门式刚架轻型钢结构PPT
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门式刚架设计讲义最新版PPT
主要内容
STS的模型输入方法
➢ 三维模型方法 ➢ 二维模型方法
门式刚架设计
➢ 门式刚架二维设计 ➢ 门式刚架三维设计 ➢ 工具箱相关部分
1 STS的模型输入方法
➢ 三维模型方法
✓ 门式刚架（框排架）三维建模（以标准榀方式建立） ✓ 框架三维建模（以标准层方式建立） ✓ 空间结构建模（建模任意、灵活）
2 门式刚架二维设计
2.2 截面优化与结构计算，结果查询
钢梁挠度图（显示钢梁的变形）
（1）绝对挠度图
（2）相对挠度图
（3）坡度改变率
（4）注意： 相对挠度和绝对挠度值的区别； 程序对两种挠度的挠跨比都进行了控制；设计人员需根据工程实际选择控制。
节点位移图 显示各工况下的节点位移图 可查看柱顶水平位移是否超出容许限值
1 门式刚架三维建模
（1）完成主刚架立面的二维模型输入，包括建立立面网格、布置构件、输入
荷载、铰接构件等
不承担屋面竖向荷载；
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
✓ 带吊车的门式刚架结构
吊车荷载（桥式吊车）
➢ 作用分两部分：
➢ 吊车梁的作用：以恒载输入 ➢ 吊车工作的作用：
吊车荷载考虑最不利情况
吊车梁的作用：以恒载输钢入板按厚度统计重量
（2）适用范围：STS二维设计程序只能完成独立基础的布置和计算
1 檩条、墙梁计算和施工图
2 门式刚架二维设计
3 门式刚架三维设计
增加导入dxf网格功能
3 门式刚架三维设计
完全抗剪连接构造（能够把梁端的推力以剪力的方式完全传递给混凝土柱）
按照强度、稳定、长细比、挠度及位移限值，进行多次迭代计算，最后得到用钢量最小的截面。
STS的模型输入方法
➢ 三维模型方法 ➢ 二维模型方法
门式刚架设计
➢ 门式刚架二维设计 ➢ 门式刚架三维设计 ➢ 工具箱相关部分
1 STS的模型输入方法
➢ 三维模型方法
✓ 门式刚架（框排架）三维建模（以标准榀方式建立） ✓ 框架三维建模（以标准层方式建立） ✓ 空间结构建模（建模任意、灵活）
2 门式刚架二维设计
2.2 截面优化与结构计算，结果查询
钢梁挠度图（显示钢梁的变形）
（1）绝对挠度图
（2）相对挠度图
（3）坡度改变率
（4）注意： 相对挠度和绝对挠度值的区别； 程序对两种挠度的挠跨比都进行了控制；设计人员需根据工程实际选择控制。
节点位移图 显示各工况下的节点位移图 可查看柱顶水平位移是否超出容许限值
1 门式刚架三维建模
（1）完成主刚架立面的二维模型输入，包括建立立面网格、布置构件、输入
荷载、铰接构件等
不承担屋面竖向荷载；
2 门式刚架二维设计
2.4 门式刚架二维中常见结构模型建立
✓ 带吊车的门式刚架结构
吊车荷载（桥式吊车）
➢ 作用分两部分：
➢ 吊车梁的作用：以恒载输入 ➢ 吊车工作的作用：
吊车荷载考虑最不利情况
吊车梁的作用：以恒载输钢入板按厚度统计重量
（2）适用范围：STS二维设计程序只能完成独立基础的布置和计算
1 檩条、墙梁计算和施工图
2 门式刚架二维设计
3 门式刚架三维设计
增加导入dxf网格功能
3 门式刚架三维设计
完全抗剪连接构造（能够把梁端的推力以剪力的方式完全传递给混凝土柱）
按照强度、稳定、长细比、挠度及位移限值，进行多次迭代计算，最后得到用钢量最小的截面。
门式刚架轻型钢结构
备、材料等方面的安排。
基础施工
基础设计
根据门式刚架轻型钢结构的特点和承载要求，设 计合理的基础结构，确保结构安全稳定。
基础开挖
按照基础图纸进行基础开挖，并确保开挖深度和 宽度符合设计要求。
基础浇注
浇注混凝土基础，确保混凝土强度和质量符合要 求，同时进行必要的养护。
钢构件加工与运
钢材采购
根据设计要求选购质量合格的钢材，确保材 料性能符合标准。
根据结构自重、材料和施工等 因素，计算结构的恒载。
活载
根据使用功能和规范要求，确 定结构的活载，包括人员、设 备、物料等重量。
风载
根据当地气象条件和规范要求 ，计算结构承受的风载。
雪载
根据当地气象条件和规范要求 ，计算结构承受的雪载。
结构稳定性计算
01
02
03
屈曲分析
对结构进行屈曲分析，确 保结构在载荷作用下不会 发生屈曲失稳。
防腐与防火材料
防腐材料
常用的防腐涂层包括防锈漆、富锌底漆等，根据环境和使用 条件选择合适的防腐方案，确保钢结构的使用寿命。
防火材料
在钢结构表面涂抹防火涂料，提高结构的耐火极限，保障建 筑安全。根据防火等级要求选择合适的防火涂料和涂装方案 。
03
CATALOGUE
门式刚架轻型钢结构的设计与计算
结构设计原则
定期对门式刚架轻型钢结构进行检查， 包括焊缝、螺栓连接、涂层等部位，确
保结构的完好和安全。
防锈处理
对于容易生锈的部位，应进行防锈处 理，如涂抹防锈漆、镀锌等。
防腐涂层保护
根据钢结构所处的环境和条件，选择 合适的防腐涂层，并进行定期维护和 保养。
定期保养
对钢结构进行定期保养，包括清洁、 除尘、润滑等，以延长其使用寿命。
基础施工
基础设计
根据门式刚架轻型钢结构的特点和承载要求，设 计合理的基础结构，确保结构安全稳定。
基础开挖
按照基础图纸进行基础开挖，并确保开挖深度和 宽度符合设计要求。
基础浇注
浇注混凝土基础，确保混凝土强度和质量符合要 求，同时进行必要的养护。
钢构件加工与运
钢材采购
根据设计要求选购质量合格的钢材，确保材 料性能符合标准。
根据结构自重、材料和施工等 因素，计算结构的恒载。
活载
根据使用功能和规范要求，确 定结构的活载，包括人员、设 备、物料等重量。
风载
根据当地气象条件和规范要求 ，计算结构承受的风载。
雪载
根据当地气象条件和规范要求 ，计算结构承受的雪载。
结构稳定性计算
01
02
03
屈曲分析
对结构进行屈曲分析，确 保结构在载荷作用下不会 发生屈曲失稳。
防腐与防火材料
防腐材料
常用的防腐涂层包括防锈漆、富锌底漆等，根据环境和使用 条件选择合适的防腐方案，确保钢结构的使用寿命。
防火材料
在钢结构表面涂抹防火涂料，提高结构的耐火极限，保障建 筑安全。根据防火等级要求选择合适的防火涂料和涂装方案 。
03
CATALOGUE
门式刚架轻型钢结构的设计与计算
结构设计原则
定期对门式刚架轻型钢结构进行检查， 包括焊缝、螺栓连接、涂层等部位，确
保结构的完好和安全。
防锈处理
对于容易生锈的部位，应进行防锈处 理，如涂抹防锈漆、镀锌等。
防腐涂层保护
根据钢结构所处的环境和条件，选择 合适的防腐涂层，并进行定期维护和 保养。
定期保养
对钢结构进行定期保养，包括清洁、 除尘、润滑等，以延长其使用寿命。
门式刚架轻型钢结构
受弯构件（V+M）
V 0.5Vd M Me
0.5Vd V Vd
M
Mf
(Me
M
f
)[1
(
V 0.5Vd
1)2 ]
双轴对称截面
M f Af (hw t) f
压弯构件（V+M+N）
V 0.5Vd
M
M
N e
Me
NWe
/ Ae
0.5Vd V Vd
M
M
N f
(M
N e
M
N f
)[1
156 .8N / mm 2
2
198 .310 6 300 40375 10 4
64.5 10 3 6800
137 .9N / mm 2
腹板边缘正应力比值
1 137 .9 0.879 2 156 .8
腹板在正应力作用下的凸曲系数
16
K (1 )2 0.112(1 )2 (1 )
b1 15 235
t
fy
• H形钢腹板高厚比
hw 250 235
tw
fy
腹板屈曲后强度
• 抗剪强度&板件失稳 • 腹板抗剪承载力
Vd hwtw fv '
• hw - 腹板平均高度；δhw<60mm/m • tw - 腹板厚度；
腹板屈曲后抗剪强度设计值
w 0.8 fv ' fv
0.8 w 1.4 fv ' [1 0.64(w 0.8)] fv w 1.4 fv ' (1 0.275w ) fv
17.6N
/ mm2
1,
39.6
刚架柱 1-1 6800 40375 1068 1311 243.1 39.6
门式刚架轻型房屋钢结构内力计算及组合
门式刚架轻型房屋钢结构内力计算及组合
1.1 刚架在各种荷载作用下的弯矩M图、剪力V图、轴力N图
1.1.1 屋面恒载作用下刚架M、N、Q图
kN）
图1.1 刚架恒载作用图（单位：m
图1.2 轴力图（单位：kN）
图1.3 剪力图（单位：kN）
图1.4 弯矩图（单位：kN·m）1.1.2 屋面活载作用下刚架M、N、Q图
图1.5 刚架活载作用图（单位：kN/m）
图1.6 轴力图（单位：kN）
图1.7剪力图（单位：kN）
图1.8 弯矩图（单位：kN·m）
1.1.3 作风荷载作用下刚架M、N、Q图
图1.9刚架上风载作用图（单位：kN/m）
图1.10 轴力图（单位：kN）
图1.11 剪力图（单位：kN）
图1.12 弯矩图（单位：kN/m）
1.2 刚架内力组合见表4-1，表4-2
4-1刚架梁内力组合表
4-2刚架柱内力组合表。
轻型门式刚架结构
3.2 檩条设计
(2)布置与连接
实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，檩托可用角钢 和钢板做成，檩条与檩托的连接螺栓不应少于2个，并沿 檩条高度方向布置。设置檩托的目的是为了阻止檩条端 部截面的扭转，以增强其整体稳定性。
3.2 檩条设计
(3)拉条与撑杆(《规程》4.3.3条)
作用 拉条仅传递拉力，撑杆主要承受压力；
3.1 结构形式与布置
(4)门式刚架结构布置
跨度和柱距(《规程》4.2.2条) 温度区段布置
《规程》4.3.1条：纵向温度区段<300m，横向 温度区段<150m 《钢规》8.1.5条：
3.1 结构形式与布置
(4)门式刚架结构布置
跨度和柱距(《规程》4.2.2条) 温度区段布置(《规程》4.3.1条) 局部抽柱设置托梁或托架(《规程》4.3.2条)
3.1 结构形式与布置
(5)支撑体系
布置要求(《规程》4.5.1条)
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。
3.1 结构形式与布置
(5)支撑体系
布置要求(《规程》4.5.1条) 屋盖支撑布置(《规程》4.5.2条) 设置：
托梁可采用工字型和箱型（扭矩较大）截面 截面高度按建筑净空、刚度和经济要求确定 托梁按简支梁验算强度、刚度([vT]≤l/400)、 整体稳定和局部稳定（确定腹板加劲肋的间距 和截面尺寸）。
3.1 结构形式与布置
(4)门式刚架结构布置
跨度和柱距(《规程》4.2.2条) 温度区段布置(《规程》4.3.1条) 局部抽柱设置托梁或托架(《规程》4.3.2条) 伸缩缝设置(《规程》4.3.1条)
《门式钢架》PPT课件
陡坡、缓坡屋面，
等截面、变截面、加腋，
实腹、空腹、格构梁柱
大跨：柱距6~18m，跨度15~72m；
精选ppt
20
二、刚架节点的连接构造
1、钢刚架节点的连接构造 2、混凝土刚架节点的连接构造
精选ppt
21
三、刚架铰节点的构造
• 刚架铰节点包括三铰刚架中的顶铰及支座 铰。铰节点的构造应满足力学中的完全铰 的受力要求，即应保证节点能传递竖向压 力及水平推力、但不能传递弯矩。
门式刚架结构：通常是指由直线形杆件通过刚性节点连接起来的结构。在建筑工 程中，习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则常称 为框架。因单层单跨刚架具有“门”字型的外形之故，习称门式刚架。
精选ppt
3
二、门式刚架的特点与适用范围
门式刚架、薄腹梁、桁架、 拱结构都同属平面结构体系。不 过，薄腹梁、桁架、拱是与柱子 铰接的，而门式刚架的横梁是与 柱子刚性连接的。由于刚性连接 的缘故，横梁弯矩比铰接情况下 的弯矩得以减少，故门式刚架能 够适用于较大的跨度，在结构上 与框架同属一类结构问题，不过 在大跨度建筑屋盖上的应用，主 要就是“门式刚架”这种型式。
到36m。
规定跨度可作
精选ppt
30
2、结构特点
（1）主体结构采用门式刚架，刚架可以是单跨、双跨或多跨，还可带附跨。
精选ppt
31
（2）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）。
精选ppt
32
（3）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。
观，在房屋建筑中可适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和各类公
轻型门式刚架钢结构设计
连接片 檩托板
带椭圆孔的连接板
檩条
ห้องสมุดไป่ตู้檩条
高强螺栓
( 固定端) 檩条 檩托板 ( 仅固定端有) 隅撑
(b)
隅撑
(a)
隅撑
梁/ 柱
图 3-2
伸缩缝的做法 (b)单框架伸缩缝做法
(a)双框架伸缩缝做法
七、 支撑布置 （一）支撑的作用 在门式刚架柱网的每个温度区段间，应布置完整的支撑体系，以形成完整的空间结构体系。轻型门式刚架沿宽 度方向的横向稳定性，是通过刚架的自身刚度来抵抗所承受到的横向荷载而保证的。由于在长度方向的纵向结构刚 度较弱，需要沿纵向设置支撑，以保证其纵向稳定性。支撑所受力主要是纵向风载、吊车刹车力和地震作用以及温 度作用等；计算支撑内力时一般假定节点为铰接，并忽略偏心的影响，并且一般的支撑都是按拉杆考虑。所以，一 般适宜双向布置。
或者 1 @ 8 + 6 @ 9 + 1 @ 8
例 2：建筑物长度 = 130m ，行车 10 吨 经济柱距可取：1 @ 5.5 + 17 @ 7 + 1 @ 5.5
三、 合理跨度的确定
或者 20 @ 6.5
不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房跨度，有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使 用功能，确定较为经济的跨度。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。一般情 况下，当柱高、荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较 为可观。通过大量计算发现，当檐高 6m、柱距为 7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在 18-30m之间的刚架单位用钢 2 量（Q345-B）为 10-15kg/ m2，当跨度在 21-48m之间的刚架单位用钢量为 12-24kg/m ，当檐高为 12m、跨度超过 48m 时宜采用多跨刚架（中间设置摇摆柱），其用钢量较单跨刚架节约 40%以上，因此设计门式刚架时应根据具体要求 选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。
门式刚架 PPT课件
门式刚架结构设计中，为满足大跨度、大空间 设计需要，常常需要在边榀框架设置抗风柱。 为节省用钢量，抗风柱一般设计成上下两端铰 接的摇摆柱。设置摇摆柱可以同时减小梁柱内 力和截面，使结构用钢量更低，受力更合理， 然而摇摆柱的设置往往使刚架边柱的长细比超 限，为此提出降低边柱平面内计算长度，增大
稳定承载力的建议。
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。 门式刚架的梁、柱多采用变截面，可以节省材 料。柱为楔形构件，梁则多由多段楔形构件组 成。梁、柱腹板在设计时利用屈曲后强度，可 使腹板宽厚比放大（腹板厚度较薄）。当然， 由于变截面门式刚架达到极限承载力时，可能 会在多个截面处形成塑性铰而使刚架瞬间变成 机动体系，因此塑性设计不再适用。
1?门式刚架概述及特点?结构形式?建筑尺寸和结构布置?钢材的种类与规格?刚架系统?支撑系统?吊车系统?檩条拉条隅撑?天沟2?单层门式刚架结构是指以轻型焊接h型钢等截面或变截面热轧h型钢等截面或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架用冷弯薄壁型钢槽形卷边槽形z形等做檩条墙梁
26
27
单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车房屋时，当刚架柱不 是特别高且风荷载也不很大时，中柱宜采用两端铰接的摇 摆柱，中间摇摆柱和梁的连接构造简单，而且制作和安装 都省工。这些柱不参与抵抗侧力，截面也比较小。但是在 设有桥式吊车的房屋时，中柱宜为两端刚接，以增加刚架 的侧向刚度。中柱用摇摆柱的方案体现“材料集中使用”的 原则。边柱和梁形成刚架，承担全部抗侧力的任务（包括 传递水平荷载和防止门架侧移失稳）。由于边柱的高度相 对比较小（即长细比比较小），材料能够比较充分的发挥 作用。
7
4、增加结构有效使用面积 与混凝土结构相比，钢结构柱截面面积小，从而可增加建筑有效 使用面积，视建筑不同形式，能增加有效使用面积4-6%
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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；
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 )
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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
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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。
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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；