钢结构ppt.ppt
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1、-,门式刚架结构设计,-,-,-,1.1 概述,1.1.1 单层门式刚架的组成,主承重骨架 檩条、墙梁 屋面、墙面 支撑,-,1.1.2 单层门式刚架结构的特点,质量轻一般10-30kg/m2,基础费用低。地震反应小,注意风吸力工业化程度高,施工周期短主要构件工厂制作,现场高强螺栓安装综合经济效益高柱网布置比较灵活门式刚架整体性可以依靠檩条、墙梁和隅撑来保证,支撑数量可减少,且多用张紧的圆钢,-,梁柱多用变截面,省材 梁、柱腹板利用屈曲后强度 塑性设计不再适用(多个塑性铰)摇摆柱 柱脚约束 应力蒙皮效应板件较薄 焊接板件 3mm 冷弯构件 1.5mm 压型钢板 0.4mm,图1.2 变截面门式
2、刚架,-,1.1.3 我国工程应用情况始于20世纪60年代,屋面用瓦材。20世纪70年代在工程上极少应用;20世纪80年代在经济特区引进国外门式刚架轻钢房屋,压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,带动了内资轻钢企业的发展。中期以来,采用门式刚架轻型房屋钢结构的工程数量越来越多,工程规模越来越大,充分展示了这种结构的优越性。,-,国家标准的制订情况冷弯薄壁型钢结构技术规范 1966年版本未颁布;TJ18-75 GBJ18-87 GB50018-2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102:98 CECS102:2002,-,1.2 结构形式 和结构布
3、置1.2.1 门式刚架的结构形式按跨度:单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的形式按屋面坡脊数:单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡,图1.3 门式刚架形式示例(一),-,图1.3 门式刚架形式示例(二),常做成一个大双坡屋面,避免渗漏和堆雪,-,单脊双坡多跨刚架无桥式吊车:中柱多为摇摆柱有桥式吊车:中柱宜两端刚接,截面形式无桥式吊车:梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接工字形截面或轧制H形截面有桥式吊车:柱宜采用等截面形式,柱脚形式无桥式吊车:多按铰接支承设计,通常为平板支座有桥式吊车:刚接,摇摆柱,变截面门式刚架,-,坡度1/201/8,运输单元柱子单独一个,梁可为多个。单元内焊接,单元间可通
4、过端板用高强螺栓连接,吊车悬挂吊车:起重量不大于3吨桥式吊车:不大于20吨,轻、中级工作制,-,1.2.2 结构布置 刚架的建筑尺寸和布置 跨度:936m;高度:4.59m(室内净空);柱轴线:下端中心线或柱外皮 梁轴线:最小截面中线,与上表面平行 柱距:6m,7.5m或9m 挑檐:0.51m 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。,墙梁布置 考虑门窗、挑檐、雨
5、棚等的具体情况;压型钢板墙面宜布置在柱外;间距由计算确定。,-,支撑和刚性系杆布置 布置原则:温度区段 柱间支撑与屋面横向支撑同时设置 端部支撑位置、柱间支撑间距(3045;60)高度大时分层设,宽度大时内柱设 刚架转折处-刚性系杆 支撑交叉点 支撑形式:十字交叉圆钢支撑,夹角30-60型钢支撑,-,1.3 刚架设计,除门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102)有专门规定外,按建筑结构荷载规范(GB50009)采用永久荷载 结构自重:按建筑结构荷载规范GB50009采用 悬挂荷载:按实际情况可变荷载 屋面活荷载:对压型钢板屋面,按水平投影计,取0.5kN/m2,常取0.3kN/m2 施
6、工检修集中荷载(人和小工具的重力):1kN,按最不利位置,1.3.1 荷载及荷载组合,-,屋面雪荷载和积灰荷载:按GB50009 采用,考虑荷载增大系数和不均匀系数。吊车荷载:竖向和水平荷载,按GB50009采用。地震作用:按建筑抗震设计规范 GB50011采用。风荷载:按规程,垂直于建筑物表面的风荷载:,wk风荷载标准值(kN/m2);w0基本风压,按建筑结构荷载规范的规定采用;z风荷载高度变化系数,按建筑结构荷载规范的规定采用;当高度小于10m时,应按10m高度处的数值采用;s风荷载体型系数,考虑内、外风压最大值的组合,含阵风系数。,1.05,-,其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定
7、采用。,图1.5 刚架的风载体型系数分区,-,荷载效应组合:应符合以下原则 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它荷载同时考虑;多台吊车的组合应符合GB50009的规定;风荷载不与地震作用同时考虑。,-,在进行刚架内力分析时,需要考虑的荷载效应组合有: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(风荷载吊车竖向荷载吊车水平荷载);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计算,(2)用于柱脚锚栓验算。起有利作用者不加,但要注意同时
8、发生的荷载。地震作用组合,采用底部剪力法,按GB50011计算。,-,1.3.2 刚架内力和侧移计算 内力 变截面门式刚架:弹性分析方法全部为等截面构件时:可采用塑性分析方法设计取单榀刚架按平面结构分析内力,一般不考虑应力蒙皮效应,而把它当作安全储备。计算内力时可采用有限元法(直接刚度法)。分段等截面单元或楔形单元。手算校核时,可将变截面构件折算为等截面构件,-,控制截面的内力组合(柱顶、底、牛腿处,梁端、跨中)(1)对构件:最大压力Nmax和相应的M和V;(2)对构件:最大弯矩Mmax和相应的N和V;(3)对锚栓:最小压力Nmin和相应的M和V。侧移计算 采用弹性分析方法确定,计算时荷载取标
9、准值,不考虑荷载分项系数。简化计算公式:参见CECS102,-,侧移限值 在风荷载标准值作用下的刚架柱顶侧向位移不应超过下列限值:不设吊车:采用轻型钢板墙时为h/60,采用砌体墙时为h/100,h为柱高;设有桥式吊车:吊车有驾驶室时为h/400,吊车由地面操作时为h/180。不满足时可采取的措施 放大截面 修改柱脚约束 若有摇摆柱,上端改为刚接,-,受弯构件的挠度限值 门式刚架斜梁竖向挠度:(L为构件跨度)仅支承压型钢板和檩条 L/180 尚有吊顶 L/240 有悬挂起重机 L/400 屋面坡度改变值:屋面坡度的1/3 檩条竖向挠度:仅支承压型钢板 L/150 有吊顶 L/240 压型钢板竖向
10、挠度:承受活荷载或雪荷载 L/150,-,构件长细比要求 受压构件:主要构件180,其它构件及支撑220;受拉构件:承受静力荷载时,桁架构件350;吊车梁以下柱间支撑300;其它支撑400;承受动力荷载时250。张紧的圆钢或钢绞线:不限制,-,1.3.3 刚架柱、梁设计,1.3.3.1 梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度应用(1)梁柱板件宽厚比限值 梁柱的翼缘,不能发生局部失稳,要求受压翼缘:,对于梁柱的腹板:,腹板应按规程要求计算有效宽度。,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
11、设计值应按下列公式计算:,-,(3)腹板的有效宽度(工字形截面腹板),当腹板全部受压时,he=hw 当腹板部分受拉时,拉区全部有效,压区有效宽度为 he=hc,-,图1.7 有效宽度分布,-,当腹板边缘最大应力1f时,计算时可用R1代替式fy,R为抗力分项系数,对Q235和Q345钢,R=1.1。,当截面全部受压,即0时,当截面部分受拉,即0时,-,1.3.3.2 刚架梁、柱构件的强度计算(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V0.5Vd 时,当0.5Vd VVd 时,当为双轴对称截面时,-,(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V0.5Vd 时,
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