STAAD培训手册第四章 门式刚架节点设计

第四章门式刚架第一节结构体系门式刚架是二战期间迅速发展起来的，由相互依存的构件组成统一体，即由梁、柱、檩条、墙梁支撑和金属波形板材设计成协同工作的金属预制装配的建筑体系。

战后被广泛采用，我国六十年代中期开始推广，并在援外工程中使用，取得良好的国际赞同。

由于十年动乱终止了这种建筑体系的发展，改革开放以来，特别是民营企业的蓬勃发展，门式刚架结构体系据不完全统计已建了800万m2，而且每年以100万m2的速度递增。

这种结构体系设计经济，安装快捷，造价低廉，装卸方便，维护费用低，单一供货，为业主认可。

我们萧山成为钢结构之乡，竞争十分激烈，萧山的钢结构应由价位的竞争逐步转向价值的竞争，就是创造精品钢结构，扩展使用范围，建造独具建筑风格的金属建筑体系，使钢结构应与时俱进，演变及发展是同时进行的。

一、结构概念设计1.三维设计(方案阶段)——（详见附图三十四）假定是整体性，并具有总体性能。

将结构形式作为总体分析。

1)建筑功能是否满足使用要求；2)高度、跨度是否合理，是否经济；3)在垂直和水平荷载作用下，是否安全可靠；4)房屋的安全等级，抗震等级。

2.二维设计——（详见附图三十五）确定基本的水平和竖向分体系。

建立关键构件的相互关系。

3.一维设计(平面、立体—施工图阶段)——（详见附图三十六）1)选择一个合理的结构体系，使传力途径明确合理。

2)选择合理的计算方法，同时采取相应的构造措施，保证计算模型(建模)与实际情况符合。

3)增加结构刚度，减少用钢量，且有很好的经济技术指标。

4)工厂化生产，全预制装配。

第二节门式刚架的分类一、实腹式门式刚架——（详见附图三十七）采用H型钢组成的梁柱构件的截面形状，按结构受力的弯矩包络图来确定，使实腹式门式刚架达到经济，轻巧，美观的效果。

工厂化生产水平较高，可以达到工地全装配化，缩短工期。

在同等条件与普通钢结构可节约钢材10%～20%。

二、格构式门式钢架——（详见附图三十八）采用型钢或钢管组成的门式刚架，同样可达到更为经济，轻巧，美观的效果。

Nt2——翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值； P——高强度螺栓的预拉力； ew——螺栓中心至腹板表面的距离； tw——腹板厚度； f ——腹板钢材的抗拉强度设计值。
（二）柱脚 （1）多用平板式铰接柱脚或刚接柱脚； （2）水平剪力由底板与混凝土基础间的 摩擦力（摩擦系数取0 4)或者设置 摩擦力（摩擦系数取0.4)或者设置 抗剪键承受； （3）计算带有柱间支撑的柱脚锚栓在风 荷载作用下上拔力时，应计入柱间 支撑产生的最大竖向分力。
t 6e f e w N t [e w b 2e f (e f e w )] f
12e f e w N t [e w b 4e f (e f e w )] f
t 6e f N t bf
改为两边支承
（4）三边支承类端板
t 6e f e w N t [e w (b 2b s ) 4e 2 f ]f
M fv d b d c tc
4．端板螺栓处构件腹板强度验算
当 N t 2 0.4 P时，
当 N t 2 0.4 P时，
0.4 P f ewt w
Nt 2 f ewt w
dc、tc——分别为节点域的宽度和厚度； db——斜梁端部高度或节点域高度； M——节点承受的弯矩，对多跨刚架中间柱处，应取两侧 斜梁端弯矩的代数和或柱端弯矩； fv——节点域钢材的抗剪强度设计值。
（二）连接节点设计 1．连接螺栓设计 连接采用摩擦型高强螺栓，则：
（a）端板竖放
b）端板横放
（c）端板斜放
（d）斜梁拼接
连接节点
Nv
Nt
V n
b Nv 0. 9 n f P
M y1 N yi2 n
N tb 0.8P

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载门式刚架设计讲解地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容1 综合概述门式刚架是典型的轻型钢结构，也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构体系。

早期典型的门式刚架是1910年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅，采用了多层阶形钢框架结构；1932年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构。

1954年由托罗哈设计的德国地铁站，采用的是典型的门式刚架结构，他把装饰效果与门式刚架的受力完美结合。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

在国外预制轻钢建筑进入中国之前，中国就开始了自己的轻钢建筑体系的研究。

20世纪70~80年代，部分设计人员已经开始尝试全钢结构建筑；但由于钢产量的限制及设计方法陈旧，钢结构建筑在中国发展举步维艰。

在改革开放的十多年间，数不清的国外轻钢建筑厂商驻入中国，无数的本地轻钢建筑公司涌现。

我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期：1990年以前，钢结构建筑在工业领域中的主要应用是重型厂房中的排架结构体系，在民用领域中的主要应用是螺栓球或焊接球网架结构；自1990年代起，钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期。

门式刚架结构被大量应用于工业厂房、超市、仓库中；钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用；薄壁彩钢板大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中；冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。

聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

现代钢结构体系由热轧截面、焊接截面和冷弯薄壁型钢截面构件组成。

人们往往将钢结构划分为普通钢结构和轻型钢结构两大类。

0.318
0.420 0.492 0.606 0.697 0.801 O.938 1.045
0.315
O.411 0.483 0.589 O.672 O.790 O.895 1.000
0.310
O.404 0.473 0.580 O.650 0.739 0.872 0.969
I c0 I c1
O.05 0.07 0.10 0.15 0.20
梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处
和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置 中间加劲肋，根据计算需要确定。但《规程》规定, 当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距 a宜 取hw～2hw。
当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带
的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹 杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。 因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折 产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。
隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 16
235 f y

倍。 隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设 计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下 式计算：
M h N 60 cos
当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取
多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计
算长度应取为 式中
(1．26)中的 s 取与边柱相连的一跨横梁的坡面长 度 lb ，如图1-10所示； Pli ——摇摆柱承受的荷载； Pfi ——边柱承受的荷载； hli ——摇摆柱高度； h fi ——刚架边柱高度。
——放大系数； ——计算长度系数，由表1．2查得，但公式
图1-10
计算边柱时的斜梁长度
摇摆柱的计算长度系数取1.0。 对于屋面坡度大于1：5的情况，在确定刚架柱

钢结构课程设计—门式钢架门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，长度150m ，檐高H=7.5m ，屋面坡度B=1/10，跨度L=15m ，柱距S=7.5m 。

刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。

屋面材料、墙面材料采用单层彩板。

檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z 型钢，间距为1.5m ，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。

基本风压 20.35/O W kN m ，地面粗糙度B 类。

二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度150m ，跨度12m ，柱距7.5m ，共有21榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m 、横向温度区段不大于150m ，因此不用设置伸缩缝。

厂房长度>60m ，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m ；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＞柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。

三、荷载的计算（一）计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。

厂房檐高7.5m ，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m ；屋面坡度为1：10。

因此得到刚架计算模型：（二）荷载取值计算1．屋盖永久荷载标准值屋面板20.60/kN m 刚架斜梁自重（先估算自重）20.15/kN m合计0.752/kN m2．屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.502/kN m ，不考虑积灰荷载。

3．轻质墙面及柱自重标准值 0.252/kN m 4．风荷载标准值按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A 的规定计算。

基本风压ω0=1.05×0.45 kN/m 2，地面粗糙度类别为B 类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。

第四章 门式刚架节点设计4.1 节点类型在程序中有大量的内置的节点类型，如图，每种节点类型都具有一定的代表性，用途也不尽相同。

4.2 节点设计操作步骤在程序中选择节点设计环境时，将需要如下的操作步骤：第一步：选取设计平面第二步: 选取设计节点在设计平面视图内双击所需设计的节点（以二号节点为例）, 程序显示该节点的局部放大图如下：用鼠标单击参与本次节点设计的构件, 弹出对话框如下:确认“参加节点设计”的选项被选中, 并选择合适的构件性质, 按“确认”后，被选中构件将被突显。

完成某一参与节点设计的构件选择后，以同样的方式选择另一个与所设计节点相连接的构件（如果所设计的节点是柱脚，则不需选择另一个构件），然后可进入下一步实施节点选择。

第三步：标准节点形式的选择点击工具条中的节点设计按钮，则会出现如下的对话框：程序将同时弹出如下标准节点库对话框：所有的节点形式都在此处列出，包括梁柱连结和柱脚连结的节点。

选择合适的节点形式并按“确定”按钮，程序即进入节点设计，并显示如下的对话框：第四步：节点设计在此处填入合适的端板或柱底板参数，按“OK”按钮程序自动进行18种控制工况的节点内力检验。

所有结果都显示在如下所示的对话框中：用户可以方便的进行查询，按“OK”按钮返回上一步的节点设计对话框。

如果结果通过检验，即说明设计符合《规程》的要求，可在对话框中选择绘图命令来绘制节点图，或返回第一步设计其它的节点。

如果未通过规范检验，则需要修改有关的参数或几何尺寸，直到所有的条件都满足《规程》的要求为止。

用户也可以选择“保存报告”按钮将设计报告保存下来。

另外，节点设计的优化功能会给节点设计带来极大的方便。

至此节点设计结束，存盘之后，设计数据就被保留下来。

此时可以立刻绘出节点详图，也可以在所有节点设计结束之后绘制。

(a) 双坡刚架；(b) 单坡刚架
➢ 荷载效应组合: 应符合以下原则 ⑴ 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； ⑵ 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； ⑶ 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外 的其它荷载同时考虑； ⑷ 多台吊车的组合应符合GB50009的规定； ⑸ 风荷载不与地震作用同时考虑。
的面积。
1.3.3.4 变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算
计算公式为：
N0
mx M1
f
x Ae0
(1
N0 N E x0
x
)We1
NEx0
2 EAe0 1.1 2
当柱的最大弯矩不出现在大头时，M1和We1分别取最 大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量。
与GB50017差异：(1)无x；(2)弯矩放大系数也有所
门式刚架结构设计
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
✓ 主承重骨架 ✓ 檩条、墙梁 ✓ 屋面、墙面 ✓ 支撑
柱距
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
1.1.2 单层门式刚架结构的特点
➢ 质量轻
一般10~30kg/m2，基础费用低。地震反应小，注意风吸力
部分封闭式 ＋0.10 －1.80 －1.20 －1.10 ＋1.00 －0.20 －0.15 －1.40 －1.05 －0.95 ＋0.75 －0.05
注：① 表中正号(压力)表示风力由外朝向表面，负号(吸力)表示风力自表面向外离开，下同；
(a)
(b)
图图1.55 刚刚架架的的风 荷风载载体体型 系型数系分数区分区

高等课讲
34
➢侧向搭接：与主导风向一致
有搭接、扣合式、咬合式连接三种。
高等课讲
35
搭接式 扣和式 咬合式
高等课讲
36
高等课讲
37
与檩条的连接
高等课讲
38
钩头螺栓
高等课讲
自攻螺钉
39
二、檩条 1、 截面形式
热轧型钢
实腹式
H型钢
截面 形式
格构式
冷弯薄壁型钢 下撑式
平面桁架式
跨度大于
空腹式
9m
高等课讲
16
④构件腹板强度
f 305 N / mm 2
⑤连接刚度验算
R1 Gh1dct p Edb Ast cos2 sin
79230.7 532 270 8 206000 546 3840 cos2 70 • sin70 5.23 1011
R2
6EI e h12
1.1e
t
6e f ew Nt
[ew (
b
2bs
)
4e
2 f
]
f
6 45 45.5 80000 [45.5(199 30 2 95) 45.52 ] 305 12.3mm
故取t=16mm
③节点域剪应力计算
105.99 106 89.87 N / mm 2
270 546 8 fv 180 N / mm 2
连接弯 曲刚度
R2
6EI e h12
1.1e
3 f
端板惯性矩
节点域设置斜加劲肋可使梁柱连接刚度明显提高。
高等课讲
14
例题
M -105.99kN • m , V 60.89kN , N 26.90kN ，钢材Q345B

当无吊车时宜取30-45m；当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 于60m。
2 刚架体系
（4）柱间支撑
2 刚架体系
（4）柱间支撑
2 刚架体系
（5）钢梁
2 刚架体系
（5）钢梁
2 刚架体系
（6）梁梁节点
2 刚架体系
（7）梁柱连接
3 墙面体系
（1）墙面檩条
门式刚架常见节点设计 (配实物图)
目录
1.门式刚架简介 2.刚架体系 3.墙面体系 4.屋面体系
1 门式刚架简介
门式刚架系 统一般由主 刚架、支撑 系统（屋面 水平支撑和 柱间支撑）、 系杆等构成；
单层轻型门式刚架结构体系
2 刚架体系
（1）结构布置
主体承重结构为单 跨或多跨实腹式门 式刚架。
4 屋面结构
（2）女儿墙
女儿柱 天沟托架
4 屋面结构
（3）天沟
4 屋面结构
（3）天沟
4 屋面结构
（4）雨篷
4 屋面结构
（5）水平支撑
在设置柱间支撑的开间同时布置水 平支撑，形成沿刚架跨度方向的桁 架体系。
4 屋面结构
（6）钢系杆
GXG
在刚架转折处(单跨 房屋边柱柱顶和屋 脊，以及多跨房屋 某些中间柱柱顶和 屋脊)应沿房屋全长 设置刚性系杆。提 高结构的整体刚度， 使结构发挥空间作 用，保证结构的几 何稳定性和受压构 件的侧向稳定。
4 屋面结构
（6）钢系杆
4 屋面结构
（7）隅撑
为了防止梁受压翼缘平面外屈曲失稳， 设置隅撑（多采用等边角钢）。Βιβλιοθήκη 3 墙面结构（1）墙面檩条
3 墙面结构
（2）墙面檩托

门式刚架设计
首先综述一下使用STAAD/CHINA进行门式刚架设计的一般步骤：
第一步：启动SSDD，新建工程文件并指定文件名称，然后选择轻钢门式刚架，程序
首先进入STAAD/CHINA门式刚架前处理环境。

第二步：建立结构模型，同时指定构件属性。

（1）STAAD/CHINA中含有门式刚架建模向导，能够快速准确的建立门式刚
架模型；
第三步：定义和指定荷载。

（1）按照工程实际情况，指定基本荷载工况，程序在后续的工作中能够将这
些基本工况进行自动荷载组合，进行构件设计。

第四步：分析计算。

（1）退出门式刚架建模环境，选择分析引擎，执行分析；
（2）如果再次改变模型，一定要重新分析计算；
第五步：构件设计（规范检验和优化截面）。

（1）分析计算之后，选择检验规范（门式刚架轻型房屋钢结构技术规程），
进行规范检验，同时也可以做优化处理；
（2）内力检验之后，还需要进行位移检验；
第六步：节点设计。

（1）选择要设计的节点，选择节点类型，进行节点校验和优化。

第七步：绘图和报告。

（1）程序将自动调用AutoCAD绘制施工详图；
（2）自动生成内力、规范检验、节点设计报告。

本章主要对上述步骤的各个环节进行详细的讲述，因为本章讲述的内容着重于功能和使用方法，所以在实际工程中的应用要具体对待，不能一概而论。

钢结构课程设计-门式钢架1. 设计资料某车间跨度9m，长度90m, 柱高4.5m，柱距6m，采用单跨双破门式钢架，檩条间距1.5m，屋面坡度i1/10，当地雪荷载0.25kN/㎡，基本风压0.4 KN/㎡，地面粗糙度：B类，风载体型系数如下图钢材采用Q235钢，焊条E43型。

屋面材料：夹芯板墙面材料：夹芯板檩条墙梁：薄壁卷边C型钢本课程设计不考虑地震作用2．屋面构件1.夹芯板夹芯板型号采用JXB42-333-1000，芯板面板厚为0.50㎜，板厚为80㎜。

2.檩条檩条采用冷弯薄壁卷边槽钢180×70×20×3.0，跨中设拉条一道。

3．荷载和内力计算3．1 荷载1. 永久荷载标准值屋面夹芯板0.25 kN/㎡檩条0.05 kN/㎡悬挂构件0.15 kN/㎡0.50 kN/㎡2.可变荷载标准值由于钢架的受荷水平投影面积为9×6=54㎡＜60㎡，故取屋面活荷载标准值为0.5kN/㎡，雪荷载为0.25kN/㎡，取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.5kN/㎡.3.风荷载标准值=1.0,基本风压0.4 kN/㎡，地面粗糙度为B类，μz迎风面柱及屋面分别为+0.25和风荷载形体系数μs-1.0；背风面柱及屋面μ分别为-0.55和-0.65。

3.2 荷载计算值1.屋面风荷载=1.4×﹙-0.1﹚×1.0×0.4×迎风面：ω26=-3.36kN/㎡=1.4×﹙-0.65﹚×1.0×0.4×背风面：ω36=-2.18kN/㎡2.墙面风荷载=1.4×0.25×1.0×0.4×背风面：ω16=0.84kN/㎡=1.4×﹙-0.55﹚×1.0×0.4×背风面：ω46=-1.85kN/㎡1×4.5=2.45 kN/㎡3.屋面恒荷载g1=1.2×0.45×cos=1.2×0.45×6=3.24 kN/㎡4.柱身恒荷载 g25.屋面活荷载q=1.4×0.5×4.5=3.15 kN/㎡4. 屋面支撑1.屋面支撑布置檩条间距1.5m，水平支撑截距3m。

23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
门式刚架结构设计4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈

内力
变截面门式刚架：弹性分析方法
全部为等截面构件时：可采用塑性分析方法设计
取单榀刚架按平面结构分析内力，一般不考虑应 力蒙皮效应，而把它当作安全储备。 计算内力时可采用有限元法（直接刚度法）。 分段等截面单元或楔形单元。 手算校核时，可将变截面构件折算为等截面构件
控制截面的内力组合（柱顶、底、牛腿处 ，梁
其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定采用。
表 1 刚架的风荷载体型系数 分 建筑 类型 1E 封闭式 部分封闭式 2E 端 3E 区 4E 5E 6E 1 2 中 3 间 4 区 5 6 区
＋ 0.50 － 1.40 － 0.80 － 0.70 ＋ 0.90 － 0.30 ＋ 0.25 － 1.00 － 0.65 － 0.55 ＋ 0.65 － 0.15 ＋ 0.10 － 1.80 － 1.20 － 1.10 ＋ 1.00 － 0.20 － 0.15 － 1.40 － 1.05 － 0.95 ＋ 0.75 － 0.05
端、跨中）
（1）对构件：最大压力Nmax和相应的M和V最小压力Nmin和相应的M和V。
侧移计算
采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不 考虑荷载分项系数。 简化计算公式：参见CECS102
侧移限值
在风荷载标准值作用下的刚架柱顶侧向位移不
⑵ 1.0× 永久荷载＋1.4× 风荷载
或 1.0× 永久荷载＋1.4× 0.9×( 风荷载＋吊车荷载） 组合 (1) 用于截面强度和构件稳定计算， (2) 用于柱脚锚栓 验算。起有利作用者不加，但要注意同时发生的荷载。
⑶ 地震作用组合，一般不控制，计算时可采用底部剪力法，
按GB50011计算。
1.3.2 刚架内力和侧移计算
张紧的圆钢或钢绞线：不限制