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亚博竞彩官网单层钢结构厂房

时间:2020-07-14 05:06

  单层钢结构厂房_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。单层厂房钢结构设计 1 单层厂房钢结构设计 1.结构形式和结构布置 2.计算原理 3.钢屋架设计 4.轻型门式刚架结构 1.结构形式和结构布置 结构形式和结构布置 天窗架 屋架 柱 吊车梁

  单层厂房钢结构设计 1 单层厂房钢结构设计 1.结构形式和结构布置 2.计算原理 3.钢屋架设计 4.轻型门式刚架结构 1.结构形式和结构布置 结构形式和结构布置 天窗架 屋架 柱 吊车梁 柱间支撑 1.结构形式和结构布置 ? 屋盖结构体系: 钢屋架—大型屋面板结构体系 钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系 横梁—檩条—轻型屋面板结构体系 ? 吊车的工作制等级与工作级别的对应关系 工作制等级 轻级 中级 重级 特重级 工作级别 A1~A3 A4,A5 A6,A7 A8 (按照吊车使用的频繁程度) 1.结构形式和结构布置 柱网布置和计算单元 1.影响柱网布置因素: 1)生产工艺流程要求: 2)结构上的要求:在保证厂房具有必需的刚 度和强 度的同时,注意柱距和跨度的类别尽量少些, 以 利施工。 3)经济要求 4)模数要求:柱距L的取值: 一般地,在跨度 不小于 30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不 小于 50t时,柱距取12m较为经济;参数较小的厂 1.结构形式和结构布置 计算单元 柱网布置 1.结构形式和结构布置 ? 横向框架及其截面选择 横向框架梁与柱的连接形式: 刚接框架:(a)、(b)横梁与柱子的刚接连接 铰接框架:(c)横梁与柱子的铰接连接。 (a) (b) (c) 1.结构形式和结构布置 ? 柱脚刚接:可以削减上柱柱顶的弯矩值, 增大横向框架的刚度。 ? 铰接框架:横梁与柱子铰接,适用于吊车起 ? 重量不很大的轻型维护结构。 ? 刚接框架:横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车,装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。 1.结构形式和结构布置 ? 阶梯形柱:上段柱:实腹式,格构式。 ? 下段柱:缀条格构式。 ? 分离式柱:吊车肢,屋盖肢 优点:减小两肢在框架平面内的计算 长度,两肢分别单独承担荷载 。 1.结构形式和结构布置 ?阶梯形柱的常见截面形式: 阶形柱的上柱 起重量较小的边柱 起重量≤50t的中柱 起重量>50t的中柱 起重量较大的边柱 双肢格构式柱 特大型厂房的下柱 1.结构形式和结构布置 ? A6一A8级吊车的单跨厂房 纵向刚度 横向刚度 柱间 支撑 屋架与柱子 刚性连接 柱子与基础 刚性连接 1.结构形式和结构布置 柱间支撑 ? 上层柱间支撑:吊车梁上部的柱间支撑 ? 下层柱间支撑:吊车梁下部的柱间支撑 垂直 支撑 刚性系杆 刚性系杆 上层柱间支撑 下层柱间支撑 1.结构形式和结构布置 ?柱间支撑的布置: 1)每列柱都要设柱间支撑。 2)多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的 柱 间支撑布置在同一柱间。 3)下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部 , 以减少纵向温度应力的影响。 4)上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的 柱 间设置外,还应当在每个温度区段的两端设 1.结构形式和结构布置 ? 柱间支撑的作用: ? 1)承受并传递纵向水平荷载: 作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。 2)减少柱在平面外的计算长度。 3) 保证厂房的纵向刚度。 1.结构形式和结构布置 ? 柱间支撑的形式: 下层柱间 支撑的形式 (a)单层十字形;(b)人字形;(c)门形; (d)双层十字形 上层柱间 支撑的形式 (a)十字形; (b)人字形; (c)V字形 1.结构形式和结构布置 屋架外形及腹杆形式 ? 桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子 式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线 拉力或压力。应力在截面上均匀分布,桁架用 料经济,结构的自重小,易于构成各种外形以 适应不同的用途 。 ?在工业与民用房屋建筑中,当跨度比较大时用 梁作屋盖的承重结构是不经济的,这时都要用 桁架 。 1.结构形式和结构布置 三 角 形 屋 架 芬克式腹杆 人字式腹杆 豪式腹杆 梯 形 屋 架 人字式腹杆 平 行 弦 屋 架 人字式腹杆 再分式腹杆 交叉式腹杆 1.结构形式和结构布置 ? 确定桁架形式的原则 ?满足使用要求: 三角形屋架:适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, 坡度一般在1/3~1/2 梯形屋架:压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板, 坡度一般在1/2~1/8 1.结构形式和结构布置 ?受力合理: ? 1)弦杆:使各节间弦杆的内力相差不太 大。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时,各处弦杆内力才比 较接近。 2)腹杆:应使长杆受拉短杆受压,且腹杆数 量宜少,腹杆总长度也应较小。 1.结构形式和结构布置 ? 再分式腹杆∶减少受压上弦节间尺寸,避 免节间的附加弯矩,也减少了上 弦杆在屋架平面内的长细比 。 ? 交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。 再分式腹杆 交叉式腹杆 1.结构形式和结构布置 ? 制造简单及运输与安装方便 杆件数量少,节点少,杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。 ? 综合技术经济效果好 1.结构形式和结构布置 桁架主要尺寸的确定 跨度 L—工艺及使用要求 高度 H—经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度: 三角形屋架: 中部高度H≈(1/6~1/4)L 梯形屋架 : 中部高度H≈(1/10~1/6)L 端部高度H0≈(1.8~2.4m) 1.结构形式和结构布置 屋盖支撑 ? 屋盖上弦横向水平支撑 ? 屋盖下弦横向水平支撑 ? 屋盖下弦纵向水平支撑 ? 竖向支撑 ? 系杆 1.结构形式和结构布置 屋盖支撑的作用 1)保证屋盖结构的几何稳定性。 几何可变体 系屋架侧倾 几何不变体 系屋架稳定 屋盖支撑作用示意图 1.结构形式和结构布置 ? 2)保证屋盖的刚度和空间整体性 ? 横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平 ? 放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑 。 ? 纵向水平支撑:提高屋架平面内(横向)抗 ? 弯刚度,使框架协同工作,形成空间整体性, ? 减少横向水平荷载作用下的变形。 1.结构形式和结构布置 ? 3)为弦杆提供适当的侧向支承点 ? 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点,减小弦杆 ? 在屋架平面外的计算长度,保证受压上弦杆的 ? 侧向稳定,并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 ? ? 4)承担并传递水平荷载 ? 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 ? 5)保证结构安装时的稳定与方便 1.结构形式和结构布置 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则 ? 各种支撑都是一个平面桁架,桁架的腹杆一般采 用交叉斜杆 。 支撑 桁架 弦杆:相邻屋架弦杆兼作 横向支撑桁架的弦杆 斜腹杆:支撑 腹杆 竖腹杆:竖杆 1.结构形式和结构布置 ? 屋盖支撑受力比较小,一般不进行内力计算,杆件 ? 截面常按容许长细比来选 。 ? 拉杆——单角钢 ? 压杆——双角钢 ? 当支撑桁架受力较大,应按桁架体系计算内力,按 ? 图示拉杆(压杆退出工作)计算并据此选择截面。 2.计算原理 ?荷载计算 ?刚架内力 计算 2.计算原理 单层房 屋结构 简化 平面 桁架 计算单元 2.计算原理 ? 荷载计算 1.永久荷载(恒载) 屋面恒载 檩条自重 屋架、其它构件自重和围护结构自重 ? 2.可变荷载(活载) 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。 ? 3.施工荷载 2.计算原理 刚架内力计算 ? 为简化计算,引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换 算为实腹式构件进行内力分析。 当量惯性矩: ?t0 ? k ( A1 y12 ? A2 y22 ) A1和A2—分别为格构柱两肢(或屋架上下两弦)截面积 y1和y2—格构式柱两肢(屋架上下两弦)的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。 k—反映剪力和几何形 状的修正系数。 k=0.9 平行弦 k=0.7 上弦坡度i = 0.1 k=0.65 上弦坡度i = 0.125 2.计算原理 屋架尺寸未定时,可按下式估算其当量惯性矩。 I ? kI 0 ? k M max h 2f Mmax—简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩。 f —弦杆抗拉强度设计值。 2.计算原理 ?内力分析: ? 依叠加原理,内力分析只需针对几种基本类型进行。 单跨刚架: (1)永久荷载; (2)屋面活荷载; (3)左风(右风荷载); (4)吊车横向水平荷载; (5)吊车竖向荷载。 手算或电算 2.计算原理 内力组合原则 ? 按照《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定,结构设计 应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承 载能力极限状态和正常使用极限状态,依照组合规则进 行荷载效应的组合,并取最不利组合进行设计。 2.计算原理 对于一般的刚(框)架,按承载能力极限状态设计时, 构件和连接可取下列简化公式中的最不利值确定: S ? ? G SGk ? ? S Q1 Q1k n ? S ? ? G SGk ? 0.9 ? S Qi Qik i ?1 SGK、SQK—按规范规定的标准值算得的永久荷载效 应和可变荷载效应 γG、γQ—永久荷载分项系数和可变荷载分项系数 2.计算原理 内力组合表 M? max 钢屋架设计 ?桁架的内力计算 ?桁架杆件的计算长度 ?杆件截面型式 ?一般构造要求与截面选择 ?桁架的节点设计 3.钢屋架设计 桁架内力计算 ?1. 荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构 荷 ? 载规范》选取。 ?2. 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力 常用的内力分析方法有图解法、解析法、电 算。具体分析时,可先分别计算全跨和半跨单 位节点荷载作用下的内力,根据不同的荷载组 合,列表计算。 3.钢屋架设计 计算内力系数 3.钢屋架设计 ?3.节点刚性影响 节点刚性引起杆件次应力,次应力一般较小,不予考 虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影 响。 ?4.杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉,而在半跨荷载 时可能受压。 半跨荷载:活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工 3.钢屋架设计 直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件(N,M)。 局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。 简化计算: M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。 3.钢屋架设计 桁架杆件的计算长度 ? 计算长度概念:将端部有约束的压杆化作等效的 两端铰接的理想轴心压杆。 P (a) ? 2EI cr1 ? L2 (b) P ? 2EI cr2 ? ( 0.5 L ) 2 P (c) ? 2EI cr3 ? ( ?L)2 杆端约束越强,杆件计算长度越短,临界荷载越高 。 3.钢屋架设计 受压弦杆和单系腹杆的计算长度 ? 影响钢屋架杆端约束大小的因素: 1)杆件轴力性质 拉力使杆拉直,约束作用大,压力使杆 件弯曲,约束作用微不足道。 2)杆件线刚度大小 线刚度越大,约束作用越大,反之,约 束作用越小。 3)与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大, 较远的杆件作用小。 3.钢屋架设计 ? 杆件计算长度: ? 桁架平面内计算长度 l0 x 弦杆 支座斜杆 l0x ? l (节件长度) 支座竖杆 中间腹杆 l0x ? 0.8l 3.钢屋架设计 屋架杆件的计算长度 3.钢屋架设计 ? 桁架平面外计算长度 loy 弦杆 l0 y ? l1 (侧向支撑点间距离) 腹杆 l0 y ? l (节间长度 ) 单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆, l0 y ? 0.9l 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内,其端部 所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。 3.钢屋架设计 变内力压杆的计算长度 平面内计算长度: l0x ? d 平面外计算长度: l0y ? l1(0.75 ? 0.25 N2 N1) l1 ? 2d 3.钢屋架设计 交叉腹杆中压杆的计算长度 ? 交叉腹杆中交叉点处构造: 1)两杆不断开。 2)一杆不断开,另一杆断开 用节点板拼接。 3.钢屋架设计 ? 桁架平面内计算长度: l0x ? 0.5l 无论另一杆为拉杆或压杆,两杆互为支承点。 ? 桁架平面外计算长度: 拉杆可作为压杆的平面外支承点, 压杆除非受力较小且不断开,否则不起侧向支点 的作用。 GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度 计算公式。 3.钢屋架设计 杆件截面型式 杆件截面选取的原则: 承载能力高,抗弯强度大, 便于连接,亚博竞彩官网!用料经济通常 选用角钢和T型钢 截面伸展 壁厚较薄 外表平整 等强设计: 压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。 ?x ? ?y (?yz ) ? 单轴对称截面绕对称轴屈曲时考 yz 虑扭转效应的换算长细比。 3.钢屋架设计 角钢杆件截面形式 3.钢屋架设计 受压弦杆: l0 y ? 2l0x ?x ? ?y ?x ? l0 x ix ?y ? l0 y iy iy ? 2ix 有节间荷载时 3.钢屋架设计 受拉弦杆: l0 y ?? l0 x 支座斜腹杆及竖杆: l0 y ? l0x ?x ? ?y ix ? iy 3.钢屋架设计 一般构造要求与截面选择 屋架构造的一般要求: ? 同一榀屋架中,角钢的规格不超过5~6种 最小角钢 L45X4 L56X36X4,L18m 的小角钢屋 架不受此限。 3.钢屋架设计 ? 屋架杆件中的填板。 作用:保证两角钢共同工作。 间距:压杆 lz ? 40i 拉杆 lz ? 80i 数量:不小于2个。 3.钢屋架设计 节点设计 ?任务:确定节点的构造,连接焊缝及节点承载力的计 算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 ?注意:节点板只在弦杆与腹杆之间传力,不直接参与 传递弦杆内力,弦杆若在节点板处断开,应设置拼接角 钢在两弦杆间直接传力。 3.钢屋架设计 双角钢截面杆件的节点 ? 节点设计的一般原则 ⑴双角钢截面杆件在节点处以节点板相连,各杆 轴线(型钢形心轴线)汇交于节点中心。 ⑵角钢的切断面应与其轴线垂直,需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。亚博竞彩官网 3.钢屋架设计 ⑶ 如弦杆截面需变化,截面改变点应在节点上。 当偏心e>0.05h时考虑偏心对杆件产生的附加 ? 弯矩: Mi ? M ? Ki Ki 偏心力矩:M ? (N1 ? N2 )e Ki -第i杆的线刚度 Ki ? EI i li ⑷节点板上各杆件之间的间距a: 受静载时, a ?10 ~ 20 受动载时, a ? 50 3.钢屋架设计 ? 2.节点板设计: ⑴形状简单、规则,如矩形、梯形 ⑵梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹 杆最大内力确定,三角形屋架节点板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板 厚度相同。 3.钢屋架设计 ⑶节点板的拉剪破坏: N ?f ?(?i Ai ) ?i ? 1 1? cos2 ?i ?i ? 第i段的拉剪折算系数 ?i ? 第i段破坏线与拉力轴线的夹角 Ai ? tli 第i段破坏面的截面积 3.钢屋架设计 单根腹杆的节点板按下式计算: ? ? N ? f be ? t be ? 节点板的有效宽度,当用螺栓连接时,应取净宽度 t ? 板件厚度, ? ? 应力扩散角,取30°。 3.钢屋架设计 ? 节点的构造与计算 3.钢屋架设计 ⑴一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 ① 腹杆与节点板间的传力--两侧角焊缝 (L形围焊缝,三面围焊缝),按受轴 心力角钢的角焊缝计算。 ② 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值, 按下式计算其焊缝长度。 3.钢屋架设计 肢背焊缝: lw1 ? K1?N 2? 0.7hf1 ? f w f ? 2hf 1 肢尖焊缝: ?N ? N1 ? N2 lw2 ? K2?N 2? 0.7hf2 ? f w f ? 2hf 2 K1, K2 ? 角钢肢背、肢尖焊缝内 力分配系数 hf1 , hf2 ? 肢背、肢尖焊缝焊脚尺 寸 f w f ? 角焊缝强度设计值 3.钢屋架设计 ⑵有集中荷载的节点 ?节点板伸出 槽焊缝“K”—假定只传递P力,按两条角焊缝 (焊脚尺寸为0.5t)计算所需的长度。 “A”焊缝—传递弦杆两端内力差△N=N1-N2和偏 心力矩△M=△N·e。焊缝两端的最大 ? ( f ?f )2 ? ? 2 f ? ftw 合成应力: ?f ? 6?M 2 ? 0.7 h f 2 l 2 w2 ?f ? ?N 2 ? 0.7hf2 lw2 3.钢屋架设计 ? 节点板部分伸出 当“A”焊缝强度不足时,采用 节点板伸出方案, 肢尖“A” 与肢背“B”两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力, N? ? P ? ?N P较小,近似按只承受轴力时 的肢尖和肢背的分配系数将 N?分配到肢尖和肢背,以设计和验算“A”和“B”焊缝 3.钢屋架设计 ⑶下弦跨中拼接节点 ①构造:拼接角钢采用与弦杆相同的规格, 切去竖肢及切去直角边棱,安装螺栓, 拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。 3.钢屋架设计 ②焊缝计算 弦杆自身拼接焊缝(“C”焊缝),传递两侧弦 杆内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接 角钢两侧的焊缝近于等距,N力由两根拼接角钢 的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一 侧的焊缝长度为: N l1 ? 4 ? 0.7hf ? f w f ? 2h f 拼接角钢长度为 L ? 2l1 ? b 3.钢屋架设计 内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传 递弦杆内力之差△N,如△N过小则取弦杆较大 内力的15%,内力较小一侧弦杆与节点板间焊 缝参照传力一侧采用。 弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算: 肢背焊缝: 0.15K1Nmax 2? 0.7hf lw ? f w f 肢尖焊缝: 0.15 K2 Nmax 2 ? 0.7hf lw ? f w f 3.钢屋架设计 ⑷上弦跨中拼接节点 ①构造:拼接角钢的弯折角用热弯形成。 ②计算:弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点 相同,弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。 3.钢屋架设计 ⑸支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。 3.钢屋架设计 屋架与柱的刚接: 刚接节点连接焊缝 传递内力由以下两 部分组成: ①屋面荷载产生的 横梁端反力, ②横梁端弯矩在上 下弦轴线处产生的 附加水平力、附加 竖向反力,下弦处 的水平力中还应包 括框架内力组合的 相应水平剪力。 3.钢屋架设计 ⑴梯形屋架支座节点 节点板 加劲肋 底板 锚栓 加劲肋作用: 提高支座节点的侧向刚 度,使支座底板受力均 匀,减少底板弯矩 3.钢屋架设计 支座节点力的传递路线为: 屋架杆件 合力R 节点板 H形焊缝 底 板 L形焊缝 加劲肋 3.钢屋架设计 ⑵支座节点的计算: ①底板: 底板面积: A? An ? A0 ? R fc ? A0 A0 ? 锚栓孔面积 底板厚度:按均布荷载下板的抗弯计算,将 基础反力看成均布荷载q,底板被节点板和加 劲肋分成4块两相邻边支撑的板,其单位宽度 的弯矩为: M ? ?qa12 底板下的平均压应力: q ? R An 底板厚度:t ? 6M f 3.钢屋架设计 ②加劲肋:按悬臂梁计算,固端截面的剪力 V?R 4 固端截面弯矩 M ?V ?e ③加劲肋与节点板间竖向焊缝L: 焊缝受力: V ? R 4 M ?V?e 焊缝验算: ? ( f ?f )2 ?? 2 f ? ftw ?f ? 6?M 2 ? 0.7hf lw2 ?f ? ?N 2 ? 0.7hf lw 3.钢屋架设计 ④支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝: 传递全部反力R。 ? ? ? R ? f 0.7hf lw ? f w f ?lw ? 节点板、加劲肋与底板 的水平焊缝总长度 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 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: ? 1.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 。 ? 2.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 。 ? 3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的 1/5-1/10,是一种经济可靠的结构形式。 4.轻型门式刚架单层厂房 吊车梁 天窗架 山墙抗风柱 门式刚架工程实例 4.轻型门式刚架单层厂房 门式刚架结构的组成 主要承重骨架-门式刚架 檩条、墙梁 -冷弯薄壁型钢 屋面、墙面 -压型金属板、彩钢夹芯板 屋面及墙面保温芯材 -聚苯乙烯泡沫塑料、 聚氨酯泡沫塑料、岩棉等 支撑 -屋面支撑、柱间支撑 4.轻型门式刚架单层厂房 门式刚架结构的组成 4.轻型门式刚架单层厂房 门式刚架结构的特点 重量轻 工业化程度高、施工周期短 柱网布置灵活 综合经济效益高 4.轻型门式刚架单层厂房 门式刚架结构性能 ?1.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,同 时支撑多用张紧的圆钢做成,很轻便。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?2.门式刚架的梁、柱 多采用变截面杆件,可以 节省材料。 ?3.组成构件的杆件较 薄,对制作、涂装、运输 、安装的要求高。 ?4.构件的抗弯刚度、 抗扭刚度比较小,结构的 整体刚度也比较柔。 4.轻型门式刚架单层厂房 门式刚架结构的应用情况 ? 1.我国门式刚架设计规程:《门式刚架轻型房屋 钢结构技术规程》(CECS102:2002) ? 2.应用范围: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。 ? 3.应用规模:国内每年有几千万平方米的轻钢 结构 建筑物竣工。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式: ?(1).屋面荷载较小,横向跨度为9~24m,柱高 为4.5~9m, ?(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂 房。 ?(3).当厂房横向跨度不超过15m,柱高不超过 6m时,屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂 房横向跨度大于15m,柱高超过6m时,宜采用变 截面刚架形式。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?5.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 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 截面方便。 ?6.柱脚形式: ? 门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形 式。 4.轻型门式刚架单层厂房 变截面梁 刚接柱脚详图 刚接柱脚门式刚架 铰接柱脚详图 变截面梁、柱 铰接柱脚门式刚架 4.轻型门式刚架单层厂房 加劲板 地脚螺栓 4.轻型门式刚架单层厂房 等截面 刚架柱 变截面 刚架梁 结构形式和结构布置 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。 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 4.轻型门式刚架单层厂房 单跨单坡 摇摆柱 多跨(中间摇摆柱) 四坡双跨 单跨双坡 多跨(梁柱刚结) 高低跨 双坡双跨 门式刚架的各种结构形式 4.轻型门式刚架单层厂房 门式刚架的结构布置 ?1.柱网布置与定位轴线 ? 柱距:应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使 用要求等因素,一般为6m,也可取7.5m、9m、或 12m ? 跨度:一般为9-36m,以3m为模数 ? 边柱的外边缘与纵向定位轴线重合 ? 多跨中柱的中心线与纵向定位轴线重合 ? 端部柱的中心线.剖面布置 ? 高度:取室内地面至立柱轴线m,有桥式吊车时不大于12m 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 3.檩条和墙梁的布置 ? 檩条: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 (一般小于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。 屋面檁条布置 实例 4.轻型门式刚架单层厂房 屋面檁条布置实例 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 墙梁: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。 墙梁布置实例 4.轻型门式刚架单层厂房 ?4.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个开间 。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?5.柱间支撑的布置原则 : ? 柱间支撑的间距应 根据房屋纵向受力情况及 安装条件确定,厂房无吊 车时,宜取30~45m;厂房 有吊车时,宜设置在温度 区段中部,间距不大于60m ? 当房屋高度较大时 ,柱间支撑应分层设置; 4.轻型门式刚架单层厂房 4.轻型门式刚架单层厂房 刚架设计 ?荷载及荷载组合 ?刚架的内力和侧移计算 ?刚架柱和梁的设计 4.轻型门式刚架单层厂房 荷载及荷载组合 ? 永久荷载: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 、吊顶、墙面构件和刚架自重等。 ?可变荷载:屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载 ? 吊车荷载 、地震作用 、风荷载。 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 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 重以外的其他荷载同时考虑; ? 多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定 ; ? 当需要考虑地震作用时,风荷载不与地震作 用同时考虑。 4.轻型门式刚架单层厂房 刚架内力和侧移计算 ? 内力计算原则: 根据不同荷载组合下内力分析结果,找出控 制截面的内力组合,控制截面位置一般在柱底、 柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。 ? 控制截面的内力组合主要有: ? 最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值 。 ? 最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。 ? 最大负弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值 。 ? 最小轴压力Nmin和相应的M及V,出现在永久 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 侧移计算原则: ? 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析 方法确定。计算时荷载取标准值,不考虑荷载分 项系数。 ? 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求, 即需要采用下列措施之一进行调整: ? 放大柱或梁的截面尺寸; ? 改铰接柱脚为刚接柱脚; ? 把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接 的节点连接形式。 4.轻型门式刚架单层厂房 刚架柱和梁的设计 ?梁、柱板件的宽厚比限值: ?工字形截面构件受压翼缘板的宽 厚比: b1 ? 15 235 t fy ?工字形截面梁、柱构件腹板的宽 厚比: hw ? 250 235 tw fy 4.轻型门式刚架单层厂房 ?刚架梁、柱构件的强度计算 ?刚架内力分析 ?在横向均布荷载作用下,刚架弯矩图如下 q 刚架荷载计算简图 刚架弯矩图 4.轻型门式刚架单层厂房 在水平风荷载作用下,刚架弯矩图如下: q 荷载计算简图 刚架弯矩图 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到 钢材屈服点作为临界状态,没有考虑塑性发展的 影响,所以门式刚架一般按弹性理论设计。 考虑各种荷载组合内力分析结果,取出最大 荷载值控制设计,对初选截面梁柱按压弯构件进 行验算。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?正应力验算: ? ? N ? Mx ? My ? f Aefn Wefnx Wefny ? 剪应力验算: ? ? 3Vmax 2h0t ? fv 式中: Aefn—构件有效净截面面积; Wefnx 、Wefny—对主轴x和y的有效净截面抵抗矩; M x 、M y —对主轴x和y的弯矩。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?弯矩作用平面内: ?? N ? ?mM x ?f ? x Aef ????1 ? N N EX ?x ????Wefx ?弯矩作用平面外: ? ? N ? Mx ? f ? x Aef ? bWe fx 4.轻型门式刚架单层厂房 ? ? 工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M ? 共同作用下的强度应符合下列要求: ?? 当 V ? 0.5Vu 时 当 0.5Vu ? V ? Vu 时 M ? M eu ? ? ? M ? M f ? Meu ? M f ?? ?1? ? ?? ? V 0.5Vu 2 ? ? ?1? ? ? ?? 当截面为双轴对称时 M f ? Af ?hw ? t ? f 4.轻型门式刚架单层厂房 ?变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算: ? 变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式 计算: ? ? ? ? N0 ? ?mxM1 ?f ?x? Ae0 1? N0 NE? x0 ?x? We1 ? ? NE? x0 ? ? 2EAe0 1.1?2 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 对于变截面柱,变化截面高度的目的是 为了适应弯矩的变化,合理的截面变化方式应 使两端截面的最大应力纤维同时达到限值。但 是实际上往往是大头截面用足,其应力大于小 头截面,故公式左端第二项的弯矩M1,和有效 截面模量We1应以大头为准。 公式第一项源自等截面的稳定计算。根据 分析,小头稳定承载力的小于大头,且刚架柱 的最大轴力就作用在小头截面上,故第一项按 小头运算比按大头运算安全。 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算 应分段按公式计算: N0 ? ?tM1 ? f ? y Ae0 ?b?We1 公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的稳 定计算公式之处有两点: ?截面几何特性按有效截面计算; ?考虑楔形柱的受力特点,轴力取小头截面,弯矩 取大头截面。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?刚架横梁刚度和柱顶水平位移验算 ?横梁容许挠度: l 180 ?柱顶水平容许位移: H 500 式中 l 、H分别为刚架横梁的跨度和柱的高度。 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 刚架节点设计 ?刚架横梁与柱拼装节点 ?刚架横梁屋脊拼装节点 ?柱脚设计 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 斜梁与柱的连接及斜梁拼接 ? 一般采用高强螺栓-端板连接,按刚接节点 设计,其形式: 端板竖放 端板斜放 端板平放 M h1 e (a)端板竖放 (b)端板斜放 (c)端板平放 (d)斜梁拼接 刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接 高强螺栓计算 ? ? ? 验算最不利螺栓的拉力: N ? Mymax n yi2 ? N b t M —横梁与柱在连接处传递的弯矩; ymax —最远一排螺栓至承压点的距离; n —螺栓列数; yi —任意一排螺栓至承压点的距离; ??Ntb ?? —一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?螺栓排列应符合构造要求,下图的 ew ,ef 应满 足扣紧螺栓所用工具的净空要求,通常不小于35mm ,螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径,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 。 4.轻型门式刚架单层厂房 ?端板的厚度t可根据支承条件按下列公式计算,但 不应小于16mm,和梁端板相连的柱翼缘部分应与端 板等厚度。 (a)伸臂类端板 t ? 6ef Nt bf (b)无加劲肋类端板 t? 3ew Nt ?0.5a ? ew ? f 4.轻型门式刚架单层厂房 (c)两边支承类端板 当端板外伸时 ? ? ?? t ? 6e f ew Nt ewb ? 2e f e f ? ew f 当端板平齐时 (d)三边支承类端板 ? ? ?? t ? 12e f ew Nt ewb ? 4e f e f ? ew f ? ? t ? 6ef ewNt ew?b ? 2bs ?? 4e2f f 4.轻型门式刚架单层厂房 ?在门式刚架斜梁与柱相交的节点域,应按下列公 式验算剪应力: ? ? 1.2M ? fv dbdctc 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透 对接焊缝,腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端 板设置螺栓处,应按下列公式验算构件腹板的强度 : Nt2 ? 0.4P 当 时, 0.4P ?f ewtw Nt2 ? 0.4P 当 时, Nt2 ? f ewtw 4.轻型门式刚架单层厂房 ? 柱脚设计 ? 根据受力要求,柱脚分刚接柱脚和铰接 柱脚两类,当吊车起重量≥5吨时应考虑设置 刚性柱脚。 一般情况 平板式铰接柱脚 当有桥式 吊车或刚 架侧向刚 度过弱时 刚接柱脚 4.轻型门式刚架单层厂房 平板式 铰接柱脚 刚接柱脚 4.轻型门式刚架单层厂房 柱脚的计算 一、底板的计算 1、底板的平面尺寸 底板面积: 式中 A? N f cc ? A0 N —柱轴心压力设计值; fcc —基础混凝土轴心抗压强度设计值; A0 —锚栓孔面积。 4.轻型门式刚架单层厂房 按构造要求确定底板宽度: B ? b0 ? 2tb ? 2c 式中 b0 —柱截面宽度或高度; tb —靴梁厚度; c —底板悬臂长度。 再根据底板面积确定底板长度。 2、底板的厚度 底板的厚度决定于板的抗弯强度。 t ? 6M max f 式中: M max 为底板承受的最大弯矩值。 加劲板 加劲板 地脚螺栓 浇入素混凝土 保护地脚锚栓

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