41
5.门式刚架构件设计
• 板件宽厚比
– H形钢受压翼缘板宽厚比
b1 1 5 2 3 5
t
fy
– H形钢腹板高厚比
hw 250 235
tw
fy
42
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
–抗剪强度&板件失稳 –腹板抗剪承载力
Vd hwtwfv '
hw - 腹板平均高度；δhw<60mm/m tw - 腹板厚度；
• 变截面柱平面内计算长度 查表法
59
5.门式刚架构件设计
• 变截面柱平面内计算长度 查表法
– 多跨刚架楔形边柱（中柱为摇摆柱）
h0 h
1 (Pli / hli ) (Pfi / hfi )
– 摇摆柱计算长度系数为1.0
55
5.门式刚架构件设计
• 构件横向加劲肋设置
– 较大固定集中荷载作用处及翼缘转折处 – 其它位置根据计算需要确定 – 利用腹板屈曲后抗剪强度时, a=hw~2hw – 加劲肋应按轴心受压构件验算
• N=P+Ns；计算长度hw • 截面为加劲肋和两侧宽B腹板
B15tw 235/ fy
56
5.门式刚架构件设计
门式刚架的形式 –按跨数分 单跨、双跨、多跨及带挑檐或毗屋 –按起坡分 单脊单坡、单脊双坡及多脊多坡
梁柱刚接/摇摆柱
24
3.结构体系及布置
• 结构体系 门式刚架
门式刚架的建筑尺寸： –刚架跨度：9~36米 刚架柱轴线间的距离； 边柱外翼缘对齐； –刚架高度：4.5~9.0米,<12m 地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度； 考虑室内净空及吊车轨顶标高及净空；
48
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
–反应腹板受压时稳定性的参数
28.1
hw /tw k 235/
fy
49
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
–板件在正应力下屈曲系数
16 k (1)20.112(1)2(1)
其中 2 /1
50
5.门式刚架构件设计
有效高度的分布
51
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
–有效宽度的分布
0 he1 2he /(5) he2 he he1
0 he1 0.4he he2 0.6he
52
5.门式刚架构件设计
• 构件强度设计
– 受弯构件 • 剪力V+弯矩M
– 压弯构件 • 剪力V+弯矩M+轴力N
53
5.门式刚架构件设计
• 构件强度设计
– 受弯构件
V0 .5 V d M M e 0.5Vd VVd
34
3.结构体系及布置
• 结构布置
–支撑布置 •每个温度区段应设置独立、稳定支撑系统； •屋面水平支撑及柱间支撑位于同一柱间； •支撑间距30~45米； • 间距应根据纵向柱距/纵向受力/安装条件 确定；
35
4.作用效应计算
• 门式刚架内力分析 分析假定
–变截面门式刚架 •可能几个截面同时出现塑性铰 •弹性分析方法
–反应腹板受剪时稳定性的参数
w 37
hw /tw k 235/ fy
45
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
–板件在剪应力作用下的屈曲系数
a /h w 1k 4 5 .3 4 /(a /h w )2 a /h w 1k 5 .3 4 4 /(a /h w )2
a – 横向加劲肋间距；无加劲肋时
– 地震组合：
1.2x重力荷载代表值 + 1.3x水平地震作用
22
2.基本设计规定
• 构造要求
– 构件壁厚 • 主刚架梁柱 t>=4mm; • 檩条、墙梁 t>=1.5mm;
– 构件长细比 • 受压构件 180/220 • 受拉构件 250/300/350/400
23
3.结构体系及布置
• 结构体系 门式刚架
30
3.结构体系及布置
• 结构体系 屋面墙面系统
檩条/墙梁 –设置于斜梁、钢柱外侧； –双向受弯构件；冷弯薄壁型钢，C或Z/C； –跨度较大时，可使用轻型桁架； –檩条设置应考虑天窗、采光带、屋面材 料等； –墙梁设置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等；
31
3.结构体系及布置
• 结构体系 屋面墙面系统
拉条及撑杆 –S>4米，一道/ S>6米，两道； –斜拉条与刚性檩条拉接；
*梁、柱轴线确定
25
3.结构体系及布置
• 结构体系 门式刚架
构件截面： –变截面焊接H形钢 截面（腹板）高度：楔形； 腹板厚度/翼缘宽度/翼缘厚度； –等截面焊接H形钢或轧制H形钢 塑性设计 设有桥式吊车时柱截面
26
3.结构体系及布置
• 结构体系 门式刚架
柱脚种类： –铰接柱脚 –刚接柱脚 设有5t以上桥式吊车时
门式刚架轻型钢结构
天津大学 钢结构教研室
1
1.概述
• 体系构成及适用范围 结构体系
–主要承重骨架：门式刚架 –纵向支撑体系：
屋面水平支撑、柱间支撑 –檩条和墙梁 –维护结构 ：
轻型屋面板/轻型墙面板
2
系杆 刚架梁 檩条
墙梁 抗风柱
屋面板
刚架柱
墙梁 吊车梁 屋面水平支撑
柱间支撑
墙面板
3
1.概述
• 体系构成及适用范围 传力途径
• 变截面柱平面内计算长度
– 截面高度线性变化的刚架柱
h0 h
–计算长度系数确定 • 查表法-用于柱脚铰接的刚架柱 • 一阶分析法 • 二阶分析法
57
5.门式刚架构件设计
• 变截面柱平面内计算长度 查表法
– 单跨刚架楔形边柱
h0 h
K1 Ic1 / h
K2 Ib0/(2s)
58
5.门式刚架构件设计
–等截面门式刚架 •弹性或塑性分析方法
36
4.作用效应计算
• 门式刚架内力分析 分析模型
–按平面结构进行内力分析 •主刚架 •平面模型
–按空间结构进行内力分析 •主刚架+支撑系统+屋、墙面体 系（蒙皮效应） •空间整体模型
37
4.作用效应计算
• 门式刚架内力分析 分析方法
–手算方法： •超静定结构体系； •结构力学力法/位移法；
屋面坡度设置： 排水坡度：1/20~1/8； 根据所在地区雨量大小确定；
27
3.结构体系及布置
• 结构体系 门式刚架
构件连接： –构件单元划分 钢柱一般为单独单元； 斜梁可划分为多个单元：根据运输条件 –构件单元连接 构件单元内焊接连接； 构件单元间高强螺栓/端板连接；
28
3.结构体系及布置
• 结构体系 支撑系统
k 5.34
46
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
– 腹板屈曲后，按有效宽度计算截面特性 • 腹板受拉区全部有效 • 腹板受压区有效宽度
he hw
ρ– 有效宽度系数；
47
5.门式刚架构件设计
• 屈曲后强度
–有效宽度系数ρ
0.8 1
0 .8 1 .2 1 0 .9 ( 0 .8 ) 1 .2 0 .6 4 0 .2 4 ( 1 .2 )
15
2.基本设计规定
• 材料选用
– 门式刚架、吊车梁：Q235B或Q345B以上 – 檩条、墙梁等：Q235或Q345；C或Z – 屋面板、墙面板：Q235
16
2.基本设计规定
• 荷载及荷载组合
– 永久荷载： • 结构自重；屋面；吊挂荷载等
– 屋面活荷： • 标准值 0.5kN/m2; (A>60 m2时，0.3 kN/m2);
《全国民用建筑工程设计技术措施2003(结构)》 第18．1．6条规定：跨高比L／h小于等于4 的门式刚架应按“规范”(GB 50009—2001) 计算风荷载标准值及体型系数，跨高比大于 4时宜按“规程”(CECS 102：2002)取用。
21
2.基本设计规定
• 荷载及荷载组合
–非地震组合：
1.2x永久荷载 + 0.9x1.4x（积灰荷载 +max{雪荷载，屋面活荷}）+ 0.9x1.4x （吊车荷载+风荷载） 1.0x永久荷载 + 1.4x风荷载
• 门式刚架侧移分析
–侧移按弹性分析方法计算 –精确计算方法
•有限元法/矩阵位移法/直接刚度法 –近似计算方法
–增大侧向刚度、减小侧移的措施 •增大梁柱截面/刚接柱脚/梁柱刚接
40
• 设计方法、设计过程
–弹性设计方法 –设计过程
•初选截面 •作用效应计算 •内力组合 •构件设计 •调整截面 •…
5.门式刚架构件设计
– 质量轻，用钢量省： 荷载轻/材料承载力高/变形能力强/变截 面构件/独特的支撑体系/利用薄壁构件 屈曲后强度
– 结构布置灵活：不受模数限制
– 工业化程度高，施工周期短：全钢结构
– 综合经济效益好；
6
1.概述
• 门式钢架结构的特点 缺点
– 结构整体刚度小： 整体工作前应防止构件变形
– 杆件壁薄，锈蚀及局部变形影响大； – 制作、运输及安装要求高；
MMf (MeMf )[1(0.V 5Vd 1)2]
双轴对称截面 Mf Af(hwt)f
54
5.门式刚架构件设计
• 构件强度设计
– 压弯构件 V 0 .5 V d M M e N M e N W e/A e 0.5Vd VVd MMfN(MeNMfN)[1(0.V 5Vd 1)2]
双轴对称截面 M fNA f(hwt)(fN/A )
柱间支撑： –柔性支撑：Φ20圆钢/交叉支撑/张紧装置 –刚性支撑：角钢等，设有桥式吊车时 –30~60度/约45度；刚架较高时，分层设置 –其它形式的支撑或纵向刚架；