 沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法篮板）变形后存在较大的撬力，因撬力很难精确计算，应适当增强刚度，较好的构造是 设置加劲肋等，以 免 有时撬力过大影 响安全。,85,（3）用高强度螺

34、栓连接的端板，为减小撬力的影响，其厚度不宜太薄，一般可取1.52d。,86,（4）连接按承受的最大内力设计。斜梁与柱相交的节点域，应验算抗剪强度。,柱翼缘和横向加劲肋为边界的节点腹板区域所受的剪应力应满足下式要求:,87,公式来源于设置柱横向加劲肋时钢框架节点柱腹板节点域的抗剪强度计算。 柱节点腹板区域所受的剪力: 或 两式等价，取其一。 节点域周边的内力,88,剪应力应满足下式要求： 规范规定的计算式在上式的基础上加以了调整和简化。 a.节点域的周边有柱翼缘和加劲肋提供的约束，使抗剪承载力大大提高，故将节点域抗剪强度提高到 。,89,b.节点域中弯矩的影响较大，剪力的影响较小。略去剪力项使算

35、得的结果偏于安全20%30%，但公式没有包括柱腹板轴压力设计值N对抗剪强度的不利影响，一般N与其屈服承载力Ny之比0.5，则轴压力对抗剪强度不利影响系数为 ， 与略去剪应力有利影响相互抵消而略偏安全。 因此，公式即成为 式中的hbhctw=Vp称为节点域的体积。,90,当节点域计算不满足要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。,91,（5）门式刚架的柱脚构造,92,有关柱脚抗剪键 按我国习惯，柱脚锚栓不考虑承受剪力，特别是有靴梁的锚栓更不能承受剪力。但对于没有靴梁的锚栓，国外有两种意见，一种认为可以承受剪力，另一种则不考虑。另外，在我国亦有资料建议在抗震设计中可用半经验半理论的方法适当考虑外露式钢柱

36、脚（不管有无靴梁）受压侧锚栓的抗剪作用。为此将原规范的“不得”改为“不宜” 。,93,我国目前对Q235锚栓的强度设计值是在普通螺栓强度设计值170N/mm2的基础上乘以0.82得到的，根据目前国内应用现状，锚栓强度设计值取与普通螺栓的相同，但考虑柱脚锚栓受力不均匀打0.9折，考虑锚栓工作条件和预埋质量等乘以系数0.9， 这样0.9x0.9x170 = 138，取140N/mm2。普通螺栓抗拉强度取170N/mm2是考虑撬力的影响，在215N/mm2的基础上打0.8折得到。欧美等国因为设计锚栓时要单独计算螺栓的撬力，所以普通螺栓的设计强度与钢材本身的设计强度相同。钢柱脚下部混凝土弹性模量小，柱

37、底板较厚时，锚栓内的撬力是很小甚至没有的。因此，通过比较可以发现，我国锚栓的强度设计值仅仅是欧美等国的2/3。,94,对锚栓是否参与抗剪这个问题，不能参与抗剪的规定并没有试验依据。目前Q235锚栓的强度设计值仅取140N/mm2, 根据最早提出当前设计方法的李德滋教授的解释,部分原因是考虑锚栓实际参与抗剪的缘故，因此当前的设计方法中包含了不一致的因素：考虑了抗剪使得锚栓抗拉承载力降低的因素，而设计时锚栓又不得参与抗剪。要使锚栓抗拉强度降低10%和20，根据第4强度理论，锚栓受到的剪力必须达到0.436 和0.6 。这是一个相当大的剪力，如果能够利用这部分抗剪能力，则当前轻钢厂房柱脚的设计可以避

38、免设置抗剪键，方便了钢结构的制作和基础的施工。,95,9 门式刚架轻型房屋钢结构的抗震设计引用蔡益燕老师的讲座,门式刚架轻型房屋钢结构的抗震性能究竟如何，业界存在疑问。 希腊位于断层带，最近20多年，经历了多次灾难性地震，有文献指出, 地震中，一些较新的现代化RC房屋倒塌了，但钢结构房屋, 包括一些按旧抗震规范设计（除地震力外未考虑任何构造措施）的低层厂房和仓库，却未见有严重破坏或倒塌。该文献举了两个工程实例，现在此作一介绍。,96,例1 单层单跨门式刚架轻型钢结构房屋，跨度20m，檐口高度4m，柱距6m，纵向设柱间支撑，建于1977年，1981年受到里氏6.7级地震，结构完好。验算表明，地震

39、时结构自重0.20kN/m2，活荷载估计值0.15kN/m2。框架的总竖向荷载为42kN，其最大水平承载力94.5kN，为总竖向荷载的2.25倍，相当于可承受2.25g的地震加速度。另一方面，框架自振周期为T=0.28s，根据当地抗震规范，受到的地震加速度为0.65g，0.65/2.25=0.29，显然，框架的承载力比地震时加在结构上的荷载要大得多。 在纵向，房屋长度为48m,实际竖向荷载为V=168kN。设一道交叉支撑,其在水平荷载下的极限受拉承载力,取决于支撑角钢单肢螺栓连接的承载力。按希腊钢结构设计规范,单肢连接时应乘折减系数0.55；角钢L60606，其净面积为5.89cm2,材料极限

40、抗拉强度36kN/cm2,安全系数1.25(计算支撑连接承载力时偏保守地取1.1),由此可得支撑最大受拉承载力为106kN。柱顶水平力承载力H=88.2kN，小于地震力109kN，不满足规定的抗震要求。,97,例2 该钢结构结构房屋建于1984年，1986年受到里氏6.0级地震，结构完好。该结构为双跨刚架，纵向柱距6m，设交叉支撑。验算表明，地震时永久荷载0.25kN/m2, 活荷载估计为0.195 kN/m2。在平行于刚架方向，总竖向荷载为V=64.08 kN,刚架最大承载力为H=36.4kN,因此,刚架能承受相当于竖向荷载36.4/64.08=0.57倍的水平荷载。另一方面,刚架自振周期T

41、=0.645s,根据当地抗震规范, 应受到0.6564.08=41.65 kN的水平力,满足抗震要求。 在纵向，采用与例1同样方法，H/V=0.64, 而地震加速度为0.65g, 支撑承载力接近所受地震力, 基本满足抗震要求。,98,以上两例的结构形式，与我国目前采用的门式刚架相同，所受的强震，不低于我国规定的8度地震，在不完全符合抗震要求的情况下，震后均完好无损，说明门式刚架轻型钢结构房屋具有良好的抗震性能。 修订门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102时，进行了抗震试设计。,99,（1）作用计算的有关参数 试设计考虑7、8度两种情况。场地土取类场地。结构阻尼比取0.05。鉴于门式刚架结

42、构的自振周期一般较短，计算时水平地震影响系数取最大值。柱间支撑按端部支撑承担一面山墙的所有风荷载计算。纵向框架计算时，自振周期计算根据动能相等原则，按换算到柱顶的重力荷载代表值计算质量，并据此计算地震作用。柱间支撑设计仅考虑斜杆受拉，不考虑受压。结构构件的承载力抗震调整系数按建筑抗震设计规范的规定采用。 试设计采用工程实践中常用的荷载值：恒载0.3kN/m2，活荷载0.5 kN/m2，雪荷载0.5 kN/m2。门式刚架自重在计算程序中自动计入。除地震作用效应组合外，还考虑了风作用效应组合，供对比之用。基本风压值取0.5kN/m2，地面粗糙度类别为B类，体型系数按封闭式房屋采用。,100, 结构

43、尺寸系列 对单跨刚架房屋进行了计算。考虑了7种常用刚架跨度：18，24，30，36，42，60，72m；柱高5种：6，9，12，15，18m；柱距2种：6，9m。刚架柱脚铰接；屋面坡度1:10。为了便于统计和比较，纵向柱间支撑采用单层交叉支撑，间距均为36m。 钢材选用Q345B级。,101,（3）计算结果 仅对主结构门式刚架和纵向支撑框架进行了计算。以等截面框架地震作用效应组合下的柱最大应力和非地震作用效应组合下同一截面处柱应力之比，作为横向刚架的判别依据。共计算了70榀刚架，各含风荷载和7、8度抗震3种工况，合计共210种工况。横向刚架计算结果汇总见图1。其中，横座标为刚架跨高比，纵座标为

44、上述应力比。鉴于7度时的应力比普遍小于1.0,故该图仅为8度时的应力比随跨高比的分布。试设计得出如下结论（适用于无吊车厂房）。,102,图1 横向刚架计算结果,103,1）横向刚架 应力比7度时均小于1，但8度时在较大范围大于1。 跨高比为13.5时地震作用组合效应起控制作用。其中，当跨高比从1向1.5变化时应力比逐渐增大，从1.5向3.5变化时应力比逐渐减小，跨高比1.5时地震作用影响最大。 跨高比超过3.5后，地震效应相对减弱，将不起控制作用。 多跨刚架有摇摆柱时，应结合具体情况考虑是否需作抗震设计。,104,2）纵向框架 纵向框架计算结果见表1，可以归纳如以下几点： 应力比随柱距变化，7

45、度时，6m柱距为0.60.9，9m柱距为0.30.4。 应力比随高跨比变化，8度时，6m柱距为1.82.4，9m柱距为1.11.4之间，随高跨比增加而减小。 随柱距增大支撑角度变小，风荷载应力增大，但8度时总体上仍是地震控制。 纵向框架是否要作抗震计算，与结构纵向长度无关。,105,表1 门式刚架结构纵向抗震分析柱间支撑截面面积比A1:A2:A3,说明： A1为风荷载作用下柱间支撑截面面积；A2、A3为地震烈度7，8度时的柱间支撑截面面积。,106,根据以上介绍的情况，提出以下几点看法。 1门式刚架轻型钢结构房屋由于自重轻，低矮型等特点，具有良好的抗震性能，这里包括两方面原因，一是自重轻地震力

46、小，活荷载虽然达0.5kN/m2,但使用期间的有效活荷载通常不大；二是具有较好的延性，例如，这种结构的一个特点，是采用端板连接，而不是普通框架结构中的那种刚性连接。端板连接是一种半刚性连接，当外力超过设计荷载时，将产生弹塑性变形，使受弯承载力降低，变形增大。此外，建筑钢材本身也有良好的延性。希腊的情况就是很好的说明。,107,2这种结构在地震作用下，可能受地震作用控制，也可能不受地震作用控制，或者可能在纵向受地震控制，在横向不受地震控制，这种情况在我国和国外实践中都已看到。我国试设计表明，在水平地震作用下，当结构跨高比大于0.35时,地震组合将不控制。因此，对这种结构的抗震设计要求，除了要考虑

47、设防烈度外，还应考虑地震作用组合是否对设计起控制作用。当然，对大跨度结构，例如30米以上，宜进行竖向地震验算，但仅按设防烈度划分设计的抗震要求，是不适合的。陈绍蕃教授在修订抗震规范GB50011时曾提出如下建议，“单层厂房钢结构往往有地震荷载的组合对设计不起控制作用，因此是否可以这样规定：当有地震荷载的组合对设计不起控制作用时，板件宽厚比服从GB50017规范第4、5章规定；当这一组合起控制作用时板件宽厚比要考虑抗震要求”。此建议对门式刚架结构应该也是适用的。,108,3CECS 102：2002对纵向框架的抗震设计强调不够，是个不足。显然，抗震设计应该对结构横向和纵向分别进行，不能因为地震作

48、用在横向不控制，在纵向也可不作抗震计算。也不能因为7度无吊车时可不作纵向抗震计算，7度有吊车时也可不作横向和纵向抗震计算。由于有吊车时柱间支撑间距较大,对纵向框架抗震尤其应加以重视。另外，在纵向，柱间交叉支撑角钢用螺栓与柱单肢连接，是抗震设计的关键。连接的承载力计算，应按抗震规范规定乘增大系数1.2，角钢面积必需采用净面积,并按规定乘单面连接时的折减系数。,109,4当设计受地震控制时，刚架构件翼缘的板件宽厚应比弹性设计时有所减小，其数值宜根据具体情况确定。除刚架构件翼缘外，受压构件的长细比和板件宽厚比的取值也宜适当减小。鉴于门式刚架跨度一般较大，对于耗能区和非耗能区可适当区别对待。,110,

49、10 常见质量问题及预防措施,1 梁、柱拼接节点一般按刚接节点计算，但由于端板较薄而导致与计算有较大出入，故应严格控制端板厚度或设置加劲肋，以保证端板有足够刚度。 2 有的设计斜梁与柱按刚接计算而实际工程则把斜梁支承在钢筋混凝土柱上，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，以节省钢材和降低造价。在厂房中，虽有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能视为铰接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切性能很差，在外力作用下容易松动和破坏。,111,3 多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计，而实际工程却把中柱

50、与斜梁焊死致使计算简图与实际构造不符，造成工程事故。 4 檩条设计常忽略验算在风吸力作用下的稳定，导致大风吸力作用下很容易失稳破坏，设计时应注意验算檩条截面在风吸力作用下是否满足要求。 5 有的工程在门式刚架斜梁拼接时，把翼缘和腹板的拼接接头放在同一个截面上，造成工程隐患，设计拼接接头时翼缘接头与腹板接头宜错开。,112,6 有的单位檩条设计时只简单要求镀锌，没有提出镀锌方法和镀锌量，故施工单位用电镀，造成工程尚示建成，檩条已生锈。设计时要提出宜采用热镀锌带钢压制而成的檩条，并提出镀锌要求。 7 隅撑的设置和檩条（或墙梁）间拉条的设置是保证整体稳定的重要措施，有的工程设计把它们取消，可能造成工