门式刚架的设计

第五课门式刚架设计1、钢结构单层厂房的组成

由柱和屋架（屋面梁）构成的若干榀横向框架用纵向构件和支撑连接而成的空间稳定骨架。

根据各承重结构的不同功能，可划分为下列四大系统：

屋盖系统：包括天窗、檩条、屋架（屋面梁）、托架（托梁）以及屋盖系统的支撑和系杆等。

柱子系统：柱及柱间支撑。

吊车梁系统：含吊车梁（吊车桁架）、辅助桁架、制动结构以及支撑等。

墙架系统：包括墙架柱、墙架横梁、抗风桁架以及支撑、系杆。

2、横向框架常见的类型

A：铰接排架。

优点：计算简单，受力明确，对桩基沉降的适应性强，且安装方便。缺点：下段柱弯矩较大，厂房横向刚度差。

B：刚接框架

特点：a:对减小下柱弯矩，增加厂房横向刚度有利。

b:下柱截面高度较小，从而减少厂房建筑面积。

c:屋架受力复杂化，连接构造亦麻烦，且对桩基的沉降较为敏感。

d:适用于桩基沉降差较小，对横向刚度要求较高的单跨厂房。C：上刚架下悬壁式框架

3、单层厂房计算

A：单层厂房的横向框架通常采用一阶弹性分析。

B：横向框架一般按平面结构计算，必要时可按空间结构进行计算，按平面结构计算时，要先划分计算单元并假定屋盖在计算单元内为刚体，即不考虑其变形，各刚架顶部的水平位移相同

4、单层刚架设计基本规则

轻钢结构厂房适用范围如何界定？

有关规定：

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015中规定：（1）适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型外墙、无桥式吊车或有起重重量不大于20t的A1～A5工作制级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构；

（2）房屋高宽度小于1

（2）跨度宜12～48m，有根据时可用于更大跨度。5.2.2

（3）门架高度不大于18m；

（4）柱距宜6～9m。

A：实腹式刚架横梁的高跨比宜取为1/25~1/35;变截面构件最小最大高度之比为0.3~0.6.

B:刚架梁柱连接节点应具有足够的强度和刚度，以及适当变形的能力，同时要求构造简单、加工、制作、安装方便，其形式和特点见下表

C：实腹式刚架一般仅设单片柱间支撑。屋盖支撑设在横梁的上翼缘平面内。柱子内翼缘和横梁下翼缘的侧向稳定采用在墙架和屋面檩条上加设隅撑的办法予以保证。

5、单层刚架内力分析和截面计算

A：弹性设计

a:内力分析一般不考虑加腋的影响。变截面刚架宜用有限元进行计算。简化算法采用柱比法。即对单跨柱脚铰接的变截面刚架可取离柱脚0.7h（h为柱高）处的截面作为等截面柱的刚架进行简化计算。此时柱脚的水平反力，可将计算值加大10~15%

STS对变截面梁柱的处理方式：

b:刚架柱在平面内的计算长度系数

B:塑性设计（简要介绍）

一般采用简单塑性理论，满足下列基本条件

a:平衡条件：即任何隔离体上内外力应相互平衡。

b:全塑性弯矩条件

以截面全塑性弯矩Mp(Mp=Wpxfp)作为极限弯矩，在等截面构件内，沿构件全长所有截面内的弯矩M≤Mp。

c:形成机构条件：使结构整体或一部分形成机构。

d:常用内里分析方法有静力法、机构法和弯矩平衡法。

6、常见梁柱连接节点

A：门规节点，高强螺栓连接。

7、关于板件屈曲后强度的一些知识A：矩形板的屈曲方程

当板为四边支撑板时

屈曲系数

三边简支板临界荷载表达式：

四边简支板在均布剪力作用下的屈曲

复合应力状态下验算

板件屈曲后的强度

卡门方程高次偏微分方程，非常复杂，不做介绍。

对于受压腹板屈曲后强度利用，目前采用有效截面法进行。四边简支板的有效截面

梁腹板屈曲后强度

下同钢结构规范，省去。

门规考虑到刚架构件以受弯为主，压力相对较小，故将腹板全部有效范围适当放宽。

受剪腹板的屈曲后强度

7、门刚设计注意事项

A:关于变截面的若干问题

变截面梁可以根据梁的弯矩包络图来确定梁的截面尺寸和变截面的位置。

变截面位置最好设在梁的反弯点四周。你最好先看看梁的弯矩包罗图的形态。此外，还要根据运输前提考虑梁的分段长度。一般不能超过20米。

变截面门式刚架构件，当截面高度变化率>60mm/m时，根据规程CECS102：2002第6.1.1条第6项，按不考虑截面抗剪屈曲后强度来控制截面的高厚比。高厚比不满足的情况，可以通过以下任一种方式来进行调整：

1）调整截面高度变化（如调整梁构件节点位置，增长变化区段），使截面高度变化率尽量知足≤60mm/m的要求；

2）加大腹板厚度，知足程序不考虑屈曲后强度对腹板高厚比限值的要求；

3）设置横向加劲肋，用工具箱中的基本构件计算来确定知足高厚比要求的情况下，需要设置加劲肋的间距；

新规范对楔率不再控制

B：地基条件较好或者房屋内有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。

当建筑物要求高、柱顶位移要求小而风荷载较大，建筑物较高时，柱脚也宜采用刚接。

采用刚接柱脚时，柱子宜采用等截面。

C:风荷载的取值

原规程：

D：材料利用率，对于一般的梁来说控制材料利用率，主要是控制翼缘宽、腹板高的尺寸选择的要符合特定的模数这样切出来的板才不铺张。对于分段位置，不需要太过于考虑。

分段要考虑到钢板的模数，一般钢板长8米，所以梁长8米或12米最好。

E：刚架横梁平面外计算长度如何取值？什么条件下可取为3m？

有关规定：

钢规GB50017-2003中5.3.1条：“平面外计算长度取侧向支点之间的距离”；建议：

轻钢结构厂房满足下述要求时，平面外计算长度可取为3m：

1）檩条间距不大于1.5m；

2）隅撑间距不大于3m；

3）檩条应按压弯构件计算，即考虑作为横梁支点所承受的轴向压力，并补充计算书；

4）屋面彩钢板与檩条应有可靠连接。

F：屋面纵向水平支撑何种条件下设置？如何设置？

有关规定：

轻钢规GB51022中8.3.4条：“在设有驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间，应在屋面边缘设置纵向支撑桁架；有抽柱的柱列，沿托架长度设置纵向支撑”。建议：

在设有A6～A8工作级别桥式吊车或起重量不小于20t的A1～A5工作级别桥式吊车的跨间，应在屋面边缘设置纵向水平支撑。

G.刚架横梁的腹板高厚比如何控制？(摘自某专家报告，仅作参考）有关规定：

钢规：

4.3.1条：（1）“宜考虑腹板屈曲后强度”,并“按规范4.4节的规定计算其抗剪能力”；（2）“不考虑屈曲强度的组合梁，则应按规范4.3.2条的规定配置加劲肋”；

4.3.2条：“h

o /t

w

均不应超过250”。