jG2011年门式刚架轻钢设计培训二.ppt
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1、门式刚架轻钢结构设计技术北京士兴钢结构有限公司 汪小鹏,0.引言1.门式刚架轻钢结构技术概述1.1 钢结构建筑在我国的发展情况,1.2 门式刚架轻钢房屋的技术特点1.2.1 门式刚架轻型房屋钢结构组成(1)主刚架系统:梁和柱+支撑 吊车梁系统:吊车梁+制动结构(2)次结构系统:檩条和墙梁+拉条(3)围护结构:屋面板和墙面板+各种泛水、包边板,1.2.2 主刚架系统:(1)平面受力体系,仅承受平面内各种荷载,(2)支撑体系解决刚架平面外的荷载及刚度(3)主刚架支承次结构传来的荷载,但同时次结构反过来对主刚架提供侧向支撑作用以解决其稳定问题。传力路径分析:山墙上的风荷载是如何传递的?,1.2.3
2、次结构系统次结构指屋面檩条和墙梁,它们支承围护板传来的荷载,但同时围护板反过来对次结构提供侧向支撑作用以提高其稳定;次结构受主刚架支承,但同时对主刚架提供侧向支撑作用解决其稳定问题。,1.2.4 围护板系统 围护板承受风、雨、雪、施工等荷载,受到次结构支承,但反过来约束次结构提高了次结构的稳定。这三大结构系统组成一个完整的全钢结构体系,它们之间的相互支持、约束关系,使得这种结构体系可以得到非常经济合理的结构形式,得到极为广泛的应用。,1.2.5 与普通钢结构相比的技术特点:(1)结构自重轻,上拨风吸力大于屋盖自重,需考虑风吸力作用下的工况(2)地震力一般不控制设计,使结构能够做得轻巧细长(3)
3、围护板之蒙皮效应作用,使结构具有良好的空间效果,2.门式刚架轻钢结构设计基本理念2.1门式刚架的使用范围:1、主要承重结构:单跨或多跨实腹门式刚架;2、具有轻型屋盖和轻型外墙;3、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1A5工作级别吊车或5t悬挂吊起重机(3t);4、刚架单跨跨度不大于36m,檐口高度不大于18m,柱距不大于12m;5、门式刚架房屋的外墙也可以为砌体,相关要求见CECS102 第4.4.3条6、由于构件截面较薄,不适于有强侵蚀介质的环境。钢结构应进行哪些方面的计算?,2.2 强度设计概念(1)线弹性理论概念(2)钢材弹塑性的重要性(3)动荷载作用下的疲劳强度,2.3 构件整体稳定
4、设计概念2.3.1 弯扭失稳的物理意义,2.3.2 提高构件整体稳定的措施,(1)加宽受压翼缘,(2)加侧向支撑,侧向支撑需满足受力条件(包括稳定条件):,侧向支撑需满足刚度条件:弹性支座刚度,2.3.3.整体稳定计算要点(1)稳定曲线的意义稳定系数的概念:稳定系数与长细比有一一对应关系。,(2)计算稳定的关键是解决计算长度问题对于杆件系统,基本以支撑节点间距作为计算长度;对于刚架系统,判断有无侧移非常重要:强支撑(无侧移)、弱支撑、无支撑(有侧移);钢结构设计规范附录D,计算长度是一个相对的概念:当某柱轴压力大,受到无轴压力的柱子支持时,稳定性增加,意味计算长度要减少;反之,无轴压力的柱子支
5、持其他有轴压力柱子时,稳定性减少,意味计算长度要增加。有兴趣可比较一下钢规与门规的计算长度区别;,(3)压弯构件的稳定计算:平面内:平面外:大头与小头问题,除Mx 和Wex 用大头外,其余的计算全部按小头(包括 b);问:屋面斜梁需要计算平面内稳定吗?,2.4 局部稳定设计概念2.4.1 局部失稳的物理意义,2.4.2 提高局部稳定的办法(1)减小高厚比,宽厚比:加厚板件用钢量增加;(2)设横向加劲肋:针对什么情况?(3)设纵向加劲肋:针对什么情况?,2.4.3 局部稳定计算构造措施与计算结合问:如何理解开根号的意义?用Q235 的钢材能否用Q345替换?,局部稳定曲线,2.4.4 屈曲后强度
6、利用:(1)全张拉应力场 利用加劲肋和梁翼缘的刚度,(2)有效截面设计方法,2.5 刚度条件设计概念2.5.1 为使用状况考虑的刚度条件控制构件的变形注意用钢量问题2.5.2 为稳定考虑的刚度条件:(1)整体刚架:P-效应问题;(2)支撑的刚度:保证对被支撑构件提供稳定(3)构件刚度:关于控制压杆的长细比问题,3.门式刚架轻钢结构实用设计 方法及其问题讨论3.1 初步确定设计方案(1)根据建筑设计图确定柱网布置:跨度、柱距和建筑高度。(2)根据以下原则确定柱底是刚接或铰接 吊车吨位是否超过5吨 檐口高度是否超过10m 是否有夹层,3.2 主刚架设计3.2.1 主刚架斜梁的平面外计算长度(1)按
7、隅撑作为斜梁平面外支撑点存在的问题(相对刚度问题):,CECS102的规定:隅撑的间距作为受压翼缘平面外的计算长度隅撑-檩条体系的临界弯矩钢结构平面外稳定,纯弯梁的临界弯矩:当,隅撑可作为斜梁平面外的支撑点。,(2)实用的设计方法:以斜梁受压翼缘面积不大于Ac=3000mm2(Q345),斜梁受压翼缘面积不大于Ac=3600mm2(Q235)为界判断其平面外计算长度;(3)当斜梁受压翼缘较大时,考虑到实际结构存在的初始缺陷,可以以隅撑间距乘以一个大于1的修正系数作为斜梁的平面外计算长度。,3.2.2 钢混凝土组合楼盖梁的设计(1)次梁的设计要点 简支梁,抗剪栓钉,(2)主梁的设计要点 固端梁,
8、在端头混凝土受拉开裂弯矩释放,是否考虑按组合梁设计?(3)楼面混凝土沿主梁的开裂问题,3.2.3 门式刚架的刚度设计(1)刚度条件对用钢量的影响(2)确定柱底刚接与铰接的3个主要因素:当出现吊车吨位5吨以上、有夹层、檐高10 米以 上三种情况之一时,需考虑柱底刚接。(3)带吊车的刚架侧移限制:空操:h/400 地操:h/180(轻中)及h/400(重)(4)屋面梁的挠度限制(5)楼层(夹层)梁的挠度限制(6)应根据墙体结构考虑刚架柱顶位移限制条件:砌体墙:h/100,轻型刚墙板h/60(7)柱子长细比限值:带吊车的上柱计算长度,钢结构设计规范中关于柱的计算长度未考虑横梁的影响。,(8)设置纵向
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