1、第三章第三章 轻钢结构设计轻钢结构设计2本章目录本章目录轻型钢屋架设计轻型钢屋架设计3.2钢管钢屋架设计钢管钢屋架设计3.3门式刚架结构设计门式刚架结构设计3.4金属拱形波纹屋盖金属拱形波纹屋盖3.5轻钢结构常用建筑材料轻钢结构常用建筑材料3.1设计实例设计实例3.63l 什么是轻型钢结构：什么是轻型钢结构：构件特征构件特征：以热轧轻型型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、冷弯薄壁型以热轧轻型型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢以及薄柔截面构件等作为主要受力构件。（钢以及薄柔截面构件等作为主要受力构件。（薄柔截面构件：薄柔截面构件：板件宽板件宽厚比超过达到屈服强度所规定的宽厚比限值）厚比超过达到
2、屈服强度所规定的宽厚比限值）体系代表：体系代表：轻型框架体系、交错桁架体系、轻型框架体系、交错桁架体系、门式刚架体系门式刚架体系、低层龙骨、低层龙骨体系体系（低层：（低层： 3层，层，12m；多层：多层： 9层，层，28m ；其他高度：其他高度：参考）参考）两个优先：两个优先： 应优先采用定型的和标准化的构件以及标准化的节点型式；应优先采用定型的和标准化的构件以及标准化的节点型式； 优先采用与轻型钢结构相适应或相配套的各种建筑材料。优先采用与轻型钢结构相适应或相配套的各种建筑材料。l 为什么要发展为什么要发展轻型钢结构：轻型钢结构：节材、节能、减排、节材、节能、减排、可循环、可循环、提升工业化
3、提升工业化可持续发展可持续发展456789n 主要承重骨架主要承重骨架门式刚架；门式刚架； n 檩条、墙梁檩条、墙梁冷弯薄壁型钢；冷弯薄壁型钢； n 屋面、墙面屋面、墙面压型金属板、彩钢夹芯板；压型金属板、彩钢夹芯板； n 屋面及墙面保温芯材屋面及墙面保温芯材聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等；聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等； n 支撑支撑屋面支撑、柱间支撑。屋面支撑、柱间支撑。103.4.5 节点构造节点构造113.4.4 杆件截面选择杆件截面选择本节目录本节目录3.4.2 结构形式及有有关要求结构形式及有有关要求3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围3.4.3 内力及侧移
4、计算内力及侧移计算3.4 3.4 门式刚架结构设计门式刚架结构设计12n 定义定义 轻型门式刚架结构，专指主要承重结构为单跨或多轻型门式刚架结构，专指主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于吊车或有起重量不大于200kN的的A1A5工作级别桥式吊工作级别桥式吊车或车或30kN悬挂式起重机的单层房屋钢结构。悬挂式起重机的单层房屋钢结构。3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围13n 1 1）采用）采用轻钢屋面轻钢屋面，可减小梁柱截面及基础尺寸。，可减小梁柱截面及基础尺寸。3.4.1 3.4.
5、1 特点和适用范围特点和适用范围设计特点设计特点 1.1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。高度，建筑造型美观。 2.2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。安装提供了有利条件。 3.3.刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/101/5-1/10，是一种经济可靠的结，是一种经济可靠的结构形式。构形式。1415 压型钢板特点：压型钢板特点： 自重轻自重
6、轻、强度高强度高、刚度较大刚度较大、抗震性能较好、抗震性能较好、施工安装方便施工安装方便，易于维护，易于维护更新，便于商品化、工业化生产的特点。更新，便于商品化、工业化生产的特点。 具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调以及灵活的组合方式，是一种具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调以及灵活的组合方式，是一种较为较为理想围护结构用材理想围护结构用材。3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围 压型钢板压型钢板是将薄钢板是将薄钢板( (彩色薄钢板）经辊压冷弯成彩色薄钢板）经辊压冷弯成V V型、型、U U型、型、W W型等类似型等类似形状，用于建筑屋面、墙面和楼板的建筑材料。形状，用于建筑屋
7、面、墙面和楼板的建筑材料。 由基材、镀层和涂层三部分组成由基材、镀层和涂层三部分组成 基材：基材：由板厚度为由板厚度为0.5mm0.5mm2.0mm2.0mm的薄钢板经辊压冷弯成型。的薄钢板经辊压冷弯成型。 镀层：镀层：热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。 涂层：涂层：聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。16171819n压型钢板的压型钢板的表示方法表示方法：YXYX波高波距有效覆盖宽度波高波距有效覆盖宽度。n如如YX15-380-760YX15-380-760即表示：即表示： 波高为波高为15mm15mm、波距为、波距为
8、380mm380mm、板的有效覆盖宽度为、板的有效覆盖宽度为760mm760mm的板型。的板型。20211522 压型钢板根据波高的不同，一般分为压型钢板根据波高的不同，一般分为低波板低波板( (波高波高30mm)70mm)70mm)。波高越高，截。波高越高，截面的抗弯刚度就越大，承受的荷载也就越大。面的抗弯刚度就越大，承受的荷载也就越大。 屋面板屋面板一般选用中波板和高波板，中波在实际采用的最多。一般选用中波板和高波板，中波在实际采用的最多。 墙板墙板常采用低波板。因高波板、中波板的装饰效果较差，一般常采用低波板。因高波板、中波板的装饰效果较差，一般不在墙板中采用。不在墙板中采用。23242
9、5l为提高压型钢板的保温、隔热性，可采用聚苯乙烯与两层压型为提高压型钢板的保温、隔热性，可采用聚苯乙烯与两层压型钢板复合制成的夹心板，如钢板复合制成的夹心板，如EPS(expanded polystyrene)板等。板等。26n 2 2）当跨度较大时可在跨中增设中间柱做成一个屋脊的）当跨度较大时可在跨中增设中间柱做成一个屋脊的多跨大双多跨大双坡屋面坡屋面，避免内天沟排水。中间柱可采用上下铰接，避免内天沟排水。中间柱可采用上下铰接摇摆柱摇摆柱，占空，占空间小；间小；3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围设计特点设计特点27n 3 3）刚架侧向刚度可藉）刚架侧向刚度可藉檩条檩条和墙梁
10、的和墙梁的隅撑隅撑保证，以减少纵向刚性保证，以减少纵向刚性构件和减小翼缘宽度；构件和减小翼缘宽度；3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围设计特点设计特点28n 4 4）跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的）跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变变截面截面；3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围设计特点设计特点n 柱和梁采用变截面形式时，截面形状柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好与内力图形附合较好，受力合理、，受力合理、节省材料。节省材料。n 变截面刚架在变截面刚架在构造连接及加工构造连接及加工制造方面不如等截面方便。制造方
11、面不如等截面方便。2930n 5 5）刚架的腹板允许其部分失稳，利用其）刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后强度屈曲后强度，即按有效，即按有效宽度设计，可减小腹板厚度，不设或少设横向加劲肋；宽度设计，可减小腹板厚度，不设或少设横向加劲肋；n 6 6）竖向荷载通常是设计的控制荷载，）竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作地震作用一般不起控制作用用。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视；。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视；n 7) 7) 屋面坡度：屋面坡度：1/101/20。3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围设计特点设计特点31n 8
12、8）为使）为使支撑支撑做得轻便，可采用做得轻便，可采用张紧的圆钢张紧的圆钢；3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围设计特点设计特点32n 我国门式刚架设计规程：我国门式刚架设计规程：门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程( (CECS102:2002) )n 应用范围应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。活动房屋、加层建筑等。n 应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构 建筑物竣工。建筑物竣工。3.4.1 3.4.1 特点和适用
13、范围特点和适用范围应用情况应用情况33n 门式刚架通常用于跨度门式刚架通常用于跨度936m、柱距、柱距69 m、柱高柱高4.512m；n 没有没有吊车或设有吊车或设有中、轻级中、轻级工作制吊车的厂房。工作制吊车的厂房。n 当厂房横向跨度不超过当厂房横向跨度不超过15m15m，柱高不超过，柱高不超过6m6m时，屋面刚架梁宜采用时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m15m，柱高超过，柱高超过6m6m时，宜采时，宜采用变截面刚架形式。用变截面刚架形式。3.4.1 3.4.1 特点和适用范围特点和适用范围适用范围适用范围3435单跨双坡单跨双坡双
14、跨双坡双跨双坡多跨双坡多跨双坡带毗屋刚架带毗屋刚架带挑檐刚架带挑檐刚架单坡屋盖单坡屋盖n 单层刚架单层刚架结构：分为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。根据需要结构：分为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。根据需要，可带挑檐或毗屋。根据通风、采光的需要，这种刚架厂房可设置通风，可带挑檐或毗屋。根据通风、采光的需要，这种刚架厂房可设置通风口、采光带和天窗架等。中柱可采用口、采光带和天窗架等。中柱可采用摇摆柱摇摆柱。3.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求1. 结构形式结构形式36框架柱框架梁刚接铰接排架n 铰接柱脚铰接柱脚：基础处理简便，节省柱脚用钢；缺点：刚度差；：基础处理
15、简便，节省柱脚用钢；缺点：刚度差；n 刚接柱脚刚接柱脚：高度大，吊车重时，采用；：高度大，吊车重时，采用；n 排架排架：轻型门式刚架基本不用（重型厂房用）。：轻型门式刚架基本不用（重型厂房用）。n 跨度跨度：应取横向刚架柱轴线间的距离。宜为：应取横向刚架柱轴线间的距离。宜为936m，以，以3m为模数；为模数；n 柱距柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取，宜取6m、7.5m、或、或9m；n 高度高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高度，宜取：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高度，宜取4.5-9m，必要时可适当放大，必要时可适当放大;n 挑
16、檐长度挑檐长度：根据使用要求确定，宜为根据使用要求确定，宜为0.51.2m。 373.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求2. 建筑尺寸建筑尺寸柱网38393.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置n （1 1）温度区段长度）温度区段长度：纵向温度区段：纵向温度区段300m 横向温度区段横向温度区段150mn 当需要设置当需要设置伸缩缝伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱双柱。n 吊车梁与柱的连接
17、处也沿纵向采用吊车梁与柱的连接处也沿纵向采用长圆孔长圆孔。403.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置n （2 2）结构构件布置）结构构件布置n 在多跨刚架局部在多跨刚架局部抽掉抽掉中间柱或边柱处，可布置中间柱或边柱处，可布置托架梁托架梁或或托架托架。n 屋面檩条屋面檩条的形式和布置，应考虑的形式和布置，应考虑天窗天窗、通风屋脊通风屋脊、采光带采光带、屋屋面材料面材料和和檩条供货规格檩条供货规格等因素的影响；屋面压型钢板的板型、等因素的影响；屋面压型钢板的板型、厚度与檩条间距和屋面荷载有关，应根据计算确定。厚度与檩条间距和屋面荷载有关，应根据计
18、算确定。413.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置42433.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置n （3 3）墙架布置）墙架布置n 山墙山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及其支撑组成的山墙墙架，处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或直接采用门式刚架。或直接采用门式刚架。n 门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时，门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型
19、及规格而定。n 当抗震设防烈度不高于当抗震设防烈度不高于6 6度时，房屋的外墙可采用轻质板墙或砌度时，房屋的外墙可采用轻质板墙或砌体；当为体；当为7 7度、度、8 8度时，不宜采用嵌砌砌体；度时，不宜采用嵌砌砌体；9 9度时宜采用轻质钢度时宜采用轻质钢板墙或与柱柔性连接的轻质墙板。板墙或与柱柔性连接的轻质墙板。44抗风柱框架柱檩条节点及屋面支撑节点山墙支撑墙梁n 抗风柱的双重作用：抗风柱的双重作用：传递墙面风荷载（法向）；传递围护材料重力荷载传递墙面风荷载（法向）；传递围护材料重力荷载n 山墙支撑作用：山墙支撑作用：抗风柱稳定性；山墙面提供结构体系抗侧刚度。抗风柱稳定性；山墙面提供结构体系抗侧
20、刚度。453.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求46l为了延长压型钢板的使用寿命，防止硬物撞击，一般在地面以上为了延长压型钢板的使用寿命，防止硬物撞击，一般在地面以上0.91.0m的范围内砌筑砌体结构墙体。的范围内砌筑砌体结构墙体。3.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求473.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置n （4 4）支撑体系）支撑体系屋面水平支撑屋面水平支撑n 在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体
21、系空间稳定结构的支撑体系。n 端部横向水平支撑端部横向水平支撑宜设在温度区段端部的第一个或第二个开间。宜设在温度区段端部的第一个或第二个开间。当设置在第二个开间时，在第一开间的相应位置宜设置当设置在第二个开间时，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆刚性系杆。n 刚架转折处（如柱顶和屋脊）宜设置通长的刚架转折处（如柱顶和屋脊）宜设置通长的刚性系杆刚性系杆。483.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置 柔性系杆 支撑 柔性系杆 支撑 刚性系杆 支撑 系杆 框架梁 支撑49刚架梁檩条兼做系杆的檩条或专设系杆张紧的圆钢作为斜杆刚架梁n 框架梁框架梁弦杆；
22、弦杆；n 斜向圆钢斜向圆钢斜腹杆；斜腹杆；n 檩条或系杆檩条或系杆竖腹杆；竖腹杆；n 刚性系杆刚性系杆与与“桁架桁架”结点相连，可传递压力的檩条或系杆；结点相连，可传递压力的檩条或系杆；n 柔性系杆柔性系杆与与“桁架桁架”结点相连，只传递拉力的系杆；结点相连，只传递拉力的系杆；n 圆钢支撑要张紧，受拉不受压，是柔性系杆。圆钢支撑要张紧，受拉不受压，是柔性系杆。503.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求n 门式刚架结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉门式刚架结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢圆钢组成。圆钢与组成。圆钢与构件的夹角应在构件的夹角应在3060范围内。圆钢端部都应由
23、丝扣，校正范围内。圆钢端部都应由丝扣，校正定位后将拉条张紧固定。定位后将拉条张紧固定。51隅撑专用撑杆（系杆）轴向刚度应大于檩条檩条(可兼做撑杆)刚架梁支撑 节点板523.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置n 柱间支撑的间距柱间支撑的间距：无吊车时宜取：无吊车时宜取3045m；有吊车时宜设在温度；有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于于60m。 n 房屋高度较大时，房屋高度较大时，柱间支撑柱间支撑要要分层设置分层设置。n 在设置柱间支撑的开间应同时设
24、置屋盖横向支撑以组成几何不变在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变体系。体系。53框架柱柱间支撑吊车梁n 框架柱；框架柱；n 斜向杆：（单、双）槽钢，（单、双）角钢（刚性支撑）或圆钢（柔性支撑）；斜向杆：（单、双）槽钢，（单、双）角钢（刚性支撑）或圆钢（柔性支撑）；n 吊车梁；吊车梁；n 纵向系杆（墙梁或专用杆件）。纵向系杆（墙梁或专用杆件）。5455n 纵向框架纵向框架n （1 1）基本构成：）基本构成：柱、吊车梁、纵向支撑（墙梁天沟）、柱间支撑柱、吊车梁、纵向支撑（墙梁天沟）、柱间支撑n （2 2）计算模式：）计算模式：铰接体系铰接体系56573.4.2 3.4.2 结构
25、形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置583.4.2 3.4.2 结构形式及有关要求结构形式及有关要求3. 结构平面布置结构平面布置593.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算荷载荷载n 永久荷载永久荷载D：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。自重等。 n围护材料的轻量化是实现结构轻量化的关键之一。围护材料的轻量化是实现结构轻量化的关键之一。603.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计
26、算荷载荷载n 可变荷载可变荷载：屋面活荷载屋面活荷载L。当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活。当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载标准值（按水平投影面积计算）应取荷载标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2；对受荷水平；对受荷水平投影面积超过投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取准值可取0.3kN/m2。613.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算荷载荷载屋面雪荷载屋面雪荷载S和积灰荷载和积灰荷载A。屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规
27、范的规定采用。积灰荷载一般出现在重型的规定采用。积灰荷载一般出现在重型厂房中。厂房中。不利积雪：全跨积雪，半跨积雪，局部积雪多坡屋面积雪雨蓬顶积雪阴角堆雪屋顶滑雪堆雪623.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算荷载荷载吊车荷载吊车荷载C。起重机荷载包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载，起重机荷载包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载，按照按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的规定采用。的规定采用。左刹右刹Pmax 柱子最大 轴压位置吊车梁最大弯矩位置(a)(b)minP633.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算荷载荷载吊车荷载吊车荷载C643.4.3 3.4.3 内力及侧移计算
28、内力及侧移计算荷载荷载风荷载。风荷载。由于（轻钢）门式刚架这类轻型房屋钢结构，其屋面坡度一由于（轻钢）门式刚架这类轻型房屋钢结构，其屋面坡度一般较小，高度也较低（属低层房屋体系），故其风荷载的计算不能完全般较小，高度也较低（属低层房屋体系），故其风荷载的计算不能完全按照按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（主要为风荷载体型系数主要为风荷载体型系数），若按其计算门），若按其计算门式刚架的风荷载则会引起结构在大多数情况偏于不安全，甚至严重不安式刚架的风荷载则会引起结构在大多数情况偏于不安全，甚至严重不安全。因此，全。因此，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程对风荷载的计算制
29、定对风荷载的计算制定了如下的规定了如下的规定 ksz0ww kw0w风荷载标准值风荷载标准值（kN/m2） 基本风压基本风压，建筑结构荷载规范，按50年一遇，特殊另议z风荷载高度变化系数风荷载高度变化系数，按建筑结构荷载规范规定采用； s风荷载体型系数风荷载体型系数（考虑内、外风压最大值的组合，且含阵风系数）， 见门式刚架轻型房屋钢结构技术规程。65刚架的风荷载体型系数建筑类型分区端区中间区1E2E3E4E5E6E123456封闭式+0.50-1.40-0.80-0.70+0.90-0.30+0.25-1.00-0.65-0.55+0.65-0.15部分封闭式+0.10-1.80-1.20-1
30、.10+1.00-0.20-0.15-1.40-1.05-0.95+0.75-0.05刚架的风荷载体型系数分区 3.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算n 区分房屋的区分房屋的端部和中部端部和中部（端部荷载较大）；（端部荷载较大）；n 区分区分承重承重构件和构件和围护围护构件（围护构件较大）；构件（围护构件较大）；n 区分房屋是区分房屋是封闭封闭的还是的还是开口开口的；的；n 总体荷载和局部荷载系数都大于总体荷载和局部荷载系数都大于GB50009GB50009。663.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算荷载荷载地震作用地震作用E。n 建造在抗震设防区的工业厂房应考虑地
31、震作用。建造在抗震设防区的工业厂房应考虑地震作用。n 根据现行国家标准根据现行国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011的规定，按的规定，按小震小震烈度进行的计算对比表明，在我国抗震设防规定的烈度进行的计算对比表明，在我国抗震设防规定的8 8度及度及8 8度以下的地区，大部分轻型单层工业厂房结构设计中地震作用度以下的地区，大部分轻型单层工业厂房结构设计中地震作用都不是控制因素，这是由于轻型厂房的质量较小，地震引起的都不是控制因素，这是由于轻型厂房的质量较小，地震引起的惯性力较小的缘故。惯性力较小的缘故。n 轻型厂房钢结构构件本身的延性较差，在轻型厂房钢结构构件本身的延性较差，在大震
32、大震烈度时的结构抗烈度时的结构抗震设计要点还需进一步研究。震设计要点还需进一步研究。n 本章暂不涉及轻型厂房的抗震设计。本章暂不涉及轻型厂房的抗震设计。673.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算荷载组合荷载组合n 基本特点：非恒荷载将起主要作用（基本特点：非恒荷载将起主要作用（“轻轻”的特点）。的特点）。D ：恒载L：屋面活载；S：雪荷载；C：吊车荷载；W：风荷载683.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算1. 内力计算内力计算n 对变截面门式刚架，应采用对变截面门式刚架，应采用弹性分析方法弹性分析方法确定各种内力。一般确定各种内力。一般不考虑应力蒙皮效应。不考虑应力
33、蒙皮效应。n 内力分析按内力分析按平面结构平面结构考虑，采用一般结构力学方法或利用静力考虑，采用一般结构力学方法或利用静力计算公式或图表进行计算。计算公式或图表进行计算。n 可采用可采用有限元法有限元法（直接刚度法）计算，计算时宜将构件分为若（直接刚度法）计算，计算时宜将构件分为若干段，每段的几何特征可视为常量，也可采用楔形单元。干段，每段的几何特征可视为常量，也可采用楔形单元。n 如需考虑地震作用效应时，可采用底部剪力法确定如需考虑地震作用效应时，可采用底部剪力法确定。69P/2P平面变形状态空间作用状态PPPPPPP/2平面变形状态空间作用状态Fn 当设有纵向水平支撑时，当设有纵向水平支撑
34、时，纵向水平纵向水平支撑支撑的作用。的作用。n 但门式刚架中往往不设纵向水平支但门式刚架中往往不设纵向水平支撑，此时空间作用需要依靠撑，此时空间作用需要依靠屋面结屋面结构构（屋面压型钢板、檩条系统）的（屋面压型钢板、檩条系统）的面内刚度面内刚度。n 现行技术规程不考虑空间作用，总现行技术规程不考虑空间作用，总体而言是偏于有利的考虑。体而言是偏于有利的考虑。P/2P平面变形状态空间作用状态PPPPPPP/23.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算空间作用的影响空间作用的影响703.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算2. 侧移计算侧移计算横向风荷载作用下的刚架侧移柱脚柱脚
35、刚接刚接刚架刚架ttc3262312EIHhu柱脚柱脚铰接铰接刚架刚架)2(12tc3EIHhuH刚架柱顶等效水平力；刚架柱顶等效水平力；刚架柱与刚架梁的线刚度比值。刚架柱与刚架梁的线刚度比值。t 0.67HW0.45HW14WhwFussHL4w1Hh713.4.3 3.4.3 内力及侧移计算内力及侧移计算2. 侧移计算侧移计算刚架在吊车水平荷载Pc作用下的侧移时 对柱脚铰接刚架： c1.15HP对柱脚刚接刚架： cHP为吊车水平荷载Pc作用高度与柱高度之比；723.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择1. 变截面构件变截面构件楔形构件的布置n 一般而言，一般而言，截面高度变化率截面
36、高度变化率n 可以有楔形段与等截面段的组合。可以有楔形段与等截面段的组合。60mm/m铰接柱脚刚接柱脚局部等截面有利于放置吊车梁733.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择1. 变截面构件变截面构件(1) 板件最大宽厚比板件最大宽厚比和屈曲后的强度利用和屈曲后的强度利用n 板件最大宽厚比板件最大宽厚比( (任何情况任何情况) )： ffy23515btf工字型截面构件受压工字型截面构件受压翼缘翼缘wwy235250htf工字形截面构件工字形截面构件腹板腹板)5030/(Lh n 平均截面高度：平均截面高度：n 翼缘宽度：翼缘宽度：)53/( hbbftwtfhwh741. 变截面构件变
37、截面构件(1) 板件最大宽厚比和板件最大宽厚比和屈曲后的强度利用屈曲后的强度利用3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择有效宽度系数有效宽度系数腹板腹板全部受压全部受压wehh腹板腹板部分受压部分受压cehh腹板在腹板在弯矩弯矩和和轴力轴力作用下的屈曲后强度计算的原则和方法作用下的屈曲后强度计算的原则和方法n 在一定的轴压应力作用下，部分截面因屈曲而丧失承压刚度，进而不能在一定的轴压应力作用下，部分截面因屈曲而丧失承压刚度，进而不能承受轴压力，考虑剩余面积（承受轴压力，考虑剩余面积（有效截面有效截面= =有效宽度有效宽度板厚板厚）的承压力。）的承压力。751. 变截面构件变截面构件(2
38、) 变截面柱在刚架变截面柱在刚架平面内的稳定平面内的稳定计算计算3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择fWNNMANe1xExO01mxe0 x0)1 ()1 . 1/(2e02ExOEANn 公式中，公式中，N0和和x及及 应按照变截面柱的小头截面计算应按照变截面柱的小头截面计算n 而第二项中的而第二项中的M1和和We1按照变截面柱的大头截面计算。按照变截面柱的大头截面计算。Ex0N变截面柱在变截面柱在平面内的稳定性平面内的稳定性按下式计算按下式计算：NM大头小头11A ,e1We1N0A ,e0We0761. 变截面构件变截面构件变截面柱变截面柱平面内的计算长度平面内的计算长度3
39、.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择 01lilififiPhhhPh ，hh0 n 为为计算长度系数计算长度系数，三种计算方法：，三种计算方法： 查表法查表法：适用于手算，主要用于柱脚铰接的对称刚架；：适用于手算，主要用于柱脚铰接的对称刚架； 一阶分析法一阶分析法：用于柱脚铰接和刚接的刚架：用于柱脚铰接和刚接的刚架; ; 二阶分析法二阶分析法：用于柱脚铰接和刚接的刚架：用于柱脚铰接和刚接的刚架; ; n 截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为：截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为： n 多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，摇摆柱的计算长度系数取多跨刚架的中间柱
40、为摇摆柱时，摇摆柱的计算长度系数取1.0，边柱边柱的计算长度应乘以的计算长度应乘以放大系数放大系数：773.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择(a)(a)查表法查表法 柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 11/cKIh20/ 2bKIs斜梁换算长度系数，当梁为等截面时取1。783.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择(b)(b)一阶分析法一阶分析法 Fu单跨对称刚架 /KF3c03c0:4.14/:5.85/EIKHEIKH柱脚铰接柱脚刚接793.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择(c)(c)二阶分析法二阶分析法 n 当采用计入竖向荷载当采用计入竖向荷载侧移效应的二阶分析
41、程序计算内力时，计侧移效应的二阶分析程序计算内力时，计算长度系数。算长度系数。 0775. 0108. 0375. 012：构件的楔率 801. 变截面构件变截面构件(3) 变截面柱在刚架变截面柱在刚架平面外的稳定平面外的稳定计算计算3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择变截面柱在刚架平面外的稳定计算公式：变截面柱在刚架平面外的稳定计算公式：fWMANe1b1te0y0计算时以小头为准的轴心受压构件弯矩作用平面外稳定系数；计算时以小头为准的轴心受压构件弯矩作用平面外稳定系数；均匀弯曲楔形受弯构件整体稳定系数；均匀弯曲楔形受弯构件整体稳定系数；01ybrtNM 小头的轴向压力设计值；小
42、头的轴向压力设计值；等效弯矩系数。等效弯矩系数。 大头的弯矩设计值；大头的弯矩设计值；8120031. 变截面构件变截面构件(1) 板件最大宽厚比和板件最大宽厚比和屈曲后的强度利用屈曲后的强度利用3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择a腹板在腹板在剪力剪力作用下的屈曲后强度计算的原则和方法作用下的屈曲后强度计算的原则和方法n 计算原则计算原则：受剪局部屈曲后，抗剪承载力低于屈服剪力而高于屈：受剪局部屈曲后，抗剪承载力低于屈服剪力而高于屈曲剪应力临界值，即曲剪应力临界值，即crufvVVVn 工字形截面构件腹板的工字形截面构件腹板的受剪受剪板幅，当腹板高度变化不超过板幅，当腹板高度变化
43、不超过60mm/m时，可考虑时，可考虑屈曲后强度屈曲后强度，其，其抗剪承载力抗剪承载力设计值降为：设计值降为：8220032002.10 Add Your Text2002.10 Add Your Text2002.10 Add Your Textdw wvVh t fy/23537/fkthwww1. 变截面构件变截面构件(1) 板件最大宽厚比和板件最大宽厚比和屈曲后的强度利用屈曲后的强度利用w1,ah2w5.344(/)ka hw1,ah2w45.34( /)ka h3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择 受剪板件受剪板件的凸曲系数的凸曲系数k 板件受板件受剪相关参数剪相关参数w
44、 腹板屈腹板屈曲后抗剪强曲后抗剪强度设计值度设计值vfvvffw0.8,vwv10.64(0.8)ffw0.81.4,vwv(10.275)ffw1.4,831. 变截面构件变截面构件(4) 刚架构件的刚架构件的强度计算强度计算和加劲肋和加劲肋3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择工字形截面工字形截面受弯受弯构件在构件在剪力剪力V和和弯矩弯矩M共同作用下的强度，应符合：共同作用下的强度，应符合：d0.5,VVeMMdd0.5,VVV2fefd() 1(21)VMMMMV两翼缘所承担的弯矩,当截面为双轴对称时：构件有效截面所承担的弯矩；构件有效截面最大受压纤维的截面模量；构件翼缘截面面
45、积；腹板抗剪承载力设计值， 。 式中式中eeMW fffw()MA ht ffMdw wvVh t feMeWfAdV841. 变截面构件变截面构件(4) 刚架构件的刚架构件的强度计算强度计算和加劲肋和加劲肋3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择工字形截面压弯构件在工字形截面压弯构件在剪力剪力V、弯矩弯矩M和和轴压力轴压力N共同作用下的强度，应符合：共同作用下的强度，应符合：d0.5,VVeeeeNWMMMNAdd0.5,VVV2fefd() 1(21)NNNVMMMMV 式中式中兼承受压力时两翼缘所能承受的弯矩；兼承受压力时两翼缘所能承受的弯矩；NfM当截面为双轴对称时：当截面为双
46、轴对称时：ffw()NNMA htfA（851. 变截面构件变截面构件(4) 刚架构件的强度计算和刚架构件的强度计算和加劲肋加劲肋3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择n 梁腹板应在与梁腹板应在与中柱连接处中柱连接处、较大集中荷载作用处较大集中荷载作用处和和翼缘转折处翼缘转折处设置设置横向加劲肋横向加劲肋。a861. 变截面构件变截面构件(5)变截面柱变截面柱柱端受剪承载力柱端受剪承载力验算验算3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择n 变截面柱下端变截面柱下端铰接时，应验算柱端的受剪承载力。铰接时，应验算柱端的受剪承载力。当不满足要求时，应对该处腹板进行加强。当不满足要求时
47、，应对该处腹板进行加强。871. 变截面构件变截面构件(6)斜梁斜梁和隅撑设计和隅撑设计3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择n 在平面内和平面外均应按在平面内和平面外均应按压弯构件压弯构件计算强度及稳定。计算强度及稳定。n 但当屋面坡度较小时，因轴力很小，在平面内可仅按受弯构件计算其强但当屋面坡度较小时，因轴力很小，在平面内可仅按受弯构件计算其强度度, , 但要按压弯构件计算平面外的稳定。但要按压弯构件计算平面外的稳定。n 平面内平面内计算长度：竖向支承点的距离。计算长度：竖向支承点的距离。n 平面外平面外计算长度：侧向支承点间的距离；当斜梁两翼缘侧向支承点间的计算长度：侧向支承点
48、间的距离；当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。n 斜梁不需计算整体稳定的侧向支承点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽斜梁不需计算整体稳定的侧向支承点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度的度的 倍。倍。y/23516f881. 变截面构件变截面构件(6)斜梁和斜梁和隅撑隅撑设计设计3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择n 当实腹式刚架斜梁的当实腹式刚架斜梁的下下翼缘受压翼缘受压时，必须在受时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑作压翼缘两侧布置隅撑作为斜梁的为斜梁的侧向支承侧向支承，隅，隅撑的另一端连接在檩条撑的另一端
49、连接在檩条上或焊接于发泡水泥轻上或焊接于发泡水泥轻质大型屋面板的边框上质大型屋面板的边框上。891. 变截面构件变截面构件(6)斜梁和斜梁和隅撑隅撑设计设计3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择 n 隅撑应按轴心受压构件设计，隅撑应按轴心受压构件设计，轴压力轴压力N按下式计算：按下式计算：235cos60yfAfNA实腹斜梁被支撑翼缘的截面面积；实腹斜梁被支撑翼缘的截面面积；隅撑与檩条轴线的夹角隅撑与檩条轴线的夹角；90n 等截面刚架按弹性设计时，同上述变截面刚架的设计。等截面刚架按弹性设计时，同上述变截面刚架的设计。n 当等截面刚架按塑性设计时，其构件按国家标准当等截面刚架按塑性设
50、计时，其构件按国家标准钢结构设钢结构设计规范计规范GB50017-2003GB50017-2003中塑性设计的规定进行中塑性设计的规定进行( (略略) )。n 构件截面可采用三块板焊成的工字形截面、高频焊接轻型构件截面可采用三块板焊成的工字形截面、高频焊接轻型H H型型钢及热轧钢及热轧H H型钢。型钢。2. 等截面刚架等截面刚架3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择913. 檩条设计檩条设计3.4.4 3.4.4 杆件截面选择杆件截面选择n 檩条宜优先采用檩条宜优先采用实腹式实腹式构件，跨度大于构件，跨度大于9m时宜采用格构式构件并应时宜采用格构式构件并应验算受压翼缘的稳定性。验算受
