第03讲-门式刚架结构设计
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第三章主结构及其支撑体系第一节主刚架的设计和构造一、刚架的构件和节点形式主刚架由边柱、刚架梁、中柱等构件组成。
边柱和梁通常根据门式刚架弯矩包络图的形状制作成变截面以达到节约材料的目的;根据门式刚架横向平面承载、纵向支撑提供平面外稳定的特点,要求边柱和梁在横向平面内具有较大的刚度,一般采用焊接工字型截面。
中柱以承受轴压力为主,通常采用强弱轴惯性矩相差不大的宽翼缘工字钢、矩形钢管或圆管截面。
刚架的主要构件运输到现场后通过高强度螺栓节点相连。
典型的主刚架如图3-1所示,典型的主刚架节点连接形式如图3-2所示。
图3-1 主刚架包络图及基本形式图3-2 主刚架典型连接节点二、构件截面的强度设计主刚架工字型截面(见图3-3)中翼缘属于三边支承一边自由板件,一旦发生屈曲局部失稳,其屈曲后的后继强度不明显;腹板属于四边支承板件,局部失稳后的后继强度提高较多。
设计时,一般不允许翼缘发生局部失稳,容许腹板局部失稳并利用其屈曲后强度。
图3-3 翼缘与腹板的典型支承条件根据局部稳定计算的等强原则,当翼缘宽厚比yf t b 23515≤时,翼缘不会发生局部失稳。
设计时允许腹板局部失稳,但考虑到刚度及制作等要求,腹板高厚比应作一定要求,目前我国现行《钢结构设计规范GBJ17-88》规定yw f t h 235250≤。
根据薄壁结构理论,腹板在yw f t h 235250≤时会发生屈曲而局部退出工作,因此确定腹板有效面积的抗剪和抗弯承载力成为确定工字型构件截面的强度承载力的关键。
1、 腹板抗剪承载力u Vu V 取决于腹板两侧翼缘及横向加紧肋之间形成的四面支承矩形区域的剪切屈曲应力τcr ,见图3-4所示,τcr 可以由腹板的剪切屈曲模型得到[20]。
构件腹板的主应力场分布见图3-5,在这个模型中横向加紧肋相当于桁架中的受压腹杆,适当增加横向加劲肋的数量可以改变腹板应力场的分布情况,提高区隔的临界应力τcr 从而提高腹板的抗剪承载力u V 。
浅析门式刚架结构设计轻型门式刚架结构质量轻,安装速度快在工业厂房中广泛使用。
该文主要分析了门式刚架结构设计过程中的平面刚架、纵向支撑系统、围护结构、吊车梁等关键部位的设计要点,并探讨了结构设计初期方案确定的重要性。
简要分析了门式刚架的设计重点、经济效益等。
标签:门式刚架;钢结构;结构设计1引言随着我国近几年经济结构转型,大型仓储类厂房大量建设。
轻型门式刚架因其轻便、经济和安装迅速等优越性被广泛使用,我国也于2016年实施《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015。
因此如何经济合理的设计是轻钢结构设计的要点。
2门式刚架概述门式刚架主要由多榀平面刚架结构用纵向支撑系统联成空间整体空间如图1。
该结构形式受力明确,竖向荷载及横向水平荷载主要由平面刚架承担,纵向水平荷载由纵向支撑系统承受和传递。
外部围护结构由屋面和墙面组成,屋面一般由屋面檩条和轻质屋面板组成,墙面则由墙梁及墙面板组成。
除了以上主要构件的设计外还应根据建筑物的防火等级进行防火设计,选择相应的防火涂料及措施。
海边、化学品存储仓库等应根据防腐蚀要求进行防腐蚀设计。
3平面刚架设计平面刚架设计是门式刚架厂房设计的重点,由随屋面坡度的横梁和钢柱组成,根据厂房的使用要求可以确定钢架高度、跨度及钢梁坡度。
为节省刚架自重及节约造价,屋面横梁一般设计成变截面梁,能更有效的利用构件截面。
刚架设计应整体计算,根据竖向和水平荷载作用下的内力结果和规范的构造要求设计合理的梁柱截面,满足构件的强度及稳定性要求。
平面刚架主要承受的竖向荷载有结构及围护构件自重、通风气楼、屋架悬挂的设备、屋面活荷载、吊车竖向荷载、雪荷载和屋面风荷载组成。
横向水平荷载主要包括风荷载、吊车横向水平荷载、设备运行荷载及地震作用等。
结构设计时还应考虑连接节点的设计及构造。
由于厂房一般跨度大,考虑到钢构件的运输货车最大只能装载15m的构件,一般构件长度宜控制在15m以内。
钢梁的拼接节点宜设置在弯矩及剪力包络图较小处,同时最好避开屋面纵向支撑系统的连接节点处。
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。