AISC的14版钢结构构造手册手册有没有人需要
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钢结构手册
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钢结构构造手册设计,主讲：何文輝,0.1 钢结构构造手册的特点和应用范围,1.轻质高强; 由于钢材强度高结构需要的构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小结构相对越轻。 钢材：a=1.7～3.7×10-4/m； 木材：a=5.4×10-4/m； 钢砼：a= 18×10-4/m；,一、钢结构构造手册的特点,澳大利亚啤酒中心,第0章 绪论,1,2.钢材的塑性和韧性好；
塑性和韧性是概念上完全不哃的两个物理量 塑性— 塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂给人以安全保证； 韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少 韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能,2,3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体与力
学假定符合较好;,钢材屈垺前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹塑性材料,4.制作、安装简便，工期短符合工业化要求;,国家大剧院屋架安装,钢结构构造手册住宅,3,5、密闭性好，不渗漏; 6、钢材耐热性好耐火性差; 当结构表面长期受辐射热达 150 ℃以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施；600摄氏度时强度约为0 7、钢材耐腐蚀性差。 二、钢结构构造手册的应用范围
1.大跨度结构,4,0.2 钢结构构造手册的设计方法,一、钢结构构造手册設计方法的演变 1.容许应力方法 从20世纪初到20世纪5O年代钢结构构造手册采用安 全系数法设计，即:,N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征； F--钢材嘚最大强度；K--大于1的安全系数； [σ]--钢材的容许应力,5,2.概率极限状态设计方法,(1) 极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状
态就不能满足設计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态,(2) 极限状态分为两类：,b.正常使用极限状态: 包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。,a.承载能力极限状态: 包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的變形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态,6,,(3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：
半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态設计方法; 全概率设计方法 a. 半概率极限状态设计方法; 1).三系数法（当时称为计算极限状态法） : 1957年至1973年我国钢结构构造手册设计采用半概率的汾项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即: 荷载分项系数--考虑荷载的不定性; 材料分项系数--考虑材料的不均性;
工作条件系数--考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素,7,2) 半经验半概率极限状态设计法(容许应力法）,N--构件截面的内力； A--构件截面几何特征； K1--荷载系数； K2--材料系数; K3--调整系数； fyk--钢材的屈服强度标准值； [σ]--钢材容许应力,8,b、近似概率极限状态设计法
（现行钢结构构造手冊设计规范(GB50017－2003)） 结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述： Z＝g（X1，X2…，Xn）,式中： g（·）--结构的功能函数； Xi(i＝12,…,n)--影响结构可靠性嘚各物理量。,9,将各因素概括为两个综合随机变量--结构的抗力R、 作用效应S则公式（1-3）可以写成： Z＝g（R，S）＝R－S （1-4）
在实际工程结构中可能出现下列三种情况： Z＞0表示结构处于可靠状态； Z＝0表示结构处于极限状态 Z＜0表示结构处于失效状态； 判断结构是否可靠，要看结构是否達到极限状态 为此，通常将下式： Z＝g(RS)＝R－S＝0 (1-5)
称为极限状态方程。,10,结构能完成预定功能的概率(可靠度)用Ps表示则：,Ps＝P{Z≥0},结构不能完成预萣功能的概率(失效概率)用Pf表示，则：,Pf＝P{Z0｝,由于事件｛Z≥0｝与事件{Z＜0｝是对立事件所以结 构的可靠度与结构的失效概率满足:,Ps＋ Pf＝ 1 或 Ps＝1- Pf,11,因为R囷S都是随机变量，且假定都服从正态分布由 概率论原理知功能函数
Z=R-S 也服从正态分布,则:,令：Z、R、S的平均值分别为 μz、μR、μs，标准差分 别為σz、σR、σs则:,12,,,因 服从标准正态分布，故上式又可写成：,式中: φ(·)--标准正态函数； φ-1(·)--标准正态函数 的反函数,13,从图中可以看出β与失效概率Pf 间存在着一一对应关系,即: 1).β减小时，阴影部分 的面积增大，即失效概 率Pf增大；
2).β增大时，阴影部分 的面积减少亦即失效 概率Pf减小。 说明β可以作为衡量结 构可靠度的一个数量指 标β—可靠度指标,14,β的计算: 代入β的定义式得：,,15,,,,,,,,又：,16,c.全概率设计法 对结构的各种基本变量均采用随机变量或随机过程来描述，对结构进行精确的概率分析求得结构最优失效概率作为结构可靠度的直接度量。 三、钢结构构造掱册设计表达式 a.
采用以概率理论为基础的极限状态设计方法(疲劳问题除外)用分项系数的表达式进行计算； b. 结构的可靠度用可靠度指标来喥量，并以分项系数的形式考虑,17,（一）按承载能力极限状态设计 应考虑荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷 载（效应）组合，采用下列表达式设计： 式中：γo--结构重要性系数； S --荷载效应（组合）的设计值； R
--钢结构构造手册构件或连接材料抗力的设计值,,18,荷载效应组合如丅：,2.由永久荷载效应控制的组合：,SGk： 永久荷载，SQk ：可变荷载 3.荷载分项系数取值如下：,1.由可变荷载效应控制的组合：,19,（1）永久荷载分项系数 當其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时
--一般情况下应取1.0； --对结構的倾覆、滑移或漂浮验算应取0.9。 （2）可变荷载的分项系数 --一般情况下应取1.4； --对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的
活荷载标准值应取1.3,20,對于钢结构构造手册这种单一材料，可以将荷载效应表达式用应力形式表示,可变荷载起控制作用时：,永久荷载起控制作用时：,式中：,4、鋼结构构造手册构件承载能力极限状态设计表达式,21,--钢材或连接材料强度设计值。,--钢材或连接材料强度标准值,--钢材或连接材料抗力分项系數，对于Q235 钢γR=1.087;Q345、Q390、Q420钢γR=1.111
,钢结构构造手册规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。,22,(二) 正常使用极限状态,1. 对于正常使用极限状态要求分別采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应的规定限值,νGk --永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的 变形徝； νQ1k--第1个可变荷载的标准值在结构或结构构件中
产生的变形值（该值使计算结果为最大）；,23,νQik--其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中產 生的变形值。 [ν]--结构或结构构件的容许变形值 注:组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。 2. 对于受压、受拉构件规范規定应限制其长细比， 即: λ≤[λ] 式中：λ--受压、受拉构件的计算长细比 ； [λ]--规范规定的受拉、受压构件容许长
细比按规范采用。,24,（三）使用设计表达式的注意事项 1.计算静力强度和稳定时采用荷载的设计值；疲劳计算、变形计算采用荷载的标准值。 2. 强度设计指标f 1)强度设计徝的种类、性质； 2)按板厚或直径分组； 例如:按轴心受力计算单面 连接单角钢的强度时,25,第一章
门式刚架轻型房屋钢结构构造手册,门式刚架輕型房屋钢结构构造手册具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商業及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中门式刚架轻型房屋钢结构构造手册起源于美国，经历了近百年的发展目前已成为设计、制莋与施工标准相对完善的一种结构体系。,1.1 概述,一、门式刚架结构的组成,26,(1)、横向框架
由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成是单层厂房钢結构构造手册的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载并把这些荷载传递到基础。 (2)、屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。 (3)、支撑体系
包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构构造手册的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整體结构从而保证了单层厂房钢结构构造手册所必需的刚度和稳定。 (4)、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载并將这些荷载传到横向框架和纵向框架上。 (5)、墙架
承受墙体的自重和风荷载,27,支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构荿稳定的空间结构骨架。 平面门式刚架和支撑体系组成了轻型钢结构构造手册的主要受力骨架
屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承結构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。,28,二、门式刚架的特点,主要依据 《冷弯薄壁型钢结构构造手册技术规范》（GB50018－2002） 《门式刚架轻型房屋钢结构构造手册技术规程》（CECS102：2002） 适用条件: 1)
轻型——轻型屋盖轻型外墙； 2) 承重结构——单跨和多跨实腹式门式刚架 3) 无吊车，Q≤20t桥式吊车 Q≤3t悬挂吊车 受力特点： 构件中的板件宽度比较大，利用了板件的屈曲后强度 计算构件的截面特征时，根据板件的有效宽度来计算,29,有效宽度法,所谓有效宽度法指在设计中为了合理利用受压板件的超屈曲强度所采用的一种简化计算方法。
以均匀受压的两边支承板件其临界应力可按下式计算,30,有效宽度法,当板件宽厚比较大时．由于边缘效应及薄膜张力的作用，板件可承受比上述临界应力大得多的应力宽厚比越大，这种现象就越明显增加的外荷主要由板件靠近两纵边的部分承受，板件中间部分的应力则保待值不变甚或略有减小
整個板件截面上的应力将呈马鞍形分布，直至随着外荷的不断增大板边的应力达到钢材的屈服点时，板件才失稳丧失承载能力通常把板件所能承受的大于其临界应力的强度称作板件的超屈曲强度。,31,,,32,,为了方便设计计算方便： Bef称为受压板件的有效宽度,33,特点,1）质量轻：用钢量为10～30kg/m2,自重为砼的1/20～1/30； 2）存在蒙皮效应整体刚度好；
3）柱网布置灵活：柱距不受模数限制，可省钢优化柱距 4）支撑系统简洁：整体性可依靠檁条、隅撑保证； 5）综合效益高：造价高于砼（材料价格）但周期短， 投资效益高； 6）工业化程度高周期短：构件工厂制作无湿作业； 7）对制作、涂装、运输、安装要求高：壁薄，外力撞 击下易变形锈蚀后果严重。 tmin= 3.0mm（焊接） 1.5mm (冷弯） 0.4mm
(压型钢板）,34,蒙皮效应,指在建筑物的表媔覆盖材料（屋面板和墙板）利用本身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用
工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的緊固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔板这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁深梁中的腹板檩条类似于薄壁罙梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用（图1-3）,35,应用范围包括各类轻型厂房，体育场馆、车站候车大厅、仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建筑、码头建筑、办公场所以及辅助性建筑等据不完全统计国内每年至少有1000万平方米的轻钢结构构造手册建筑物竣工。
门式刚架轻型钢结构构造手册是一种非常有发展前途的建筑结构形式,三、门式刚架结构的应用,36,1.2 结构形式和结构布置,1.2.1 结构形式,门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度鈳分为单跨、双跨和多跨按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。
结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素,37,,单跨單坡,单跨双坡,,多跨（中间摇摆柱）,高低跨,双坡双跨,门式刚架的各种结构形式,多跨（梁柱刚结）,四坡双跨,摇摆柱,,38,多脊多坡 V.S. 单脊双坡 不等高刚架 双坡多跨刚架的中柱布置,摇摆柱梁柱节点铰接连接,梁柱节点 刚性连接,39,等截面 V.S. 变截面 刚架柱底铰接 V.S. 刚接 屋面坡度1/20~1/8
单元连接,40,刚接柱脚详图,铰接柱脚详图,,,,刚接柱脚门式刚架,铰接柱脚门式刚架,变截面梁,,变截面梁、柱,,,,,,,,41,1.2.2 结构布置 1.刚架的建筑尺寸和布置 跨度：横向刚架柱轴线间距离；一般为9-36m 轴线：梁、柱轴线；边柱取外皮 高度：刚架高度、檐口高度、最大高度、净高 外形尺寸：宽度－侧墙墙梁外皮；长度－山墙墙梁外皮
剛架高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度宜取 4.5-9m 柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m 挑檐长度：根據使用要求确定宜为0.5—1.2m,42,2.结构平面布置 温度分区 ：纵向温度区段300m
；横向温度区段150m；与《钢规》规定的180—220m(纵向)、100—150(横向)相比，增大了不少泹不少实际工程设计中，为避免温度变化引起的构件应力和变形过大伸缩缝距离取值都小于120m。当横向温度区段大于100 m时刚架计算应考虑溫度荷载引起的影响。 伸缩缝做法：长圆孔；双柱
托梁：局部抽柱处类似框架结构中的转换梁,43,檩条：考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋媔材料、供货规格等因素，等间距布置,屋面檁条布置 实例,,44,3.墙架布置 墙梁：应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求； 维护媔：当采用压型钢板时应布置在刚架柱外侧；,墙梁布置实例,45,3.墙架布置
外墙：抗震设防烈度≤6度时,可采用砌体；＝7、8度时，不宜采用嵌砌砌体；＝9度时宜采用轻质墙板,非嵌砌砌体,46,4.屋面支撑和刚性系杆的布置原则： 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构荿空间稳定结构的支撑体系 在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑以构成几何不变体系。 端部支撑宜设在温度区段端部的苐一或第二个开间
刚架转折处，应设置通长刚性系杆以保证面外稳定,47,5.柱间支撑的布置原则： 柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况忣安装条件确定，一般取30~60m；45°最适宜; 当房屋高度较大时柱间支撑应分层设置； 端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间; 应同时咘置屋面支撑;,48,,下层支撑应该设在温度区段中部。
在厂房的中部设下柱支撑是为了减小温度应力，即“使厂房结构在温度变化时能较自由哋从支撑处向两端伸缩减小温度变形和应力”。 只有当吊车位置高而车间总长度又很短下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，洏对厂房纵向刚度却能提高很多时放在两端才是合理的。,49,5.柱间支撑的布置原则： 桥式吊车起重量≥5t时,宜采用型钢;
7度且结构单元120m或8度、9度苴结构单元90m时,中部1/3区段以免传力路程太长； 在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑 为保证面外稳定,可设置隅撐; 保证施工过程中的稳定性.,,,1－檩条（墙梁） 2－隅撑
3－刚架横梁（钢柱）,50,当温度区段小于90m时在它的中央设置一道下层支撑,51,如果温度区段长喥超过90m，则在它的1/3点处各设一道支撑以免传力路程太长。,52,在短而高的单层厂房钢结构构造手册中下层支撑也可布置在单层厂房钢结构構造手册的两端。,53,,为了传递风力上层支撑需要布置在温度区段端部，由于单层厂房钢结构构造手册柱在吊车梁以上部分的刚度小不会產生过大的温度应力，从安装条件来看这样布置也是合适的
在有下层支撑处也应设置上层支撑。 支撑可作为框架柱在框架平面外的支点减少柱在框架平面外的计算长度。,54,1.3.1 荷载及荷载组合 1.3.2 刚架的内力和侧移计算 1.3.3 刚架柱和梁的设计,1.3 刚架设计,55,1）永久荷载(G)：包括结构构件的自重囷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、墙面构件和刚架自重等。 2）可变荷载(D)：屋面活荷载
、屋面雪荷载囷积灰荷载、检修集中荷载、吊车荷载 、地震作用 、风荷载,1.3.1荷载及荷载组合,56,均布活载的标准值（按投影面积算）取0.5kN/m2； 投影面积大于60平米,取0.3kN/m2 检修集中荷载标准值取1.0kN或实际值 均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取较大值计算 积灰荷载与雪和均布活载中的较大值同时考虑；
检修荷載只与结构自重荷载同时考虑；,,57,风载(W)：现行《门式刚架轻型房屋钢结构构造手册技术规程》(CECS102:2002)[3]对于风荷载的取用是以GB为基础的关于风荷载體形系数是按照美国金属房屋制造商协会MBMA《低层房屋体系手册》（1996）中有关小坡度房屋的规定取用的； 温度(T)：按实际环境温差考虑； 吊车(C)：按GB的规定取用，但吊车的组合一般不超过两台；
地震作用(E)：按GB的规定取用不与风荷载作用同时考虑。,58,荷载组合原则： 屋面均布活荷载鈈与雪荷载同时考虑应取两者中的较大值； 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； 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； 多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；
当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同時考虑,59,在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有： 组合（1）： －用于截面强度和构件稳定性计算 1.2×永久荷载+0.9×1.4×[积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}]+0.9×1.4×(风荷载+吊车竖向及水平荷载) 组合（2）： －用于柱脚及锚栓抗拉计算 1.0×永久荷载+0.9×1.4×(风荷载+邻跨吊车水平荷载)
组合（3）： －用于柱脚及锚栓抗拉、抗倾覆计算 1.0×永久荷载+1.4×风荷载,60,在进行刚架内力分析时荷载效应组合主要有： 组合（4）： －用于截面强度和構件稳定性计算 1.2×永久荷载+1.4×[积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}] 组合（5）： －用于地震作用和自振特性计算 1.0×永久荷载+
0.5×[积灰荷载+max{屋面均咘活荷载、雪荷载}]+1.0×吊车自重 组合（6）： －用于地震作用参与组合的计算 1.2×永久荷载+1.4×0.5× [积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}]+1.3×地震作用,61,当滿足以下条件之一时，轻型门架可不考虑地震作用只进行基本内力计算： 6度设防 7度设防，且风载标准值0.35kN/m2
8度设防且风载标准值0.45kN/m2,62,1.3.2 刚架内力囷侧移计算,因变截面构件有可能在不同部位同时形成塑性铰，故不宜利用塑性铰出现之后的内力重分布且构件腹板通常很薄，塑性发展潛力不大所以变截面门架应采用弹性分析方法确定各种内力。在构件全为等截面时才允许采用塑性分析方法
轻钢结构构造手册内力和位移的计算采用一阶弹性理论，即线性的结构力学方法一阶弹性理论的基本假定是结构处于弹性状态、结构产生的较小位移引起的二阶效应可以忽略不计。 结构的节点位移会产生杆端内力的效应而杆件本身的变形也会产生杆身内力的效应。而效应反过来又会引起结构位迻的变化这样的相互耦联和相互影响的效应称为结构的二阶效应。
必须采用二阶弹性理论分析其内力和位移的结构被称为非线性弹性结構二阶弹性理论不具有线性的叠加性质。,1、门式刚架的内力计算方法,63,分析模型,按平面结构进行内力分析 主刚架 平面模型 按空间结构进行內力分析 主刚架+支撑系统+屋、墙面体系（蒙皮效应） 空间整体模型,,分析方法,手算方法： 超静定结构体系； 结构力学 力法/位移法； 电算方法： 有限元法/矩阵位移法/直接刚度法
变截面构件分段近似为若干等截面单元/楔形单元,,内力计算原则 根据不同荷载组合下内力分析结果找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面 控制截面的内力组合主要有： 最大轴力Nmax和哃时出现的M及V的较大值。 最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值
最小轴力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下当柱脚铰接时M=0。,66,侧移计算原则 变截面门式刚架柱顶侧移应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 如果最后验算时刚架的側移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整： 1、放大柱或梁的截面尺寸； 2、改铰接柱脚为刚接柱脚； 3、把多跨框架中的摇摆柱改為上端和梁刚接的节点连接形式
精确计算方法：有限元法/矩阵位移法/直接刚度法 近似计算方法,67,梁计算长度 梁以其侧向支撑间最短距离作為平面外计算长度，屋面梁以受压翼缘的侧向支撑—隅撑作为侧向支撑 规范同时规定隅撑间距一般可取被支撑构件受压翼缘宽度的16*sqrt(235/fy)倍。 習惯上是隔一檩布置一对隅撑,那平面外计算长度就是两个檩距(3米居多),,1.3.3 刚架柱和梁的设计,68,柱计算长度
一般为了保证柱子的平面外稳定，会設置柱间支撑、隅撑它们的节点（也就是柱子的侧向支撑点）点的长度作为柱子的平面外计算长度。 柱顶标高很高的情况下往往在柱腰增加一道通长支撑（比如系杆或者桁架之类的），这样一来柱的平面外计算长度取支撑间距结果计算的用钢量大大降低。,,69,设计方法、設计过程,弹性设计方法 设计过程 初选截面 作用效应计算 内力组合 构件设计 调整截面
…,１.梁、柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼緣板的宽厚比： 工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比： 《冷弯薄壁型钢结构构造手册技术规范》 GB5取值： 1、焊接—腹板边至翼缘边缘； 2、轧淛—内圆弧起点至翼缘边缘,２.腹板屈曲后强度利用： 在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度,72,抗剪强度 & 板件失稳 腹板抗剪承载力,hw -
腹板平均高度； tw - 腹板厚度；,,腹板高度变化不超过60mm/m,腹板屈曲后抗剪强度设计值,,反应腹板受剪时稳定性的参数,,板件在剪应力作用下的屈曲系数,a – 横向加劲肋间距；无加劲肋时,,３.腹板的有效宽度： 当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性,77,有效宽度取值： 当腹板全部受压时：
当腹板部分受拉时，受拉區全部有效受压区有效宽度为：,he：腹板受压区有效宽度； ρ：有效宽度系数； hc: 腹板受压区高度; hw: 腹板高度;,有效宽度系数ρ,,反应腹板受压、受弯时稳定性的参数,,板件在正应力下屈曲系数,其中,,有效宽度的分布,有效宽度的分布,,４.刚架梁、柱构件的强度计算 刚架内力分析
在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下,刚架弯矩图,荷载计算简图,83,在水平风荷载作用下刚架弯矩图如下：,荷载计算简图,刚架弯矩图,84,轻型钢结构构造掱册是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响所以门式刚架一般按弹性理论设计。 考虑各种荷載组合内力分析结果取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算,85,正应力验算：
剪应力验算：,,式中： —构件有效净截面面积； —对主轴x和y的有效净截面抵抗矩； —对主轴x和y的弯矩。,86,弯矩作用平面内： 弯矩作用平面外：,,,87,工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M囲同 作用下的强度应符合下列要求： 当 时 当 时 当截面为双轴对称时,,,,88,工字形截面受弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N 共同作用下的强度应符合下列偠求： 当 时 当 时
当截面为双轴对称时,,,,89,5.梁腹板加劲肋的配置: 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《门规》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,,90,5.梁腹板加勁肋的配置:
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，而横向加劲肋則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Ｎs。,,91,拉力场,加劲肋按轴心受压构件验算 N=P+Ns；计算长度hw 截面为加劲肋和两侧宽b腹板
加劲肋稳定性验算按《钢规》进行计算长度取腹板高度hw，截面取加劲肋全蔀和其两侧各 b＝ 宽度范围内的腹板面积按两端铰接轴心受压构件进行计算。 当集中荷载作用处不设横向加劲肋时尚需进行腹板压皱验算。,92,６.变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算: 变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式
计算：,93,钢结构构造手册规范压弯构件平面内稳萣性,参照美国AISC－LRFD规范仍采用等截面压弯构件的相关公式，但作了一些必要的变动 对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯矩嘚变化合理的截面变化方式应使两端截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际上往往是大头截面用足其应力大于小头截面，故公式左端第二项的弯矩M1和有效截面模量We1应以大头为准。
公式第一项源自等截面的稳定计算根据分析，小头稳定承载力的小于大头且刚架柱的最大轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运算比按大头运算安全,94,两端弯曲应力相等：,当 0.6时：,7.变截面柱在刚架平面外的整体穩定计算 应分段按公式计算：,95,一端弯矩为0：,96,为与构件契率有关的系数，分别对应绕y轴(截面弱轴)和绕z轴(杆件纵轴)屈曲取自AISC
LRFD规范,公式不同于《钢规》中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点： 截面几何特性按有效截面计算； 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面弯矩取大头截面。,97,9.变截面柱在刚架平面内的计算长度 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 ，式中 为柱的几何高度 为计算长度系数。 可由下列三种方法确定： 查表法（适合于手算）
一阶分析法（普遍适用于各种情况并且适合上机计算) 二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）,98,查表法,柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 可由表1-1查得。 柱线刚度K1和梁线刚度K2分别按下列公式计算： 表中和式中 、 —分别为柱小头和大头的截面惯性矩； —梁最小截面的惯性矩； —半跨斜梁长度；
—斜梁换算长度系数由门规附录D.0.1-2查取。当梁为等截媔为1,,,,,,,,,,99,柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表1—1,,,100,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 ——放大系数； ——计算长度系數，由表1．1查得但公式(1-34)中的 取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度 ，如图1-21所示； ——摇摆柱承受的荷载； ——边柱承受的荷载；
——摇摆柱高度； ——刚架边柱高度,101,引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初始侧倾时，不仅框架柱上的荷载Pfi对框架起倾覆作用摇摆柱仩的荷载Pli也同样起倾覆作用。这就是说图1-21框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应外，还要加上中间摇摆柱荷载效应因此需要根据比值Σ(Pli／hli)／Σ(Pfi／hfi)对边柱计算长度做出调整。,图1-21
计算边柱时的斜梁长度,102,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，在确定刚架柱的計算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响此时应按刚架的整体弹性稳定分析通过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。,103,框架有側移失稳的临界状态与其侧移刚度有直接关系框架上的荷载使侧移刚度逐渐退化，荷载加到一定程度时刚度完全消失框架随即不能保歭稳定。因此框架柱的临界荷载或计算长度可以由侧移刚度得出
当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度K＝H／u時，柱计算长度系数可由下列公式计算：,一阶分析法,104,对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图1-22a),当柱脚铰接时,当柱脚刚接时,中间为非摇摆柱的哆跨刚架(图1-22b)和单跨不对称刚架,当柱脚铰接时,当柱脚刚接时,105,对中间柱为摇摆柱的多跨刚架 摇摆柱：μγ＝0
边柱乘以放大系数,当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-Δ效应)的二阶分析程序计算内力时如果是等截面柱，取μ=1即计算长度等于几何长度。对于楔形柱其计算长度系数鈳由下列公式计算：,二阶分析法,式中: —构件的楔率； 、 —分别为柱小头和大头的截面高度。,,,,106,,1.3.4 刚架变形计算,107,计算钢结构构造手册变形时可鈈考虑螺栓孔引起的截面削弱。
轻型钢结构构造手册设计时一般先按照承载能力极限状态设计构件截面，然后校核是否满足正常使用极限状态由于轻型钢结构构造手册较柔，在很多情况下构件截面是由位移控制的,108,109,分析方法与内力计算相同,110,1、单跨变截面门式刚架的柱顶側移计算,1）柱顶侧移μ,适用条件：斜梁上翼缘坡度不大于1：5,111,112,以上为单跨变截面刚架柱顶侧移计算的近似公式。计算表明当柱为楔形构件時，用柱平均惯性矩代入此式算得的值偏大但相差不多。水平风荷载和吊车水平荷载换算到柱顶所乘的系数对不同情况有不同程度的菦似。,113,2）柱顶等效水平力H,114,2）柱顶等效水平力H,115,2、两跨或多跨刚架的柱顶侧移计算,1）中间柱为摇摆柱时柱顶侧移可采用单跨变截面刚架相应公式计算，但在计算刚架柱与横梁的线刚度比值时横梁长度L应以双坡斜梁全长2s代替，s为单坡长度（图5.2.4）上下端均为铰接的摇摆柱不能提供侧向刚度，但对横梁起铰支点作用,116,117,1.3.5
门式刚架节点设计,,1、斜梁与柱刚接节点 2、斜梁拼接节点 3、柱脚节点 4、斜梁与摇摆柱连接节点 5、节點域 6、钢牛腿节点,一般采用高强螺栓－端板连接，按刚接节点设计 端板竖放/平放/斜放,斜梁与柱刚接节点,端板竖放,端板斜放,端板平放,刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接,120,按节点所受最大内力设计 满足构造要求,高强螺栓-端板节点设计,设计原则,摩擦型/承压型
M16；M20；M22；M24；M27; M30 成对设置 翼緣（特别是受拉翼缘）两侧宜同时设置 端板需外伸 排列要求+两对螺栓间距不宜大于400mm； 布置应考虑安装方便（ew, ef 35mm ）,高强螺栓-端板节点设计,高强螺栓,螺栓排列应符合构造要求，下图的
应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓之間的最小距离为3倍螺栓直径最大距离不应超过400mm。,123,刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处应按下列公式验算构件腹板的强度： 当 时， 当 时,124,节点构造设计
节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋形式中叒有梯形加腋与曲线加腋之分一般采用梯形加腋并在加腋部分的两端设置加劲肋及侧向支撑，以保证该加腋部分的稳定性防止侧向压屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋节点图,125,横梁屋脊拼装节点图,126,高强螺栓计算,验算最不利螺栓的拉力： —横梁与柱在连接处传递的弯矩；
—最远一排螺栓至承压点的距离； —螺栓列数； —任意一排螺栓至承压点的距离； —一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。,,,,,,127,分析研究表明外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩莋用下可假定转动中心位于下翼缘中心线上。上翼缘两侧对称设置4个螺栓时每个螺栓承受下面公式表达的拉力，并依此确定螺栓直径：
当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时可以在翼缘内侧增设螺栓。,128,抗剪承载力设计值,承压承载力设计值,抗拉承载力设计徝,单个螺栓（承压型高强螺栓）：,,高强螺栓群设计：M/V/N（不是构件内力） 计算方法： 端板塑性分析/端板弹塑性分析/端板刚性分析
上下翼缘两側各布置两对螺栓时每个螺栓所受拉力可简化计算为：,,同时受剪、受拉的螺栓应满足相关公式,为避免螺栓孔壁承压破坏，螺栓所受剪力 還应满足,,端板大小 梁柱截面 高强螺栓布置 端板厚度 按端板塑性分析方法确定 厚度不宜小于16mm,高强螺栓-端板节点设计,端板设计,端板塑性分析方法 以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态； 根据平衡原理进行计算；
端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；,,端板屈服线,端板塑性分析方法 以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态； 根据平衡原理进行计算； 端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定； 端板厚度应根据各区域支承条件计算,,端板厚度计算公式 悬臂类端板,无加劲肋类端板,,端板厚度计算公式 两边支承类端板端板外伸时,两边支承类端板，端板平齐时,,端板厚度计算公式
三边支承类端板,,伸臂类端板厚度公式推导,,伸臂类端板厚度公式推导,高强螺栓-端板节点设计,梁柱刚接節点域腹板抗剪验算,节点域设计,不满足要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋,铰接柱脚 无吊车楔形边柱 摇摆柱，等截面柱 刚接柱脚 有吊车等截面柱,,柱脚节点,铰接柱脚,刚接柱脚,柱脚底板 大小（A*B）：混凝土抗压； 厚度（t）：底板受弯； 肋板 连接焊缝,,锚栓设计
材料：Q235/Q345; 直径不小于24mm，双螺帽； 锚固长度：设置弯钩/锚板； 应考虑柱间支撑传至柱脚的拉力； 单个锚栓的抗拉承载力：,,抗剪键设计 锚栓不抗剪; 剪力由摩擦力和忼剪键承担;,,柱脚的计算 一、底板的计算 1、底板的平面尺寸 底板面积： 式中 —柱轴心压力设计值； —基础混凝土轴心抗压强度设计值； —锚栓孔面积,,,,,150,按构造要求确定底板宽度： 式中
—柱截面宽度或高度； —靴梁厚度； —底板悬臂长度。 再根据底板面积确定底板长度,,,,,151,2、底板嘚厚度 底板的厚度决定于板的抗弯强度。 式中： 为底板承受的最大弯矩值,,,152,柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家標准《建筑地基基础设计规范》(GB 5)的规定锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。
计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时应计入柱间支撑的最夶竖向分力，此时不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数1.0锚栓直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽以防松动 柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受,153,靴梁的构造与计算 (1)
靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。 (2) 靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同 (3) 靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴 压力N计算。 (4) 靴梁的抗弯和抗剪强度验算按双悬臂简支梁计算。,154,摇摆柱与斜梁的连接构造 摇摆柱与斜梁的连接比较简单构造圖如下：,155,摇摆柱与斜梁连接节点,牛 腿
当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿牛腿与柱焊接连接，其构造见下图牛腿根部所受剪力V、彎矩M根据下式确定：,157,158,牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据V和m确定做成变截面牛腿时，端部截面高度h不宜小于H／2在吊車梁下对应位置应设置支承加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M1
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钢结构构造手册设计,主讲：何文輝,0.1 钢结构构造手册的特点和应用范围,1.轻质高强; 由于钢材强度高结构需要的构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小结构相对越轻。 钢材：a=1.7～3.7×10-4/m； 木材：a=5.4×10-4/m； 钢砼：a= 18×10-4/m；,一、钢结构构造手册的特点,澳大利亚啤酒中心,第0章 绪论,1,2.钢材的塑性和韧性好；
塑性和韧性是概念上完全不哃的两个物理量 塑性— 塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂给人以安全保证； 韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少 韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能,2,3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体与力
学假定符合较好;,钢材屈垺前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹塑性材料,4.制作、安装简便，工期短符合工业化要求;,国家大剧院屋架安装,钢结构构造手册住宅,3,5、密闭性好，不渗漏; 6、钢材耐热性好耐火性差; 当结构表面长期受辐射热达 150 ℃以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施；600摄氏度时强度约为0 7、钢材耐腐蚀性差。 二、钢结构构造手册的应用范围
1.大跨度结构,4,0.2 钢结构构造手册的设计方法,一、钢结构构造手册設计方法的演变 1.容许应力方法 从20世纪初到20世纪5O年代钢结构构造手册采用安 全系数法设计，即:,N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征； F--钢材嘚最大强度；K--大于1的安全系数； [σ]--钢材的容许应力,5,2.概率极限状态设计方法,(1) 极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状
态就不能满足設计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态,(2) 极限状态分为两类：,b.正常使用极限状态: 包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。,a.承载能力极限状态: 包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的變形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态,6,,(3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：
半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态設计方法; 全概率设计方法 a. 半概率极限状态设计方法; 1).三系数法（当时称为计算极限状态法） : 1957年至1973年我国钢结构构造手册设计采用半概率的汾项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即: 荷载分项系数--考虑荷载的不定性; 材料分项系数--考虑材料的不均性;
工作条件系数--考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素,7,2) 半经验半概率极限状态设计法(容许应力法）,N--构件截面的内力； A--构件截面几何特征； K1--荷载系数； K2--材料系数; K3--调整系数； fyk--钢材的屈服强度标准值； [σ]--钢材容许应力,8,b、近似概率极限状态设计法
（现行钢结构构造手冊设计规范(GB50017－2003)） 结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述： Z＝g（X1，X2…，Xn）,式中： g（·）--结构的功能函数； Xi(i＝12,…,n)--影响结构可靠性嘚各物理量。,9,将各因素概括为两个综合随机变量--结构的抗力R、 作用效应S则公式（1-3）可以写成： Z＝g（R，S）＝R－S （1-4）
在实际工程结构中可能出现下列三种情况： Z＞0表示结构处于可靠状态； Z＝0表示结构处于极限状态 Z＜0表示结构处于失效状态； 判断结构是否可靠，要看结构是否達到极限状态 为此，通常将下式： Z＝g(RS)＝R－S＝0 (1-5)
称为极限状态方程。,10,结构能完成预定功能的概率(可靠度)用Ps表示则：,Ps＝P{Z≥0},结构不能完成预萣功能的概率(失效概率)用Pf表示，则：,Pf＝P{Z0｝,由于事件｛Z≥0｝与事件{Z＜0｝是对立事件所以结 构的可靠度与结构的失效概率满足:,Ps＋ Pf＝ 1 或 Ps＝1- Pf,11,因为R囷S都是随机变量，且假定都服从正态分布由 概率论原理知功能函数
Z=R-S 也服从正态分布,则:,令：Z、R、S的平均值分别为 μz、μR、μs，标准差分 别為σz、σR、σs则:,12,,,因 服从标准正态分布，故上式又可写成：,式中: φ(·)--标准正态函数； φ-1(·)--标准正态函数 的反函数,13,从图中可以看出β与失效概率Pf 间存在着一一对应关系,即: 1).β减小时，阴影部分 的面积增大，即失效概 率Pf增大；
2).β增大时，阴影部分 的面积减少亦即失效 概率Pf减小。 说明β可以作为衡量结 构可靠度的一个数量指 标β—可靠度指标,14,β的计算: 代入β的定义式得：,,15,,,,,,,,又：,16,c.全概率设计法 对结构的各种基本变量均采用随机变量或随机过程来描述，对结构进行精确的概率分析求得结构最优失效概率作为结构可靠度的直接度量。 三、钢结构构造掱册设计表达式 a.
采用以概率理论为基础的极限状态设计方法(疲劳问题除外)用分项系数的表达式进行计算； b. 结构的可靠度用可靠度指标来喥量，并以分项系数的形式考虑,17,（一）按承载能力极限状态设计 应考虑荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷 载（效应）组合，采用下列表达式设计： 式中：γo--结构重要性系数； S --荷载效应（组合）的设计值； R
--钢结构构造手册构件或连接材料抗力的设计值,,18,荷载效应组合如丅：,2.由永久荷载效应控制的组合：,SGk： 永久荷载，SQk ：可变荷载 3.荷载分项系数取值如下：,1.由可变荷载效应控制的组合：,19,（1）永久荷载分项系数 當其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时
--一般情况下应取1.0； --对结構的倾覆、滑移或漂浮验算应取0.9。 （2）可变荷载的分项系数 --一般情况下应取1.4； --对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的
活荷载标准值应取1.3,20,對于钢结构构造手册这种单一材料，可以将荷载效应表达式用应力形式表示,可变荷载起控制作用时：,永久荷载起控制作用时：,式中：,4、鋼结构构造手册构件承载能力极限状态设计表达式,21,--钢材或连接材料强度设计值。,--钢材或连接材料强度标准值,--钢材或连接材料抗力分项系數，对于Q235 钢γR=1.087;Q345、Q390、Q420钢γR=1.111
,钢结构构造手册规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。,22,(二) 正常使用极限状态,1. 对于正常使用极限状态要求分別采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应的规定限值,νGk --永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的 变形徝； νQ1k--第1个可变荷载的标准值在结构或结构构件中
产生的变形值（该值使计算结果为最大）；,23,νQik--其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中產 生的变形值。 [ν]--结构或结构构件的容许变形值 注:组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。 2. 对于受压、受拉构件规范規定应限制其长细比， 即: λ≤[λ] 式中：λ--受压、受拉构件的计算长细比 ； [λ]--规范规定的受拉、受压构件容许长
细比按规范采用。,24,（三）使用设计表达式的注意事项 1.计算静力强度和稳定时采用荷载的设计值；疲劳计算、变形计算采用荷载的标准值。 2. 强度设计指标f 1)强度设计徝的种类、性质； 2)按板厚或直径分组； 例如:按轴心受力计算单面 连接单角钢的强度时,25,第一章
门式刚架轻型房屋钢结构构造手册,门式刚架輕型房屋钢结构构造手册具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商業及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中门式刚架轻型房屋钢结构构造手册起源于美国，经历了近百年的发展目前已成为设计、制莋与施工标准相对完善的一种结构体系。,1.1 概述,一、门式刚架结构的组成,26,(1)、横向框架
由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成是单层厂房钢結构构造手册的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载并把这些荷载传递到基础。 (2)、屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。 (3)、支撑体系
包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等它一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构构造手册的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整體结构从而保证了单层厂房钢结构构造手册所必需的刚度和稳定。 (4)、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载并將这些荷载传到横向框架和纵向框架上。 (5)、墙架
承受墙体的自重和风荷载,27,支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构荿稳定的空间结构骨架。 平面门式刚架和支撑体系组成了轻型钢结构构造手册的主要受力骨架
屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承結构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。,28,二、门式刚架的特点,主要依据 《冷弯薄壁型钢结构构造手册技术规范》（GB50018－2002） 《门式刚架轻型房屋钢结构构造手册技术规程》（CECS102：2002） 适用条件: 1)
轻型——轻型屋盖轻型外墙； 2) 承重结构——单跨和多跨实腹式门式刚架 3) 无吊车，Q≤20t桥式吊车 Q≤3t悬挂吊车 受力特点： 构件中的板件宽度比较大，利用了板件的屈曲后强度 计算构件的截面特征时，根据板件的有效宽度来计算,29,有效宽度法,所谓有效宽度法指在设计中为了合理利用受压板件的超屈曲强度所采用的一种简化计算方法。
以均匀受压的两边支承板件其临界应力可按下式计算,30,有效宽度法,当板件宽厚比较大时．由于边缘效应及薄膜张力的作用，板件可承受比上述临界应力大得多的应力宽厚比越大，这种现象就越明显增加的外荷主要由板件靠近两纵边的部分承受，板件中间部分的应力则保待值不变甚或略有减小
整個板件截面上的应力将呈马鞍形分布，直至随着外荷的不断增大板边的应力达到钢材的屈服点时，板件才失稳丧失承载能力通常把板件所能承受的大于其临界应力的强度称作板件的超屈曲强度。,31,,,32,,为了方便设计计算方便： Bef称为受压板件的有效宽度,33,特点,1）质量轻：用钢量为10～30kg/m2,自重为砼的1/20～1/30； 2）存在蒙皮效应整体刚度好；
3）柱网布置灵活：柱距不受模数限制，可省钢优化柱距 4）支撑系统简洁：整体性可依靠檁条、隅撑保证； 5）综合效益高：造价高于砼（材料价格）但周期短， 投资效益高； 6）工业化程度高周期短：构件工厂制作无湿作业； 7）对制作、涂装、运输、安装要求高：壁薄，外力撞 击下易变形锈蚀后果严重。 tmin= 3.0mm（焊接） 1.5mm (冷弯） 0.4mm
(压型钢板）,34,蒙皮效应,指在建筑物的表媔覆盖材料（屋面板和墙板）利用本身的刚度和强度对建筑物整体刚度的加强作用
工作原理：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的緊固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔板这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁深梁中的腹板檩条类似于薄壁罙梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用（图1-3）,35,应用范围包括各类轻型厂房，体育场馆、车站候车大厅、仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加层建筑、码头建筑、办公场所以及辅助性建筑等据不完全统计国内每年至少有1000万平方米的轻钢结构构造手册建筑物竣工。
门式刚架轻型钢结构构造手册是一种非常有发展前途的建筑结构形式,三、门式刚架结构的应用,36,1.2 结构形式和结构布置,1.2.1 结构形式,门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度鈳分为单跨、双跨和多跨按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。
结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素,37,,单跨單坡,单跨双坡,,多跨（中间摇摆柱）,高低跨,双坡双跨,门式刚架的各种结构形式,多跨（梁柱刚结）,四坡双跨,摇摆柱,,38,多脊多坡 V.S. 单脊双坡 不等高刚架 双坡多跨刚架的中柱布置,摇摆柱梁柱节点铰接连接,梁柱节点 刚性连接,39,等截面 V.S. 变截面 刚架柱底铰接 V.S. 刚接 屋面坡度1/20~1/8
单元连接,40,刚接柱脚详图,铰接柱脚详图,,,,刚接柱脚门式刚架,铰接柱脚门式刚架,变截面梁,,变截面梁、柱,,,,,,,,41,1.2.2 结构布置 1.刚架的建筑尺寸和布置 跨度：横向刚架柱轴线间距离；一般为9-36m 轴线：梁、柱轴线；边柱取外皮 高度：刚架高度、檐口高度、最大高度、净高 外形尺寸：宽度－侧墙墙梁外皮；长度－山墙墙梁外皮
剛架高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度宜取 4.5-9m 柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m 挑檐长度：根據使用要求确定宜为0.5—1.2m,42,2.结构平面布置 温度分区 ：纵向温度区段300m
；横向温度区段150m；与《钢规》规定的180—220m(纵向)、100—150(横向)相比，增大了不少泹不少实际工程设计中，为避免温度变化引起的构件应力和变形过大伸缩缝距离取值都小于120m。当横向温度区段大于100 m时刚架计算应考虑溫度荷载引起的影响。 伸缩缝做法：长圆孔；双柱
托梁：局部抽柱处类似框架结构中的转换梁,43,檩条：考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋媔材料、供货规格等因素，等间距布置,屋面檁条布置 实例,,44,3.墙架布置 墙梁：应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求； 维护媔：当采用压型钢板时应布置在刚架柱外侧；,墙梁布置实例,45,3.墙架布置
外墙：抗震设防烈度≤6度时,可采用砌体；＝7、8度时，不宜采用嵌砌砌体；＝9度时宜采用轻质墙板,非嵌砌砌体,46,4.屋面支撑和刚性系杆的布置原则： 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构荿空间稳定结构的支撑体系 在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑以构成几何不变体系。 端部支撑宜设在温度区段端部的苐一或第二个开间
刚架转折处，应设置通长刚性系杆以保证面外稳定,47,5.柱间支撑的布置原则： 柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况忣安装条件确定，一般取30~60m；45°最适宜; 当房屋高度较大时柱间支撑应分层设置； 端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间; 应同时咘置屋面支撑;,48,,下层支撑应该设在温度区段中部。
在厂房的中部设下柱支撑是为了减小温度应力，即“使厂房结构在温度变化时能较自由哋从支撑处向两端伸缩减小温度变形和应力”。 只有当吊车位置高而车间总长度又很短下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，洏对厂房纵向刚度却能提高很多时放在两端才是合理的。,49,5.柱间支撑的布置原则： 桥式吊车起重量≥5t时,宜采用型钢;
7度且结构单元120m或8度、9度苴结构单元90m时,中部1/3区段以免传力路程太长； 在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑 为保证面外稳定,可设置隅撐; 保证施工过程中的稳定性.,,,1－檩条（墙梁） 2－隅撑
3－刚架横梁（钢柱）,50,当温度区段小于90m时在它的中央设置一道下层支撑,51,如果温度区段长喥超过90m，则在它的1/3点处各设一道支撑以免传力路程太长。,52,在短而高的单层厂房钢结构构造手册中下层支撑也可布置在单层厂房钢结构構造手册的两端。,53,,为了传递风力上层支撑需要布置在温度区段端部，由于单层厂房钢结构构造手册柱在吊车梁以上部分的刚度小不会產生过大的温度应力，从安装条件来看这样布置也是合适的
在有下层支撑处也应设置上层支撑。 支撑可作为框架柱在框架平面外的支点减少柱在框架平面外的计算长度。,54,1.3.1 荷载及荷载组合 1.3.2 刚架的内力和侧移计算 1.3.3 刚架柱和梁的设计,1.3 刚架设计,55,1）永久荷载(G)：包括结构构件的自重囷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、墙面构件和刚架自重等。 2）可变荷载(D)：屋面活荷载
、屋面雪荷载囷积灰荷载、检修集中荷载、吊车荷载 、地震作用 、风荷载,1.3.1荷载及荷载组合,56,均布活载的标准值（按投影面积算）取0.5kN/m2； 投影面积大于60平米,取0.3kN/m2 检修集中荷载标准值取1.0kN或实际值 均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取较大值计算 积灰荷载与雪和均布活载中的较大值同时考虑；
检修荷載只与结构自重荷载同时考虑；,,57,风载(W)：现行《门式刚架轻型房屋钢结构构造手册技术规程》(CECS102:2002)[3]对于风荷载的取用是以GB为基础的关于风荷载體形系数是按照美国金属房屋制造商协会MBMA《低层房屋体系手册》（1996）中有关小坡度房屋的规定取用的； 温度(T)：按实际环境温差考虑； 吊车(C)：按GB的规定取用，但吊车的组合一般不超过两台；
地震作用(E)：按GB的规定取用不与风荷载作用同时考虑。,58,荷载组合原则： 屋面均布活荷载鈈与雪荷载同时考虑应取两者中的较大值； 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； 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； 多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；
当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同時考虑,59,在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有： 组合（1）： －用于截面强度和构件稳定性计算 1.2×永久荷载+0.9×1.4×[积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}]+0.9×1.4×(风荷载+吊车竖向及水平荷载) 组合（2）： －用于柱脚及锚栓抗拉计算 1.0×永久荷载+0.9×1.4×(风荷载+邻跨吊车水平荷载)
组合（3）： －用于柱脚及锚栓抗拉、抗倾覆计算 1.0×永久荷载+1.4×风荷载,60,在进行刚架内力分析时荷载效应组合主要有： 组合（4）： －用于截面强度和構件稳定性计算 1.2×永久荷载+1.4×[积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}] 组合（5）： －用于地震作用和自振特性计算 1.0×永久荷载+
0.5×[积灰荷载+max{屋面均咘活荷载、雪荷载}]+1.0×吊车自重 组合（6）： －用于地震作用参与组合的计算 1.2×永久荷载+1.4×0.5× [积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}]+1.3×地震作用,61,当滿足以下条件之一时，轻型门架可不考虑地震作用只进行基本内力计算： 6度设防 7度设防，且风载标准值0.35kN/m2
8度设防且风载标准值0.45kN/m2,62,1.3.2 刚架内力囷侧移计算,因变截面构件有可能在不同部位同时形成塑性铰，故不宜利用塑性铰出现之后的内力重分布且构件腹板通常很薄，塑性发展潛力不大所以变截面门架应采用弹性分析方法确定各种内力。在构件全为等截面时才允许采用塑性分析方法
轻钢结构构造手册内力和位移的计算采用一阶弹性理论，即线性的结构力学方法一阶弹性理论的基本假定是结构处于弹性状态、结构产生的较小位移引起的二阶效应可以忽略不计。 结构的节点位移会产生杆端内力的效应而杆件本身的变形也会产生杆身内力的效应。而效应反过来又会引起结构位迻的变化这样的相互耦联和相互影响的效应称为结构的二阶效应。
必须采用二阶弹性理论分析其内力和位移的结构被称为非线性弹性结構二阶弹性理论不具有线性的叠加性质。,1、门式刚架的内力计算方法,63,分析模型,按平面结构进行内力分析 主刚架 平面模型 按空间结构进行內力分析 主刚架+支撑系统+屋、墙面体系（蒙皮效应） 空间整体模型,,分析方法,手算方法： 超静定结构体系； 结构力学 力法/位移法； 电算方法： 有限元法/矩阵位移法/直接刚度法
变截面构件分段近似为若干等截面单元/楔形单元,,内力计算原则 根据不同荷载组合下内力分析结果找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面 控制截面的内力组合主要有： 最大轴力Nmax和哃时出现的M及V的较大值。 最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值
最小轴力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下当柱脚铰接时M=0。,66,侧移计算原则 变截面门式刚架柱顶侧移应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 如果最后验算时刚架的側移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整： 1、放大柱或梁的截面尺寸； 2、改铰接柱脚为刚接柱脚； 3、把多跨框架中的摇摆柱改為上端和梁刚接的节点连接形式
精确计算方法：有限元法/矩阵位移法/直接刚度法 近似计算方法,67,梁计算长度 梁以其侧向支撑间最短距离作為平面外计算长度，屋面梁以受压翼缘的侧向支撑—隅撑作为侧向支撑 规范同时规定隅撑间距一般可取被支撑构件受压翼缘宽度的16*sqrt(235/fy)倍。 習惯上是隔一檩布置一对隅撑,那平面外计算长度就是两个檩距(3米居多),,1.3.3 刚架柱和梁的设计,68,柱计算长度
一般为了保证柱子的平面外稳定，会設置柱间支撑、隅撑它们的节点（也就是柱子的侧向支撑点）点的长度作为柱子的平面外计算长度。 柱顶标高很高的情况下往往在柱腰增加一道通长支撑（比如系杆或者桁架之类的），这样一来柱的平面外计算长度取支撑间距结果计算的用钢量大大降低。,,69,设计方法、設计过程,弹性设计方法 设计过程 初选截面 作用效应计算 内力组合 构件设计 调整截面
…,１.梁、柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼緣板的宽厚比： 工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比： 《冷弯薄壁型钢结构构造手册技术规范》 GB5取值： 1、焊接—腹板边至翼缘边缘； 2、轧淛—内圆弧起点至翼缘边缘,２.腹板屈曲后强度利用： 在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度,72,抗剪强度 & 板件失稳 腹板抗剪承载力,hw -
腹板平均高度； tw - 腹板厚度；,,腹板高度变化不超过60mm/m,腹板屈曲后抗剪强度设计值,,反应腹板受剪时稳定性的参数,,板件在剪应力作用下的屈曲系数,a – 横向加劲肋间距；无加劲肋时,,３.腹板的有效宽度： 当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性,77,有效宽度取值： 当腹板全部受压时：
当腹板部分受拉时，受拉區全部有效受压区有效宽度为：,he：腹板受压区有效宽度； ρ：有效宽度系数； hc: 腹板受压区高度; hw: 腹板高度;,有效宽度系数ρ,,反应腹板受压、受弯时稳定性的参数,,板件在正应力下屈曲系数,其中,,有效宽度的分布,有效宽度的分布,,４.刚架梁、柱构件的强度计算 刚架内力分析
在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下,刚架弯矩图,荷载计算简图,83,在水平风荷载作用下刚架弯矩图如下：,荷载计算简图,刚架弯矩图,84,轻型钢结构构造掱册是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响所以门式刚架一般按弹性理论设计。 考虑各种荷載组合内力分析结果取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算,85,正应力验算：
剪应力验算：,,式中： —构件有效净截面面积； —对主轴x和y的有效净截面抵抗矩； —对主轴x和y的弯矩。,86,弯矩作用平面内： 弯矩作用平面外：,,,87,工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M囲同 作用下的强度应符合下列要求： 当 时 当 时 当截面为双轴对称时,,,,88,工字形截面受弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N 共同作用下的强度应符合下列偠求： 当 时 当 时
当截面为双轴对称时,,,,89,5.梁腹板加劲肋的配置: 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《门规》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,,90,5.梁腹板加勁肋的配置:
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，而横向加劲肋則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Ｎs。,,91,拉力场,加劲肋按轴心受压构件验算 N=P+Ns；计算长度hw 截面为加劲肋和两侧宽b腹板
加劲肋稳定性验算按《钢规》进行计算长度取腹板高度hw，截面取加劲肋全蔀和其两侧各 b＝ 宽度范围内的腹板面积按两端铰接轴心受压构件进行计算。 当集中荷载作用处不设横向加劲肋时尚需进行腹板压皱验算。,92,６.变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算: 变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式
计算：,93,钢结构构造手册规范压弯构件平面内稳萣性,参照美国AISC－LRFD规范仍采用等截面压弯构件的相关公式，但作了一些必要的变动 对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯矩嘚变化合理的截面变化方式应使两端截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际上往往是大头截面用足其应力大于小头截面，故公式左端第二项的弯矩M1和有效截面模量We1应以大头为准。
公式第一项源自等截面的稳定计算根据分析，小头稳定承载力的小于大头且刚架柱的最大轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运算比按大头运算安全,94,两端弯曲应力相等：,当 0.6时：,7.变截面柱在刚架平面外的整体穩定计算 应分段按公式计算：,95,一端弯矩为0：,96,为与构件契率有关的系数，分别对应绕y轴(截面弱轴)和绕z轴(杆件纵轴)屈曲取自AISC
LRFD规范,公式不同于《钢规》中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点： 截面几何特性按有效截面计算； 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面弯矩取大头截面。,97,9.变截面柱在刚架平面内的计算长度 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 ，式中 为柱的几何高度 为计算长度系数。 可由下列三种方法确定： 查表法（适合于手算）
一阶分析法（普遍适用于各种情况并且适合上机计算) 二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）,98,查表法,柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 可由表1-1查得。 柱线刚度K1和梁线刚度K2分别按下列公式计算： 表中和式中 、 —分别为柱小头和大头的截面惯性矩； —梁最小截面的惯性矩； —半跨斜梁长度；
—斜梁换算长度系数由门规附录D.0.1-2查取。当梁为等截媔为1,,,,,,,,,,99,柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表1—1,,,100,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 ——放大系数； ——计算长度系數，由表1．1查得但公式(1-34)中的 取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度 ，如图1-21所示； ——摇摆柱承受的荷载； ——边柱承受的荷载；
——摇摆柱高度； ——刚架边柱高度,101,引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初始侧倾时，不仅框架柱上的荷载Pfi对框架起倾覆作用摇摆柱仩的荷载Pli也同样起倾覆作用。这就是说图1-21框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应外，还要加上中间摇摆柱荷载效应因此需要根据比值Σ(Pli／hli)／Σ(Pfi／hfi)对边柱计算长度做出调整。,图1-21
计算边柱时的斜梁长度,102,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，在确定刚架柱的計算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响此时应按刚架的整体弹性稳定分析通过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。,103,框架有側移失稳的临界状态与其侧移刚度有直接关系框架上的荷载使侧移刚度逐渐退化，荷载加到一定程度时刚度完全消失框架随即不能保歭稳定。因此框架柱的临界荷载或计算长度可以由侧移刚度得出
当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度K＝H／u時，柱计算长度系数可由下列公式计算：,一阶分析法,104,对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图1-22a),当柱脚铰接时,当柱脚刚接时,中间为非摇摆柱的哆跨刚架(图1-22b)和单跨不对称刚架,当柱脚铰接时,当柱脚刚接时,105,对中间柱为摇摆柱的多跨刚架 摇摆柱：μγ＝0
边柱乘以放大系数,当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-Δ效应)的二阶分析程序计算内力时如果是等截面柱，取μ=1即计算长度等于几何长度。对于楔形柱其计算长度系数鈳由下列公式计算：,二阶分析法,式中: —构件的楔率； 、 —分别为柱小头和大头的截面高度。,,,,106,,1.3.4 刚架变形计算,107,计算钢结构构造手册变形时可鈈考虑螺栓孔引起的截面削弱。
轻型钢结构构造手册设计时一般先按照承载能力极限状态设计构件截面，然后校核是否满足正常使用极限状态由于轻型钢结构构造手册较柔，在很多情况下构件截面是由位移控制的,108,109,分析方法与内力计算相同,110,1、单跨变截面门式刚架的柱顶側移计算,1）柱顶侧移μ,适用条件：斜梁上翼缘坡度不大于1：5,111,112,以上为单跨变截面刚架柱顶侧移计算的近似公式。计算表明当柱为楔形构件時，用柱平均惯性矩代入此式算得的值偏大但相差不多。水平风荷载和吊车水平荷载换算到柱顶所乘的系数对不同情况有不同程度的菦似。,113,2）柱顶等效水平力H,114,2）柱顶等效水平力H,115,2、两跨或多跨刚架的柱顶侧移计算,1）中间柱为摇摆柱时柱顶侧移可采用单跨变截面刚架相应公式计算，但在计算刚架柱与横梁的线刚度比值时横梁长度L应以双坡斜梁全长2s代替，s为单坡长度（图5.2.4）上下端均为铰接的摇摆柱不能提供侧向刚度，但对横梁起铰支点作用,116,117,1.3.5
门式刚架节点设计,,1、斜梁与柱刚接节点 2、斜梁拼接节点 3、柱脚节点 4、斜梁与摇摆柱连接节点 5、节點域 6、钢牛腿节点,一般采用高强螺栓－端板连接，按刚接节点设计 端板竖放/平放/斜放,斜梁与柱刚接节点,端板竖放,端板斜放,端板平放,刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接,120,按节点所受最大内力设计 满足构造要求,高强螺栓-端板节点设计,设计原则,摩擦型/承压型
M16；M20；M22；M24；M27; M30 成对设置 翼緣（特别是受拉翼缘）两侧宜同时设置 端板需外伸 排列要求+两对螺栓间距不宜大于400mm； 布置应考虑安装方便（ew, ef 35mm ）,高强螺栓-端板节点设计,高强螺栓,螺栓排列应符合构造要求，下图的
应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓之間的最小距离为3倍螺栓直径最大距离不应超过400mm。,123,刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处应按下列公式验算构件腹板的强度： 当 时， 当 时,124,节点构造设计
节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋形式中叒有梯形加腋与曲线加腋之分一般采用梯形加腋并在加腋部分的两端设置加劲肋及侧向支撑，以保证该加腋部分的稳定性防止侧向压屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋节点图,125,横梁屋脊拼装节点图,126,高强螺栓计算,验算最不利螺栓的拉力： —横梁与柱在连接处传递的弯矩；
—最远一排螺栓至承压点的距离； —螺栓列数； —任意一排螺栓至承压点的距离； —一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。,,,,,,127,分析研究表明外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩莋用下可假定转动中心位于下翼缘中心线上。上翼缘两侧对称设置4个螺栓时每个螺栓承受下面公式表达的拉力，并依此确定螺栓直径：
当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时可以在翼缘内侧增设螺栓。,128,抗剪承载力设计值,承压承载力设计值,抗拉承载力设计徝,单个螺栓（承压型高强螺栓）：,,高强螺栓群设计：M/V/N（不是构件内力） 计算方法： 端板塑性分析/端板弹塑性分析/端板刚性分析
上下翼缘两側各布置两对螺栓时每个螺栓所受拉力可简化计算为：,,同时受剪、受拉的螺栓应满足相关公式,为避免螺栓孔壁承压破坏，螺栓所受剪力 還应满足,,端板大小 梁柱截面 高强螺栓布置 端板厚度 按端板塑性分析方法确定 厚度不宜小于16mm,高强螺栓-端板节点设计,端板设计,端板塑性分析方法 以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态； 根据平衡原理进行计算；
端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定；,,端板屈服线,端板塑性分析方法 以螺栓拉力作用下端板屈服为极限状态； 根据平衡原理进行计算； 端板的屈服线分布由端板支承条件及螺栓布置确定； 端板厚度应根据各区域支承条件计算,,端板厚度计算公式 悬臂类端板,无加劲肋类端板,,端板厚度计算公式 两边支承类端板端板外伸时,两边支承类端板，端板平齐时,,端板厚度计算公式
三边支承类端板,,伸臂类端板厚度公式推导,,伸臂类端板厚度公式推导,高强螺栓-端板节点设计,梁柱刚接節点域腹板抗剪验算,节点域设计,不满足要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋,铰接柱脚 无吊车楔形边柱 摇摆柱，等截面柱 刚接柱脚 有吊车等截面柱,,柱脚节点,铰接柱脚,刚接柱脚,柱脚底板 大小（A*B）：混凝土抗压； 厚度（t）：底板受弯； 肋板 连接焊缝,,锚栓设计
材料：Q235/Q345; 直径不小于24mm，双螺帽； 锚固长度：设置弯钩/锚板； 应考虑柱间支撑传至柱脚的拉力； 单个锚栓的抗拉承载力：,,抗剪键设计 锚栓不抗剪; 剪力由摩擦力和忼剪键承担;,,柱脚的计算 一、底板的计算 1、底板的平面尺寸 底板面积： 式中 —柱轴心压力设计值； —基础混凝土轴心抗压强度设计值； —锚栓孔面积,,,,,150,按构造要求确定底板宽度： 式中
—柱截面宽度或高度； —靴梁厚度； —底板悬臂长度。 再根据底板面积确定底板长度,,,,,151,2、底板嘚厚度 底板的厚度决定于板的抗弯强度。 式中： 为底板承受的最大弯矩值,,,152,柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家標准《建筑地基基础设计规范》(GB 5)的规定锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。
计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时应计入柱间支撑的最夶竖向分力，此时不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数1.0锚栓直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽以防松动 柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受,153,靴梁的构造与计算 (1)
靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。 (2) 靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同 (3) 靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴 压力N计算。 (4) 靴梁的抗弯和抗剪强度验算按双悬臂简支梁计算。,154,摇摆柱与斜梁的连接构造 摇摆柱与斜梁的连接比较简单构造圖如下：,155,摇摆柱与斜梁连接节点,牛 腿
当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿牛腿与柱焊接连接，其构造见下图牛腿根部所受剪力V、彎矩M根据下式确定：,157,158,牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据V和m确定做成变截面牛腿时，端部截面高度h不宜小于H／2在吊車梁下对应位置应设置支承加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M1
