第八章輕型門式剛架29課件講解

第八章輕型門式剛架本章要點☆知識點

□輕型門式剛架的組成、特點及適用范圍□輕型門式剛架的結構形式及結構布置□輕型門式剛架的荷載和內力計算□輕型門式剛架的截面選擇及構造要求□輕型門式剛架的設計計算和構造□輕型門式剛架施工圖的內容和繪制本章教學要求☆了解：□輕型門式剛架的整體構造和組成□輕型門式剛架支撐的作用□輕型門式剛架的荷載和內力的計算☆熟悉：□輕型門式剛架的組成、特點及適用范圍□輕型門式剛架的結構形式□輕型門式剛架的結構布置☆掌握：□輕型門式剛架設計的內容、步驟和計算□輕型門式剛架施工圖的繪制方法和要求主要內容第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應計算第五節(jié)輕型門式剛架設計第六節(jié)輕型門式剛架設計實例第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍輕型鋼結構就是指“結構構件采用較薄板件，設計時考慮板件局部失穩(wěn)后的后繼強度的鋼結構”。一、輕型門式剛架的組成輕型門式剛架的定義目前還沒有一個統(tǒng)一的標準，一般來說，是指主要承重結構為單跨或多跨實腹式剛架，具有輕型屋蓋和輕型外墻、可以設置起重量不大于20t的A1～A5（中、輕級）工作級別橋式吊車或3t懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。

第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍輕型門式剛架的結構體系包括以下組成部分：（1）主結構，如橫向剛架（包括中部和端部剛架）、樓面梁、托梁、支撐體系等；（2）次結構，如屋面檁條和墻梁等；（3）圍護結構，如屋面板和墻面板；輔助結構，如樓梯、平臺、扶欄等；（4）基礎。第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍平面門式剛架和支撐體系再加上托梁、樓面梁等組成了輕型門式剛架的主要受力骨架，即主結構體系。屋面檁條和墻梁既是圍護材料的支承結構，又為主結構梁柱提供了部分側向支撐作用，構成了輕型門式剛架的次結構。屋面板和墻面板對整個結構起圍護和封閉作用，由于蒙皮效應，事實上也增加了輕型門式剛架的整體剛度。外部荷載直接作用在圍護結構上。其中，豎向和橫向荷載通過次結構傳遞到主結構的平面門式剛架上，門式剛架依靠其自身剛度抵抗外部作用。縱向風荷載通過屋面和墻面支撐傳遞到基礎上。第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍二、輕型門式剛架的特點1、采用輕型屋面，可減小梁柱截面及基礎尺寸。2、在大跨建筑中增設中間柱做成一個屋脊的多跨大雙坡屋面，以避免內天溝排水。中間柱可采用鋼管制作的上下鉸接搖擺柱，占空間小。3、剛架側向剛度可由檁條和墻梁的隅撐保證，以減少縱向剛性構件和減小翼緣寬度。4、剛架可采用變截面，根據(jù)需要可以改變腹板高度、厚度及翼緣寬度，做到材盡其用。第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍5、剛架的腹板允許其部分失穩(wěn)，利用其屈曲后的強度，即按有效寬度設計，可減小腹板厚度，不設或少設橫向加勁肋。6、豎向荷載通常是設計的控制荷載，地震作用一般不起控制作用。但當風荷載較大或房屋較高時，風荷載的作用不應忽視。7、支撐可做得較輕便。將其直接或用水平節(jié)點板連接在腹板上，可采用張緊的圓鋼。8、結構構件可全部在工廠制作，工業(yè)化程度高。構件單元可根據(jù)運輸條件劃分，單元之間在現(xiàn)場用螺栓連接，安裝方便快速，土建施工量小。第一節(jié)輕型門式剛架的特點及適用范圍三、輕型門式剛架的適用范圍輕型門式剛架通常用于跨度9～36m、柱距6m、柱高4.5～12m、吊車起重量較小的單層工業(yè)房屋或公共建筑（超市、娛樂體育設施、車站候車室、碼頭建筑）。設置橋式吊車時，宜為起重量不大于20t的中、輕級工作制（Al～A5）吊車；設置懸掛吊車時，其起重量不宜大于3t。思考題1、簡述門式剛架的組成及各部分的作用？2、門式剛架的特點有哪些？第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求一、結構形式剛架結構是梁、柱單元構件的組合體。其形式種類多樣，如圖所示。在單層工業(yè)與民用房屋的鋼結構中，應用較多的為單跨（a）、雙跨（b）或多跨（c）剛架以及帶挑檐（d）和帶毗屋（e）的剛架等形式。多跨剛架宜采用雙坡或單坡屋面（f），必要時也可采用多個雙坡單跨相連的多跨剛架形式。根據(jù)通風、采光的需要，剛架廠房可設置通風口、采光帶和天窗架等。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求（a)單跨剛架；（b)雙跨剛架；（c)多跨剛架；（d)帶挑檐剛架；（e)帶毗屋剛架；（f)單坡剛架門式剛架的形式第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求門式剛架輕型房屋鋼結構體系中，屋蓋應采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主剛架可采用變截面實腹剛架，外墻宜采用壓型鋼板墻板和冷彎薄壁型鋼墻梁，也可采用砌體外墻或底部為砌體，上部為輕質材料的外墻。主剛架斜梁下翼緣和剛架柱內翼緣的出平面穩(wěn)定性，由與檁條或墻梁相連接的隅撐來保證。主剛架間的交叉支撐可采用張緊的圓鋼。單層門式剛架輕型房屋可采用隔熱卷材做屋蓋隔熱和保溫層，也可以采用帶隔熱層的板材作屋面。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求根據(jù)跨度、高度及荷載不同，門式剛架的梁、柱可采用變截面或等截面的實腹焊接工字形截面或軋制H形截面。設有橋式吊車時，柱宜采用等截面構件。變截面構件通常改變腹板的高度，做成楔形，必要時也可以改變腹板厚度。結構構件在運輸單元內一般不改變翼緣截面，必要時可改變翼緣厚度，相鄰的運輸單元可采用不同的翼緣截面。門式剛架可由多個梁、柱單元構件組成。柱一般為單獨單元構件，斜梁可根據(jù)運輸條件劃分為若干個單元，單元構件本身采用焊接，單元之間可通過端板采用高強度螺栓連接。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求門式剛架的柱腳多按鉸接支承設計，通常為平板支座，設一對或兩對地腳螺栓。當用于工業(yè)廠房且有橋式吊車時，宜將柱腳設計為剛接。二、結構布置1、平面布置門式剛架輕型房屋鋼結構的溫度區(qū)段長度（伸縮縫間距）不大于300m，橫向溫度區(qū)段不大于150m，當有計算依據(jù)時，溫度區(qū)段長度可適當加大。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求當需要設置伸縮縫時，可采用兩種做法：在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔，并使該處屋面板在構造上允許脹縮；設置雙柱。吊車梁與柱的連接處宜采用長圓孔。在多跨剛架局部抽掉中間柱或邊柱處，可布置托梁或托架。屋面檁條的布置，應考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材料、檁條供貨規(guī)格等因素的影響。屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應按計算確定。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求山墻可設置由斜梁、抗風柱、墻梁及其支撐組成的山墻墻架，或采用門式剛架。2、墻架布置門式剛架輕型房屋鋼結構側墻墻梁的布置，應考慮設置門窗、挑檐、遮雨篷等構件和圍護材料的要求。門式剛架輕型房屋鋼結構的側墻，當采用壓型鋼板作圍護面時，墻梁宜布置在剛架柱的外側，其間距隨墻板板型和規(guī)格確定，且不應大于計算要求的值。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求門式剛架輕型房屋的外墻，當抗震設防烈度不高于6度時，可采用輕型鋼墻板或砌體；當抗震設防烈度為7度、8度時，可采用輕型鋼墻板或非嵌砌砌體；當抗震設防烈度為9度時，宜采用輕型鋼墻板或與柱柔性連接的輕質墻板。3、支撐布置支撐布置的目的是使每個溫度區(qū)段或分期建設的區(qū)段建筑能構成穩(wěn)定的空間結構骨架。在每個溫度區(qū)段或分期建設的區(qū)段中，應分別設置能獨立構成空間穩(wěn)定結構的支撐體系；在設置柱間支撐的開間，宜同時設置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求支撐和剛性系桿的布置宜符合下列規(guī)定：屋蓋橫向支撐宜設在溫度區(qū)間端部的第一個或第二個開間。當端部支撐設在第二個開間時，在第一個開間的相應位置應設置剛性系桿。柱間支撐的間距應根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。當無吊車時宜取30～45m；當有吊車時宜設在溫度區(qū)段中部，或當溫度區(qū)段較長時宜設在三分點處，且間距不宜大于60m；當建筑物寬度大于60m時，在內柱列宜適當增加柱間支撐；當房屋高度相對于柱間距較大時，柱間支撐宜分層設置；第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求在剛架轉折處（單跨房屋邊柱柱頂和屋脊，以及多跨房屋某些中間柱柱頂和屋脊）應沿房屋全長設置剛性系桿；由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。在設有帶駕駛室且起重量大于15t橋式吊車的跨間，應在屋蓋邊緣設置縱向支撐桁架。當橋式吊車起重量較大時，尚應采取措施增加吊車梁的側向剛度。剛性系桿可由檁條兼作，此時檁條應滿足對壓彎桿件的剛度和承載力要求；當不滿足時，可在剛架斜梁間設置鋼管、H型鋼或其它截面的桿件。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求門式剛架輕型房屋鋼結構的支撐，可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐。圓鋼與構件的夾角應在30°～60°范圍內，宜接近45°。當設有起重量不小于5t的橋式吊車時，柱間宜采用型鋼支撐。在溫度區(qū)段端部吊車梁以下不宜設置柱間剛性支撐；當不允許設置交叉柱間支撐時，可設置其它形式的支撐；當不允許設置任何支撐時，可設置縱向剛架。三、建筑尺寸門式剛架輕型房屋鋼結構的尺寸應符合下列規(guī)定：門式剛架的跨度，應取橫向剛架柱軸線間的距離。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求門式剛架的高度，應取地坪至柱軸線與斜梁軸線交點的高度；高度應根據(jù)使用要求的室內凈高確定，有吊車的廠房應根據(jù)軌頂標高和吊車凈空要求確定。門式剛架輕型房屋的檐口高度，應取地坪至房屋外側檁條上緣的高度；門式剛架輕型房屋的最大高度，應取地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度；門式剛架輕型房屋的寬度，應取房屋側墻墻梁外皮之間的距離；門式剛架輕型房屋的長度，應取兩端山墻墻梁外皮之間的距離。柱的軸線可取通過柱下端（較小端）中心的豎向軸線。工業(yè)建筑邊柱的定位軸線宜取柱外皮；斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求門式剛架的跨度宜采用9～36m，當邊柱寬度不等時，其外側應對齊；門式剛架的平均高度宜采用4.5～9.0m，當有橋式吊車時不宜大于12m；門式剛架的間距，即柱網(wǎng)軸線間的縱向距離宜采用6～9m；挑檐長度可根據(jù)使用要求確定，宜采用0.5～1.2m，其上翼緣坡度宜與斜梁坡度相同。四、鋼材選用鋼材選用的原則是既能使結構安全可靠地滿足使用要求，又盡量節(jié)約結構鋼材和降低造價。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求一般而言，輕型門式剛架設計中鋼材的選擇應考慮以下幾方面：結構類型及其重要性。結構可分為重要、一般和次要三類。重級工作制吊車梁和特別重要的輕型鋼結構主結構及次結構構件屬于重要結構；普通輕型鋼結構廠房的主結構梁柱和次結構構件屬于一般結構；輔助結構中的樓梯、平臺、欄桿等屬于次要結構。重要結構可選用Q345鋼或Q235-C、Q235-D，一般結構可選用Q235-B，次要結構可選用Q235-B·F。第二節(jié)輕型門式剛架的結構形式及有關要求荷載性質。荷載可分為靜力荷載和動力荷載兩種，動力荷載又有經(jīng)常滿載和不經(jīng)常滿載的區(qū)別。直接承受動力荷載的結構一般采用Q235-B、Q235-C、Q235-D及Q345鋼。對于環(huán)境溫度高于－20℃，起重量Q<50t的中、輕級工作制吊車梁也可選用Q235-B·F。承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結構可選用Q235-B和Q235-B·F。工作溫度。應根據(jù)結構工作溫度選擇結構的質量等級。例如，工作溫度低于－20℃時，宜選用Q235-C或Q235-D；高于－20℃時，可選用Q235-B。思考題1、門式剛架輕型房屋鋼結構設置伸縮縫時的做法有哪兩種？2、門式剛架輕型房屋鋼結構的跨度、寬度、高度、軸線是如何規(guī)定的？3、門式剛架輕型房屋鋼結構鋼材選用需考慮的因素有哪些？第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論一、計算模型的建立計算模型的簡化和建立，必須符合實際結構的受力特點，同時現(xiàn)有的結構理論能夠分析計算模型。輕型門式剛架結構形成原理是：梁和柱通過高強度螺栓連接形成平面門式剛架；各榀剛架通過支撐和系桿相互聯(lián)系，形成空間剛架；空間剛架與圍護材料、基礎形成一個完整的空間結構體系。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論輕鋼結構計算模型建立過程在確定計算模型時，我們忽略實際結構的蒙皮效應后，可以得到由空間梁系組成的空間剛架；忽略空間剛架的空間共同工作效應后，可以得到由平面梁系組成的平面門式剛架；忽略剛架柱腳與基礎之間連接的彈性剛度后，可以得到理想的鉸接或剛接支座，從而最終確定計算模型。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論二、蒙皮效應1、蒙皮效應的概念蒙皮效應是指在建筑物的表面覆蓋材料（屋面板和墻板）利用本身的剛度和強度對建筑物整體剛度的加強作用。蒙皮效應的結構概念來自于飛機和輪船行業(yè)。其工作機理是：圍護板與檁條以及板與板之間通過不同的緊固件連接起來，形成了以檁條作為其肋的一系列隔板。這種板在平面內具有相當大的剛度，類似于薄壁深梁中的腹板，檁條類似于薄壁深梁中的加勁肋，板的四周連接墻梁或檁條類似于薄壁深梁中的翼緣。這種構造具有蒙皮效應功能，可以用來傳遞板平面內的剪力，承受板平面內的各種荷載作用。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論蒙皮效應在門式剛架結構中主要表現(xiàn)為：在垂直荷載作用下，門式剛架坡頂?shù)倪\動趨勢是屋脊向下、屋檐向外變形。屋面板將與支承檁條一起以深梁的形式來抵抗這一變形趨勢。這時，屋面板承受剪力，起深梁腹板的作用，而邊緣檁條承受軸力起深梁翼緣的作用。顯然，屋面板的抗剪切能力要遠遠大于其抗彎曲能力，從這個角度來說，蒙皮效應指的是蒙皮板的抗剪切剛度對板平面內產(chǎn)生變形的荷載的抵抗效應。對于門式剛架坡頂，抵抗豎向荷載作用的蒙皮效應取決于屋面坡度，坡度越大則蒙皮效應越顯著；而抵抗水平荷載作用的蒙皮效應，則隨著坡度的減小而增加。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論（a）山形門式建筑的受力蒙皮效應（b）平屋頂建筑的受力蒙皮效應蒙皮效應第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論2、蒙皮效應的作用在門式剛架中的屋面板用于抵抗山墻抗風柱傳來的水平荷載，將其傳遞至檐口處，再通過墻面蒙皮效應或支撐傳至基礎。門式剛架中的山墻面，利用墻板抗剪蒙皮作用后，可將山墻面框架設計成排架且不加柱間支撐（墻面開洞面積過大則除外）。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論在豎向重力作用下，屋面檁條會產(chǎn)生側彎曲和扭轉變形，通過連接在檁條上的板，將消除此變位，面板蒙皮效應將其剪力傳至檁條與屋面梁連接處，再通過檁條與屋面梁連接件傳至各個屋面梁上。板平面內有足夠剛度可對檁條上翼緣形成側向約束，減少了檁條的穩(wěn)定計算長度，大大提高了檁條的穩(wěn)定承載能力。屋面蒙皮使各個平面剛架連成整體空間結構，減少剛架側移。當檐口較高，由柱頂側移控制結構計算時，可帶來經(jīng)濟效益。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論總之，蒙皮效應使得各平面的剛架組合在一起，形成了具有空間剛度和穩(wěn)定的建筑，可取代或部分取代屋蓋系統(tǒng)支撐間的縱向系桿，可減少屋面的橫向水平支撐，有很好的經(jīng)濟效益；將山墻框架設計成全部簡支的小排架，且不設柱間支撐；對于邊墻，如果門窗開洞數(shù)量多，使蒙皮效應大大減弱，此時，可全部由柱間支撐抵抗縱向水平荷載；可省去檁條上翼緣拉條系統(tǒng)的設置，帶來一定經(jīng)濟效益；在檐口較高、由剛架側移控制設計時，可減小剛架側移，從而減少用鋼量。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論3、蒙皮效應的應用根據(jù)蒙皮效應的工作機理可以看出，并不是所有的結構和結構構造在設計時都可以考慮蒙皮效應，目前在滿足一定條件的壓型鋼板以及輕型鋼框架組成的輕鋼住宅和門式剛架體系中存在著較大的蒙皮效應。然而，由于蒙皮效應的機理和作用條件及效果十分復雜，在實際工程設計中定量的應用蒙皮效應還有一定困難。所以現(xiàn)行設計規(guī)程中沒有明確給出利用蒙皮效應的條款，設計計算公式都忽略了蒙皮效應。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論三、計算理論1、一階彈性理論輕型門式剛架結構內力和位移的計算采用一階彈性理論，即線性的結構力學方法。一階彈性理論的基本假定是結構處于彈性狀態(tài)，結構產(chǎn)生的較小位移引起的二階效應可以忽略不計。如果結構的內力和位移采用一階彈性理論，可以得到足夠精確的分析結果，這類結構被稱為線彈性結構。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論一階彈性理論具有線性的可疊加特性，即：荷載效應的組合結果與荷載組合后的效應分析結果是一致的。荷載效應的組合結果是指首先進行各單個荷載工況下的內力和位移效應分析，然后進行效應組合疊加所得的結果；荷載組合后的效應分析結果是指首先進行荷載的組合疊加，然后進行各組合荷載下的內力和位移效應分析結果。按照我國現(xiàn)行的建筑結構設計規(guī)范規(guī)定，內力和位移的計算結果應該是荷載效應的組合結果。事實上，門式剛架結構的分析可以取荷載效應的組合值，也可以取荷載組合下的效應分析值，這兩者是一致的。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論2、二階彈性理論事實上，一階彈性理論是近似的。結構的節(jié)點位移會產(chǎn)生桿端內力的P-效應，而桿件本身的變形也會產(chǎn)生桿身內力的P-效應。P-和P-效應反過來又會引起結構位移的變化，這樣的相互耦聯(lián)和相互影響的效應稱為結構的二階效應。如果結構的二階效應較大而不可忽略，必須采用二階彈性理論分析其內力和位移，相應的這類結構被稱為非線性彈性結構。第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論結構的P-和P-效應第三節(jié)輕型門式剛架的計算模型與計算理論二階彈性理論不具有線性的疊加性質，即：荷載效應的組合結果不再等于荷載組合后的效應分析結果。非線性結構的內力和位移是指組合荷載作用下的效應。所以必須首先對各荷載工況進行組合，然后進行組合荷載作用下的結構二階彈性分析。一階彈性理論適用于線彈性結構，其內力和位移計算值可以取荷載效應組合值或荷載組合下的效應計算值；二階彈性理論適用于非線性彈性結構，其內力和位移計算值必須取荷載組合下的效應計算值。思考題1、簡述輕鋼結構計算模型建立過程？2、什么是蒙皮效應，在門式剛架房屋中是如何體現(xiàn)的？3、簡述蒙皮效應的作用？第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應結構設計的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。一般而言，輕型門式剛架設計時應首先選擇截面，使結構滿足承載能力極限狀態(tài)的要求，然后校核其是否滿足正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)結構的承載能力極限狀態(tài)是指結構在設計荷載作用下不發(fā)生強度或穩(wěn)定破壞的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)的一般表達式為：式中為結構重要性系數(shù)；為最不利的荷載效應組合值；R為結構抗力。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應結構的荷載效應是結構構件及其連接在荷載作用下的內力（或應力），由結構分析理論計算得到。各類結構分析或設計軟件（如ANSYS、SAP、STS、3D3S等）是很有效和方便的計算手段。結構抗力是構件截面和連接節(jié)點的強度以及構件的穩(wěn)定承載力等。需要注意的是，計算承載能力極限狀態(tài)時，荷載效應和結構抗力都是指設計值。輕型門式剛架結構中各個構件和各個連接節(jié)點都必須滿足上式。

第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應正常使用極限狀態(tài)除了滿足結構的承載能力極限狀態(tài)外，設計者還必須確保結構在使用荷載下能令人滿意地完成其預定功能。對于輕型門式剛架結構而言，正常使用極限狀態(tài)是指結構和構件的位移滿足相應的容許值，這可以通過驗算結構的變形來保證；同時結構和構件不產(chǎn)生振動，這可以通過限制構件的長細比來保證。輕型鋼結構的位移指標有柱頂側移和梁柱構件相對變形兩項。位移驗算的一般公式為：構件長細比驗算的一般公式為：第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應在計算結構正常使用極限狀態(tài)時，應采用荷載標準值。由于輕型門式剛架結構較柔，在很多情況下構件截面是由位移控制的。相對而言，對于結構強度和穩(wěn)定問題的研究要遠比對于結構位移容許值的研究深入得多。所以，對于同一類結構體系，各國的規(guī)范甚至國內不同規(guī)程對于位移限值的規(guī)定也不一樣。輕型門式剛架結構位移限值確定必須考慮到以下因素：不影響次結構與主結構之間、圍護結構與次結構之間的連接承載能力，以及圍護結構連接處的水密性；第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應不會導致屋面板排水坡度的過度平緩，從而引起平坡積水和滲漏；不會引起屋面和樓面梁以及懸掛天花板產(chǎn)生視覺上明顯和過分的撓度；由于抗風柱的支承，端部剛架梁豎向位移較小，而中部剛架梁位移較大，結構位移不能引起屋脊線的明顯撓曲；不能導致維修時屋面的扭曲運動；風荷載作用下結構不會產(chǎn)生過度扭曲運動及吱嘎有聲；不能影響或危及懸掛于剛架梁上吊車的正常運行；第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應不能影響或危及軌道吊車的正常運行；不能導致內外磚墻的開裂破壞。一、荷載及其組合1、荷載作用在輕型鋼結構上的荷載包括以下類型：（1）恒載（G）：結構自重和設備重。按現(xiàn)行《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）的規(guī)定采用。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應（2）活載（Q）：包括屋面均布活載、檢修集中荷載、積灰荷載、雪荷載等。其中《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102：2002）規(guī)定均布活載的標準值（按投影面積算）取0.5kN/m2；檢修集中荷載標準值取1.0kN或實際值；積灰荷載與雪荷載按現(xiàn)行《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）的規(guī)定采用。均布活荷載與雪荷載不同時考慮，取其中較大值（記為L）計算，積灰荷載與雪荷載、均布活載中的較大值同時考慮，檢修荷載只與結構自重荷載同時考慮。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應（3）風載（W）：現(xiàn)行《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECSl02：2002）對于風荷載的取用是以（GB50009-2001）為基礎的；關于風荷載體形系數(shù)，按照美國金屬房屋制造商協(xié)會MBMA《低層房屋體系手冊》（1996）中有關小坡度房屋的規(guī)定取用。（4）溫度（T）：按實際環(huán)境溫差考慮。（5）吊車（C）：按（GB50009-2001）的規(guī)定取用。但吊車的組合一般不超過2臺。（6）地震作用（E）：按（GB50009-2001）的規(guī)定取用，不與風荷載作用同時考慮。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應2、荷載組合（1）計算承載能力極限狀態(tài)。對于輕型鋼結構，可取下述荷載效應組合：①1.2G+1.4L；②1.2G+1.4M；③1.2G+1.4C;④1.2G+1.4W;⑤1.2G+0.9(1.4L+1.4D);⑥1.2G+0.9(1.4L+1.4W);第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應⑦1.2G+0.9(1.4C+1.4W);⑧1.2G+0.9(1.4L+1.0T);⑨1.2G+0.9(1.4W+1.0T);⑩1.2G+1.4L+1.3E。式中：G表示恒載的標準值；L表示活載的標準值；D表示積灰荷載的標準值；M表示檢修荷載的標準值；W表示風載的標準值；T表示溫度效應的標準值；C表示吊車荷載的標準值；E表示地震效應的標準值。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應（2）計算正常使用承載能力。對于輕型鋼結構，可取下述荷載效應組合：①G+L；②G+M；③G+C；④G+W；⑤G+L+0.9D；⑥G+L+0.6W；⑦G+W+0.7L；⑧G+C+0.6W；⑨G+W+0.7C；⑩G+L+0.6T；11G+W+0.6T；12G+L+E。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應二、變截面門式剛架的內力和側移計算1、內力對變截面門式剛架，應采用彈性分析方法確定各種內力，一般不考慮應力蒙皮效應；當有必要且有條件時，可考慮屋面板的蒙皮效應，但目前還難以利用，只能當作潛力。變截面門式剛架的內力分析宜按平面結構考慮，可按一般結構力學方法或利用靜力計算公式、圖表進行計算，也可采用有限元法（直接剛度法）計算。計算時宜將構件分為若干段，每段的幾何特征可視為常量，也可采用楔形單元。如需考慮地震作用效應時，可采用底部剪力法確定。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應2、側移（1）單跨剛架當單跨變截面剛架橫梁上緣坡度不大于1:5時，在柱頂水平力作用下的側移可按下列公式估算：柱腳鉸接時柱腳剛接時第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應式中：h、L——剛架柱高度和剛架跨度，當坡度大于1：10時，L應取橫梁沿坡折線的總長度2s；Ic、Ib——柱和橫梁的平均慣性矩；H——剛架柱頂?shù)牡刃搅Γ弧獎偧苤c剛架梁的線剛度比值。按公式計算的側移值應不超過允許的側移限值。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應變截面剛架的幾何尺寸第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應變截面柱和橫梁的平均慣性矩可按下列公式計算：楔形構件雙楔形橫梁式中：、——分別為柱小頭和大頭的慣性矩；、、——分別為楔形橫梁最小截面、檐口和跨中截面的慣性矩；

——楔形橫梁長度比值。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應剛架柱頂?shù)刃搅砂聪铝泄接嬎悖寒敼浪銊偧茉谘刂叨染嫉乃斤L荷載作用下的側移時，柱頂?shù)刃搅可?。褐_鉸接時：柱腳剛接時：其中：剛架在均布風荷載作用下柱頂?shù)牡刃搅Φ谒墓?jié)輕型門式剛架的作用效應當估算剛架在吊車水平荷載Pc作用下的側移時，柱頂?shù)刃搅可?。褐_鉸接時：柱腳剛接時：剛架在吊車水平荷載作用下柱頂?shù)牡刃搅Φ谒墓?jié)輕型門式剛架的作用效應式中：W——均布風荷載的總值；

——吊車水平荷載作用高度與柱高度之比；——吊車水平荷載；、——風荷載的均布值（）。（2）多跨剛架中間柱為搖擺柱的兩跨或多跨剛架，柱頂側移可采用上式計算，但公式中的L應以雙坡斜梁全長2s代替，s為單坡面長度。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應有搖擺柱的兩跨剛架當中間柱與橫梁剛性連接時，可將多跨剛架視為多個單跨剛架的組合體（每個中柱分為兩半，慣性矩各為），按下列公式計算整個剛架在柱頂水平荷載作用下的側移：第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應式中：——柱腳鉸接時各單跨剛架的側向剛度之和；

——所計算跨兩柱的平均高度；

——與所計算柱相連接的單跨剛架梁的長度；

——兩柱慣性矩不相同時的等效慣性矩；、——分別為左、右兩柱的慣性矩；——與所計算柱相連接的單跨剛架梁的慣性矩；——所計算柱與相連接的單跨剛架梁的線剛度比值。第四節(jié)輕型門式剛架的作用效應左右兩柱的慣性矩三、等截面門式剛架對等截面門式剛架，采用彈性分析方法確定內力時，可參考上述公式進行；對于不直接承受動力荷載的等截面門式剛架允許采用塑性設計，即考慮構件沿長度方向的截面間的內力重分布。思考題1、門式剛架的計算理論有哪兩種，它們的區(qū)別是什么？2、輕型鋼結構的位移指標有哪些，它們是從哪個極限狀態(tài)要求考慮的？第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介一、變截面剛架構件計算（一）板件最大寬厚比和屈曲后的強度利用工字形截面（由三塊鋼板焊成）受彎構件中腹板以受剪為主，翼緣以抗彎為主。增大腹板的高度，可使翼緣的抗彎能力充分發(fā)揮。如在增大腹板高度的同時厚度也相應增大，則腹板耗鋼量過多，不經(jīng)濟。因而，不過多增大腹板厚度而充分利用板件屈曲后的強度是比較合理的。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介1、板件最大寬厚比工字型截面構件受壓翼緣板自由外伸寬度與其厚度之比，不應大于；工字形截面梁、柱構件腹板的計算高度與其厚度之比，不應大于。2、屈曲后的強度利用（1）有效寬度當工字形截面構件腹板受彎及受壓板幅利用屈曲后強度時，應按有效寬度計算截面特性。有效寬度取值如下：當截面全部受壓時第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當截面部分受拉部分受壓時，受拉區(qū)全部有效，受壓區(qū)有效寬度?。菏街校骸拱迨軌簠^(qū)寬度；

——有效寬度系數(shù)，按下列規(guī)定采用：當≤0.8時當0.8＜

≤1.2時當>1.2時第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介上式中的為與板件受彎、受壓有關的參數(shù)，按下列規(guī)定采用：上式中的為截面邊緣正應力比值，；為桿件在正應力作用下的屈曲系數(shù)。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當板邊最大應力時，計算可用代替公式中的，為抗力分項系數(shù)。對Q235和Q345鋼，。腹板有效寬度應按下列規(guī)則分布：有效寬度的分布第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當截面全部受壓，即>0時當截面部分受拉，即<0時（2）腹板的抗剪承載力工字形截面構件腹板的受剪板幅，當腹板高度變化不超過60mm/m時可考慮屈曲后強度（拉力場），其抗剪承載力設計值按下列公式計算：第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當時當時當時式中：——鋼材抗剪強度設計值；——腹板高度，對楔形腹板取板幅平均高度；——與板件受剪有關的參數(shù)；——腹板屈曲后抗剪強度設計值。當利用腹板屈曲后抗剪強度時，橫向加勁肋間距宜?。?～2）。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介參數(shù)按下列公式計算：當時當時式中：——受剪板件的屈曲系數(shù)；當不設橫向加勁肋時，??；

——加勁肋間距。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（二）剛架構件的強度計算和加勁肋的設置規(guī)定1、工字形截面受彎構件在剪力V和彎矩M共同作用下的強度，應符合下列要求:當時當時當截面為雙軸對稱時式中：——兩翼緣所承擔的彎矩；——構件有效截面所承擔的彎矩，；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介——構件有效截面最大受壓纖維的截面模量；——構件翼緣的截面面積；——腹板抗剪承載力設計值。2、工字形截面壓彎構件在剪力V、彎矩M和軸力N共同作用下的強度，應符合下列要求：當時當時當截面為雙軸對稱時第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介式中：——有效截面面積；——兼承壓力N時兩翼緣所能承受的彎矩。3、梁腹板應在與中柱連接處、較大集中荷載作用處和翼緣轉折處設置橫向加勁肋。梁腹板利用屈后強度時，其中間加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉折產(chǎn)生的壓力外，還應承受拉力場產(chǎn)生的壓力。該壓力應按下列公式計算：第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當時當時式中：——拉力場產(chǎn)生的壓力；——利用拉力場時腹板的屈曲剪應力；——參數(shù)。當驗算加勁肋穩(wěn)定時，其截面應包括每側寬度范圍內的腹板面積，計算長度取。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（三）變截面柱在剛架平面內的穩(wěn)定計算變截面柱在平面內的穩(wěn)定計算按下式計算：式中：——小頭的軸向壓力設計值；——大頭的彎矩設計值；——小頭的有效截面面積；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介——大頭有效截面最大受壓纖維的截面模量；——桿件軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)，楔形柱根據(jù)表8-2規(guī)定的計算長度系數(shù)按照《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）查得，計算長細比時取小頭的回轉半徑；——等效彎矩系數(shù)，對有側移的剛架柱，??；——歐拉臨界力，計算時，取小頭回轉半徑計算。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介截面高度呈線性變化的柱，在剛架平面內的計算長度應取為，式中，為柱高；計算長度系數(shù)可由下列三種方法確定：1、查表法柱腳鉸接單跨剛架楔形柱的可由表8-2查得。表中柱的線剛度和梁的線剛度應分別按下式計算：式中：、——分別為柱大頭和小頭的截面慣性矩；

——梁的最小截面慣性矩；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介

——半跨斜梁的長度；

——橫梁換算長度系數(shù)，按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102：2002）附錄D確定，當梁為等截面時為1.0。多跨剛架的中間柱為搖擺柱時

計算邊柱時的斜梁長度第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介邊柱的計算長度應?。菏街校骸嬎汩L度系數(shù)，由表8-2查得，但公式中的s取與邊柱相連的一跨橫梁的坡面長度lb，如圖所示；（注：系數(shù)只適用于屋面坡度不大于1﹕5的情況，超過此值時應考慮橫梁軸向力對柱剛度的不利影響。）

——放大系數(shù)；——搖擺柱承受的荷載；——邊柱承受的荷載；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介——剛架邊柱高度；——搖擺柱高度。對于帶毗屋的剛架，可近似的將毗屋柱視為搖擺柱，此時主剛架柱的系數(shù)可由表8-2查得，并應乘以按式計算的系數(shù)。計算時，為毗屋柱承受的豎向荷載，為主剛架柱承受的荷載。2、一階分析法當剛架利用一階分析法計算程序得出柱頂水平荷載作用下的側移剛度時，柱計算長度系數(shù)可由下列公式計算：第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（1）對單跨對稱剛架，可按下列公式計算：當柱腳鉸接時當柱腳剛接時式中：h——柱的高度。上述公式也適用于坡度不大于1﹕5的有搖擺柱的多跨對稱剛架的邊柱，但算得的系數(shù)還應乘以放大系數(shù)；搖擺柱的計算長度系數(shù)取1.0。一階分析時的柱頂位移第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（2）對中間柱為非搖擺柱的多跨剛架，可按下列公式計算：當柱腳鉸接時當柱腳剛接時式中：、、——分別為第i根柱的高度、豎向荷載和以小頭為準的參數(shù)?？捎糜趩慰绶菍ΨQ剛架。一階分析時的柱頂位移第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介3、二階分析法當采用計入豎向荷載—側移效應（即P-u效應）的二階分析程序計算內力時，計算長度系數(shù)可按下列公式計算：式中：——構件的楔率，不大于0.268

h/d0及6.0；d0、d1——分別為柱小頭和大頭的截面高度（圖8-14）。變截面構件的楔率第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（四）變截面柱在剛架平面外的穩(wěn)定計算變截面柱在剛架平面外的穩(wěn)定計算公式為：對一端彎矩為零的區(qū)段對兩端彎曲應力基本相等的區(qū)段第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介式中：——軸心受壓構件彎矩作用平面外的穩(wěn)定系數(shù)，以小頭為準，按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）的規(guī)定采用，計算長度取縱向支撐點間的距離。若各段線剛度差別較大，確定計算長度時可考慮各段間的相互約束。

——均勻彎曲楔形受彎構件的整體穩(wěn)定系數(shù)，雙軸對稱的工字形截面桿件按以下公式計算；各符號具體含義詳見《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102:2002）；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介

——所計算構件段小頭截面的軸壓力；——所計算構件段大頭截面的彎矩；——等效彎矩系數(shù)；——在剛架平面內以小頭為準的柱的歐拉臨界力。當不能滿足公式的要求時，應設置側向支撐點（隅撐），并驗算每段的平面外穩(wěn)定。（五）變截面柱柱端受剪承載力計算變截面柱下端鉸接時，應驗算柱端的受剪承載力。當不滿足要求時，應對該處腹板進行加強。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（六）斜梁設計實腹式剛架斜梁在平面內和平面外均應按壓彎構件計算強度及穩(wěn)定。當屋面坡度很小時，在剛架平面內僅按壓彎構件計算其強度。變截面實腹式剛架斜梁的平面內計算長度可取豎向支承點間的距離。實腹式剛架斜梁的出平面計算長度，應取側向支承點間的距離；當斜梁兩翼緣側向支承點間的距離不等時，應取最大受壓翼緣側向支承點間的距離。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當斜梁上翼緣承受集中荷載處布設橫向加勁肋時，除應按國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB500l7-2003）的有關規(guī)定驗算腹板上邊緣正應力、剪應力和局部壓應力共同作用時的折算應力外，尚應滿足下列要求：

第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介式中：F——上翼緣所受的集中荷載；M——集中荷載作用處的彎矩；We——有效截面最大受壓纖維的截面模量；——參數(shù)，，在斜梁負彎矩區(qū)取零；——分別為斜梁翼緣和腹板的厚度。斜梁不需計算整體穩(wěn)定的側向支承點間最大長度，可取斜梁受壓翼緣寬度的倍。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介(七)隅撐設計門式剛架的破壞首先是由于受壓最大翼緣屈曲引起的，斜梁下翼緣與剛架柱內翼緣連接處是出現(xiàn)屈曲的關鍵部位，在該處附近設置隅撐十分重要，因此在檐口位置，剛架斜梁與柱內翼緣交接點附近的檁條和墻梁處，應各設置一道隅撐。在斜梁下翼緣受壓區(qū)也應設置隅撐，其間距不得大于相應受壓翼緣寬度的倍。如斜梁下翼緣受壓區(qū)因故不設置隅撐．則必須采取可靠措施保證剛架的穩(wěn)定。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介隅撐宜采用單角鋼制作，可連接在剛架構件下(內)翼緣附近的腹板上距翼緣不大于100mm處，也可連接在下(內)翼緣上。隅撐與剛架、檁條或墻梁應采用螺栓連接，每端通常采用單個螺栓，計算時應考慮單面連接的單角鋼的強度折減系數(shù)。隅撐與剛架構件腹板的夾角不宜小于45度。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介隅撐應接軸心受壓構件設計，軸壓力N計算：式中：A——實腹斜梁被支撐翼緣的截面面積；

——隅撐與檁條軸線的夾角；

f——實腹斜梁鋼材的強度設計值；

fy——實腹斜梁鋼材的屈服強度。當隅撐成對布置時，每根隅撐的計算軸壓力可取上式計算值的一半。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介二、等截面剛架構件計算等截面剛架按彈性設計時，可按上述變截面剛架的規(guī)定進行設計。當?shù)冉孛鎰偧馨此苄栽O計時，其構件按國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）中塑性設計的規(guī)定進行。構件截面可采用三塊板焊成的工字形截面、高頻焊接輕型H型鋼及熱軋H型鋼。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介三、檁條設計（一）檁條的布置和構造輕型門式剛架的檁條構件可以采用C型冷彎卷邊槽鋼和Z型帶斜卷邊或直卷邊的冷彎薄壁型鋼。構件的高度一般為140～250mm，厚度1.4～2.5mm。冷彎薄壁型鋼構件一般采用Q235或Q345鋼，大多數(shù)檁條表面涂層采用防銹底漆，也有采用鍍鋁或鍍鋅的防腐措施。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介1、檁條間距和跨度的布置檁條的設計首先應考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材料、及檁條供貨規(guī)格的影響，以確定檁條間距，并根據(jù)主剛架的間距確定檁條的跨度。確定最優(yōu)的檁條跨度和間距是一個復雜的問題。隨著跨度的增大，主剛架及檁條的用量勢必加大。但主剛架榀數(shù)的減少可以降低用鋼量，檁條間距的加大也可以減少檁條的用量。厚度更大的檁條也可以降低單位用鋼量的價格。但是檁條跨度的加大，支撐用量也相應增多。所有這些因素需要綜合考慮。一般情況下，對于跨度超過20米的剛架，7.5米的剛架間距是最比較經(jīng)濟的；對于跨度小于20米的剛架，4.5米的剛架間距比較經(jīng)濟。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介2、簡支檁條和連續(xù)檁條的構造檁條構件可以設計為簡支或連續(xù)構件，前者目前常用。檁條的簡支搭接方式，其搭接長度很小，對于C型檁條可以分別連接在檁托上。采用連續(xù)構件可以承受更大的荷載和變形，因此比較經(jīng)濟。檁條的連續(xù)化構造也比較簡單，可以通過搭接和擰緊來實現(xiàn)。帶斜卷邊的Z型檁條可采用疊置搭接，卷邊槽型檁條可采用不同型號的卷邊槽型冷彎型鋼套來搭接，注意連續(xù)檁條的工作性能是通過耗費構件的搭接長度來獲得的，所以連續(xù)檁條一般跨度大于6米，否則并不一定能達到經(jīng)濟的目的。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介檁條布置（中間跨，簡支搭接方式）第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介檁條布置（連續(xù)檁條，連續(xù)搭接）第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介3、側向支撐的設置因為坡屋面的影響，檁條腹板傾斜，外荷載作用下檁條同時產(chǎn)生彎曲和扭轉的共同作用。其中，扭轉作用更加突出。因此，側向支撐是保證冷彎薄壁型鋼檁條穩(wěn)定性的重要保障。（1）屋面板的支撐作用一些用自攻螺絲連接的屋面板，可以作為檁條的側向支撐，使檁條的穩(wěn)定性大大提高。原因是可以將屋面視為一大構件，考慮屋面板的蒙皮效應第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（2）拉條和支撐提高檁條穩(wěn)定性的重要構造措施是采用拉條或撐桿從檐口一端通長連接到另一端，連接每一根檁條。拉條一般采用圓鋼，直徑不宜小于10mm。拉條的設置與檁條的跨度有關，當檁條跨度大于4m時，宜在檁條間跨中位置設置拉條；當跨度大于6m時，應在檁條跨度三分點處各設一道拉條，在屋脊處還應設置斜拉條和撐桿，撐桿宜采用角鋼或鋼管。拉條應與剛性檁條連接，屋脊兩側相鄰檁條要可靠連接，以防止所有檁條向一個方向失穩(wěn)。當屋面材料為壓型鋼板，屋面剛度較大且與檁條有可靠連接時，可少設或不設拉條。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介拉條一般設在距檁條上翼緣1/3腹板高度的范圍內。當在風吸力作用下檁條下翼緣受壓時，拉條宜在檁條上下翼緣附近適當布置。拉條的布置第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介3）檁托在簡支檁條的端部或連續(xù)檁條的搭接處，設置檁托可以有效的防止檁條在支座處傾覆或扭轉。檁托常采用角鋼或鋼板拼接制成，豎肢（板）高度約為檁條高度的3/4，且與檁條以螺栓連接。為了其防止變形，可在豎肢（板）中間設置一塊與其垂直的加勁板。檁條構件之所以要離開主梁一段距離，主要是防止薄壁型鋼構件在支座處的腹板壓曲。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（二）設計和計算1、荷載及荷載效應組合作用在檁條上的荷載及荷載效應組合，對于門式剛架輕型房屋鋼結構有其自身的特點，與現(xiàn)行國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》并不完全相同。設計計算時應予以充分重視，并按照《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102：2002）有關規(guī)定執(zhí)行。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介檁條設計的荷載主要有以下5種：1）屋面材料和檁條自重；2）屋面均布活荷載；3）屋面雪荷載和積灰荷載；4）風荷載，由于屋面較輕，檁條設計的風荷載主要考慮向上的吸力；5）施工及檢修荷載。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介荷載效應組合一般考慮以下幾種情況，其中活荷載指的是屋面均布活荷載與雪荷載的較大值并迭加積灰荷載：1）1.2恒+1.4活2）1.2恒+1.4活+0.6×1.4風3）1.0恒+1.4風+0.7×1.4活4）1.2恒+1.4施工荷載第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介2、檁條的設計設計檁條時需要考慮檁條的強度、穩(wěn)定及剛度。當屋面能阻止檁條側向失穩(wěn)和扭轉時，可僅計算檁條在風正壓力下的強度，而整體穩(wěn)定性可不做計算；當屋面不能阻止檁條側向位移和扭轉時，還應計算檁條在風正壓力作用下的穩(wěn)定性。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介式中：——對截面x軸和y軸的彎矩；、——對主軸x和主軸y的有效凈截面模量（對冷彎薄壁型鋼）或凈截面模量（對熱軋型鋼）。冷彎薄壁型鋼的有效凈截面，應按現(xiàn)行國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》（GB50018-2002）第5.6節(jié)的規(guī)定計算；、——對主軸x和主軸y的有效截面模量（對冷彎薄壁型鋼）或毛截面模量（對熱軋型鋼）；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介——梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)不同情況按現(xiàn)行國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》（GB50018-2002）或《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）的規(guī)定計算。注：計算檁條時，不應考慮隅撐作為檁條的支承點。檁條的剛度驗算根據(jù)屋面材料的不同有不同的限值。僅支承壓型鋼板的檁條構件撓度一般控制在1/150。3、拉條支撐的設計簡介檁條間拉條和撐桿的截面應按計算確定。拉條一般采用張緊的圓鋼，其直徑不得小于8mm；撐桿通常采用鋼管或角鋼，其長細比不得大于200。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介張緊的檁條間拉條（撐桿）可視作檁條的側向支撐。拉條（撐桿）的內力可按其所拉接的檁條承受的線荷載的坡向分量（qx1）作用下的連續(xù)梁反力進行計算。設計時，取受力最大的一根拉條按軸心受拉構件（撐桿按軸心受壓構件）選擇截面。有若干根檁條以拉條拉接時,拉條所承受的最大軸向拉力應取按上法算得的單根檁條使拉條產(chǎn)生的內力與所拉接檁條數(shù)的乘積。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介拉條內力計算示意圖第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介四、墻架構件設計簡介（一）布置和構造輕型墻體結構的墻梁宜采用卷邊槽形或斜卷邊Z形的冷彎薄壁型鋼。分為連續(xù)和簡支兩種形式。墻梁（墻面檁條）的布置與屋面檁條的布置有類似的考慮原則。墻梁的布置首先應考慮門窗、挑檐、遮雨蓬等構件和圍護材料的要求，綜合考慮墻板板型和規(guī)格，以確定墻梁間距。墻梁的跨度取決于主剛架的柱距。當柱距過大，引起墻梁使用不經(jīng)濟時，可設置墻架柱。墻梁的放置方式一般與門窗匹配。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介連續(xù)式墻梁簡支式墻梁第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（二）墻梁的設計簡介冷彎薄壁型鋼的墻梁與檁條的設計方法相似，但也有不同點。墻梁承受的荷載與其布置有關。一般與墻梁連接的墻面板都做成自承重體系，墻梁只承受少量自身重量和風荷載，當開有門窗時，門窗以上的墻面板荷載由墻梁承受，那么它的受荷要大一些。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介墻梁的設計根據(jù)其與墻面板的連接方式不同而有所變化。當單側與墻面板連接時，若墻面板是自承重體系，則可以按單向受風荷載考慮墻梁的強度和穩(wěn)定問題；若墻面板的重量由墻梁支撐，則應該按雙向彎曲考慮其穩(wěn)定和強度。當墻梁的雙側都有墻面板連接時，則側向穩(wěn)定可由墻面板來防止，墻梁只需作強度的驗算。另外，墻梁的剛度驗算也必須進行，根據(jù)墻面板的連接方式，也分為水平及豎向的撓度控制。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（三）拉條的設置當墻梁跨度l為4～6m時，宜在跨中設一道拉條，當跨度l>6m時，宜在跨間三分點處各設一道拉條。在最上層墻梁處宜設斜拉條將拉力傳至承重柱或墻架柱；再當墻板的豎向荷載有可靠途徑直接傳至地面或托梁時，可不設拉條。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介五、剛架支撐構件設置門式剛架橫梁頂面應設置上弦橫向水平支撐，在柱間應設置柱間支撐。橫梁上弦橫向水平支撐和柱間支撐最好設置在同一個柱間內，一般應設置在房屋兩端或溫度伸縮區(qū)段的兩端的第一個柱間，當房屋兩端以山墻承重時，支撐的位置可縮進第二個柱間。當房屋兩端的橫向水平支撐間距較大時，應酌情在中間的柱間內再增設支撐，支撐間距一般不宜大于60m。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介橫向支撐和柱間支撐一般采用張緊的圓鋼構件，X形交叉布置。圓鋼支撐應采用特制的連接件與梁柱腹板連接，經(jīng)校正定位后張緊固定。圓鋼支撐與剛架構件的連接，一般不設連接板，可直接在剛架構件腹板上靠外側設孔連接，不宜在構件的翼緣上開孔，以免降低剛架構件的承載能力。當圓鋼直徑大于25mm或腹板厚度不大于5mm時，應對支撐孔周圍進行加強。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介圓鋼支撐與剛架的連接宜采用帶槽的專用楔形墊塊，以使螺栓的平墊圈在不同夾角下能與支撐桿件保持垂直。也可在孔的兩側設置弧形的支撐板。圓鋼的端部應設置絲扣，并宜采用花籃螺絲張緊。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介六、屋面板和墻板設置墻板應根據(jù)所受荷載計算其強度和變形。屋面板和墻板可選用建筑外用彩色鍍鋅或鍍鋁鋅壓型鋼板、夾芯壓型復合板和玻璃纖維增強水泥外墻板等輕質材料。一般建筑屋面或墻面宜采用壓型鋼板，其厚度不宜小于0.4mm，具體計算和構造遵照《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》（GB50018-2002）的規(guī)定。墻板的自重宜直接傳給地面。當在屋面板上開設直徑大于300mm的圓洞和單邊長度大于300mm的方洞時，宜根據(jù)計算采用次結構加強。不宜在屋脊上開洞。屋面板上應避免通長大面積開孔（含采光孔），開孔宜分塊均勻布置。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介七、吊車梁簡介直接支承吊車輪壓的受彎構件有吊車梁和吊車桁架，一般設計成簡支結構。吊車梁有型鋼梁、組合工字形梁及箱形截面梁等；吊車桁架常用截面形式為上行式直接支承吊車桁架和上行式間接支承吊車桁架。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介上行式直接支撐吊車桁架上行式間接支撐吊車桁架吊車桁架結構簡圖第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介吊車梁系統(tǒng)一般由吊車梁（吊車桁架）、制動結構、輔助桁架及支撐（水平支撐和垂直支撐）等組成。邊列吊車梁中列吊車梁吊車梁系統(tǒng)構件的組成第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介吊車梁（或吊車桁架）的設計，應首先考慮吊車工作制的影響，一般將吊車工作制分為輕、中、重和特重四級，在進行吊車梁設計時，應根據(jù)工藝提供的資料確定其相應的級別。吊車梁（或吊車桁架）均應滿足強度、穩(wěn)定和容許撓度的要求；對重級工作制吊車梁和重、中級工作制吊車桁架尚應進行疲勞驗算。當進行強度和穩(wěn)定計算時，一般按兩臺最大吊車的最不利組合考慮。進行疲勞驗算時，則按一臺最大吊車考慮（不計動力系數(shù)）。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介八、節(jié)點設計1、連接形式及注意事項門式剛架橫梁與柱連接，可采用端板豎放、端板平放和端板斜放三種形式，橫梁拼接時宜使端板與構件外緣垂直。梁-柱連接與梁-梁連接節(jié)點形式第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介端板連接設計時，應取所受的最大內力，當內力較小時，應按能夠承受不小于被連接截面承載力的一半設計。主剛架構件的連接應采用高強度螺栓。當為端板連接且只受軸向力和彎矩，或剪力小于其實際抗滑移承載力（按抗滑移系數(shù)為0.3計算）時，宜采用高強度承壓型螺栓連接。吊車梁與制動梁的連接可采用高強度摩擦型螺栓連接或焊接。吊車梁與剛架連接處宜設長圓孔。高強度螺栓直徑可根據(jù)需要選用，通常采用M16～M24螺栓。檁條和墻梁與剛架橫梁和柱的連接通常采用M12螺栓。端板連接螺栓應對稱布置。在受拉翼緣和受壓翼緣的內外兩側均應設置，并宜使每個翼緣的螺栓群中心與翼緣的中心重合或接近。為此，應采用將端板伸出截面高度范圍以外的外伸式連接。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介在門式剛架中，受壓翼緣的螺栓不宜少于兩排。當受拉翼緣兩側各設一排螺栓尚不能滿足承載力要求時，可在翼緣內側增設螺栓，其間距可取75mm，且不小于3倍螺栓孔徑；與斜梁端板連接的柱翼緣部分應與端板等厚度。當端板上兩對螺栓間的最大距離大于400mm時，應在端板的中部增設一對螺栓；同時受拉和受剪的螺栓，應驗算螺栓在拉剪共同作用下的強度。螺拴中心至翼緣板表面的距離，應滿足擰緊螺栓時的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不應小于2倍的螺栓孔徑。端板豎放時的構造第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介2、端板厚度t的設計端板的實際應力分布情況由高強螺栓位置和周邊支承方式?jīng)Q定，如圖給出了兩邊支承板件的受力情況。螺栓位置可以根據(jù)螺栓設計結果得到，而支承方式由構件翼緣和腹板提供，必要時通過增加加勁板改進支承條件。連接端板受力模型第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介連接端板中按照支承情況可以分為懸臂類端板區(qū)域、無加勁肋類端板區(qū)域、兩邊支承類端板區(qū)域、三邊支承端板區(qū)域四大類，如圖所示。每類區(qū)域規(guī)范中列出了不同的板厚設計公式。在連接端板設計過程中，要求對每個區(qū)域都進行板厚設計，最后取最大的板厚作為最終結果。端板的支承條件第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介板厚計算公式如下：（1）伸臂類端板（2）無加勁肋類端板（3）兩邊支承類端板當端板外伸時第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介當端板平齊時（4）三邊支承類端板式中：Nt——一個高強度螺栓的受拉承載力設計值；ew、ef——分別為螺栓中心至腹板和翼緣板表面的距離；b、bs——分別為端板和加勁肋板的寬度；a——螺栓間距；f——端板鋼材的抗拉強度設計值。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介3、節(jié)點域設計節(jié)點域是指彎剪共同作用下應力情況比較復雜的節(jié)點區(qū)域。節(jié)點域第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介節(jié)點域板件的過度變形會影響節(jié)點強度，從而降低計算的準確性，對構件強度和結構變形造成不利影響；未經(jīng)加強的節(jié)點域板件在復雜應力下甚至會發(fā)生破壞。一般通過增加節(jié)點域加勁板或額外增加該區(qū)域板件厚度來加強節(jié)點域的承載能力。節(jié)點域強度驗算公式如下：式中：、——分別為節(jié)點域柱腹板的寬度和厚度；

——斜梁端部高度或節(jié)點域高度；M

——節(jié)點承受的彎矩，對多跨剛架中間柱處，應取兩側斜梁端彎矩的代數(shù)和或柱端彎矩；第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介

fv——節(jié)點域鋼材的抗剪強度設計值。當不滿足上述公式要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋。斜加勁肋可采取如上圖所示形式或其它合理形式。4、節(jié)點處翼緣與端板的連接方式剛架構件的翼緣與端板的連接應采用全熔透對接焊縫，腹板與端板的連接應采用角對接組合焊縫或與腹板等強的角焊縫。在端板設置螺栓處，應按下列公式驗算構件腹板的強度：當時；當時第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介式中：Nt2——翼緣內第二排一個螺栓的軸向拉力設計值；P——高強度螺栓的預拉力；——螺栓中心至腹板表面的距離；tw——腹板的厚度；f——腹板鋼材的抗拉強度設計值。當不滿足上述條件時，可設置腹板加勁肋或局部加厚腹板。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介5、門式剛架柱腳變截面柱下端的寬度應根據(jù)具體情況確定，但不宜小于200mm。門式剛架輕型房屋鋼結構的柱腳宜采用平板式鉸接柱腳。當有必要時，也可采用剛性柱腳。門式剛架的柱腳第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介柱腳錨栓宜采用Q235或Q345鋼，并符合錨固長度的要求（見《建筑地基基礎設計規(guī)范》），其端部應按規(guī)定設置彎鉤或錨板；錨栓直徑不宜小于24mm。柱腳錨栓不宜用作承受柱腳底部的水平剪力。此水平剪力應由底板與混凝土之間的摩擦力（摩擦系數(shù)取0.4）或設置抗剪鍵來承受，計算柱腳錨栓的受拉承載力時．應采用螺紋處的有效截面面積。當埋置深度受到限制時，錨栓應牢固地固定在錨板或錨梁上，以傳遞全部拉力，此時錨栓與混凝土間的粘結力不予考慮。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介近年來將鋼柱直接插入混凝土內用二次澆灌層固定的插入式剛接柱腳已經(jīng)在單層工業(yè)廠房中應用，效果良好，并不影響安裝調整。這種柱腳構造簡單、節(jié)約鋼材且安全可靠，也可用于大跨度、有吊車的廠房。6、牛腿（1）牛腿的構造柱上設置牛腿，以支承吊車梁、平臺梁或墻梁。柱為焊接工字形截面，牛腿板件尺寸與柱截面尺寸相協(xié)調，牛腿各部分焊縫由計算確定。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介牛腿的構造節(jié)點（2）牛腿的計算根據(jù)如圖作用于牛腿根部的剪力V、彎矩M為：式中：Pd——吊車梁及軌道重；Dmax——吊車最大輪壓通過吊車梁傳遞給一根柱的最大反力。第五節(jié)輕型門式剛架設計簡介（3）牛腿與柱連接焊縫的構造與計算牛腿上翼緣與柱的連接宜采用焊透的V形對接焊縫；下翼緣和腹板與柱的連接角焊縫的焊腳尺寸由剪力V決定；牛腿下翼緣與柱的連接角焊縫焊腳尺寸由牛腿翼緣傳來的水平力F=M/H決定。具體計算見有關章節(jié)。思考題1、連接端板中按照支承情況可以分為幾種類型？2、什么是節(jié)點域，在設計時如何考慮？3、門式剛架柱腳的形式有哪些？4、柱腳處的水平剪力可否由錨栓承擔，為什么？5、牛腿的作用是什么？第六節(jié)輕型門式剛架設計實例一、主剛架設計實例（一）抗風柱設計和支撐設計1、抗風柱設計跨度18米的兩端山墻封閉單層廠房，檐口標高8米，每側山墻設置兩根抗風柱，形式為實腹工字鋼。山墻墻面板及檁條自重為0.15kN/m2，基本風壓為0.55kN/m2，試設計抗風柱的截面。1）荷載計算墻面恒載值：第六節(jié)輕型門式剛架設計實例風壓高度變化系數(shù)，風壓體型系數(shù)，風壓設計值：單根抗風柱承受的均布線荷載設計值：恒載；風荷載。2）內力分析抗風柱的柱腳和柱頂分別由基礎和屋面支撐提供豎向及水平支承，分析模型如圖所示。可得到構件的最大軸壓力為12.3KN，最大彎矩為46.6KN.m。第六節(jié)輕型門式剛架設計實例抗風柱分析模型3）截面選擇取工字鋼截面為300×200×6×8，繞強軸長細比62，繞弱軸考慮墻面檁條隅撐的支承作用，計算長度取3米，那么繞弱軸的長細比為65，滿足抗風柱的控制長細比限值＝150的要求。強度校核：第六節(jié)輕型門式剛架設計實例穩(wěn)定驗算：撓度驗算：在橫向風荷載作用下，抗風柱的水平撓度為13.6mm小于L/400(20mm)，滿足撓度要求。2、支撐設計跨度18米的兩端山墻封閉單層廠房，檐口標高8米，榀距6米，每側邊柱各設有一道柱間支撐，形式為單層X形交叉支撐。取山墻面的基本風壓0.55kN/m2，試設計支撐形式及截面。第六節(jié)輕型門式剛架設計實例對于單層無吊車普通廠房，支撐采用張緊的圓鋼截面，預張力控制在桿件拉力設計值的10%左右。1）荷載計算風壓高度變化系數(shù)，風壓體型系數(shù)，風壓設計值；單片柱間支撐柱頂風荷載集中力：第六節(jié)輕型門式剛架設計實例2）內力分析如圖的計算模型，考慮張緊的圓鋼只能受拉，故虛線部分退出計算，得到的支撐桿件拉力值；考慮鋼桿的預加張力作用，在拉桿設計中留出20%的余量，桿件拉力設計值柱間支撐分析模型第六節(jié)輕型門式剛架設計實例3）截面選擇桿件凈面積。取的圓鋼，截面積為314mm2。第六節(jié)輕型門式剛架設計實例（二）設計實例1、設計資料門式剛架車間柱網(wǎng)布置：長度60m；柱距6m；跨度18m。剛架檐高：6m；屋面坡度1：10；屋面材料：夾心板；墻面材料：夾心板；天溝：鋼板天溝；基礎混凝土標號為C25，fc=11.9N/mm2；材質選用：Q235-BFf=215N/mm2

fv=125N/mm2。第六節(jié)輕型門式剛架設計實例2、荷載取值恒載：0.2kN/m2（不包括剛架自重）；活載：0.5kN/m2

；雪載：0.2kN/m2；風載：基本風壓W0=0.55kN/m2，地面粗糙度B類，風載體型系數(shù)如圖所示：風載體型系數(shù)示意圖第六節(jié)輕型門式剛架設計實例3、荷載組合1.2恒載+1.4活載1.0恒載+1.4風載1.2恒載+1.4活載+1.4×0.6風載1.2恒載+1.4×0.7活載+1.4風載4、內力計算（1）計算模型計算模型示意圖第六節(jié)輕型門式剛架設計實例（2）工況荷載取用恒載荷載示意圖第六節(jié)輕型門式剛架設計實例活載荷載示意圖第六節(jié)輕型門式剛架設計實例左風荷載示意圖第六節(jié)輕型門式剛架設計實例右風荷載示意圖第六節(jié)輕型門式剛架設計實例單元號截面名稱長度(mm)面積(mm2)繞2軸慣性矩(x104mm4)繞3軸慣性矩(x104mm4)1Z250～450×160×8×105700544070409739745998227282L450×180×8×1090457040974227283L450×180×8×1090457040974227284Z250～450×160×8×10570054407040973974599822728表中：面積和慣性矩的上下行分別指小頭和大頭的值表8-3單元信息表第六節(jié)輕型門式剛架設計實例梁柱截面示意簡圖（3）各工況內力：M圖（單位：kN·m）第六節(jié)輕型門式剛架設計實例N圖（單位：kN）Q圖（單位：