2011年門式剛架輕鋼設(shè)計(jì)培訓(xùn).ppt

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù),0. 引言 1. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)概述 1.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)的發(fā)展情況,1.2 門式剛架輕鋼房屋的技術(shù)特點(diǎn) 1.2.1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)組成 （1）主剛架系統(tǒng)：梁和柱+支撐 吊車梁系統(tǒng)：吊車梁+制動(dòng)結(jié)構(gòu) （2）次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：檁條和墻梁+拉條 （3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)：屋面板和墻面板+各種泛水、包邊板,1.2.2 主剛架系統(tǒng)： （1）平面受力體系，僅承受平面內(nèi)各種荷載， （2）支撐體系解決剛架平面外的荷載及剛度 （3）主剛架支承次結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，但同時(shí)次結(jié)構(gòu)反過(guò)來(lái)對(duì)主剛架提供側(cè)向支撐作用以解決其穩(wěn)定問(wèn)題。 傳力路徑分析：山墻上的風(fēng)荷載是如何傳遞的？,1. 2. 3 次結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 次結(jié)構(gòu)指屋面檁條和墻梁，它們支承圍護(hù)板傳來(lái)的荷載，但同時(shí)圍護(hù)板反過(guò)來(lái)對(duì)次結(jié)構(gòu)提供側(cè)向支撐作用以提高其穩(wěn)定；次結(jié)構(gòu)受主剛架支承，但同時(shí)對(duì)主剛架提供側(cè)向支撐作用解決其穩(wěn)定問(wèn)題。,1. 2. 4 圍護(hù)板系統(tǒng) 圍護(hù)板承受風(fēng)、雨、雪、施工等荷載，受到次結(jié)構(gòu)支承，但反過(guò)來(lái)約束次結(jié)構(gòu)提高了次結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 這三大結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的全鋼結(jié)構(gòu)體系，它們之間的相互支持、約束關(guān)系，使得這種結(jié)構(gòu)體系可以得到非常經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，得到極為廣泛的應(yīng)用。,1.2.5 與普通鋼結(jié)構(gòu)相比的技術(shù)特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)自重輕，上撥風(fēng)吸力大于屋蓋自重，需考慮風(fēng)吸力作用下的工況 （2）地震力一般不控制設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)能夠做得輕巧細(xì)長(zhǎng) （3）圍護(hù)板之蒙皮效應(yīng)作用，使結(jié)構(gòu)具有良好的空間效果,2. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理念 2.1門式剛架的使用范圍： 1、主要承重結(jié)構(gòu)：?jiǎn)慰缁蚨嗫鐚?shí)腹門式剛架； 2、具有輕型屋蓋和輕型外墻； 3、無(wú)橋式吊車或有起重量不大于20t的A1A5工作級(jí)別吊車或5t懸掛吊起重機(jī)（3t）; 4、剛架單跨跨度不大于36m，檐口高度不大于18m，柱距不大于12m; 5、門式剛架房屋的外墻也可以為砌體，相關(guān)要求見CECS102 第4.4.3條 6、由于構(gòu)件截面較薄，不適于有強(qiáng)侵蝕介質(zhì)的環(huán)境。 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行哪些方面的計(jì)算？,2.2 強(qiáng)度設(shè)計(jì)概念 （1）線彈性理論概念 （2）鋼材彈塑性的重要性 （3）動(dòng)荷載作用下的疲勞強(qiáng)度,2.3 構(gòu)件整體穩(wěn)定設(shè)計(jì)概念 2.3.1 彎扭失穩(wěn)的物理意義,2.3.2 提高構(gòu)件整體穩(wěn)定的措施,(1) 加寬受壓翼緣,(2) 加側(cè)向支撐,側(cè)向支撐需滿足受力條件（包括穩(wěn)定條件）：,側(cè)向支撐需滿足剛度條件：彈性支座剛度,2.3.3. 整體穩(wěn)定計(jì)算要點(diǎn) (1) 穩(wěn)定曲線的意義 穩(wěn)定系數(shù)的概念： 穩(wěn)定系數(shù)與長(zhǎng)細(xì)比有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。,(2) 計(jì)算穩(wěn)定的關(guān)鍵是解決計(jì)算長(zhǎng)度問(wèn)題 對(duì)于桿件系統(tǒng)，基本以支撐節(jié)點(diǎn)間距作為計(jì)算長(zhǎng)度； 對(duì)于剛架系統(tǒng)，判斷有無(wú)側(cè)移非常重要：強(qiáng)支撐（無(wú)側(cè)移）、弱支撐、無(wú)支撐（有側(cè)移）； 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄D,計(jì)算長(zhǎng)度是一個(gè)相對(duì)的概念：當(dāng)某柱軸壓力大，受到無(wú)軸壓力的柱子支持時(shí)，穩(wěn)定性增加，意味計(jì)算長(zhǎng)度要減少；反之，無(wú)軸壓力的柱子支持其他有軸壓力柱子時(shí)，穩(wěn)定性減少，意味計(jì)算長(zhǎng)度要增加。 有興趣可比較一下鋼規(guī)與門規(guī)的計(jì)算長(zhǎng)度區(qū)別；,(3) 壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算： 平面內(nèi): 平面外： 大頭與小頭問(wèn)題，除Mx 和Wex 用大頭外，其余的計(jì)算全部按小頭(包括 b)； 問(wèn)：屋面斜梁需要計(jì)算平面內(nèi)穩(wěn)定嗎？,2.4 局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)概念 2.4.1 局部失穩(wěn)的物理意義,2.4.2 提高局部穩(wěn)定的辦法 (1) 減小高厚比，寬厚比：加厚板件用鋼量增加； (2) 設(shè)橫向加勁肋: 針對(duì)什么情況？ (3) 設(shè)縱向加勁肋：針對(duì)什么情況？,2.4.3 局部穩(wěn)定計(jì)算 構(gòu)造措施與計(jì)算結(jié)合 問(wèn)：如何理解開根號(hào)的意義？用Q235 的鋼材能否用Q345替換？,局部穩(wěn)定曲線,2.4.4 屈曲后強(qiáng)度利用： (1)全張拉應(yīng)力場(chǎng) 利用加勁肋和梁翼緣的剛度,（2） 有效截面設(shè)計(jì)方法,2.5 剛度條件設(shè)計(jì)概念 2.5.1 為使用狀況考慮的剛度條件 控制構(gòu)件的變形注意用鋼量問(wèn)題 2.5.2 為穩(wěn)定考慮的剛度條件： （1）整體剛架：P-效應(yīng)問(wèn)題； (2) 支撐的剛度：保證對(duì)被支撐構(gòu)件提供穩(wěn)定 （3）構(gòu)件剛度：關(guān)于控制壓桿的長(zhǎng)細(xì)比問(wèn)題,3. 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì) 方法及其問(wèn)題討論 3.1 初步確定設(shè)計(jì)方案 （1）根據(jù)建筑設(shè)計(jì)圖確定柱網(wǎng)布置：跨度、柱距和建筑高度。 （2）根據(jù)以下原則確定柱底是剛接或鉸接 吊車噸位是否超過(guò)5噸 檐口高度是否超過(guò)10m 是否有夾層,3.2 主剛架設(shè)計(jì) 3.2.1 主剛架斜梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度 （1）按隅撐作為斜梁平面外支撐點(diǎn)存在的問(wèn)題（相對(duì)剛度問(wèn)題）：,CECS102的規(guī)定:隅撐的間距作為受壓翼緣平面外的計(jì)算長(zhǎng)度 隅撐-檁條體系的臨界彎矩鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定,純彎梁的臨界彎矩： 當(dāng) ，隅撐可作為斜梁平面外的支撐點(diǎn)。,（2）實(shí)用的設(shè)計(jì)方法： 以斜梁受壓翼緣面積不大于Ac=3000mm2（Q345）,斜梁受壓翼緣面積不大于Ac=3600mm2（Q235）為界判斷其平面外計(jì)算長(zhǎng)度； （3）當(dāng)斜梁受壓翼緣較大時(shí)，考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)存在的初始缺陷，可以以隅撐間距乘以一個(gè)大于1的修正系數(shù)作為斜梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度。,3.2.2 鋼混凝土組合樓蓋梁的設(shè)計(jì) （1）次梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 簡(jiǎn)支梁，抗剪栓釘,（2）主梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 固端梁，在端頭混凝土受拉開裂彎矩釋放，是否考慮按組合梁設(shè)計(jì)？ （3）樓面混凝土沿主梁的開裂問(wèn)題,3.2.3 門式剛架的剛度設(shè)計(jì) （1）剛度條件對(duì)用鋼量的影響 （2）確定柱底剛接與鉸接的3個(gè)主要因素： 當(dāng)出現(xiàn)吊車噸位5噸以上、有夾層、檐高10 米以 上三種情況之一時(shí)，需考慮柱底剛接。 （3）帶吊車的剛架側(cè)移限制： 空操：h/400 地操：h/180(輕中)及h/400 (重) （4）屋面梁的撓度限制 （5）樓層（夾層）梁的撓度限制 （6）應(yīng)根據(jù)墻體結(jié)構(gòu)考慮剛架柱頂位移限制條件： 砌體墻：h/100，輕型剛墻板h/60 （7）柱子長(zhǎng)細(xì)比限值：帶吊車的上柱計(jì)算長(zhǎng)度，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于柱的計(jì)算長(zhǎng)度未考慮橫梁的影響。,（8）設(shè)置縱向水平支撐，提高結(jié)構(gòu)的整體作用,3. 2. 4 構(gòu)件的局部穩(wěn)定設(shè)計(jì) （1）輕鋼結(jié)構(gòu)的加勁肋問(wèn)題： 當(dāng) 可按 條件判斷是否 設(shè)加勁肋 (適用條件在彈性范圍內(nèi)） （2）考慮構(gòu)件的受彎計(jì)算，規(guī)程 CECS102中的參數(shù) 用于計(jì)算有效截面，6.1.1條第4款公式中的換算高厚比應(yīng)按fy=1.1 計(jì)算才合理。 （3）考慮構(gòu)件的受剪計(jì)算，規(guī)程 CECS102直接采用局部屈曲穩(wěn)定曲線，根據(jù)換算高厚比 計(jì)算相應(yīng)的臨界剪力 。,（4）關(guān)于腹板高厚比不超過(guò) 60mm/m的問(wèn)題（規(guī)程CECS102的規(guī)定） （5）關(guān)于抗震構(gòu)造措施：高厚比，寬厚比,3.2.5 山墻框架的設(shè)計(jì) （1）山墻架受力及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 山墻面風(fēng)荷載作用 抗風(fēng)柱的設(shè)置 是否采用彈簧板與柱子連接？,（2）抗風(fēng)柱的設(shè)計(jì)：柱子怎么放？撓度限制怎么考慮？,（3）山墻框架角柱的計(jì)算長(zhǎng)度問(wèn)題： 加柱間支撐，按無(wú)側(cè)移考慮。,（4）用冷彎薄壁型鋼做山墻架的3個(gè)條件： 無(wú)吊車 無(wú)夾層 檐高較小(不大于8m）,3.2 支撐設(shè)計(jì) 3.2.1 屋面橫向水平支撐 （1）兩種計(jì)算模式： a) 普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)模式（對(duì)應(yīng)荷載規(guī)范B5009） 僅計(jì)算一面山墻的風(fēng)荷載 b) CECS102模式： 計(jì)算二面山墻的風(fēng)荷載 利用一個(gè)假定將超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算 CECS102 6.5.3：縱向力在（多道）支撐間可按均勻分布考慮。,3.2.2 屋面縱向水平支撐 （1）在什么情況下應(yīng)布置屋面縱向水平支撐？ a) 當(dāng)橫向水平力不是均勻分布且對(duì)橫向剛度要 求較嚴(yán)時(shí) b) 當(dāng)建筑需抽柱設(shè)置托架梁時(shí) c) 當(dāng)建筑物的剛架平面內(nèi)剛度有突變時(shí) d) 在剛架柱之間設(shè)有墻架柱,（2）除以上情況外，尚應(yīng)針對(duì)以下情況，考慮是 否設(shè)置屋面縱向水平支撐： 近海邊地區(qū)和內(nèi)地的臺(tái)風(fēng)地區(qū)； 超過(guò)36m的大跨度剛架； 檐高超過(guò)15m； 建筑平面為凹凸型，非矩型的不規(guī)則形狀； 剛架間距大于10m； 當(dāng)同時(shí)有以上兩種情況應(yīng)設(shè)通長(zhǎng)的屋面縱向水平支撐。,(3) 屋面縱向水平支撐設(shè)置的位置 宜與屋面橫向水平支撐設(shè)置在同一平面內(nèi) 問(wèn)：對(duì)于抽柱托架梁的縱向水平支撐應(yīng)設(shè)何處？,3.2.3 柱間支撐的設(shè)計(jì) (1)支撐按拉桿設(shè)計(jì) (2）不同剛度的支撐不應(yīng)混合使用 (3)超過(guò)5噸吊車的廠房柱子不宜用圓鋼支撐,3.2.4 支撐傳力偏心問(wèn)題 （1）屋面支撐位置,（2）柱間支撐位置,3.2.5 圓鋼支撐的構(gòu)造 （1）用花籃螺栓張緊：可不考慮長(zhǎng)細(xì)比 （2）端部楔型墊塊構(gòu)造: 使圓鋼軸向受力 （3）腹板焊加強(qiáng)墊片：如果腹板相對(duì)過(guò)薄才需考 慮，避免腹板局部破壞。,3.2.6 關(guān)于隅撐的內(nèi)力計(jì)算問(wèn)題： 陳紹蕃鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)指南 N=1.56/100Ncr,Ncr=Af,3.2.7 抽柱設(shè)置托架梁時(shí)剛架計(jì)算方法：,如何模擬托架梁對(duì)屋面梁的支承作用？ (1) 計(jì)算出在屋面梁的荷載作用下托架梁的下?lián)?(2) 用一個(gè)彈性支座或一個(gè)虛擬的柱子替代這根托架梁，這個(gè)彈性支座或虛擬的柱子在同樣的荷載作 用下產(chǎn)生同樣的位移。, 由虛擬柱子（或彈簧支座）代替托