轻型门式刚架厂房设计中若干问题的探讨

为一个高强螺栓的预拉
力
;
N
b V
及
N
b t
为一个高强螺栓
的受剪 、受拉承载力设计值
《钢结构高强度螺栓连接的设计 、施工及验收规范》J GJ 82
- 91[4 ] 公式 : Nv ≤ N = 01 9nf ·μ·( P - 11 25Nt ) (5) 式 (3) 、(4) 与式 (5) 是等价的 。
对于如图 2 的端板拼接节点 。
Q235 钢及 Q345 钢制作 ,锚固长度符合现行 GB50007 - 2002
《地基规范》[3] 的规定 ,锚栓端部
应设置弯钩 。但是《地基规范》[3]
并未给出锚栓锚固长度的规定的
具体条文 ,不同版本的设计手册
及专著给出的数值也不尽相同 ,
所以一般工程设计时采用的锚固
长度各行其是 ,从 20d 至 40d 不
承载力验算按式 (3) [1] 及式 (8) [6] 计算结果差异很大 ,这是由
于《钢规》[1] 公式仅考虑螺栓群中受力最大的一个高强度螺栓
的抗剪及抗拉承载力 ,未考虑螺栓群内侧螺栓能够提供更大 的抗剪承载力从而提高整个螺栓群抗剪能力这一有利因素 , 所以梁柱节点的高强度螺栓承载力验算应按《钢结构基本原
能力 。
算例 1 :节点如图 3 节点 内 力 : M = 270kN1 m , N = 26kN , V = 120kN 采 用 M20 , 101 9 级高强螺栓 , 摩擦系数 μ =
01 35 , P = 155kN , N = 481 8kN ,N
= 124kN , Nv = V/ 12 = 10kN , Nti
力和螺栓杆轴方向的外拉力 。高强螺栓连接计算《门规》[5] 中
没有相应的计算公式 。式 (3) 、式 (4) 为《钢规》[1] 公式 :
NV /
Nvb
+
Nt /
N
b t
≤1
(3)
N
b V
=
01 9nf
·u
·P
,N
b t
= 01 8 P
(4)
Nv 、Nt —分别为某个高强度螺栓所承受的剪力和拉力
P
20d
13d
从上表可知 ,一般单层轻型房屋钢结构厂房的锚栓锚固
采用 20d 以上即可 。但对于重型钢结构厂房则应采用式 (1)
计算所得的锚固长度 la ,防止锚栓在超使用应力状态下锚固
先于母材破坏 。考虑到沿海地区风荷载对锚栓产生较大的上
拔力 ,锚栓锚固长度亦可适当加大 ,或采锚板锚固 。
3 梁柱及梁梁拼接节点设计与计算 单层门刚厂房梁柱及梁梁节点一般采用端板拼接 ,受力 方式为高强螺栓的摩擦型连接 ,螺栓同时承受摩擦面间的剪
1 前言
轻型门式刚架作为一种常用结构形式 ,得到越来越广泛
的应用 ,已成为一般单层钢结构厂房的主要建造形式 。但在
设计与施工过程中 ,仍然存在一些有待探讨及争论的问题 ,本
文针对这些问题作相应的讨论 。
2 锚栓锚固长度的计算及构造
CECS - 102 - 2002《门刚》[5] 规范规定 , 柱脚锚 栓 采 用
筋面积大于其设计计算面积时 ,其锚固长度应乘以设计计算
面积与实际配筋面积的比值 ,本条规定的实质是钢筋未充分
利用抗拉强度时 ,锚固长度可以根据应力比折减 。故锚固公
式中 f y可采用 fa 替代 ,fa 为锚栓设计强度 。 l′a =α·f a/ f t ·d (2) l′a 不应小于 01 7 l a 及 250mm 表 1 为 Q235 钢锚栓不同手册及《砼规》[2] 计算公式给出
V ≤∑01 9nf ·μ ·( P - 11 25
∑Nti )
= 01 9 ×1 ×01 35 ×(12 ×155 - 11 25 (1111 8 + 801 5 + 571 0) )
图 3 节点
= 4871 7kN > V = 120kN (满足)
由算例 1 计算结果可知 ,相同条件下节点高强度螺栓的
理》[6] 提出的公式验算 。
4 门刚结构中砼短柱计算与配筋要点 (1) 门式刚架结构单层钢厂房为防止厂房使用过程遭遇 外力撞击钢柱或达到减少主结构用钢量的目的 ,厂房地面以 上往往设有 11 2m 左右高度的砼短柱 ,设计过程中 ,砼柱是否 应参与主结构计算以及砼柱的配筋要求 ,存在着不同的作法 。 图 4 为跨度 24m ,柱距 6m ,檐口高 71 2m ,钢柱柱脚下为 11 2m 高砼短柱 ,钢柱柱脚与砼短柱为铰接 ,基本风压值为 01 7 Kpa 的单层门刚厂房简历 , 图 5～7 是三种计算模型的弯矩包络图 。
■建筑结构
福建建设科技 20091 No1 1
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大 ,未考虑内侧螺栓能够提供更大的抗剪承载力从而提高整 个螺栓群抗剪能力这一有利因素 。
由同济大学沈祖炎等编著的《钢结构基本原理》[6] 的高螺
螺栓群摩擦型连接公式为 : V ≤∑01 9nf ·μ·( P - 11 25 ∑Nti ) (8) Nti < 0 时 ,Nti = 0 (9) 式 (9) 中拉力为正 ,显然式 (8) 考虑了螺栓群整体的抗剪
等 ,有些设计还要求达到钢筋的
抗震锚固要求 。图 L 为带 4d 水
平段弯钩的锚栓示意图 ,L 为锚
固长度 。《钢结构》[7] 附表 8 中 ,
L = 25d ,但未明确基础混凝土的 强度等级及锚栓钢材牌号 。《节
图 1 锚栓示意图
点设计手册》[8] 中锚栓的锚固长度 L 与基础砼强度等级及锚
栓钢材牌号有关 ,以 H PB235 (Q235) 钢 、C25 砼为例 ,L = 30d ,
但以上两种专著均未给出锚固长度计算公式来源 。
参照《砼规》[2] 钢筋的锚固长度公式 :
la =α·f y/ f t ·d
(1)
可知钢筋的锚固长度与钢筋设计强度 ,砼强度等级及钢
筋外型系数有关 , H PB235 (Q235) 钢 ,基础砼强度等级 C25 ,f y = 210MPa α, = 01 16 ,f t = 11 27MPa ,la = 27d 。考虑到限制钢 柱柱脚的转动 , Q235 钢锚栓设计强度 fa = 140MPa ,未达到 Q235 钢的设计强度《, 砼规》[2] 规定当纵向受力钢筋的实际配
图 8 (短柱配筋示意) 5 结语 轻型门式刚架钢厂房量大面广 ,但设计及计算仍存在一 些相关规范及专著之间有待统一及完善的地方 ,应尽快取得 共识 ,提高此类厂房的设计及建造水平 。 参考文献 [ 1 ] 钢结构设计规范[ S] , GB500017 - 2003. [ 2 ] 混凝土结构设计规范[ S] , GB50010 - 2002. [ 3 ] 建筑地基基础设计规范[ S] , GB50007 - 2002. [ 4 ]《钢结构高强度螺栓连接的设计 、施工及验收规范》[ S ] ,J GJ 82 91 ,中国建筑工业出版社 ,19921 [ 5 ]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》,CECS102 - 2002 ,北京 :中 国计划出版社 ,20031 [ 6 ]沈祖炎 、陈扬骥 、陈以一 ,钢结构基本原理 (第一版) [ M ] . 北京 :中 国建筑工业出版社 ,20001 [ 7 ]陈绍蕃 、顾强 ,钢结构 (上册) [ M ]中国建筑工业出版社 ,20031 [ 8 ]李星荣 、魏才昂 、丁峙昆 、李和华 ,钢结构连接节点设计手册 (第二 版) [ M ] ,北京 :中国建筑工业出版社 ,20051
载力验算 ,螺栓群内侧螺栓自 然满足承载力要求 。式 (3) ～ (5) 可以看出相同条件下受轴 力最小的螺栓抗剪承载 力较
图 2 端板拼接节点
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图 4 (单层门刚厂房简图)
比较结果可知 ,三种模型钢结构梁柱构件的弯矩包络图 数值基本相等 ,钢构件承载力计算得出的应力比也基本相等 , 说明厂房主钢架的计算时砼柱产生的效应可以忽略 ,砼柱的 设置可以减少钢柱的计算长度减少主钢材的用钢量 ,前提是 应保证砼柱与钢柱的刚度比 EC柱 IS柱 / ES柱 IS柱 = 3～5 并保证基 础的有足够的抗转动能力 。对于重钢厂房则不宜设置高于地面
的锚固长度 :
收稿日期 :2008 —12 —22
表 1 Q235 钢锚栓不同文献给出的锚固长度
文献
《砼规》[2 ]
《钢结构》[7 ] 《节点手册》[8 ]
砼强度等级
α·f y/ f t ·d α·fa / f t ·d
C25
25d
30d
27d
18d
C30
25d
25d
24d
Hale Waihona Puke Baidu
16d
≥C40
25d
20d
设螺栓群为对称布置 ,中 和轴为螺栓群中心 ,节点同时 承受 的 弯 矩 、轴 力 、剪 力 ( M 、
N 、V) ,则 Nti = N/ n ±Myi / ∑yi2
(6)
Nv = V/ n (7) n 为螺栓总数 ,一般设计
计算采用上述公式时 ,取 Nt = Max ( Nti ) = Nt1 ,即取螺栓群外 侧受轴力最大的螺栓进 行承
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福建建设科技 20091 No1 1
■建筑结构
轻型门式刚架厂房设计中若干问题的探讨
何 敏 (福建众合开发建筑设计院 福州 350004)
[ 提 要 ] 本文讨论门式刚架轻钢厂房设计中一些存在争议的问题 。 [ 关键词 ] 锚栓 锚固长度 高强螺栓 节点 砼短柱
Abstract : This paper discusses so me argument s in t he design fo r steel st ruct ure of light - weight building wit h gabled f rames1 Key words : stay bolt ;anchorage lengt h ;high st rengt h bolt ;joint ;co ncrete sho rt column
= ( 1111 8kN , 801 5kN , 571 0kN ,
521 6kN , - 761 1kN , - 1071 4kN) 按式 (3) 计算 :
NV /
NVb
+
Nt /
N
b t
= 10/ 481 8 + 1111 8/ 124 =
11 107 > 11 0 (不满足)
按式 (6) 计算 :
图 5 (模型仅考虑钢结构)
图 6 (地面以上短柱参与整体计算)
图 7 (基础根部以上参与整体计算) 的砼短柱 ,避免钢柱柱脚与砼柱的刚接要求不能得到满足。
(2) 砼短柱的配筋构造 轻钢厂房钢柱下砼短柱与一般钢砼框架柱不同 ,由于上 部钢厂房量自重轻 ,砼短柱承受的地震作用很小 ,因此短柱配 筋一般满足非抗震配筋要求即可 ,而不必按照一般抗震钢砼 框架柱的配筋要求 。图 8 为短柱配筋示意 ,柱主筋配筋率 ≥ 01 6 % ,箍筋肢距 ≤300mm 。
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