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1、1.3 1.3 刚架设计刚架设计u 荷载及荷载组合荷载及荷载组合u 刚架内力和侧移计算刚架内力和侧移计算 u 刚架柱、梁的设计刚架柱、梁的设计1.1.永久荷载永久荷载 荷载荷载1.3.1 荷载及荷载组合荷载及荷载组合(1)(1)结构自重结构自重估算时可用估算时可用0.450.55kN/m2(2)(2)其它恒载其它恒载包括吊顶、管线、天窗等，按实际情况取用包括吊顶、管线、天窗等，按实际情况取用 （3）屋面雪荷载和积灰荷载：屋面雪荷载和积灰荷载：按按GB50009 采用，考虑增大采用，考虑增大系数和不均匀系数。系数和不均匀系数。2.2.可变荷载可变荷载 （1）屋面活荷载：）屋面活荷载：一般取一般取
2、0.5kN/m2，可取，可取0.3kN/m2（60m2）（2）施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：按实际情）施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：按实际情况取用，不小于况取用，不小于1kN，按最不利位置，按最不利位置（4）吊车荷载）吊车荷载 s风荷载体型系数。风荷载体型系数。（见见CECS102：2002）风荷载标准值计算风荷载标准值计算（5 5）风荷载）风荷载w0基本风压，按基本风压，按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的规定值乘以的规定值乘以1.05采用；采用；z风荷载高度变化系数。高度小于风荷载高度变化系数。高度小于10m时，应按时，应按10m采用；采用；地震作用地震作用3.偶然荷载偶然
3、荷载 （5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。考虑。荷载效应组合原则荷载效应组合原则 （1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；较大值；（2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；时考虑；（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑；其他荷载同时考虑；（4）多台吊车的组合应符合）多台吊车的组合应符合荷载规范荷载规范的规定；的规定；由于
4、由于单层单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重门式刚架轻型房屋钢结构的自重较小，设计经验表明，当抗震设防烈度为较小，设计经验表明，当抗震设防烈度为7 7 度度时，时，一般不需做一般不需做抗震验算；当为抗震验算；当为8 8 度及以上度及以上时，时，横向刚架和纵向框架横向刚架和纵向框架均均需做需做抗震验算。抗震验算。当设有当设有多于一层并与门式刚架相连接的附属建筑时，多于一层并与门式刚架相连接的附属建筑时，应进行抗震验算。应进行抗震验算。（1 1）1.2永久荷载永久荷载0.91.4 积灰荷载积灰荷载max 屋面均布活屋面均布活荷载、雪荷载荷载、雪荷载 0.91.4（风荷载吊车竖向及水平荷载）风荷载吊车竖
5、向及水平荷载）在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：（2 2）1.0永久荷载永久荷载1.4风荷载风荷载 内力计算内力计算（1）计算方法计算方法1.3.2 内力和侧移计算内力和侧移计算 变截面变截面刚架：刚架：弹性分析方法，有限元法弹性分析方法，有限元法等截面等截面刚架：允许采用刚架：允许采用塑性分析方法塑性分析方法蒙皮效应：蒙皮效应：将屋面板视为将屋面板视为沿屋面全长沿屋面全长伸展的深梁，可用来伸展的深梁，可用来承受承受平面内平面内的荷载。面板可视为承受平面内横向剪力的腹的荷载。面板可视为承受平面内横向剪力的腹板，其板，其边缘构件边缘构件可视为翼缘
6、，承受轴向拉力和压力。可视为翼缘，承受轴向拉力和压力。注：一般不考虑蒙皮效应。注：一般不考虑蒙皮效应。横向均布荷载作用下，横向均布荷载作用下，等截面等截面刚架弯矩图刚架弯矩图刚架弯矩图刚架弯矩图刚架计算简图刚架计算简图荷载计算简图荷载计算简图 刚架弯矩图刚架弯矩图q（3）最不利内力最不利内力maxN及相应的及相应的VM、maxM及相应的及相应的VM、minN及相应的及相应的VM、（2）控制截面控制截面梁：梁：梁端、跨中梁端、跨中柱：柱：柱底、柱顶、柱底、柱顶、柱牛腿连接处柱牛腿连接处计算原则计算原则：弹性分析方法弹性分析方法 侧移计算侧移计算 单跨变截面单跨变截面刚架斜梁刚架斜梁i1:5时，时
7、，柱顶水平力柱顶水平力下侧移估算下侧移估算公式（参见公式（参见CECS）柱脚铰接柱脚铰接柱脚刚接柱脚刚接hILIbct刚架柱顶位移设计值的限值刚架柱顶位移设计值的限值 吊车情况吊车情况其它情况其它情况柱顶位移限值柱顶位移限值无吊车无吊车采用轻型钢墙板时采用轻型钢墙板时当采用砌体墙时当采用砌体墙时h/60h/100有桥式吊车有桥式吊车吊车有驾驶室时吊车有驾驶室时吊车由地面操作时吊车由地面操作时h/400h/180（2）把多跨框架中的把多跨框架中的摇摆柱摇摆柱改为上端和梁刚接的改为上端和梁刚接的节点连接形式。节点连接形式。如果最后验算时刚架的如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，侧移不满足要求，即需
8、要即需要采用下列措施之一进行调整：采用下列措施之一进行调整：（3）放大柱或梁的截面尺寸；放大柱或梁的截面尺寸；（1）改铰接柱脚为刚接柱脚；改铰接柱脚为刚接柱脚；翼缘厚度翼缘厚度t：6mm，以，以2 mm为模数为模数 刚架截面尺寸粗估刚架截面尺寸粗估 1.3.3 构件设计构件设计截面高度截面高度h：以以10mm为模数为模数截面宽度：截面宽度：以以5mm为模数，（多数也取为模数，（多数也取10mm）腹板厚度腹板厚度tw：4mm，6mm，8mm等，以等，以2 mm为模数，为模数，（2 2）变截面刚架：）变截面刚架：横梁横梁h0min250mm，柱底，柱底h0min300mm，柱顶柱顶取取h1max（
9、23）h1min。通常取通常取h/b25，承受桥式吊车荷载的柱子宜取小值，梁，承受桥式吊车荷载的柱子宜取小值，梁端与柱的连接为侧接（端板竖放）时，该处梁端可取端与柱的连接为侧接（端板竖放）时，该处梁端可取h/b6.5详见相关设详见相关设计手册计手册刚架横梁截面高度刚架横梁截面高度（1）等截面刚架：）等截面刚架：可按跨度的可按跨度的1/301/40（实腹梁）或（实腹梁）或1/151/25（格构梁）确定，且不应小于（格构梁）确定，且不应小于200mm（无吊车）或（无吊车）或250mm（有吊车）。刚架柱截面高度可按与梁相同采用。（有吊车）。刚架柱截面高度可按与梁相同采用。工字形截面高宽比（工字形截面
10、高宽比（h/b）yftb235151ywwfth235250板件宽厚比和腹板屈曲后强度板件宽厚比和腹板屈曲后强度截面尺寸截面尺寸1.1.板件宽厚比限值板件宽厚比限值翼缘板翼缘板腹板腹板2.2.腹板屈曲后强度利用腹板屈曲后强度利用 允许腹板屈曲，并利用屈曲后强度。允许腹板屈曲，并利用屈曲后强度。3.3.腹板的有效宽度腹板的有效宽度wehh（1）全部受压）全部受压（2）部分受压）部分受压受压区受压区有效宽度有效宽度为：为：cehhhe：腹板受压区有效宽度；：腹板受压区有效宽度；：有效宽度系数：有效宽度系数hc:腹板受压区高度。腹板受压区高度。有效宽度系数有效宽度系数计算公式：计算公式：p与板件受弯
11、、受压有关的系数与板件受弯、受压有关的系数板件在正应力作用下的屈曲系数板件在正应力作用下的屈曲系数K1211腹板边缘正应力比值腹板边缘正应力比值（压（压“”，拉，拉“-”）腹板有效宽度腹板有效宽度he分布规则分布规则0121)5/(2eeeeehhhhh0eeeehhhh6.04.021当当 时时 当截面为双轴对称时当截面为双轴对称时215.01dfefVVMMMMddVVV5.0dVV5.0eMM fthAMwff4.4.考虑屈曲后强度考虑屈曲后强度工字形截面受弯构件工字形截面受弯构件强度强度（1）在在剪力剪力V和和弯矩弯矩M共同作用下共同作用下腹板抗剪承载力设计值腹板抗剪承载力设计值（P1
12、1）eM构件有效截面所承担的弯矩构件有效截面所承担的弯矩fWMee当当 时时当当 时时dVV5.0ddVVV5.0NeMM eeeNeANWMM215.01dNfNeNfVVMMMMANfthAMwfNf（2）在）在剪力剪力V、弯矩弯矩M和和轴力轴力N共同作用下：共同作用下：当截面为双轴对称时当截面为双轴对称时梁腹板加劲肋的配置梁腹板加劲肋的配置规程规程规定规定,当当利用腹板屈曲后抗剪强度利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋时，横向加劲肋间距间距a宜取宜取hw2hw。变截面柱整体稳定变截面柱整体稳定1.刚架平面内稳定刚架平面内稳定0N小头小头的轴向压力设计值；的轴向压力设计值；1M大头大头的弯
13、矩设计值；的弯矩设计值；注：注：Mmax不出现在大头时，不出现在大头时，和和 分别取分别取Mmax和和该处有效截面模量该处有效截面模量0eA小头小头的的有效有效截面面积；截面面积；01eW大头大头有效有效截面截面最大受压纤维最大受压纤维的截面模量；的截面模量；x杆件杆件轴心受压轴心受压整体稳定系数，整体稳定系数，0ihmx等效弯矩系数，取等效弯矩系数，取1.00ExN参数参数1M1eWhh02.变截面变截面柱在刚架柱在刚架平面内平面内的计算长度的计算长度计算长度系数，确定方法如下：计算长度系数，确定方法如下：（1）查表法查表法hIKc11sIKb202柱脚柱脚铰接铰接对称对称刚架楔形柱刚架楔形
14、柱 柱、梁线刚度柱、梁线刚度K1和和K2：coI1cI分别为柱分别为柱小头小头和和大头大头的截面惯性矩；的截面惯性矩；hh0单跨：单跨：多跨带摇摆柱的多跨带摇摆柱的边柱边柱：0bIs梁最小截面的惯性矩；梁最小截面的惯性矩；半跨斜梁长度，计算边柱时见下图半跨斜梁长度，计算边柱时见下图lb；斜梁斜梁换算长度系数，等截面梁取换算长度系数，等截面梁取1.0 计算边柱时的斜梁长度计算边柱时的斜梁长度（2）一阶分析法）一阶分析法框架柱的临界荷载或计算长度由侧移刚度得出。框架柱的临界荷载或计算长度由侧移刚度得出。侧移刚度侧移刚度K：uHK 可由可由P19公式计算：公式计算：一阶分析时的柱顶位移一阶分析时的柱
15、顶位移（3）二阶分析法二阶分析法柱小头和大头的截面高度柱小头和大头的截面高度0d1d构件的楔率；构件的楔率；)0775.01(08.0375.012101dd 变截面构件的楔率变截面构件的楔率 0268.0dh及及6.02.刚架平面外刚架平面外分段分段按公式计算：按公式计算：t 等效弯矩系数等效弯矩系数对一端弯矩为零的区段对一端弯矩为零的区段200)(75.01ExExtNNNN 两端两端弯曲应力弯曲应力基本相等的区段基本相等的区段1 t yywsxybfhtWhA2354.443202000400020 b均匀弯曲均匀弯曲楔形楔形受弯构件的整体稳定系数，受弯构件的整体稳定系数，对双轴对称的工
16、字形截面杆件：对双轴对称的工字形截面杆件：00ysyil fsAlh0023.01 000385.01ywil 0yi 受压受压翼缘与翼缘与受压区腹板受压区腹板1/3高度组成的截面绕高度组成的截面绕y轴轴的回转半径的回转半径l楔形构件楔形构件计算区段计算区段的的平面外平面外计算长度计算长度注：注：时，时，6.0 b0.1282.007.1 bb关于关于iy0按两端铰接轴心受压构件设计。按两端铰接轴心受压构件设计。摇摆柱计算摇摆柱计算1.斜梁设计斜梁设计斜梁和隅撑的设计斜梁和隅撑的设计（1）压弯构件）压弯构件：面内强度、面外整体稳定面内强度、面外整体稳定（2）侧向支撑点间最大长度）侧向支撑点间最大长度 ，斜梁斜梁受压翼缘宽度，受压翼缘宽度，不需验算整体稳定不需验算整体稳定fybf23516fb1）折算应力折算应力2）补充验算补充验算 斜梁上翼缘承受斜梁上翼缘承受集中荷载处集中荷载处不设横向加劲肋时不设横向加劲肋时（3）上翼缘集中荷载处验算）上翼缘集中荷载处验算 F上翼缘所受的集中荷载上翼缘所受的集中荷载tf、tw斜梁翼缘和腹板的厚度斜梁翼缘和腹板的厚度参数，参数，在斜梁负弯矩区，在斜梁负
