第二章

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1 第 章 平 台 钢 结 构 设 计. 平 台 钢 结 构 布 置 平 台 结 构 多 见 于 工 业 建 筑 内, 如 设 备 平 台 检 修 走 道 平 台 高 大 厂 房 中 搭 建 的 平 台 也 用 于 其 它 生 产 辅 助 以 及 办 公 管 理 在 一 些 商 铺 办 公 用 房 内 部, 也 会 设 有 平 台 以 利 用 空 间 平 台 结 构 一 般 仅 设 一 层, 是 建 筑 钢 结 构 体 系 中 最 简 单 的 一 种 形 式 图 - 是 平 台 钢 结 构 的 布 置 示 意 图 图 - 工 厂 车 间 中 的 平 台 钢 结 构 示 意 设 置 在 室 内 的 平 台 结 构 一 般 只 考 虑 承 受 恒 载 活 荷 载 等 竖 向 荷 载, 但 设 计 者 不 应 疏 漏 了 可 能 受 到 水 平 荷 载 作 用 的 情 况 平 台 结 构 通 常 由 铺 板 ( 也 称 楼 面 板 平 台 板 ) 梁 柱 柱 间 支 撑 组 成 铺 板 直 接 承 受 竖 向 荷 载, 并 将 其 传 到 梁 上 柱 距 较 小 或 负 荷 较 小 时, 可 以 采 取 简 单 梁 系, 即 每 一 支 承 铺 板 的 梁 都 直 接 连 接 在 柱 上, 参 见 图 -(a); 但 柱 距 较 大 或 负 荷 较 大 的 平 台 结 构, 则 需 要 采 用 主 次 梁 体 系 ( 图 -b), 即 铺 板 搁 置 在 次 梁 上, 次 梁 连 接 在 主 梁 上, 竖 向 荷 载 经 由 铺 板 次 梁 主 梁 传 递 到 柱 子 当 平 台 柱 的 两 端 都 采 用 铰 接 连 接 时, 必 须 设 置 柱 间 支 撑, 以 保 证 结 构 几 何 不 变 ; 即 使 在 其 它 情 况 下, 也 可 能 因 保 证 结 构 稳 定 性 或 侧 向 刚 度 的 需 要 而 设 置 必 要 的 柱 间 支 撑 柱 间 支 撑 有 交 叉 支 撑 ( 图 -a b) 门 形 支 撑 ( 图 -c) 隅 撑 ( 图 -d) 等 多 种 形 式 有 些 情 况 下 也 采 用 梁 端 加 腋 的 方 式 ( 图 -e) 图 - 平 台 梁 系 图 - 平 台 结 构 支 撑 形 式 平 台 需 设 置 楼 梯, 周 边 一 般 还 需 设 置 栏 杆 设 计 平 台 结 构 时, 可 参 考 如 下 步 骤 : () 根 据 荷 载 情 况 使 用 要 求 空 间 条 件 等, 进 行 结 构 体 系 布 置 : ) 梁 柱 平 面 布 置, 包 括 梁 系 选 择 柱 距 选 择 ; ) 柱 间 支 撑 布 置, 支 撑 类 型 支 撑 位 置 ; ) 构 件 连 接 节 点 类 型 的 确 定 : 初 步 选 择 梁 柱 连 接 柱 脚 连 接 是 刚 接 还 是 铰 接 () 初 选 构 件 截 面 () 结 构 内 力 变 形 的 分 析

2 (4) 对 铺 板 次 梁 主 梁 柱 子 支 撑 等 构 件 进 行 计 算, 对 初 选 截 面 进 行 合 理 调 整 (5) 节 点 构 造 设 计 和 计 算, 包 括 对 柱 子 基 础 进 行 设 计 计 算 (6) 对 楼 梯 栏 杆 进 行 设 计 计 算 (7) 编 制 施 工 图 以 下 各 节 对 其 中 若 干 步 骤 进 行 说 明. 平 台 铺 板 设 计.. 铺 板 形 式 和 构 造 铺 板 可 以 采 用 钢 板 现 浇 或 预 制 的 钢 筋 混 凝 土 板 压 型 钢 板 和 混 凝 土 组 成 的 组 合 楼 板, 参 见 图 -4 除 了 某 些 走 道 和 有 特 殊 轻 型 要 求 的 平 台 外, 一 般 采 用 钢 筋 混 凝 土 板 或 组 合 楼 板 钢 筋 混 凝 土 板 的 设 计 可 阅 读 有 关 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 教 科 书, 本 章 不 作 具 体 介 绍 组 合 楼 板 的 设 计 将 在 第 6 章 6.5 节 的 6.5. 楼 面 和 屋 面 结 构 的 设 计 中 介 绍 图 -4 平 台 铺 板 的 形 式 钢 铺 板 有 平 钢 板 花 纹 钢 板 和 蓖 条 式 钢 板 等 类 型 ( 图 -5) 人 行 通 道 平 台 和 经 常 有 人 走 动 的 平 台 需 要 防 滑, 宜 采 用 花 纹 钢 板 花 纹 钢 板 表 面 有 轧 制 的 小 突 起, 基 本 厚 度 范 围 为.5~8.0mm 需 要 防 止 积 灰 的 平 台 室 外 平 台 等 可 以 考 虑 蓖 条 式 钢 板 这 种 钢 板 为 镂 空 式, 预 制 成 一 定 规 格, 周 边 有 加 劲 肋 形 成 四 边 支 承 图 -5 可 用 于 平 台 铺 板 的 花 纹 钢 板 平 钢 板 和 花 纹 钢 板 的 设 计 方 法 相 同 因 钢 板 抗 弯 刚 度 和 承 载 力 都 较 小, 仅 靠 梁 的 支 承 往 往 很 不 经 济, 一 般 需 要 设 置 加 劲 肋 加 劲 肋 常 采 用 扁 钢 或 小 角 钢 根 据 工 程 经 验, 用 作 加 劲 肋 的 扁 钢 高 度 取 其 跨 度 的 /~/5, 厚 度 不 小 于 /5 5 / ( 图 -6a) 扁 钢 与 钢 板 可 采 用 间 断 焊 的 角 焊 缝 焊 缝 间 距 不 应 超 过 5t,t 为 较 薄 板 件 的 厚 度 加 劲 肋 如 采 用 角 钢, 则 通 常 将 一 肢 尖 焊 于 钢 板 ( 图 -6b), 焊 接 方 法 与 扁 钢 加 劲 肋 相 同 加 劲 肋 之 间 的 距 离, 应 根 据 铺 板 计 算 确 定 铺 板 与 梁 的 连 接 一 般 也 采 用 间 断 角 焊 缝 图 -6 铺 板 加 劲 肋 构 造.. 铺 板 计 算

3 通 常 铺 板 被 梁 和 加 劲 肋 划 分 成 矩 形 区 格 ( 参 见 图 -7) 铺 板 按 区 格 计 算 图 -7 铺 板 的 区 格 和 计 算 模 型. 四 边 简 支 板 当 矩 形 区 格 的 两 相 邻 边 的 长 短 边 长 之 比 不 超 过.0 时, 可 视 为 四 边 简 支 板 ( 图 -7b) 这 时 板 的 内 力 按 式 (-) 计 算 : M ma = α q a (-) 式 中 M ma 铺 板 区 格 内 单 位 长 度 上 最 大 弯 矩 设 计 值,kN-m/m; α 均 布 荷 载 作 用 下 四 边 支 承 板 的 弯 矩 系 数, 与 板 的 边 长 比 b/ a有 关, 根 据 四 边 间 支 板 的 弹 性 力 学 分 析 得 出, 可 按 表. 查 取 ; 中 间 值 采 用 线 性 插 值 法 得 到 ; a b 分 别 为 区 格 的 短 边 与 长 边 ; q 区 格 内 均 布 荷 载 设 计 值 板 的 强 度 应 满 足 式 (-) 的 要 求 M γ W ma = 6Mma γ t (-) 式 中 γ 截 面 塑 性 发 展 系 数, 此 处 取.; W t 分 别 为 铺 板 单 位 长 度 的 截 面 模 量 和 厚 度, 花 纹 钢 板 厚 度 取 基 本 厚 度 ; 铺 板 钢 材 的 强 度 设 计 值 板 的 挠 度 按 式 (-) 计 算, 该 式 也 是 弹 性 板 分 析 后 得 到 的 公 式 v q a Et 4 k = β (-) 式 中 β 均 布 荷 载 作 用 下 四 边 支 承 板 的 挠 度 系 数, 也 与 板 的 边 长 比 b/ a有 关, 可 按 表. 查 取 ; q k 区 格 内 均 布 荷 载 标 准 值 板 的 计 算 挠 度 应 小 于 规 范 规 程 的 规 定 [ v] 或 工 程 使 用 提 出 的 特 定 要 求 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 中 对 平 台 铺 板 采 用 钢 板 时 的 挠 度 限 值 为 a /50

4 四 边 简 支 板 的 计 算 系 数 表 - b/ a α β 单 向 受 弯 板 当 矩 形 区 格 两 相 邻 边 的 长 短 边 之 比 大 于.0 时, 可 将 板 视 为 两 长 边 支 承 的 单 向 受 弯 板 ( 图 -7c) 若 仅 有 一 个 区 格, 可 将 板 作 为 单 跨 简 支 梁 ; 在 多 个 区 格 的 情 况 下, 可 将 板 作 为 多 跨 连 续 梁 ; 梁 跨 是 板 的 短 边 长 度 仍 采 用 式 (-)~(-) 进 行 计 算, 但 弯 矩 计 算 系 数 和 挠 度 计 算 系 数 作 如 下 调 整 : 单 跨 简 支 梁 或 双 跨 连 续 梁 模 型 时 :α =0.5, β =0.40; 三 跨 及 三 跨 以 上 连 续 梁 模 型 时 :α =0.00, β =0.0 计 算 结 果 如 不 能 满 足 强 度 要 求 或 变 形 要 求 时, 可 以 调 整 铺 板 区 格 ( 即 调 整 加 劲 肋 间 距 ) 或 增 加 板 厚 等 采 取 何 种 措 施 为 好, 需 考 虑 经 济 指 标 的 要 求.. 铺 板 加 劲 肋 计 算 加 劲 肋 作 为 受 弯 构 件 承 受 铺 板 传 递 的 荷 载, 可 按 简 支 构 件 计 算 当 假 定 铺 板 为 单 向 受 弯 板 时, 加 劲 肋 承 受 均 布 荷 载 ; 假 定 为 四 边 支 承 板 时, 较 精 确 的 可 假 定 荷 载 按 梯 形 分 布 ( 图 -8), 也 可 偏 安 全 地 按 均 布 荷 载 考 虑 图 -8 加 劲 肋 计 算 简 图 当 铺 板 和 加 劲 肋 之 间 的 间 断 焊 缝 间 距 不 超 过 5t 时, 加 劲 肋 跨 中 受 弯 计 算 时 可 取 图 -9 中 打 斜 线 的 部 分 作 为 加 劲 肋 的 计 算 截 面, 按 此 面 积 计 算 加 劲 肋 的 截 面 模 量 和 抗 弯 刚 度 支 座 受 剪 计 算 时, 取 打 斜 线 的 部 分 计 算 面 积 图 -9 加 劲 肋 的 计 算 截 面 加 劲 肋 按 受 弯 构 件 计 算 强 度 和 挠 度 由 于 铺 板 可 以 阻 止 加 劲 肋 受 压 翼 缘 出 平 面 变 形, 不 另 计 算 整 体 稳 定 加 劲 肋 的 强 度 按 下 式 计 算 : 正 应 力 γ M W n (-4) 剪 应 力 VS τ = v (-5) It 4

5 加 劲 肋 的 挠 度 按 下 式 计 算 v 5ql 84EI 4 k = [] v (-6) 式 中 M 根 据 加 劲 肋 之 间 的 荷 载 计 算 的 加 劲 肋 的 弯 矩 设 计 值 ; W n 加 劲 肋 净 截 面 的 截 面 模 量 ; γ 截 面 塑 性 发 展 系 数 : 对 图.9(a) 截 面 的 下 边 缘 取.0, 上 边 缘 取.05; 对 图.9(b) 截 面 的 上 下 边 缘 都 取.05; 加 劲 肋 钢 材 的 抗 弯 强 度 设 计 值 ; V 加 劲 肋 支 座 处 的 剪 力 设 计 值 ; S 加 劲 肋 支 座 处 截 面 的 面 积 矩 ; I 加 劲 肋 支 座 处 截 面 的 惯 性 矩 ; t 加 劲 肋 支 座 处 截 面 的 宽 度 ; v 铺 板 钢 材 的 抗 剪 强 度 设 计 值 ; q k 均 布 荷 载 标 准 值 ; l 加 劲 肋 跨 度 ; E 钢 材 弹 性 模 量 ; I 加 劲 肋 截 面 对 轴 的 惯 性 矩 ; [v] 加 劲 肋 的 挠 度 容 许 值 Lk [ 例 -] 设 一 平 台 结 构, 平 面 布 置 如 图 -0 所 示, 平 台 的 均 布 活 荷 载 标 准 值 q = 0kN/m [ 设 计 与 计 算 ] 设 计 并 计 算 平 台 铺 板, 设 铺 板 采 用 花 纹 钢 板, 钢 材 牌 号 为 Q5 铺 板 设 计 : 由 图.0, 次 梁 间 距.5m, 设 加 劲 肋 间 距 0.6m, 铺 板 选 用 厚 度 t = 6mm 的 花 纹 钢 板 因 铺 板 区 格 长 短 边 之 比 b/ a =.5/ 0.6 =.5 >.0, 可 作 为 多 跨 连 续 的 单 向 板 计 算, 加 劲 肋 为 其 支 点 荷 载 计 算 : 已 知 平 台 均 布 活 荷 载 标 准 值 q = 0kN/m, 6mm 厚 花 纹 钢 板 自 重 q = 0.5kN/m Dk Lk, 取 恒 载 分 项 系 数., 活 荷 载 分 项 系 数.4* (* 注 : 工 业 楼 面 活 荷 载 的 标 准 值 大 于 4kN/m 时, 在 一 般 情 况 下, 其 变 异 系 数 较 小, 活 荷 载 分 项 系 数, 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009 取. 根 据 所 设 计 平 台 结 构 的 荷 载 实 测 情 况, 其 变 异 系 数 与 一 般 活 荷 载 相 似, 因 此 仍 取 活 荷 载 分 项 系 数 为.4 ) 均 布 荷 载 标 准 值 q k = = 0.5kN/m 均 布 荷 载 设 计 值 q d = = 4.6kN/m 强 度 计 算 : 弯 矩 按 式 (-) 计 算, 取 α = 0.0, 平 台 板 单 位 宽 度 最 大 弯 矩 设 计 值 为 5

6 M = α qa = = 0.556kN m/m ma 强 度 按 式 (-) 计 算, M γw ma 6Mma = = = = < γt kN/m 7N/mm 5N/mm 5 挠 度 计 算 : 挠 度 按 式 (-) 计 算, 取 β = 0.0, E =.06 0 N/mm, [ 分 析 ] v a qa Et k = β = 0.0 = = < 5 设 计 满 足 强 度 和 刚 度 的 要 求 以 上 结 果 说 明 在 一 般 情 况 下, 铺 板 由 挠 度 控 制, 因 此 宜 采 用 加 劲 肋 减 小 平 台 板 的 跨 度 图 -0 平 台 结 构 计 算 例 题 [ 例 -] 对 图 -0 所 示 平 台 结 构 的 加 劲 肋 截 面 进 行 设 计 [ 设 计 与 计 算 ] 加 劲 肋 设 计 : 选 用 钢 板, 钢 材 为 Q5 加 劲 肋 与 铺 板 采 用 单 面 角 焊 缝, 焊 脚 尺 寸 6mm, 每 焊 50mm 长 度 后 跳 开 50mm 间 隙 ( 图 -b) 此 连 接 构 造 满 足 铺 板 与 加 劲 肋 作 为 整 体 计 算 的 条 件 加 劲 肋 的 计 算 截 面 为 图 -(b) 所 示 的 T 形 截 面, 铺 板 计 算 宽 度 为 0 t=80 mm, 跨 度 为.5m 荷 载 计 算 : 分 布 在 一 T 形 截 面 简 支 加 劲 肋 上 的 设 计 荷 载 应 为 600mm 范 围 内 的 荷 载, 加 劲 肋 自 重 为 =0.0768kN/m, 按 均 布 荷 载 考 虑 由 [ 例 -] 知, 均 布 荷 载 标 准 值 q k = = 6.8kN/m 均 布 荷 载 设 计 值 q d = = 8.805kN/m 内 力 计 算 : 简 支 梁 跨 中 最 大 弯 矩 设 计 值 kN m M ma = = 8 支 座 处 最 大 剪 力 设 计 值 V = / = 6.604kN 截 面 特 性 计 算 : 参 考 图 -c, 截 面 形 心 位 置 c 截 面 惯 性 矩 = = 6.mm

7 I = (6. ) ( ) 4 = 87680mm 支 座 处 抗 剪 面 积 只 计 铺 板 部 分, 偏 安 全 仍 取 80mm 范 围 A v = 80 6 = 080mm 强 度 计 算 : 受 弯 按 式 (-4) 计 算, 受 拉 侧 应 力 最 大 截 面 塑 性 发 展 系 数 取.0, 变 形 计 算 : [ 分 析 ] M γ W n 受 剪 按 (-5) 计 算, N/mm 5N/mm = = < VS V =.5 =.5 = 9.7N/mm < 5N/mm It A 080 挠 度 按 式 (-6) 计 算, v l v 5 EI 5ql = = B < 设 计 满 足 强 度 和 刚 度 的 要 求 铺 板 与 加 劲 肋 形 成 整 体 后, 加 劲 肋 抗 弯 能 力 得 到 很 大 提 高 图 - 加 劲 肋 计 算 简 图. 平 台 梁 设 计.. 平 台 梁 设 计 要 点 平 台 梁 构 件 首 选 工 字 形 槽 形 型 钢 和 热 轧 或 冷 成 型 的 矩 形 钢 管, 以 减 少 制 作 成 本 ; 当 没 有 合 适 尺 寸 或 供 货 困 难 等, 也 可 采 用 焊 接 工 字 形 箱 形 以 及 组 合 截 面 跨 度 较 大 且 承 受 重 载 的 平 台 结 构 中, 也 可 采 用 桁 架 作 为 平 台 梁 图 - 平 台 梁 的 截 面 形 式 设 置 主 次 梁 时, 次 梁 与 主 梁 通 常 做 成 铰 接 连 接 主 梁 与 柱 子 可 以 做 成 刚 接 或 铰 接 连 接 连 接 的 构 造 在.6 讨 论 但 是, 设 计 梁 构 件 时 需 要 先 确 定 连 接 性 质, 即 采 用 刚 接 还 是 铰 接, 以 便 正 确 进 行 内 力 分 析 除 了 连 接 性 质 外, 梁 的 计 算 简 图 还 需 确 认 计 算 跨 度 在 图 -0 所 示 的 平 台 结 构 中, 取 7

8 两 平 行 主 梁 的 中 心 距 离 为 次 梁 的 计 算 跨 度, 如 轴 间 的 距 离 ; 取 两 相 邻 柱 子 形 心 间 的 距 离 为 跨 在 柱 间 的 主 梁 的 计 算 跨 度, 如 A B 轴 间 的 距 离. 选 取 型 钢 梁 截 面 的 主 要 步 骤.. 截 面 设 计 和 计 算 M,ma () 根 据 计 算 简 图 计 算 梁 上 最 大 弯 矩 这 里 设 梁 截 面 的 主 轴 为 轴, 弯 矩 绕 主 轴 作 用 此 时 梁 的 自 重 尚 不 知 道, 可 以 暂 不 考 虑 () 预 设 拟 用 的 钢 材 强 度 等 级 () 根 据 抗 弯 强 度 要 求 确 定 所 需 最 小 截 面 模 量 W, W = M / γ,min,ma 按 照 设 计 方 案, 在 工 字 形 或 槽 形 型 钢 截 面 表 上 查 取 符 合 这 一 要 求 的 最 小 型 号 的 型 钢 当 梁 跨 较 大 时, 也 可 考 虑 根 据 梁 的 变 形 限 值 允 许 挠 度 [ v,min ] 确 定 所 需 最 小 截 面 惯 性 矩 I,min, 例 如 对 承 受 均 布 荷 载 的 简 支 梁, I ML Ev,min = (5/ 48) / [ ], M 为 由 荷 载 标 准 值 计 算 的 跨 中 最 大 弯 矩, E 为 钢 材 弹 性 模 量,L 为 梁 跨,[ v] 为 梁 的 容 许 挠 度 (4) 根 据 所 选 型 钢 截 面 进 行 强 度 计 算 和 变 形 计 算 此 时, 应 计 入 构 件 自 重, 该 值 仍 可 从 型 钢 表 上 查 到 对 于 需 增 设 连 接 板 等 零 件 的 梁, 可 以 将 构 件 自 重 乘 以 一 个 大 于 的 构 造 系 数 强 度 计 算 需 取 净 截 面, 因 此 要 留 意 构 件 上 是 否 有 开 孔. 确 定 焊 接 组 合 截 面 梁 截 面 尺 寸 的 主 要 步 骤 以 工 字 形 截 面 梁 为 例 说 明 截 面 设 计 时 的 参 考 步 骤 () 选 择 截 面 高 度 此 时 需 考 虑 如 下 因 素 : 空 间 条 件 刚 度 条 件 和 经 济 条 件 如 果 平 台 顶 面 高 度 和 下 方 净 空 高 度 都 受 其 他 条 件 约 束, 则 梁 截 面 高 度 的 空 间 条 件 就 受 到 平 台 铺 板 底 面 和 净 空 高 度 之 间 的 差 值 的 限 制, 这 实 际 上 是 梁 截 面 可 能 的 最 大 高 度, 记 为 h ma 式 中 刚 度 条 件 是 梁 的 允 许 挠 度 所 要 求 的 梁 高 梁 挠 度 的 计 算 公 式 可 表 示 为 ν M L k = βb (-7) EI β B 挠 度 计 算 系 数, 由 材 料 力 学 或 结 构 力 学 公 式 确 定 如 单 跨 简 支 梁 承 受 均 布 荷 载 作 用 时, β =5/48; M k B 根 据 荷 载 标 准 值 计 算 的 梁 上 弯 矩 最 大 值, 如 单 跨 简 支 梁 承 受 均 布 荷 载 作 用 时 M q L k = k /8 k I 梁 的 截 面 惯 性 矩, 这 里 q 为 梁 上 均 布 线 荷 载 的 标 准 值 ; M k h 对 双 轴 对 称 工 字 形 截 面, 梁 的 正 应 力 为 σ =,h 为 梁 截 面 高 度 设 容 许 挠 度 用 [] v I 表 达, 则 由 式 (-7) 可 以 推 出 8

9 初 选 截 面 时, 可 以 用 L σ h βb (-8) E [ ν ] 择 的 梁 高 称 为 最 小 高 度, 记 为 h min /γ L 代 替 σ, 这 里 的 γ L 为 荷 载 分 项 系 数, 可 取.~.4 由 式 (-8) 选 所 谓 经 济 条 件, 是 按 用 钢 量 最 小 原 则 初 选 的 梁 截 面 高 度 对 等 截 面 梁 而 言, 也 就 要 求 截 面 面 积 最 小 设 工 字 形 梁 单 个 翼 缘 面 积 为 A, 腹 板 高 度 h, 厚 度 t, 截 面 高 度 h w w, 考 虑 腹 板 处 可 能 设 横 向 加 劲 肋, 因 此 将 腹 板 面 积 乘 以 一 大 于 的 系 数 ξ, 则 梁 截 面 面 积 惯 性 矩 截 面 模 量 依 次 为 A A + ξ t h (a) 由 式 (c) 解 出 I s w h A( ) w W A + t h (b) I h 6 t h = Ah + w W h t h 6 w = (d) 代 入 式 (a), 并 根 据 工 程 经 验 近 似 取 tw = h/( 腹 板 厚 度 和 截 面 高 度 都 以 cm 为 单 位 ), 由 此 得 到 / W h A = + ( ξs ) (e) h 依 强 度 要 求 可 以 确 定 截 面 模 量 最 小 值, 因 此 这 里 仅 设 截 面 高 度 为 变 量 根 据 截 面 面 积 最 小 的 要 求 对 式 (e) 求 驻 值 / da W h = + ( ξ s ) =0 () dh h 从 上 式 解 得 的 截 面 高 度 称 为 经 济 高 度, 记 为 h 倘 设 系 数 ξ =., 可 得 s 5 W s (ξ ) 5 hs = [ ] W (-9) 44 经 济 高 度 还 可 以 用 如 下 经 验 公 式 估 计 s h = 7W 0 (-0) 以 上 两 式 中, hs W 的 单 位 分 别 为 cm 和 cm 实 际 选 择 的 梁 高 不 应 大 于 h, 一 般 不 小 于 h, 而 接 近 h 腹 板 高 度 通 常 取 50mm 的 整 数 倍 为 了 满 足 上 述 条 件, 有 时 需 要 调 整 梁 格 布 置 ma min s s s (c) 9

10 () 选 择 腹 板 厚 度 在 满 足 强 度 和 局 部 稳 定 的 条 件 下, 梁 的 腹 板 取 得 薄 一 些 比 较 经 济 在 初 选 腹 板 高 度 上 式 中 t w, h w h w 之 后, 可 按 前 文 提 及 的 经 验 公 式 初 选 腹 板 厚 度, 即 t = h / w w (-) 都 取 cm 根 据 腹 板 抗 剪 承 载 力 的 要 求 可 得 出 另 一 个 腹 板 厚 度 的 初 选 值 假 定 腹 板 最 大 剪 应 力 为 平 均 剪 应 力 的. 倍, 则 t.v ma w hw (-) v 式 中 V ma 梁 中 最 大 剪 力 设 计 值 ; v 梁 腹 板 钢 材 的 抗 剪 强 度 设 计 值 式 (-) (-) 得 到 的 较 大 值 可 作 为 截 面 设 计 的 初 选 值, 但 应 符 合 钢 板 厚 度 的 规 格 () 翼 缘 尺 寸 由 式 (d) 已 知 翼 缘 面 积, 如 果 先 选 定 翼 缘 宽 度 b, 就 可 确 定 翼 缘 厚 度, 反 之 亦 然 翼 缘 太 小 不 易 保 证 梁 的 整 体 稳 定, 太 大 则 易 发 生 局 部 失 稳, 且 翼 缘 中 的 正 应 力 可 能 有 较 大 的 不 均 匀 分 布 一 般 翼 缘 宽 度 可 取 梁 高 的 /5~/ 为 防 止 弹 性 局 部 失 稳, 翼 缘 厚 t 度 不 应 小 于 b/6 5 / ~b/0 5 /. 构 件 计 算 对 梁 应 进 行 抗 弯 抗 剪 和 局 部 承 压 强 度 的 计 算 弯 矩 剪 力 都 较 大 的 截 面 进 行 强 度 计 算 时, 应 注 意 复 合 应 力 状 态 构 件 计 算 时, 应 计 入 构 件 自 重 对 需 设 置 加 劲 肋 的 构 件, 一 般 可 将 构 件 自 重 乘 以.05~.0 的 构 造 系 数 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 规 定 的 计 算 公 式 如 下 () 强 度 ) 抗 弯 强 度 M γ W n / γ (-) 式 中 M 绕 梁 强 轴 ( 轴 ) 的 弯 矩 设 计 值 ; γ 截 面 塑 性 发 展 系 数 : 对 工 字 形 截 面 和 箱 形 截 面 取.05, 其 余 截 面 可 查 附 录 4 附 4.4 的 附 表 4-4-; W n 对 轴 的 净 截 面 模 量 ; 钢 材 的 抗 弯 强 度 设 计 值 γ 系 数, 对 于 非 抗 震 设 计, γ = γ 0 ; 对 于 抗 震 设 计, γ = γ RE 0

11 VS ) 抗 剪 强 度 τ = v / γ (-4) I t w 式 中 V 计 算 截 面 沿 腹 板 平 面 作 用 的 剪 力 设 计 值 ; S 计 算 剪 应 力 处 以 上 毛 截 面 对 中 和 轴 的 面 积 矩 ; I 对 轴 的 毛 截 面 惯 性 矩 ; t 腹 板 厚 度 ; w v 钢 材 的 抗 剪 强 度 设 计 值 F ) 局 部 承 压 强 度 σ c = / γ (-5) t l w z 式 中 F 集 中 荷 载, 对 动 力 荷 载 如 平 台 上 有 产 生 动 力 作 用 的 设 备 应 考 虑 动 力 系 数 ; l z 集 中 荷 载 在 腹 板 计 算 高 度 上 边 缘 的 假 定 分 布 长 度 ( 图 -) l = a + 5h + h (-6) z a 集 中 荷 载 沿 梁 跨 度 方 向 的 支 承 长 度 ; R h 梁 顶 面 至 腹 板 计 算 高 度 上 边 缘 的 距 离, 对 热 轧 型 钢, 该 距 离 可 计 算 至 内 弧 角 下 方, 对 焊 接 组 合 截 面, 该 距 离 取 翼 缘 厚 度 ; h R 有 吊 车 轮 压 作 用 时, 等 于 轨 道 的 高 度 ; 梁 顶 无 轨 道 时 取 0( 图 -) 图 - 计 算 局 部 承 压 面 积 时 的 几 何 尺 寸 4) 当 腹 板 计 算 高 度 边 缘 处 同 时 受 有 较 大 正 应 力 和 剪 应 力 时, 还 应 计 算 折 算 应 力 式 中 σ c σ + σ σσ + τ β / γ (-7) c c σ τ 腹 板 计 算 高 度 边 缘 同 一 点 上 同 时 产 生 的 正 应 力 局 部 压 应 力 和 剪 应 力, 剪 应 力 按 式 (-4) 计 算, 正 应 力 按 下 式 计 算 M I σ = (-8) I n 对 轴 的 净 截 面 惯 性 矩 ; 应 力 计 算 点 至 中 和 轴 的 距 离 ; 腹 板 计 算 高 度 n β 计 算 折 算 应 力 的 强 度 设 计 值 增 大 系 数, 当 σ 与 σ 异 号 时 取., 当 σ 与 σ 同 号 或 σ =0 时 取. c c 按 下 列 规 定 取 用 : 对 轧 制 型 钢 梁, 为 腹 板 与 上 下 翼 缘 相 接 处 两 内 弧 起 点 间 的 距 离 ( 图 -a); 对 焊 接 钢 梁, 为 腹 板 高 度 ( 图 -b) () 整 体 稳 定 h 0 以 下 两 种 情 况 可 不 计 算 梁 的 整 体 稳 定 ( 即 认 为 梁 不 会 发 生 整 体 失 稳 ) ) 平 台 上 铺 设 钢 筋 混 凝 土 板 组 合 板 或 钢 板 等 具 有 较 大 面 内 刚 度 的 铺 板, 当 这 些 板 与 c

12 平 台 梁 的 受 压 翼 缘 ( 上 翼 缘 ) 牢 固 连 接 从 而 阻 止 梁 受 压 翼 缘 的 侧 向 位 移 时 ) 梁 的 受 压 翼 缘 虽 然 没 有 刚 性 足 够 大 的 铺 板, 但 满 足 以 下 条 件 : 对 H 型 钢 或 等 截 面 工 字 形 简 支 梁, 当 受 压 翼 缘 的 自 由 长 度 ( 在 有 限 制 受 压 翼 缘 侧 向 位 移 的 支 点 时, 取 支 点 之 间 的 距 离 ) 与 梁 宽 度 b 的 比 值 小 于 表 - 所 规 定 的 数 值 ( 现 行 钢 结 构 规 范 将 按 表 - 得 到 的 数 值 就 近 取 0.5 的 倍 数 值 ), 其 中 是 梁 的 钢 材 的 屈 服 强 度 H 型 钢 或 等 截 面 工 字 形 简 支 梁 不 需 要 计 算 整 体 稳 定 性 的 最 大 L / b 值 表 - 跨 中 无 侧 向 支 承 点 的 梁 跨 中 受 压 翼 缘 有 侧 向 支 承 点 的 梁, 荷 载 作 用 在 上 翼 缘 荷 载 作 用 在 下 翼 缘 不 论 荷 载 作 用 何 处 L 5/ 0 5/ 6 5/ 对 箱 形 截 面 简 支 梁, 受 压 翼 缘 自 由 长 度 和 腹 板 间 受 压 翼 缘 宽 度 的 比 值 L b 95(5 / ), 且 h / b 0 6 ( 参 见 图 -4) / 0 图 -4 整 体 稳 定 计 算 条 件 中 截 面 尺 寸 的 规 定 当 不 满 足 上 述 要 求 时, 应 按 下 式 计 算 梁 的 整 体 稳 定 性 M ϕ W b / γ (-9) 式 中 M 梁 全 长 绕 强 轴 ( 轴 ) 作 用 的 最 大 弯 矩 设 计 值 ; W 按 受 压 纤 维 确 定 的 梁 毛 截 面 模 量 ; ϕ 梁 的 整 体 稳 定 性 系 数, 按 附 录 4 的 附 4. 的 规 定 确 定 b 平 台 梁 两 端 简 支 时, 竖 向 荷 载 作 用 使 得 上 翼 缘 受 压 由 于 铺 板 在 平 面 内 有 很 大 的 刚 度, 一 般 不 需 进 行 整 体 稳 定 的 计 算 但 若 平 台 梁 两 端 刚 接, 负 弯 矩 区 存 在 下 翼 缘 受 压 这 时 受 压 翼 缘 存 在 出 平 面 变 形 的 可 能 这 类 情 况 如 何 处 理, 可 参 见 第 章 有 关 章 节 () 局 部 稳 定 按 照 国 家 标 准 生 产 的 热 轧 H 型 钢 工 字 形 钢 槽 钢 的 板 件 能 够 满 足 局 部 稳 定 性 的 要 求 对 焊 接 组 合 的 工 字 形 截 面 和 箱 形 截 面, 需 要 考 虑 板 件 的 局 部 稳 定 性 ) 梁 翼 缘 宽 厚 比 对 工 字 形 截 面 梁 的 外 伸 宽 厚 比 应 满 足 以 下 要 求 b / (-0) t 5 5/ 式 中,b t 分 别 为 梁 翼 缘 的 半 宽 和 厚 度, 参 见 图 - 注 意 当 b / t 满 足 式 (-0) 的 要 求 时, 式 (-) 中 的 γ 取 为.0; 当 b / t 5 时, 才 能 取 γ =.05 /

13 对 箱 形 截 面, 梁 受 压 翼 缘 宽 厚 比 ( 参 见 图 -) 应 满 足 b / (-) 0 t 40 5/ ) 对 工 字 形 截 面, 梁 的 腹 板 应 根 据 腹 板 的 计 算 高 度 h 与 腹 板 厚 度 的 比 值 h / t 按 下 列 条 件 考 虑 是 否 配 置 加 劲 肋 当 0 w 0 t w 0 w h / t 80 5/ 时, 如 无 局 部 压 应 力 ( σ 0 ) 可 不 配 置 加 劲 肋 ; 如 有 局 部 压 应 力 ( σ c 0 ), 应 按 构 造 配 置 加 劲 肋, 加 劲 肋 间 距 a 可 取 不 超 过 倍 的 梁 腹 板 高 度 h / t > 80 5/ 时, 应 配 置 横 向 加 劲 肋 ; 当 h0 / tw > 50 5 / 而 受 压 翼 缘 当 0 w c = 扭 转 未 受 到 约 束, 或 者 h0 / tw > 70 5 / 但 受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束 时, 在 弯 曲 应 力 较 大 的 区 格 还 应 配 置 纵 向 加 劲 肋 在 任 何 情 况 下 应 满 足 h0/ tw 50 5/ ) 配 置 横 向 加 劲 肋 的 腹 板, 对 加 劲 肋 之 间 的 区 格 按 如 下 规 定 进 行 局 部 稳 定 性 计 算 σ τ σ c + + / γ σcr τcr σ c, cr (-) 式 中 σ 所 计 算 腹 板 区 格 内, 由 平 均 弯 矩 产 生 的 腹 板 计 算 高 度 边 缘 的 弯 曲 压 应 力 ; τ 所 计 算 腹 板 区 格 内, 由 平 均 剪 力 产 生 的 腹 板 平 均 剪 应 力, 按 τ = V / h t ) 计 算 ; ( w w σ c 腹 板 计 算 高 度 边 缘 的 局 部 压 应 力, 按 照 公 式 (-5) 计 算, 不 考 虑 动 力 系 数 或 集 中 力 增 大 系 数 ; σ cr τ cr σ c, cr 各 种 应 力 单 独 作 用 下 的 临 界 应 力, 按 下 列 方 法 计 算 : 式 中 σ cr 按 下 列 公 式 计 算 : 当 λ 时 : b 当 0.85 λ. 5 时, < b 当 λ >. 5 时, b σ (-a) cr = ( 0.85) σ (-b) cr = [ 0.75 λb ] λ b 用 于 腹 板 受 弯 计 算 时 的 通 用 高 厚 比 ; σ cr =. / λb (-c)

14 式 中 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束 时 : hc / t w λ b = (-d) 77 5 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 未 受 到 约 束 时 : hc / t w λ b = (-e) 5 5 h 梁 腹 板 弯 曲 受 压 区 高 度, 对 双 轴 对 称 截 面 h = h0 c τ cr 按 照 下 列 公 式 计 算 : 当 λ 0. 8时, s 当 0.8 λ. 时, < s 当 λ >. 时, s cr c τ cr = v (-4a) [ 0.59( s 0.8) ] v τ = λ (-4b). v / s τ cr = λ (-4c) λ s 用 于 腹 板 受 剪 计 算 时 的 通 用 高 厚 比, 根 据 横 向 加 劲 肋 的 间 距 a 与 腹 板 计 算 高 度 的 比 值 a/ h 按 下 列 公 式 计 算 h0 0 当 a/ h. 0时, 0 当 a/ h >. 0时, 0 h0 / tw λ s = / ( h a) h0 / tw λ s = / 0 ( h a) (-4d) (-4e) σ c, cr 按 下 列 公 式 计 算 : 当 λ 0. 9 时, c 当 0.9 λ. 时, < c 当 λ >. 时, c σ (-5a) c, cr = [ 0.79( 0. )] c, cr = λc 9 σ (-5b) σ c = λ (-5c), cr. / c 式 中 λ c 用 于 腹 板 受 局 部 压 力 计 算 时 的 通 用 高 厚 比 当 0.5 a/ h.5 时, 0 4

15 h0 / tw λ c = / 当.5 < a/ h.0 时, 0 ( a h ) 0 5 (-5d) h0 / tw λ c = a/ h 0 5 (-5e) h 0 以 上 各 式 中 的 为 腹 板 的 计 算 高 度, 按 图 - 取 用, 对 高 强 度 螺 栓 连 接 组 合 梁, 为 上 下 翼 缘 与 腹 板 连 接 的 高 强 度 螺 栓 线 间 的 最 近 距 离 同 时 用 横 向 加 劲 肋 和 纵 向 加 劲 肋 加 强 的 腹 板 的 计 算 公 式 将 在 第 4 章 中 介 绍 (4) 梁 的 挠 度 计 算 满 足 以 下 公 式 ν [ ν ] (-6) 式 中 ν 梁 的 挠 度, 一 般 取 梁 的 跨 中 挠 度, 采 用 荷 载 标 准 值 按 弹 性 方 法 进 行 计 算 ; [ ν ] 梁 的 挠 度 容 许 值, 按 有 关 设 计 规 范 或 结 构 的 使 用 要 求 确 定, 对 平 台 梁, 表 - 给 出 了 梁 的 挠 度 容 许 值 [ ν ] 与 跨 度 l 之 比 的 容 许 挠 度 相 对 值 [ ν ]/l 平 台 梁 的 容 许 挠 度 相 对 值 [ ν ]/l 表 - 梁 的 类 型 永 久 荷 载 和 可 变 荷 载 标 准 值 作 用 仅 可 变 荷 载 标 准 值 作 用 (5) 加 劲 肋 设 计 主 梁 /400 /500 次 梁 /50 /00 ) 提 高 腹 板 局 部 稳 定 性 的 横 向 加 劲 肋 横 向 加 劲 肋 的 间 距 一 般 为 0.5 ~.0, 当 无 局 部 承 压 应 力 且 h / t 00 时, 横 向 加 h 0 劲 肋 最 大 距 离 可 放 宽 为.5 h0 h0 0 w 当 腹 板 两 侧 成 对 配 置 加 劲 肋 时, 加 劲 肋 截 面 尺 寸 应 符 合 以 下 要 求 外 伸 宽 度 b h / ( 单 位 为 mm) (-7a) 厚 度 s 0 ts b s /5 (-7b) 当 仅 在 腹 板 一 侧 配 置 加 劲 肋 时, 其 外 伸 宽 度 应 大 于 式 (-7a) 计 算 值 的. 倍, 厚 度 不 小 于 外 伸 宽 度 的 /5 横 向 加 劲 肋 的 三 边 分 别 与 梁 的 上 下 翼 缘 和 腹 板 用 角 焊 缝 焊 接 同 时 还 配 置 纵 向 加 劲 肋 时 的 设 计 要 求 在 第 4 章 中 介 绍 ) 支 承 加 劲 肋 在 有 集 中 荷 载 或 支 座 反 力 作 用 的 部 位, 梁 的 腹 板 如 按 式 (-5) 计 算 不 能 满 足 要 求, 可 在 集 中 荷 载 作 用 处 的 腹 板 上 设 置 支 承 加 劲 肋 支 承 加 劲 肋 的 形 式 与 提 高 腹 板 局 部 稳 定 性 的 横 5

16 向 加 劲 肋 相 同 支 承 加 劲 肋 连 同 连 接 部 位 的 部 分 腹 板 一 起 承 受 集 中 荷 载, 腹 板 参 与 承 载 的 计 算 面 积 参 考 图 -5 图 -5 支 承 加 劲 肋 计 算 局 部 承 压 时 的 面 积 计 算 (6) 焊 接 组 合 截 面 梁, 当 无 固 定 集 中 荷 载 作 用 或 在 固 定 集 中 荷 载 作 用 处 设 置 支 承 加 劲 肋 时, 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 角 焊 缝 应 按 公 式 (-8a) 计 算, 否 则 按 公 式 (-8b) 计 算 τ V S ma w = / γ (-8a) I n he VS F τ = + nhe I β l z w / γ (-8a) 式 中 S 梁 翼 缘 对 梁 截 面 中 和 轴 的 面 积 矩 ; n 焊 缝 数, 翼 缘 与 腹 板 采 用 双 面 角 焊 缝 时 取, 采 用 单 面 角 焊 缝 时 取 ; h e 一 条 角 焊 缝 的 计 算 厚 度 ; w 角 焊 缝 强 度 设 计 值 F 集 中 荷 载, 对 动 力 荷 载 还 应 考 虑 动 力 系 数 ; l z 分 布 长 度, 按 式 (-6) 计 算 ; β 正 面 角 焊 缝 的 强 度 计 算 值 增 大 系 数, β =. ; 对 动 力 集 中 荷 载, β =.0 [ 例 -] 对 图 -0 所 示 平 台 结 构, 选 择 次 梁 截 面 并 计 算 试 选 普 通 热 轧 工 字 形 型 钢, 钢 材 牌 号 为 Q5 [ 设 计 与 计 算 ] 计 算 简 图 : 将 次 梁 看 作 两 端 简 支 于 主 梁 的 弯 曲 构 件, 梁 跨 6m 次 梁 的 荷 载 主 要 是 由 铺 板 - 加 劲 肋 传 来 相 隔 0.6m 分 布 的 集 中 力, 但 这 一 荷 载 可 作 为 均 布 荷 载 考 虑 截 面 初 选 : 荷 载 设 计 值 根 据 [ 例 -] * q BS = / 0.6 =.05kN/m 次 梁 跨 中 弯 矩 设 计 值 kN m M,ma = = 8 最 小 截 面 模 量 W,min = B 48786mm = 48.8cm.05 5 由 附 录 的 附 表 -6 查 得 满 足 该 要 求 的 热 轧 普 通 工 字 钢 为 I8a, W = 508.cm, 其 他 有 关 参 数 为 重 量 γ =4.47kg/m, 惯 性 矩 I = 75cm 4, 6

17 面 积 矩 S = 9.7cm, 腹 板 厚 t w = 8.5mm 荷 载 计 算 : 计 入 所 选 截 面 自 重 后, 均 布 荷 载 标 准 值 内 力 计 算 : q BSk = 6.8.5/ = 6.8kN/m 均 布 荷 载 设 计 值 q BS = =.55kN/m 因 次 梁 构 造 较 为 简 单, 不 计 入 构 造 系 数 强 度 计 算 : kN m M ma = = 8 V ma =.55 6/ = 67.6kN M γw ma = = 90N/mm < 5N/mm 变 形 计 算 : VS It = =.7N/mm < 5N/mm 设 计 满 足 强 度 和 刚 度 的 要 求 ν = = l < 图 -6 平 台 次 梁 计 算 例 题 [ 例 -4] 对 图 -0 所 示 平 台 结 构, 选 择 主 梁 截 面 并 计 算 主 梁 为 焊 接 组 合 截 面 工 字 形 梁, 钢 材 牌 号 为 Q5 [ 设 计 与 计 算 ] 计 算 简 图 : 设 主 梁 两 端 与 柱 子 铰 接 以 ~ 5 轴 上 主 梁 的 负 荷 为 设 计 依 据, 主 梁 计 算 简 图 如 图 -(a) 所 示 截 面 初 选 : 对 跨 中 四 分 点 处 作 用 个 相 等 集 中 荷 载 的 简 支 梁, 挠 度 计 算 系 数 βb B 0.( 读 者 可 跟 据 材 料 力 学 知 识 推 导 此 系 数 ), 平 台 梁 允 许 挠 度 [ ν ] = L / 400 = 5mm 本 例 中 荷 载 标 准 值 下 应 力 大 约 为 荷 载 计 算 值 应 力 的 /.8( 读 者 可 根 据 [ 例 -] 计 算 过 程 验 证 这 一 点 ), 钢 材 强 度 设 计 值 取 5N/mm, 根 据 式 (-8), 梁 的 最 小 高 度 h /.8 min = 5 0. B 99mm

18 梁 的 弯 矩 设 计 值 先 根 据 [ 例 -] 计 算 得 到 的 次 梁 梁 端 反 力 近 似 取 为 M = = 446.kN m 其 中 系 数. 是 考 虑 主 梁 自 重 后 的 附 加 系 数, 则 所 需 截 面 模 量 为 W = B07549mm B 075cm 5 按 式 (-9) 得 经 济 高 度 h = /5 s 075 B6.7cm 按 式 (-0) 得 经 济 高 度 / h s = B59.cm 取 h = 600mm 为 初 选 截 面 高 度 按 式 (-) 主 梁 腹 板 的 初 选 厚 度 为 t w = 60 / B 0.7cm 其 中 近 似 取 h B h w 按 式 (-) 主 梁 腹 板 的 初 选 厚 度 为 t w B =.4mm 其 中 考 虑 翼 缘 板 可 能 厚 度 后, 取 h w = 570mm 选 腹 板 厚 度 为 6mm 主 梁 翼 缘 的 经 济 宽 度 为 600/5 : 600/, 即 0 : 00mm 初 选 为 00mm, 主 梁 翼 缘 厚 可 近 似 的 按 下 试 估 计, 0.8M h b = = = t.84mm 式 中 0.8 系 考 虑 腹 板 抗 弯 能 力 后 对 翼 缘 所 需 承 载 力 的 折 减 这 样 初 选 截 面 为 截 面 的 几 何 性 质 计 算 荷 载 计 算 截 面 面 积 惯 性 矩 截 面 模 量 A = (600 4 ) 6 = 90mm I = = 4 ( ) / mm W = / 00 = 9475mm 翼 缘 与 腹 板 交 界 处 面 积 矩 S = = 80400mm 形 心 轴 处 面 积 矩 S = S = mm 由 [ 例 -] 知 一 根 次 梁 端 部 传 递 的 反 力 为 : 一 根 次 梁 反 力 标 准 值 VBSk = qbsk.0 = = 48.84kN 一 根 次 梁 反 力 设 计 值 VBS = qbs.0 =.55.0 = 67.6kN 作 用 于 主 梁 上 的 集 中 力 标 准 值 Pk = VBSk = = 97.68kN 8

19 内 力 计 算 强 度 计 算 作 用 于 主 梁 上 的 集 中 力 设 计 值 主 梁 自 重 的 标 准 值 并 考 虑 构 造 系 数.05 后, q P = V = 67.6 = 5.kN 6 k = A = = 0.74kN/m 主 梁 自 重 的 设 计 值 计 算 简 图 见 图 -7(a) 主 梁 端 部 反 力 设 计 值 ( 截 面 ) k BS q=.q = = 0.9kN/m V =.5P+ q = = 05.5kN M = 0 集 中 力 作 用 处 剪 力 及 弯 矩 设 计 值 ( 截 面 ) V V q 左 =.5 = = 04.8kN V V q P 右 =.5 = = 68.96kN M V q =.5.5 = = 07.8kN m 跨 中 剪 力 及 弯 矩 设 计 值 ( 截 面 ) V = V q P= = 67.6kN 左 V = V q P= = 67.6kN 右 M V P q =.5 = = 409.7kN m 主 梁 的 剪 力 图 和 弯 矩 图 见 图 -7(b) () 跨 中 截 面 M γw = = 0.8N/mm < 5N/mm 跨 中 截 面 翼 缘 与 腹 板 交 界 处 σ τ Mh 6 w = = = I VS 0.99N/mm = = = 6.09N/mm It σ = σ + τ = = 05.9N/mm zs <. 5 = 6.5N/mm 构 造 上 考 虑 次 梁 连 在 主 梁 侧 面 ( 详 见.6 节 ), 故 此 处 不 需 计 算 局 部 承 压 9

20 () 支 座 截 面 τ VS = = = It N/mm 整 体 稳 定 计 算 考 虑 铺 板 及 次 梁 对 主 梁 受 压 翼 缘 提 供 的 约 束, 整 体 稳 定 可 以 不 计 算 局 部 稳 定 计 算 翼 缘 宽 厚 比 00 5 = 7.4 < 5 = 5 4 主 梁 为 焊 接 工 字 型 截 面 梁, 腹 板 的 计 算 高 度 h 即 为 腹 板 高 度 h, h 0 = 57mm 腹 板 高 厚 比 57 5 = 95. > 80 = 80, 应 配 置 加 劲 肋 6 在 集 中 力 处 配 置 加 劲 肋, 加 劲 肋 间 距 为.5m () 近 支 座 区 格 : 因 梁 受 压 翼 缘 上 有 密 布 铺 板 约 束 其 扭 转, 按 式 (-d) 0 w 95. λ b = = 0.54 < σ = = 5N/mm cr 因 a/ h = 500/(600 8) =.6 >.0, 按 式 (-4e) > 0.8 λs = = (57/500) <. τ cr = [ 0.59 ( )] 5 =.57N/mm 该 区 格 平 均 弯 矩 产 生 的 腹 板 计 算 高 度 边 缘 弯 曲 正 应 力 为 σ = = 76.5N/mm 平 均 弯 矩 产 生 的 腹 板 平 均 剪 力 为 () 近 跨 中 区 格 : ( ) 0 τ = = 59.7N/mm = 0.40 < 5.57 因 几 何 条 件 与 近 支 座 区 格 一 致, σ = 5N/mm, τ =.57N/mm 6 ( ) 0 57 cr σ = = 78.5N/mm cr 0

21 ( ) 0 τ = = 9.9N/mm = 0.7 < 5.57 挠 度 计 算 跨 中 挠 度 4 9Pl k + 5qkl v = = 5 84EI = 8.9mm<5mm 腹 板 与 翼 缘 连 接 焊 缝 计 算 采 用 工 厂 埋 弧 自 动 焊 焊 缝 高 度 : 按 计 算 取 h = 6.0mm h VS = = w.mm I 按 构 造 hmin.5 tma =.5 4 = 5.6mm h ma.t =. 6 = 7.mm min 4 图 -7 平 台 主 梁 计 算 例 题.4 平 台 柱 设 计.4. 截 面 设 计. 截 面 形 式 选 择 室 内 的 平 台 柱 以 承 受 轴 压 荷 载 为 主, 本 节 说 明 轴 压 柱 的 设 计 要 点 平 台 柱 截 面 形 式 可 以 是 实 腹 构 件 或 格 构 式 构 件 实 腹 构 件 可 以 采 用 型 钢 钢 管 或 焊 接 组 合 截 面 构 件 ( 图 -8) 图 -8 平 台 柱 的 截 面 形 式. 截 面 尺 寸 的 初 步 设 计 有 经 验 的 工 程 师 可 以 根 据 已 知 的 荷 载 条 件 约 束 条 件 和 构 件 长 度 等 估 计 一 个 可 供 进 一 步 分 析 用 的 截 面, 但 通 常 还 是 需 要 经 过 一 定 的 分 析 得 出 一 个 比 较 合 理 的 初 值 现 从 两 端 铰 接 柱 入 手 说 明 柱 子 截 面 尺 寸 初 选 的 一 般 步 骤 () 预 设 拟 用 的 柱 子 钢 材 强 度 等 级 () 预 设 柱 子 的 长 细 比 λ, 初 选 范 围 可 设 在 60~00 范 围 内 柱 子 长 度 较 大 平 台 负

22 荷 较 小 时, 选 较 大 长 细 比, 反 之 选 较 小 长 细 比 () 根 据 假 设 的 长 细 比 由 钢 结 构 设 计 规 范 或 手 册 查 对 应 的 轴 心 受 压 稳 定 系 数 ϕ 初 步 设 计 时, 可 先 按 b 类 截 面 查 ϕ 值 (4) 根 据 平 台 布 置 方 案 由 已 知 柱 子 轴 力 N 估 算 柱 子 所 需 截 面 面 积 N A = (g) ϕ (5) 按 下 式 求 截 面 两 个 主 轴 方 向 的 回 转 半 径 i i, 式 中 L L 为 柱 子 计 算 长 度 i L λ o =, L o = (h) i λ (6) 初 设 柱 子 截 面 形 式, 据 此 用 下 式 求 得 柱 子 截 面 的 轮 廓 尺 寸, 即 截 面 高 度 和 宽 度 下 式 中 的 系 数 α α 可 由 附 录 5 附 表 5- 查 得 h i α =, b i = (i) α (7) 根 据 构 造 要 求 局 部 稳 定 要 求 和 钢 材 规 格 等 条 件, 利 用 以 上 求 得 的 A h b 确 定 截 面 其 余 尺 寸 以 上 初 选 的 截 面 尺 寸 是 否 满 足 安 全 适 用 的 要 求, 还 需 经 过 强 度 计 算 稳 定 计 算 和 刚 度 计 算 确 认 计 算 结 果 不 能 满 足 要 求 的, 需 要 调 整 截 面 尺 寸 ; 过 于 保 守 的 也 应 调 整 截 面 尺 寸 由 此 可 见 设 计 过 程 需 要 多 次 反 馈 平 台 结 构 中, 中 柱 边 柱 和 角 柱 的 受 力 显 然 不 同 从 节 省 钢 材 出 发, 可 以 设 计 成 不 同 的 柱 子 截 面 但 实 际 工 程 设 计 时, 从 钢 材 订 货 构 件 加 工 和 现 场 安 装 的 便 利 考 虑, 也 可 采 用 同 样 的 截 面, 有 时 其 综 合 造 价 不 一 定 高 于 采 用 多 种 截 面 形 式 的 情 况. 强 度.4. 轴 心 受 压 实 腹 柱 计 算 实 腹 柱 强 度 按 下 式 计 算 N σ = / γ (-9) A n 式 中 N 柱 子 受 到 的 轴 心 压 力 设 计 值 ; A n 净 截 面 面 积 γ 系 数, 对 于 非 抗 震 设 计, γ = γ 0 ; 对 于 抗 震 设 计, γ = γ. 整 体 稳 定 RE 实 腹 柱 的 整 体 稳 定 性 按 下 式 计 算 N / γ (-0) ϕ A o A o

23 式 中 ϕ 轴 心 受 压 构 件 的 稳 定 系 数, 取 截 面 两 主 轴 稳 定 系 数 中 的 较 小 值 ; A 毛 截 面 面 积 确 定 轴 心 受 压 构 件 的 稳 定 系 数 ϕ 时, 可 参 考 以 下 步 骤 : () 需 根 据 对 柱 子 两 端 的 约 束 条 件, 确 定 计 算 长 度 L L ; () 计 算 长 细 比 λ = Lo / i λ = Lo / i, 其 中, i i 为 截 面 对 两 主 轴 的 回 转 半 径 ; () 根 据 附 录 4 附 表 4--(a) 或 (b) 的 截 面 分 类 表, 确 定 两 主 轴 稳 定 系 数 分 别 属 于 a b c d 中 的 哪 一 类 ; (4) 按 附 录 4 附 表 4--(a) (b) (c) 或 (d) 查 取 两 主 轴 稳 定 系 数, 或 按 附 表 4-- (d) 后 的 公 式 直 接 计 算 稳 定 系 数, 选 取 其 中 较 小 值. 局 部 稳 定 () 工 字 形 截 面 轴 心 受 压 柱 o o 翼 缘 外 伸 宽 度 与 其 厚 度 的 比 值 b 5 (0 + 0.λ ) (-a) t 腹 板 高 度 与 其 厚 度 的 比 值 hw 5 ( λ) (-b) t w 式 中 表 示 截 面 几 何 的 变 量 可 参 见 图 -4; λ 为 柱 子 两 主 轴 方 向 长 细 比 的 较 大 值, 当 λ <0 时 取 λ =0, 当 λ >00 时 取 λ =00; 钢 材 时, 式 中 应 代 以 对 应 的 钢 材 屈 服 点 () 箱 形 截 面 轴 心 受 压 柱 为 钢 材 的 屈 服 点, 当 翼 缘 和 腹 板 钢 材 采 用 不 同 等 级 翼 缘 b (-a) t 腹 板 hw 5 40 (-b) t w 式 中 表 示 截 面 几 何 的 变 量 参 见 图 -4 当 工 字 形 截 面 或 箱 形 截 面 的 腹 板 板 件 宽 厚 比 不 能 满 足 以 上 要 求 时, 可 以 配 置 纵 向 加 劲 肋, 使 得 加 劲 肋 间 的 腹 板 宽 厚 比 满 足 要 求 ; 或 者 在 计 算 构 件 的 强 度 或 稳 定 性 时, 将 腹 板 的 截 面 仅 考 虑 计 算 高 度 边 缘 范 围 内 两 侧 宽 度 各 为 0 t 5 w / 的 部 分 ( 计 算 构 件 的 稳 定 系 数

24 时, 仍 用 全 部 截 面 ) 4. 刚 度 按 下 式 计 算 轴 心 受 压 柱 的 刚 度 λ [λ] (-) 式 中 λ 柱 子 两 主 轴 方 向 长 细 比 的 较 大 值 ; [λ] 容 许 长 细 比, 可 参 考 第 章.7. 中 的 表 -4 对 平 台 柱 容 许 长 细 比 为 轴 心 受 压 缀 条 柱 和 缀 板 柱 计 算 缀 条 柱 缀 板 柱 都 属 于 格 构 式 柱 其 强 度 板 件 局 部 稳 定 和 刚 度 计 算 与 实 腹 柱 相 同, 但 因 截 面 主 轴 分 为 实 轴 和 虚 轴, 绕 虚 轴 的 稳 定 性 计 算 需 考 虑 剪 切 变 形 的 影 响, 因 而 构 件 稳 定 性 的 计 算 方 法 与 实 腹 式 柱 有 所 不 同. 缀 条 柱 以 双 肢 缀 条 柱 为 例, 参 考 图 -9, 把 实 轴 记 为 轴, 虚 轴 记 为 轴 参 考 以 下 步 骤 进 行 构 件 稳 定 性 计 算 : () 需 根 据 对 柱 子 两 端 的 约 束 条 件, 确 定 计 算 长 度 L L ; () 计 算 长 细 比 λ = Lo / i λ = Lo / i, 其 中, i i 为 全 部 柱 肢 截 面 对 两 主 轴 的 回 转 半 径 ; () 对 虚 轴 按 下 式 计 算 换 算 长 细 比 o o A λ = λ + 7 (-4) A 0 式 中 A 两 柱 肢 的 毛 截 面 面 积 之 和 ; A 构 件 截 面 中 两 侧 斜 缀 条 的 毛 截 面 面 积 之 和 (4) 格 构 柱 的 截 面 分 类 都 为 b 类, 根 据 λ 0 λ 中 的 较 大 值, 按 附 录 4 附 表 4--(b) 查 取 稳 定 系 数 代 入 公 式 (-0) 进 行 构 件 整 体 稳 定 计 算 (5) 分 肢 长 细 比 应 满 足 下 式 要 求 λ 0.7 ma{ λ0, λ} (-5) 其 中 λ 为 分 肢 对 其 最 小 刚 度 轴 -( 图 -9) 的 长 细 比, 按 下 式 计 算 λ = L / i (-6) 式 中 L 分 肢 计 算 长 度, 取 柱 肢 轴 线 与 缀 条 轴 线 交 点 距 离 ( 图 -9); i 分 肢 绕 其 弱 轴 ( 最 小 刚 度 轴, 平 行 于 缀 条 柱 虚 轴 ) 的 回 转 半 径 以 上 计 算 规 定 适 用 于 斜 缀 条 与 构 件 轴 线 间 的 夹 角 在 40~70 范 围 内 4

25 图 -9 双 肢 缀 条 柱. 缀 板 柱 以 双 肢 缀 板 柱 为 例, 参 考 图 -, 实 轴 记 为 轴, 虚 轴 记 为 轴 参 考 以 下 步 骤 进 行 构 件 稳 定 性 计 算 : () 需 根 据 对 柱 子 两 端 的 约 束 条 件, 确 定 计 算 长 度 L L ; () 计 算 长 细 比 λ = Lo / i λ = Lo / i, 其 中, i i 为 全 部 柱 肢 截 面 对 两 主 轴 的 回 转 半 径 ; () 对 虚 轴 按 下 式 计 算 换 算 长 细 比 o o λ λ + λ 0 = (-7) 式 中 λ 的 定 义 与 缀 条 柱 相 同, 计 算 公 式 同 (-6) 当 缀 板 焊 接 于 分 肢 时, 的 净 距 ; 当 缀 板 用 螺 栓 连 接 于 分 肢 时, 取 相 邻 两 缀 板 边 缘 螺 栓 间 的 距 离 (4) 根 据 λ 0 进 行 构 件 整 体 稳 定 计 算 L L 取 相 邻 两 缀 板 间 λ 中 的 较 大 值, 按 附 录 4 附 表 4--(b) 查 取 稳 定 系 数 代 入 公 式 (-0) (5) 分 肢 长 细 比 应 满 足 下 式 要 求 λ 40 且 λ 0.5 ma{ λ0, λ} ( 当 ma{ λ0, λ } < 50 时 取 50) (-8) 其 中 λ 为 柱 肢 节 间 长 细 比, 按 下 式 计 算 式 中 6 倍 L λ (-6) = L / i 单 肢 计 算 长 度 当 缀 板 焊 接 于 分 肢 时, 取 相 邻 两 缀 板 间 的 净 距 ; 当 缀 板 用 螺 栓 连 接 于 分 肢 时, 取 相 邻 两 缀 板 边 缘 螺 栓 间 的 距 离 ; i 单 肢 绕 其 弱 轴 ( 平 行 于 缀 条 柱 虚 轴 ) 的 回 转 半 径 应 用 以 上 公 式 时, 应 注 意 在 同 一 截 面 处 缀 板 的 线 刚 度 之 和 不 得 小 于 柱 较 大 分 肢 线 刚 度 的 其 他 形 式 的 缀 条 柱 缀 板 柱 构 件 稳 定 性 计 算 都 可 采 用 上 述 方 法, 换 算 长 细 比 的 计 算 公 式 可 参 见 附 录 5 附 表 5-6 [ 例 -5] 对 图 -0 所 示 平 台 结 构, 以 中 柱 ( 即 B 轴 与 ~5 轴 交 点 处 的 柱 子 ) 为 依 据, 选 择 柱 子 截 面 并 计 算 设 地 面 至 主 梁 顶 面 高 度 为 4.5m, 柱 脚 铰 接 于 地 面 平 台 结 构 在 纵 横 两 方 向 都 设 置 交 叉 支 撑 柱 子 采 用 宽 翼 缘 H 型 钢, 钢 材 为 Q5 [ 设 计 与 计 算 ] 5

26 截 面 初 选 : 注 意 图 -0 的 中 柱 需 连 接 两 根 主 梁 和 两 根 次 梁 荷 载 计 算 一 根 主 梁 传 递 的 竖 向 反 力 设 计 值 N = 05.5kN ( 见 [ 例 -4]) 一 根 次 梁 传 递 的 竖 向 反 力 设 计 值 N = 67.6kN ( 见 [ 例 -]) 即 柱 顶 轴 力 设 计 值 N = ( ) = 546.8kN 柱 子 计 算 简 图 如 图 -0(b) 所 示, 因 有 柱 间 支 撑, 将 其 视 为 两 端 不 动 的 铰 支 撑, 柱 子 高 度 为 梁 顶 高 度 减 去 梁 半 高, 即 梁 轴 线 到 地 面 的 高 度 因 柱 子 高 度 不 大, 初 设 弱 轴 方 向 计 算 长 细 比 为 λ = 70, 由 附 录 4 附 表 4-- (b) 查 得 b 类 截 面 轴 心 受 压 构 件 的 稳 定 系 数 ϕ = 0.75, 则 所 需 面 积 A = B 8mm 在 所 设 边 界 条 件 下, l 0 = l o = 460mm, 截 面 回 转 半 径 460 i= B 6mm 70 查 附 录 附 表 -0 知,HW50 50 可 满 足 面 积 条 件, 但 仅 7.mm, 长 细 比 将 过 大, HW50 50 可 满 足 回 转 半 径 条 件, 但 截 面 积 达 98 mm, 承 载 富 余 过 大 因 此, 试 取 HW00 00 基 本 几 何 系 数 为 : 翼 缘 厚 t = mm, 腹 板 厚 t = 8mm, 截 面 积 A = 648mm 整 体 稳 定 计 算 4 4, 惯 性 矩 I = 4770cm, I = 600cm, 回 转 半 径 i = 8.6cm, i = 4.99cm, 理 论 重 量 g = 50.5kg/m 柱 顶 轴 力 设 计 值 可 取 N = 546.8kN, 如 考 虑 一 半 柱 子 重 量 集 中 柱 顶 Δ N = / B.64kN, 小 于 原 荷 载 0.5% λ = 460/86. B 49.5 λ = 460/ 49.9 B 85. 绕 两 主 轴 截 面 分 类 均 属 b 类 曲 线, 故 找 较 大 长 细 比 计 算, 查 附 录 4 附 表 4-- (b) 得 则 ϕ = = 0.N/mm < 5N/mm w i 6

27 刚 度 计 算 λ ma = 85. < 50 虽 然 截 面 承 载 力 仍 有 相 当 富 余, 但 考 虑 便 于 与 主 梁 的 连 接, 确 定 采 用 此 截 面 图 -0 平 台 柱 计 算 例 题 ( 实 腹 柱 ) [ 例 -6] 将 [ 例 -5] 的 实 腹 柱 改 为 缀 板 柱, 钢 材 为 Q5 [ 设 计 与 计 算 ] 截 面 设 计 : 由 [ 例 -5] 知, 柱 顶 轴 力 设 计 值 N = 546.8kN, 初 设 长 细 比 为 70, 所 需 柱 肢 截 面 面 积 为 8 mm 考 虑 采 用 双 槽 钢 形 成 缀 板 柱, 初 选 截 面 为 [ 6a, 查 4 附 录 附 表 -8, 一 根 槽 钢 的 几 何 参 数 为 A =.95cm, I = 866.cm, i = 6.8cm, I = 7.4cm 4, i =.8cm, 形 心 至 槽 钢 腹 板 外 侧 的 距 离 截 面 几 何 性 质 计 算 长 细 比 计 算 z 0 =.79cm, 两 柱 肢 的 布 置 及 缀 板 柱 截 面 形 心 轴 见 图 - A =.95 = 4.90cm i = i = 6.8cm i c I + A c 0.98 = = i + = cm A B λ = 4500/ 6.8 = 7.7 λ = 4500/ 58.0 = 77.6 现 设 缀 板 间 净 距 L = 700mm, λ = 700/8. = 8., 整 体 稳 定 计 算 截 面 强 度 计 算 缀 板 设 计 λ 0 = = 86.5 由 附 录 4 附 表 4--(b) 查 得 ϕ B = 9.N/mm < 5N/mm 因 为 截 面 无 削 弱, 截 面 强 度 能 够 满 足 要 求 7

28 构 件 刚 度 验 算 设 取 缀 板 尺 寸 为 , 则 缀 板 惯 性 矩 和 线 刚 度 分 别 为 I b = 6 00 = mm K b 单 肢 线 刚 度 为 = B K = B mm / mm 909 两 者 比 值 Kb/ K = = 9.9> 6 满 足 缀 板 刚 度 要 求 98 λ = 86.5 < 50 图 - 平 台 柱 计 算 例 题 ( 缀 板 柱 ).5 柱 间 支 撑 设 计 柱 间 支 撑 设 计 需 要 考 虑 支 撑 形 式 选 取 支 撑 截 面 设 计 计 算 长 度 确 定 支 撑 刚 度 和 承 载 能 力 要 求 以 及 支 撑 连 接 等 问 题 其 设 计 方 法 与 框 架 结 构 中 的 支 撑 是 相 同 的, 读 者 可 阅 读 第 4 章 的 有 关 内 容.6 节 点 设 计.6. 主 次 梁 节 点. 连 接 构 造 次 梁 可 以 置 于 主 梁 顶 面, 也 可 接 于 主 梁 侧 面 前 者 施 工 方 便, 后 者 则 可 降 低 结 构 总 体 高 度 依 主 梁 次 梁 的 截 面 形 式 不 同, 可 以 演 化 出 许 多 不 同 的 连 接 构 造 本 节 仅 以 工 字 形 截 面 主 次 梁 为 例 加 以 说 明 图 - 是 主 次 梁 连 接 的 构 造 示 例 其 中 图 -(a) 是 直 接 将 次 梁 搁 在 主 梁 顶 面 上 的 情 况, 次 梁 下 翼 缘 用 焊 缝 或 螺 栓 与 主 梁 上 翼 缘 连 接 这 种 构 造 安 装 简 单, 但 主 梁 和 次 梁 的 截 面 高 度 相 加, 对 净 空 有 一 定 影 响, 一 般 多 应 用 在 有 足 够 建 筑 高 度 的 工 业 设 施 与 露 天 结 构 中 其 余 各 图 是 次 梁 连 于 主 梁 侧 面 的 情 况, 通 常 次 梁 与 主 梁 的 顶 面 平 齐 图 -(b) 中, 次 梁 通 过 连 接 角 钢 与 主 梁 腹 板 相 连 ; 角 钢 预 先 焊 接 在 主 梁 上, 工 地 现 8

29 场 采 用 螺 栓 将 次 梁 连 到 角 钢 上 图 -(c) 中 次 梁 直 接 连 接 到 主 梁 的 横 向 加 劲 肋 上, 次 梁 的 下 翼 缘 需 要 切 去 一 侧, 否 则 将 与 加 劲 肋 相 碰 这 两 种 情 况 下, 若 次 梁 传 递 的 竖 向 力 较 大, 也 可 采 用 角 焊 缝 将 次 梁 腹 板 与 连 接 角 钢 或 主 梁 加 劲 肋 连 接 ; 此 时 螺 栓 仅 用 于 安 装 时 定 位, 可 采 用 较 小 规 格 的 普 通 螺 栓 另 一 种 连 接 方 式 如 图 -(d): 主 梁 设 置 台 式 承 托, 次 梁 搁 置 在 承 托 上 用 螺 栓 连 接, 次 梁 竖 向 反 力 通 过 承 压 方 式 传 递 上 述 这 些 连 接 中, 次 梁 的 两 个 翼 缘 或 至 少 其 中 一 个 翼 缘 在 节 点 部 位 不 能 连 续 传 力, 使 得 梁 端 传 递 弯 矩 的 能 力 远 远 小 于 梁 全 截 面 的 抗 弯 能 力, 因 此 通 常 把 这 类 连 接 作 为 铰 接 连 接 看 待 事 实 上 这 类 连 接 具 有 一 定 的 转 动 约 束 能 力, 后 面 将 介 绍 计 算 时 的 对 策 当 采 用 普 通 螺 栓 或 高 强 度 螺 栓 承 压 型 连 接 时, 也 可 以 将 螺 栓 孔 制 成 为 水 平 方 向 的 长 圆 孔 来 释 放 约 束 弯 矩 图 -(e) 是 使 次 梁 端 部 能 传 递 弯 矩 的 构 造 次 梁 的 下 翼 缘 焊 接 在 主 梁 的 台 式 承 托 上, 上 翼 缘 则 焊 接 于 一 块 连 接 两 侧 次 梁 的 盖 板, 这 就 使 次 梁 翼 缘 的 轴 力 所 形 成 的 力 偶 能 够 平 衡 梁 端 弯 矩 当 次 梁 梁 端 弯 矩 较 大 时, 还 可 以 在 腹 板 部 位 加 以 连 接, 提 高 连 接 的 抗 弯 能 力 为 了 在 工 地 安 装 中 避 免 仰 焊, 承 托 板 应 做 得 宽 于 次 梁 下 翼 缘, 而 顶 盖 板 宽 度 则 应 略 小 于 次 梁 上 翼 缘 宽 度, 宽 出 的 部 分 应 大 于 角 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 图 - 各 图 中 未 表 示 出 梁 上 的 平 台 板 当 平 台 板 与 梁 顶 面 牢 固 连 接 时, 次 梁 端 部 的 扭 转 可 视 为 被 约 束 的 图 - 主 次 梁 连 接 节 点. 连 接 计 算 铰 接 连 接 节 点 需 要 传 递 次 梁 端 部 反 力 图 -(b) (c) 中, 次 梁 端 部 局 部 切 割 后 的 腹 板 截 面 连 接 角 钢 以 及 螺 栓 或 焊 缝 应 能 满 足 此 抗 剪 要 求 由 于 这 类 节 点 并 非 完 全 铰 接, 计 算 连 接 时 可 采 用 以 下 两 种 方 法 考 虑 弯 矩 的 影 响 : () 将 次 梁 反 力 乘 以 螺 栓 中 心 线 或 焊 缝 形 心 线 至 主 梁 腹 板 中 心 线 之 间 的 距 离, 作 为 连 接 计 算 时 所 需 考 虑 的 弯 矩 () 将 次 梁 反 力 乘 以.~. 的 提 高 系 数 图 -(d) 的 连 接 中, 次 梁 反 力 主 要 通 过 台 式 承 托 传 递, 腹 板 上 的 螺 栓 主 要 用 于 防 止 次 梁 侧 倾, 不 需 作 受 力 计 算 图 -(a) 中 的 次 梁 如 果 是 连 续 跨 过 主 梁 的, 应 作 为 连 续 梁 看 待, 否 则 也 是 两 端 铰 接 的 简 支 梁 这 两 种 情 况 下, 都 是 通 过 主 次 梁 翼 缘 板 间 的 接 触 传 递 次 梁 的 反 力 连 接 部 位 需 要 计 算 的 是 主 梁 的 局 部 承 压 图 -(e) 所 示 的 连 接 能 够 传 递 弯 矩, 称 为 刚 性 连 接 连 接 焊 缝 及 顶 盖 板 需 传 递 的 轴 力, 可 根 据 梁 端 弯 矩 M 按 式 (-7) 计 算 9

30 M N = (-7) h 上 式 中 的 分 母 亦 可 取 h t 如 果 计 算 得 到 的 要 在 图 -(e) 中 增 设 腹 板 连 接 N 大 于 梁 单 个 翼 缘 的 轴 力 承 载 力 设 计 值, 就 需 [ 例 -7] 对 例 [-] [-4] 设 计 的 次 梁 与 主 梁 进 行 主 次 梁 的 连 接 设 计 [ 设 计 与 计 算 ] 连 接 设 计 : 试 采 用 图 -(b) 的 连 接 形 式 根 据 主 次 梁 截 面 几 何 尺 寸, 选 连 接 角 钢 为 L70 8, 长 度 80mm, 钢 材 为 Q5 角 钢 用 6mm 角 焊 缝 焊 于 主 梁 腹 板, 施 焊 时, 不 采 用 引 弧 板 次 梁 与 角 钢 采 用 8.8 级 高 强 度 螺 栓 承 压 型 连 接, 螺 栓 规 格 M6 螺 栓 排 列 时, 离 肢 背 距 离 按 最 小 容 许 距 离 确 定 以 减 少 偏 心 影 响, 螺 栓 边 距 皆 40mm, 中 心 距 皆 00mm, 孔 径 为 7.5mm 见 图 - 梁 端 净 截 面 复 核 : [ 例 -] 中 设 计 次 梁 时 尚 未 考 虑 因 连 接 构 造 对 截 面 的 削 弱 根 据 所 定 连 接 细 部, 设 次 梁 端 部 仅 腹 板 参 与 工 作, 腹 板 参 与 工 作 高 度 偏 安 全 的 假 定 为 00mm, 螺 栓 开 孔 处 内 力 为 V = 67.6kN ( 见 [ 例 -]) M = B.907kN m 腹 板 参 与 工 作 部 分 的 截 面 特 性 A w = = 40.5mm W w / = B 499mm 00 剪 应 力 按 平 均 应 力 计 算, 弯 曲 应 力 仍 按 平 截 面 假 定 计 算 σ = B 59N/mm < 5N/mm τ = = 48.N/mm < 5N/mm 40.5 折 算 应 力 近 似 按 以 下 方 式 计 算 = 0.N/mm < 5N/mm 在 距 梁 端 70mm 处, 弯 矩 还 会 有 增 加, 但 由 计 算 可 知 强 度 有 较 大 富 余, 有 兴 趣 0

31 螺 栓 连 接 计 算 : 的 读 者 可 以 自 行 校 核 67.6 梁 端 剪 力 引 起 的 螺 栓 剪 力 : N V = =.805kN ( ).907 梁 端 弯 矩 引 起 的 螺 栓 剪 力 : N M = = 9.07kN ( ) 0. b π 6 单 个 螺 栓 的 抗 剪 承 载 力 : Nv = 50 B 5065N=50.65kN 4 b 单 个 螺 栓 的 承 压 承 载 力 : N c = = 65800N=65.800kN ( 角 钢 厚 度 为 8mm) 强 度 计 算 角 钢 连 接 焊 缝 计 算 : = 44.58kN< = 45.4kN 由 于 螺 栓 位 置 相 对 角 钢 焊 缝 中 心 具 有 双 重 偏 心 ( 与 e, 详 图 -b), 其 中 e 偏 心 矩 e = 40mm 为 已 知, 偏 心 矩 e 需 计 算 确 定 因 为 围 焊 焊 缝 在 转 角 处 连 续 施 焊, 故 只 需 在 上 下 水 平 焊 缝 处 各 减 去 6mm 起 落 弧 长 度 e 焊 缝 群 受 力 为 64 = B.mm V = 67.6kN M = =.704kN m ( 焊 缝 群 面 外 受 弯 ) M = = 0.899kN m ( 焊 缝 群 受 扭 ) 焊 缝 群 截 面 特 性 计 算 A w = ( ) B94mm I + = 4 w B( /) mm I w B{ [64 / 64 (.) ] 80. } B505mm 4 I Jw = = mm 应 力 计 算 选 取 角 点 G 进 行 分 析 V τ = = 5.5N/mm ( ) 94 τ σ σ = =.7N/mm ( ) M M = B 8.05N/mm = B.7N/mm ( ) M z

32 强 度 计 算 时 偏 安 全 取 β =.0, 有 ( ) = 67.N/mm <60N/mm [ 分 析 ] 设 计 本 连 接 时, 已 尽 量 考 虑 了 减 少 偏 心 的 各 种 细 部 条 件, 由 偏 心 引 起 的 应 力 效 应 相 对 较 小, 但 偏 心 心 e 引 起 的 效 应 所 占 比 重 较 大 说 明 连 接 设 计 时 需 重 视 减 少 传 力 路 经 的 偏 e 图 - 主 次 梁 连 接 例 题.6. 主 梁 与 柱 的 连 接 节 点. 连 接 构 造 平 台 结 构 柱 子 如 果 采 用 热 轧 工 字 形 钢 宽 翼 缘 工 字 钢 等 截 面, 其 主 轴 有 强 弱 之 分, 在 结 构 设 计 时 就 需 考 虑 强 轴 与 弱 轴 分 别 布 置 在 结 构 的 哪 个 方 向, 以 及 与 主 梁 的 关 系 本 节 中 只 讨 论 主 梁 与 柱 子 的 强 轴 都 垂 直 于 同 一 平 面 的 情 况 ( 参 见 图 -4 各 例 ) 图 -4 是 主 梁 支 承 于 柱 顶 连 接 构 造 图 -4(a) 中, 梁 支 承 加 劲 肋 对 准 柱 子 翼 缘, 可 将 梁 端 反 力 直 接 传 递 给 柱 子 翼 缘 设 计 时, 注 意 梁 构 件 的 制 作 长 度 略 小 于 柱 子 轴 线 之 间 的 间 距, 一 般 可 短 5~0mm, 这 样 安 装 时 相 邻 梁 段 之 间 可 有 一 空 隙, 以 便 调 整 构 件 制 作 的 偏 差 安 装 定 位 后, 用 夹 板 通 过 螺 栓 或 焊 接 把 相 邻 梁 连 接 起 来, 以 防 止 梁 的 侧 倾 这 种 构 造 的 缺 点 是, 当 两 相 邻 梁 的 反 力 不 等 时, 柱 子 将 受 偏 心 力 矩 作 用 ; 一 侧 梁 的 反 力 很 大 时, 还 可 能 引 起 柱 翼 缘 的 局 部 失 稳 一 般 结 构 整 体 分 析 中 通 常 把 两 相 邻 梁 的 反 力 都 视 为 作 用 在 柱 子 的 轴 线 上, 这 样 就 忽 视 了 上 述 可 能 的 不 利 情 况, 因 此 节 点 构 造 确 定 后 需 要 重 新 审 视 传 力 的 特 点 并 加 以 分 析 图 -4(b) 中, 梁 端 反 力 通 过 突 缘 式 端 板 传 递, 两 相 邻 梁 的 端 板 都 贴 近 柱 子 轴 线, 即 使 两 侧 反 力 不 等, 柱 子 仍 然 接 近 中 心 受 压 状 态 突 缘 式 端 板 的 底 面 应 刨 平, 使 其 能 顶 紧 柱 顶 板 ; 为 了 保 持 与 柱 顶 面 的 接 触 传 力, 可 在 柱 子 顶 板 上 设 一 块 同 样 刨 平 的 垫 板, 该 垫 板 预 先 焊 接 在 柱 顶 板 上 柱 子 腹 板 上 需 设 置 一 对 纵 向 短 加 劲 肋 将 梁 端 板 传 递 的 反 力 经 一 定 距 离 均 匀 的 扩 散 到 柱 身 梁 段 制 作 时 同 样 需 要 留 有 安 装 间 隙, 定 位 后 嵌 入 填 板 并 用 螺 栓 将 相 邻 梁 连 起 来 为 了 防 止 梁 的 纵 向 错 动, 梁 下 翼 缘 和 柱 顶 板 之 间 还 要 设 置 构 造 螺 栓 平 台 结 构 较 少 受 水 平 荷 载 作 用, 梁 柱 连 接 一 般 都 作 铰 接 处 理, 以 简 化 柱 子 设 计 以 上 两 种 连 接 都 可 以 视 为 铰 接 连 接 有 时 主 梁 跨 度 较 大, 或 有 若 干 跨 跨 度 较 大, 将 主 梁 设 计 为 连 续 梁 是 较 为 合 理 的 选 择 图 -4(c) 是 主 梁 连 续 而 梁 柱 仍 为 铰 接 的 构 造 在 柱 子 腹 板 中 心 对 应 的 梁 腹 板 上 设 置 支 承 加 劲 肋, 梁 下 翼 缘 焊 接 一 垫 板, 将 梁 的 反 力 通 过 接 触 传 力 传 递 到 柱 顶 其 余 构 造 与 图 -4(b) 相 仿 当 平 台 结 构 需 要 通 过 梁 柱 体 系 提 供 水 平 刚 度 时, 也 可 以 采 取 图 -4(d) 所 示 的 构 造 梁 的 下 翼 缘 通 过 螺 栓 或 角 焊 缝 连 接 在 柱 顶 上, 梁 的 支 承 加 劲 肋 应

33 对 准 柱 子 翼 缘 图 示 柱 子 顶 板 沿 梁 长 方 向 有 一 外 挑, 下 部 设 加 劲 板, 便 于 布 置 传 力 螺 栓 或 焊 缝, 保 证 柱 顶 连 接 传 递 弯 矩 的 能 力 图 -4 主 梁 连 于 柱 顶 的 构 造 图 -5 是 主 梁 连 接 于 柱 侧 的 构 造 图 -5(a) 用 于 梁 端 反 力 较 小 的 情 况, 此 时 梁 端 可 不 设 支 承 加 劲 肋, 直 接 搁 置 在 柱 子 外 伸 的 小 牛 腿 上, 用 普 通 螺 栓 或 角 焊 缝 连 接 梁 侧 与 柱 翼 缘 之 间 注 意 预 留 安 装 间 隙, 定 位 后 用 角 钢 和 螺 栓 连 接 当 梁 端 反 力 较 大 时 可 以 采 用 图 -5(b) 所 示 突 缘 式 端 板, 支 托 采 用 厚 钢 板 或 加 劲 的 角 钢 端 板 与 柱 翼 缘 之 间 用 螺 栓 连 接, 两 者 间 的 安 装 间 隙 用 填 板 填 满 当 柱 顶 在 垂 直 主 梁 方 向 有 一 次 梁 时, 如 果 次 梁 顶 面 与 主 梁 顶 面 平 齐, 则 图 -4(a) (b) 的 连 接 方 式 就 较 难 处 理 此 时 可 采 用 图 -5(a) (b) 的 连 接 构 造, 而 把 次 梁 端 部 连 接 到 柱 子 的 腹 板 上 图 -5(c) 是 刚 接 连 接 的 构 造 梁 下 翼 缘 焊 接 在 小 牛 腿 上, 梁 的 上 翼 缘 通 过 一 块 盖 板 与 柱 顶 及 另 一 侧 的 梁 上 翼 缘 互 相 连 接 另 外 主 梁 腹 板 通 过 角 钢 或 连 接 钢 板 与 柱 翼 缘 焊 接 连 接 图 -5 主 梁 连 于 柱 侧 的 构 造. 刚 接 连 接 的 计 算 以 图 -5(c) 为 例 说 明 节 点 计 算 从 施 工 顺 序 看, 主 梁 搁 置 在 小 牛 腿 上 后, 其 自 重 就 由 牛 腿 承 担 这 时 主 梁 还 是 简 支 结 构, 牛 腿 只 承 受 梁 端 竖 向 反 力, 但 牛 腿 与 柱 翼 缘 的 连 接 焊 缝 应 考 虑 偏 心 力 矩 的 作 用 待 主 梁 上 翼 缘 及 腹 板 与 柱 子 连 接 后, 才 安 装 平 台 板, 施 加 平 台 荷 载 后 续 荷 载 产 生 的 剪 力 主 要 由 腹 板 连 接 角 钢 或 钢 板 传 递, 梁 端 弯 矩 则 由 翼 缘 和 腹 板 的 连 接 分 别 承 受 工 程 设 计 时, 也 可 忽 略 小 牛 腿 承 受 竖 向 反 力 的 作 用, 按 最 终 阶 段 的 结 构 状 况 进 行 分 析 [ 例 -8] 在 图 -0 的 平 台 中, 平 台 梁 在 柱 侧 的 铰 接 连 接 计 算 图 -6 平 台 梁 与 柱 的 连 接 计 算 例 题 [ 设 计 与 计 算 ] 主 梁 与 柱 侧 的 连 接 设 计 : 主 梁 次 梁 和 柱 的 截 面 尺 寸 分 别 见 [ 例 -4] [ 例 -] 和 [ 例 -5] 主 梁 搁 置 在 小 牛 腿 上, 小 牛 腿 为 T 型 截 面, 尺 寸 见 图 -6(b) 小 牛 腿 与 柱

34 (b) 翼 缘 用 角 焊 缝 连 接, 主 梁 支 座 反 力 通 过 支 承 面 接 触 传 递 小 牛 腿 M 普 通 螺 栓 起 安 装 定 位 作 用, 与 连 接 角 钢 连 接 的 M 普 通 螺 栓 起 防 止 侧 倾 作 用 主 梁 梁 端 局 部 承 压 计 算 : 腹 板 翼 缘 交 界 处 局 部 承 压 长 度 : l z = = 60mm 由 [ 例 -4] 知 梁 端 集 中 反 力 设 计 值 V = 05.5kN, 则 σ c = B 4N/mm < 5N/mm 60 6 即 主 梁 端 部 可 不 设 支 承 加 劲 肋 牛 腿 与 柱 的 连 接 焊 缝 计 算 : h 角 焊 缝 高 度 采 用 0mm 扣 除 焊 缝 起 始 处 各 0mm 后 的 焊 缝 截 面 见 图 -9 焊 缝 截 面 几 何 特 性 计 算 : 计 算 抗 剪 面 积 A w = = 40mm (80 ) + 60 (80 + ) 截 面 形 心 位 置 c = B47 mm 焊 缝 群 惯 性 矩 I w B[ / 60 (5 80) ] = 58607mm 最 下 端 截 面 模 量 W w = B 0809mm 5 焊 缝 截 面 内 力 设 计 值 : 剪 力 V = 05.5kN 弯 矩 M = 05.5 (0.5/ + 0.0) = 4.90kN m 焊 缝 截 面 强 度 计 算 τ = = 9.75N/mm σ = = 7.6N/mm = < N/mm 60N/mm 本 例 中 因 焊 缝 截 面 承 载 力 设 计 值 小 于 牛 腿 截 面 承 载 力 设 计 值, 故 不 再 作 牛 腿 截 面 抗 弯 抗 剪 计 算 柱 翼 缘 在 牛 腿 翼 缘 拉 应 力 作 用 下 是 否 需 要 设 置 横 向 加 劲 肋 : 可 参 照 现 行 国 家 标 4

35 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 中 7.4. 条 规 定 计 算 柱 翼 缘 厚 度 是 否 满 足 t 0.4 A / c b b c 其 中 t c A b 分 别 为 柱 翼 缘 板 厚 度 和 梁 ( 本 例 中 小 牛 腿 ) 受 拉 翼 缘 面 积 ; b c 分 别 为 梁 ( 小 牛 腿 ) 翼 缘 和 柱 翼 缘 的 钢 材 强 度 设 计 值 本 例 中 < / 5 B 9.6 故 需 设 加 劲 肋 设 横 向 加 劲 肋 为 80 钢 板, 布 置 在 与 小 牛 腿 翼 缘 同 高 处, 如 图 -6(a) 中 虚 线 所 示.6. 柱 脚 节 点 平 台 结 构 的 柱 脚 节 点 与 其 他 框 架 结 构 是 相 似 的, 本 书 将 在 第 第 4 章 予 以 介 绍.7 钢 楼 梯 设 计.7. 平 台 钢 楼 梯 的 形 式 和 构 造 适 合 于 平 台 结 构 的 钢 楼 梯 主 要 有 斜 梯 和 直 梯 斜 梯 是 最 常 用 的 形 式 直 梯 通 常 用 在 不 经 常 上 下 或 因 场 地 限 制 不 能 设 置 斜 梯 的 场 合 直 梯 宽 度 一 般 为 600~700mm 立 柱 可 采 用 角 钢, 规 格 为 ~ , 踏 步 采 用 d=6mm 的 圆 钢, 两 端 焊 在 角 钢 的 肢 上 圆 钢 间 距 一 般 00~50mm 当 直 梯 高 度 大 于 m 后, 在 距 底 部 m 上 方 应 设 保 护 圈, 保 护 圈 可 采 用 d=6mm 的 圆 钢, 其 立 杆 可 采 用 4mm 厚 的 扁 钢 直 梯 构 造 参 见 图 -7 图 -7 直 梯 构 造 斜 梯 宽 度 与 直 梯 相 同, 视 实 际 需 要 也 可 适 当 加 宽 其 与 地 面 的 倾 角 设 置 为 45 ~60 之 间, 尽 可 能 接 近 45 当 无 特 殊 荷 载 要 求 时, 梯 段 梁 常 采 用 60 6mm 的 钢 板 或 [ 6 槽 钢, 踏 步 间 斜 长 距 离 为 00mm 左 右 ( 图 -8), 踏 步 板 常 采 用 5~6mm 厚 花 纹 钢 板 4mm 厚 弯 折 钢 板 或 带 边 框 的 蓖 条 式 钢 板 梯 段 梁 与 平 台 钢 构 件 的 连 接 见 图 -9, 与 地 面 的 连 接 见 图 -0 图 -8 斜 梯 梁 及 踏 步 板 图 -9 斜 梯 梁 与 平 台 构 件 的 连 接 图 -0 斜 梯 梁 与 地 面 的 连 接 5

36 .7. 斜 梯 计 算 斜 梯 梁 段 可 作 为 简 支 构 件 计 算 楼 梯 活 荷 载 应 按 实 际 情 况 采 用, 在 一 般 情 况 下 其 竖 向 荷 载 应 取 不 小 于.5kN/m ( 按 水 平 面 投 影 ) 需 计 算 其 强 度 和 变 形 强 度 设 计 值 按 钢 结 构 规 范 取, 梁 的 跨 中 挠 度 不 大 于 梁 跨 的 /50, 梁 跨 按 斜 长 取 斜 梯 梁 的 整 体 稳 定 一 般 不 起 控 制 作 用 思 考 题. 为 什 么 铺 板 区 格 一 般 视 为 周 边 简 支 而 非 周 边 固 支?. 式 (-8) 如 用 钢 材 强 度 设 计 值 代 替 应 力 得 到 梁 的 最 小 高 度, 设 计 采 用 这 一 截 面 高 度 后 是 否 会 导 致 最 后 刚 度 条 件 不 满 足?. 试 推 导 两 端 刚 接 梁 承 受 跨 中 点 集 中 荷 载 时 的 最 小 截 面 高 度, 设 梁 截 面 为 双 轴 对 称 工 字 形.4 主 次 梁 的 连 接 中 ( 图 -b c), 如 果 开 设 了 水 平 长 圆 螺 栓 孔, 计 算 时 是 否 需 要 考 虑 弯 矩 成 分?.5 在 图 -4(d) 所 示 梁 柱 刚 接 的 构 造 中, 如 已 知 梁 底 反 力 柱 顶 弯 矩 与 水 平 力, 怎 样 计 算 连 接 螺 栓 ( 或 焊 缝 )?.6 在 [ 例 -8] 中, 小 牛 腿 翼 缘 高 度 处 柱 子 腹 板 配 置 横 向 加 劲 肋 的 目 的 是 什 么? 如 果 小 牛 腿 做 成 工 字 形 截 面, 对 应 受 压 翼 缘 处 柱 子 腹 板 是 否 也 应 配 置 横 向 加 劲 肋?.7 平 台 结 构 不 设 柱 间 支 撑 的 情 况 下 应 怎 样 设 计 柱 脚 节 点 和 梁 柱 节 点 来 保 证 结 构 的 几 何 不 变 以 及 平 台 柱 的 整 体 稳 定 性?.8 查 阅 相 关 资 料 并 讨 论 栏 杆 设 计 应 考 虑 哪 些 荷 载? 习 题. 布 置 一 平 台 结 构 的 梁 格 体 系 设 平 台 承 受 的 面 荷 载 为 : 恒 载 0.kN/m, 活 荷 载 0.5kN/m 平 台 面 积 为 4m 60m, 并 初 选 主 次 梁 截 面 规 格. [ 例 -] 平 台 结 构 中 主 梁 与 柱 子 刚 性 连 接, 其 余 设 计 条 件 不 变 铺 板 加 劲 肋 次 梁 分 别 采 用 [ 例 -] [ 例 -] 的 设 计 结 果, 试 设 计 主 梁 截 面 主 梁 仍 采 用 焊 接 工 字 形 截 面 钢 材 为 Q5B. [ 例 -] 中 的 荷 载 条 件 梁 格 体 系 及 其 连 接 方 式 不 变, 铺 板 加 劲 肋 次 梁 和 主 梁 分 别 采 用 [ 例 -] [ 例 -] [ 例 -4] 的 设 计 结 果, 重 新 设 计 边 柱 (A C 轴 柱 ) 截 面, 注 意 此 时 与 柱 子 连 接 的 主 梁 将 减 少 一 根 柱 子 可 采 用 中 宽 翼 缘 H 型 钢 或 焊 接 工 字 形 截 面, 钢 材 为 Q5, 但 柱 子 用 钢 量 应 比 [ 例 -5] 有 所 降 低 确 定 柱 子 截 面 尺 寸 时, 需 说 明 对 于 主 次 梁 连 接 构 造 尺 寸 是 如 何 考 虑 的.4 [ 例 -] 中 主 梁 与 中 柱 (B 轴 柱 ) 的 节 点 为 连 接 于 柱 侧 的 刚 性 连 接, 与 边 柱 (A C 轴 柱 ) 6

37 的 节 点 仍 为 铰 接 连 接 试 设 计 主 梁 与 中 柱 的 节 点 连 接 假 定 此 时 主 梁 截 面 和 柱 子 截 面 仍 采 用 [ 例 -4] [ 例 -5] 的 设 计 结 果, 主 梁 靠 中 柱 一 侧 的 剪 力 设 计 值 为 79.kN, 弯 矩 设 计 值 为 47.9kN-m, 此 弯 矩 使 连 接 处 主 梁 上 翼 缘 受 拉 7

38 柱 主 梁 横 次 梁 纵 次 梁 柱 间 支 撑 柱 间 支 撑 设 备 罐 柱 间 支 撑 柱 间 支 撑 - - 图 - 工 厂 车 间 中 的 平 台 钢 结 构 示 意 承 重 梁 柱 柱 主 梁 铺 板 次 梁 铺 板 加 劲 肋 次 梁 - - 加 劲 肋 (a) 简 单 梁 系 (b) 主 次 梁 系 图 - 平 台 梁 系 (a) 居 中 设 置 的 交 叉 支 撑 (b) 偏 置 的 交 叉 支 撑 (c) 门 形 支 撑 (d) 隅 撑 (d) 加 腋 的 刚 接 梁 图 - 平 台 结 构 支 撑 形 式

39 压 型 钢 板 平 台 梁 平 台 梁 (b) 钢 筋 混 凝 土 板 (a) 钢 铺 板 (c) 压 型 钢 板 混 凝 土 组 合 楼 板 平 台 梁 图 -4 平 台 铺 板 的 形 式 A 棱 的 断 面 A B B 棱 的 断 面 A-A 断 面 (a) 棱 形 花 纹 钢 板 B-B 断 面 图 -5 用 于 平 台 铺 板 的 花 纹 钢 板 平 台 梁 (b) 扁 豆 形 花 纹 钢 板 t 铺 板 (a) 采 用 扁 钢 或 钢 板 加 劲 肋 的 铺 板 (b) 图 -6 采 用 角 钢 加 劲 肋 的 铺 板 铺 板 加 劲 肋 构 造

40 铺 板 平 台 梁 加 劲 肋 两 边 传 力 两 边 传 力 两 边 传 力 两 边 传 力 b a (a) 铺 板 区 格 平 台 梁 a a a a (c) b/a 时 的 两 边 传 力 模 型 单 跨 简 支 梁 或 多 跨 连 续 梁 模 型 四 边 传 力 b a (b) b/a 时 的 四 边 简 支 板 模 型 图 -7 铺 板 的 区 格 和 计 算 模 型 加 劲 肋 次 梁 轴 线 加 劲 肋 次 梁 轴 线 荷 载 传 递 方 向 荷 载 传 递 方 向 q q b b (a) 加 劲 肋 计 算 简 图 之 (b) 加 劲 肋 计 算 简 图 之 图 -8 加 劲 肋 计 算 简 图

41 t 5t 5t 5t 5t t (a) 图 -9 加 劲 肋 的 计 算 截 面 (b) C 主 梁 次 梁 柱 柱 间 支 撑 B 柱 间 支 撑 A 图 -0 平 台 结 构 计 算 例 题 次 梁 加 劲 肋 次 梁 次 梁 铺 板 加 劲 肋 (a) 6 50(50) c = (b) (c) 图 - 加 劲 肋 计 算 简 图 4

42 (a) 热 扎 工 字 形 钢 (b) 热 扎 槽 钢 (c) 热 扎 H 形 钢 (d) 冷 成 型 矩 形 管 (e) 焊 接 工 字 形 截 面 ( ) 焊 接 箱 (g) 桁 架 型 截 面 图 - 平 台 梁 的 截 面 形 式 a a F t F t h r h lz lz h0 h0 (a) 热 扎 型 钢 图 - 计 算 局 部 承 压 面 积 时 的 几 何 尺 寸 (b) 焊 接 组 合 截 面 b b t b b0 t hw h hw h tw tw tw 图 -4 整 体 稳 定 计 算 条 件 中 截 面 尺 寸 的 规 定 集 中 荷 载 支 座 反 力 ts ts tw bs 5t w 5 5t w 5 5t w 5 5t w 5 图 -5 支 承 加 劲 肋 计 算 局 部 承 压 时 的 面 积 计 算 5

43 B 铺 板 下 加 劲 肋 间 距 0.6m 主 梁 一 根 次 梁 的 负 荷 面 积 次 梁 A (a) 次 梁 的 负 荷 面 积 (b) 次 梁 计 算 简 图 图 -6 平 台 次 梁 计 算 例 题 P P P 6 b A (a) 计 算 简 图 B tw V =05.5kN V 左 =04.8kN V 右 =68.96kN 6 h V 左 =67.6kN (c) 主 梁 截 面 设 计 尺 寸 M=0 M =07.8kN m M=409.7kN m (b) 内 力 设 计 值 分 布 图 图 -7 平 台 主 梁 计 算 例 题 6

44 (a) (b) (c) (d) (e) ( ) (g) (h) 图 -8 平 台 柱 的 截 面 形 式 L L - - 图 -9 双 肢 缀 条 柱 7

45 次 梁 主 梁 次 梁 柱 (a) 平 台 柱 梁 建 筑 高 度 (b) 计 算 简 图 图 -0 平 台 柱 计 算 例 题 图 - 平 台 柱 计 算 例 题 ( 缀 板 柱 ) 次 梁 定 位 螺 栓 主 梁 主 梁 次 梁 主 梁 次 梁 主 梁 次 梁 受 力 螺 栓 防 侧 倾 连 接 受 力 螺 栓 连 接 角 钢 次 梁 切 去 一 侧 翼 缘 主 梁 横 向 加 劲 肋 定 位 螺 栓 台 式 承 托 (a) (b) (c) (d) 8

46 N 盖 板 N 盖 板 N M R M R N 次 梁 主 梁 次 梁 台 式 承 托 主 梁 台 式 承 托 (e) - 图 - 主 次 梁 连 接 节 点 G e V M M 8a 次 梁 实 长 l=6000-0=5980 上 翼 缘 处 切 口 范 围 955mm (a) 图 - - 主 次 梁 连 接 例 题 V e = 40 (b) 角 钢 连 接 焊 缝 9

47 平 台 梁 支 承 加 劲 肋 突 缘 式 端 板 平 台 梁 夹 板 定 位 螺 栓 定 位 螺 栓 垫 板 柱 短 加 劲 肋 柱 - - (a) (b) 平 台 梁 平 台 梁 支 承 加 劲 肋 定 位 螺 栓 加 劲 板 柱 柱 (c) (d) 图 -4 主 梁 连 于 柱 顶 的 构 造 0

48 平 台 梁 平 台 梁 小 牛 腿 柱 柱 (a) (b) 平 台 梁 - 柱 (c) 图 -5 主 梁 连 于 柱 侧 的 构 造

49 -00 M 普 通 螺 栓 4.6 级 M 普 通 螺 栓 4.6 级 c= (c) (d) 图 -6 平 台 梁 与 柱 的 (b) 连 接 计 算 例 题

50 ? ? 图 -7 直 梯 构 造 钢 板 -606 t=4~5 t=5~6 6 槽 钢 (a) (b) 图 -8 斜 梯 梁 及 踏 步 板 (a) (b) (c) (d) 图 -9 斜 梯 梁 和 平 台 构 件 的 连 接 预 埋 钢 板 (a) (b) 图 -0 斜 梯 梁 和 地 面 的 连 接

51 第 章 轻 型 单 层 工 业 厂 房 钢 结 构 设 计. 荷 载 与 结 构 体 系.. 概 述 工 业 建 筑 有 单 层 与 多 层 之 分 单 层 工 业 建 筑 通 常 跨 度 较 大 净 空 较 高, 还 有 生 产 工 艺 的 各 种 要 求, 使 其 与 普 通 民 用 建 筑 的 框 架 结 构 相 比 具 有 不 同 的 特 点 如 果 单 层 工 业 建 筑 采 用 轻 型 屋 面 和 墙 体 材 料, 结 构 负 担 的 重 力 荷 载 就 会 大 大 减 轻 在 厂 房 高 度 不 很 大 ( 如 0m 以 下 ) 仅 配 置 起 重 量 较 小 的 吊 车 设 备 ( 如 不 超 过 5 吨 ) 或 不 配 置 吊 车 设 备 的 情 况 下, 可 以 采 用 相 应 的 技 术 措 施 在 结 构 体 系 中 采 用 较 大 宽 厚 比 的 钢 构 件, 使 得 结 构 自 重 也 相 对 较 轻 国 内 把 这 类 工 业 建 筑 归 为 轻 型 钢 结 构 轻 型 单 层 工 业 厂 房 钢 结 构 的 梁 与 柱 可 以 采 用 轻 型 热 轧 或 焊 接 型 钢 构 件 焊 接 组 合 截 面 钢 构 件 冷 弯 薄 壁 型 钢 构 件 等 ; 构 件 形 式 可 以 采 用 实 腹 式 或 格 构 式 ( 桁 架 梁 与 格 构 柱 ); 依 梁 柱 连 接 方 式 为 铰 接 还 是 刚 接 可 以 分 为 排 架 ( 柱 脚 刚 接 于 基 础 梁 柱 铰 接 连 接 ) 和 刚 架 ( 柱 脚 刚 接 或 铰 接 于 基 础 梁 柱 刚 接 连 接 ) 两 种 基 本 类 型, 后 者 因 框 架 梁 柱 构 型 如 同 门 状 而 称 为 门 式 刚 架 本 章 介 绍 以 焊 接 组 合 工 字 形 截 面 实 腹 式 构 件 为 梁 柱 的 门 式 刚 架 设 计.. 轻 型 单 层 工 业 厂 房 钢 结 构 的 体 系 构 成 和 结 构 布 置. 结 构 体 系 图 - 是 一 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 结 构 体 系 的 三 维 图 图 - 是 单 层 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 主 要 承 重 结 构 的 布 置 图, 其 中 图 (a) 为 屋 面 以 下 的 结 构 平 面, 包 括 柱 吊 车 梁 抗 风 柱 柱 间 支 撑 ; 图 (b) 为 屋 面 的 结 构 平 面, 包 括 柱 屋 面 梁 联 系 梁 屋 面 支 撑 ; 图 (c) 为 结 构 纵 向 立 面, 包 括 柱 吊 车 梁 柱 间 支 撑 屋 面 梁 ; 图 (d) 为 中 间 横 向 框 架 的 立 面, 包 括 柱 吊 车 梁 屋 面 梁 ; 图 (e) 为 山 墙 面 ( 即 两 端 部 平 面 ) 框 架 的 立 面, 包 括 柱 抗 风 柱 屋 面 梁 这 里 的 横 向 指 结 构 平 面 尺 度 中 较 小 的 方 向 横 向 框 架 柱 的 间 距 称 为 跨 度, 也 就 是 屋 面 梁 竖 向 支 承 点 间 的 跨 度 ; 纵 向 框 架 柱 的 间 距 一 般 称 为 柱 距 梁 柱 和 支 撑 构 件 是 轻 型 厂 房 结 构 中 的 主 要 承 重 构 件 图 - 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 结 构 体 系 图 - 单 层 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 结 构 布 置 图 图 - 给 出 了 屋 面 次 结 构 和 墙 面 次 结 构 体 系 次 结 构 构 件 主 要 指 屋 面 檩 条 墙 梁 以 及 相 应 的 拉 条 或 撑 杆

52 图 - 次 结 构. 结 构 布 置 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 结 构 布 置 主 要 包 括 柱 网 温 度 区 段 框 架 形 式 支 撑 体 系 等 () 柱 网 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 柱 网 由 横 方 向 的 跨 度 和 纵 方 向 的 柱 距 决 定 ( 参 考 图 -a b) 厂 房 跨 度 一 般 根 据 工 艺 需 求 决 定, 从 m~6m 的 跨 度 都 是 常 见 的 合 适 范 围, 虽 然 没 有 严 格 的 模 数 限 制, 但 习 惯 上 多 采 用 m 的 倍 数, 这 样 在 配 置 桥 式 吊 车 时 容 易 定 购 规 格 化 的 产 品 需 要 时, 厂 房 跨 度 可 以 超 过 6m 柱 距 以 6~9m 居 多 柱 距 大 小 除 考 虑 工 艺 要 求 外, 与 屋 面 结 构 构 件 的 连 接 方 式 疏 密 等 有 关 柱 距 超 过 0m 后, 屋 面 结 构 的 耗 钢 量 会 显 著 增 加, 一 般 需 设 置 托 架 或 托 梁 关 于 托 架 设 置, 可 参 考 第 4 章 有 关 内 容 轻 型 厂 房 柱 距 通 常 均 等 布 置 轻 型 厂 房 中, 有 时 会 在 一 侧 或 两 侧 山 墙 端 设 置 ~ 层 的 办 公 用 房 本 书 作 为 钢 结 构 设 计 的 初 步 教 程, 只 介 绍 全 部 为 单 层 结 构 的 规 则 柱 网 布 置 () 温 度 区 段 随 温 度 变 化, 结 构 构 件 产 生 伸 缩 当 厂 房 结 构 过 长 过 宽, 如 果 温 度 变 形 受 到 很 强 约 束, 就 会 产 生 较 大 的 温 度 应 力 对 此, 有 两 种 处 理 方 法 : 第 一 是 通 过 计 算 保 证 温 度 产 生 的 附 加 应 力 对 构 件 强 度 稳 定 性 没 有 太 大 影 响 但 精 确 的 温 度 应 力 计 算 比 较 困 难, 特 别 是 构 件 节 点 处 对 温 度 变 形 的 约 束 进 行 量 化 评 价 还 没 有 成 熟 的 方 法, 所 以 结 构 设 计 时 普 遍 采 用 另 一 种 方 法, 即 将 较 长 较 宽 的 厂 房 分 为 若 干 独 立 区 段, 称 为 温 度 区 段 如 现 行 中 国 工 程 建 设 标 准 化 协 会 标 准 门 式 刚 架 轻 型 房 屋 钢 结 构 技 术 规 程 CECS 0( 以 下 简 称 门 架 规 程 ) 规 定 的 温 度 区 段 为 : 横 方 向 ( 跨 度 方 向 ): 温 度 区 段 长 度 不 大 于 50m, 纵 方 向 ( 柱 距 方 向 ): 温 度 区 段 长 度 不 大 于 00m, 满 足 上 述 规 定 就 可 以 不 另 计 算 温 度 应 力 温 度 区 段 两 侧 的 结 构 柱 梁 都 是 分 开 的, 实 际 是 独 立 的 结 构 体 系 () 横 向 框 架 和 纵 向 框 架 轻 型 厂 房 的 横 向 框 架 可 以 有 多 种 形 式 ( 图 -4): 单 跨 与 多 跨 ; 单 坡 双 坡 与 多 坡 ; 局 部 夹 层 ; 排 架 ( 梁 柱 铰 接 ) 刚 架 ( 梁 柱 刚 接 ) 以 及 刚 架 中 两 端 铰 接 的 摇 摆 柱 横 向 框 架 的 基 本 构 件 就 是 柱 与 梁 图 -4 多 种 形 式 的 横 向 框 架 纵 向 框 架 由 柱 连 系 梁 柱 间 支 撑 组 成 ( 参 见 图 -c) 设 有 桥 式 吊 车 的 纵 向 框 架, 吊 车 梁 也 作 为 连 系 梁 起 作 用 纵 向 框 架 中 的 连 系 梁 吊 车 梁 和 支 撑 构 件 与 柱 做 成 铰 接 连 接, 柱

53 脚 在 该 方 向 也 按 铰 接 处 理 (4) 支 撑 体 系 轻 型 厂 房 的 支 撑 体 系 包 含 屋 面 支 撑 和 柱 间 支 撑 两 大 系 统, 其 布 置 原 则 详 见..6 的 介 绍. 荷 载 类 型.. 结 构 荷 载 轻 型 单 层 工 业 厂 房 结 构 设 计 需 考 虑 如 下 荷 载 : () 永 久 荷 载 : 包 括 主 次 结 构 和 围 护 材 料 的 自 重 悬 挂 管 道 和 所 有 承 托 于 结 构 构 件 之 上 且 其 位 置 和 重 量 都 相 对 固 定 的 设 备 荷 载 荷 载 大 小 根 据 实 际 情 况 确 定 () 活 荷 载 : 主 要 指 屋 面 活 荷 载, 根 据 现 行 国 家 标 准 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009 ( 以 下 简 称 荷 载 规 范 ) 的 规 定, 应 按 0.5kN/m 考 虑 ; 但 当 设 计 结 构 承 重 构 件 时, 如 该 构 件 的 负 荷 面 积 超 过 0m, 允 许 按 0.kN/m 考 虑 轻 型 单 层 工 业 厂 房 屋 面 一 般 不 上 人, 但 要 考 虑 检 修 维 护 时 的 操 作 人 员 工 具 材 料 等 重 量, 而 这 些 荷 载 大 面 积 均 匀 满 负 荷 铺 开 的 可 能 性 很 小, 所 以 当 构 件 负 荷 面 积 较 大 时 可 以 将 活 荷 载 适 当 降 低 在 比 较 高 大 的 单 层 工 业 厂 房 中, 视 需 要 会 设 置 局 部 夹 层 ( 参 见 图 -) 或 平 台 其 上 的 活 荷 载 应 根 据 实 际 需 要 决 定, 或 根 据 荷 载 规 范 的 规 定 取.0kN/m () 风 荷 载 : 对 轻 型 厂 房 结 构, 风 在 结 构 上 产 生 的 荷 载 作 用 方 向 如 图.5 所 示, 其 建 筑 物 表 面 的 风 荷 载 标 准 值 w 按 式 (-) 计 算 w k s z 0 k = μ μ w (-) 式 中 w 0 基 本 风 压, 根 据 门 架 规 程 的 建 议, 采 用 荷 载 规 范 的 数 值, 但 需 乘 以.05 的 提 高 系 数 ; μ z 风 荷 载 高 度 变 化 系 数, 按 荷 载 规 范 的 规 定 取 值, 高 度 小 于 0m 时, 采 用 0m 高 度 处 的 数 值 荷 载 ; μ s 风 荷 载 体 型 系 数, 按 门 架 规 程 的 有 关 规 定 采 用 图 -5 风 作 用 方 向 和 建 筑 表 面 的 风 压 由 于 轻 型 厂 房 屋 面 材 料 重 量 较 轻, 在 风 荷 载 较 大 地 区, 屋 面 板 和 墙 板 在 风 吸 力 作 用 下 都 有 被 掀 起 吹 走 的 可 能 性 结 构 在 风 荷 载 作 用 下, 构 件 的 弯 矩 可 能 发 生 变 号, 柱 脚 可 能 受 拉 拔 起 轻 型 结 构 对 风 作 用 相 当 敏 感, 在 设 计 中 需 要 高 度 重 视 (4) 雪 荷 载 雪 荷 载 作 用 于 屋 顶, 其 标 准 值 s k (kn/m ) 按 式 (-) 计 算

54 s = μ s (-) k r 0 式 中 s 0 基 本 雪 压, 按 荷 载 规 范 的 规 定 采 用 ; μ r 屋 面 积 雪 分 布 系 数, 根 据 屋 面 外 形 和 坡 度 按 荷 载 规 范 的 规 定 采 用 (5) 吊 车 荷 载 轻 型 厂 房 因 工 艺 需 要, 也 可 能 设 置 悬 挂 吊 车 或 桥 式 吊 车 吊 车 荷 载 如 何 计 算 将 在 第 4 章 重 型 工 业 厂 房 结 构 的 相 关 部 分 予 以 详 细 说 明 (6) 地 震 作 用 建 造 在 抗 震 设 防 区 的 工 业 厂 房 应 考 虑 地 震 作 用 根 据 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB500 的 规 定, 按 小 震 烈 度 进 行 的 计 算 对 比 表 明, 在 我 国 抗 震 设 防 规 定 的 8 度 及 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 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 但 是, 轻 型 厂 房 钢 结 构 构 件 本 身 的 延 性 较 差, 在 大 震 烈 度 时 的 结 构 抗 震 设 计 要 点 还 需 进 一 步 研 究 本 章 暂 不 涉 及 轻 型 厂 房 的 抗 震 设 计. 荷 载 组 合 分 别 记 永 久 荷 载 为 D 活 荷 载 为 L 风 荷 载 为 W 雪 荷 载 为 S 吊 车 荷 载 为 C, 计 算 结 构 强 度 和 稳 定 性 时, 需 考 虑 以 下 荷 载 组 合 : ().D+.4L; ().D+.4W, 或.0D+.4W, 后 者 用 在 风 效 应 与 恒 载 的 重 力 效 应 相 反 的 情 况 下 ; ().D+.4S; (4).D+.4 ma{l,s}+0.7.4w( 这 里 的 活 荷 载 仅 以 屋 面 活 荷 载 为 例, 不 讨 论 夹 层 活 荷 载, 以 下 组 合 也 同 样 ) 等 (5).D+.4W ma {L,S} (6).D+.4C; (7).D+.4C+0.7.4W; (8).D+.4W+0.7.4C; (9).D+.4W+0.7.4(ma{L,S}+C) 在 上 述 组 合 中 要 注 意 : 风 荷 载 作 用 方 向 有 4 种 可 能, 即 图 -5 中 横 风 纵 风 均 可 能 从 相 反 方 向 作 用 于 结 构, 所 以 有 风 的 组 合 就 有 4 种 工 况 需 要 计 算 吊 车 荷 载 的 组 合 情 况 更 为 复 杂, 留 待 第 4 章 详 述..4 荷 载 在 结 构 中 的 传 递 结 构 设 计 时, 需 明 确 每 种 荷 载 的 传 递 路 径 如 作 用 在 屋 面 表 面 的 荷 载 ( 活 荷 载 风 荷 载 ) 通 过 屋 面 板 檩 条 框 架 梁 传 递 到 柱 子 和 基 础 ; 作 用 在 墙 体 表 面 的 荷 载 ( 主 要 是 风 荷 载 ) 通 过 墙 面 板 墙 梁 柱 子 ( 框 架 柱 及 抗 风 柱 ) 传 递, 最 终 也 到 基 础 ; 其 它 恒 载, 或 是 构 件 的 体 4

55 力, 或 是 外 加 的 管 道 设 备 等 荷 载 则 通 过 构 件 的 支 承 关 系 逐 级 传 递 直 至 基 础..5 结 构 设 计 的 主 要 步 骤 在 工 业 厂 房 的 工 艺 条 件 明 确 之 后, 结 构 设 计 一 般 按 如 下 步 骤 进 行 : () 结 构 布 置 ; () 构 件 截 面 初 选 : 包 括 所 有 檩 条 墙 梁 框 架 梁 和 框 架 柱 吊 车 梁 ( 如 果 有 ) 抗 风 柱 联 系 梁 屋 面 支 撑 与 柱 间 支 撑 ; () 荷 载 计 算 ; (4) 确 定 计 算 简 图, 进 行 内 力 与 变 形 计 算 ; (5) 构 件 强 度 稳 定 性 的 计 算 复 核 结 构 刚 度 要 求 复 核 ; 当 计 算 复 核 结 果 满 足 安 全 经 济 要 求 时, 可 转 到 下 一 步 骤, 否 则 需 调 整 截 面 后 回 到 第 () 步 ; (6) 节 点 和 柱 脚 的 构 造 设 计 及 强 度 计 算 ; (7) 其 它 构 造 措 施 的 设 计 ; (8) 基 础 设 计 计 算 : 关 于 柱 脚 以 下 部 分 的 设 计, 读 者 可 参 考 相 关 教 科 书 以 上 步 骤 是 对 设 计 程 序 的 一 般 描 述 实 际 设 计 中, 结 构 工 程 师 往 往 先 行 完 成 次 结 构 构 件 的 设 计 计 算 这 些 构 件 可 以 根 据 静 定 结 构 或 连 续 梁 结 构 的 特 点 进 行 独 立 分 析, 并 据 此 进 行 截 面 设 计, 其 支 承 反 力 则 作 为 外 荷 载 加 到 主 要 承 重 结 构 上. 屋 面 结 构 设 计.. 屋 面 结 构 布 置 屋 面 包 括 檐 口 到 屋 脊 的 范 围 为 了 排 水, 屋 面 需 要 一 定 坡 度, 其 范 围 在 /8~/0 之 间 大 多 数 轻 型 厂 房 的 屋 面 坡 度 在 / 以 下, 但 雨 水 较 多 地 区 和 积 雪 较 大 地 区, 应 选 用 较 大 坡 度 屋 面 结 构 包 括 屋 面 板 檩 条 及 拉 条 屋 面 支 撑 女 儿 墙 柱, 刚 架 梁 也 可 视 作 屋 面 结 构 的 组 成 部 分 图 -6 显 示 了 屋 面 结 构 的 各 个 构 成 部 分 图 -6 屋 面 结 构 构 成 屋 面 结 构 布 置 需 考 虑 如 下 问 题 : () 檩 条 间 距 的 选 取 檩 条 间 距 首 先 受 制 于 屋 面 板 的 最 大 允 许 跨 距, 同 时 也 和 结 构 跨 度 方 向 的 尺 度 有 关 ; 有 些 情 况 下, 还 与 悬 挂 荷 载 的 吊 点 位 置 有 关 在 不 计 自 重 的 情 况 下, 若 屋 面 荷 载 条 件 相 同, 加 大 檩 条 间 距 会 要 求 增 加 屋 面 板 的 抗 弯 强 度 和 刚 度, 而 减 小 檩 条 间 距 则 可 能 造 成 檩 条 重 量 增 加 常 见 的 檩 条 间 距 在 ~m 范 围 内 () 屋 面 支 撑 的 布 置. 屋 面 支 撑 和 下 文 介 绍 的 柱 间 支 撑 共 同 构 成 了 厂 房 的 支 撑 系 统 在 5

56 一 个 独 立 的 厂 房 区 段 内, 支 撑 系 统 应 能 保 证 结 构 框 架 形 成 稳 定 的 空 间 体 系 屋 面 支 撑 由 交 叉 支 撑 杆 件 纵 向 系 杆 以 及 刚 架 梁 构 成 ( 图 -7) 一 般 在 设 置 柱 间 支 撑 的 开 间 同 时 布 置 屋 面 水 平 支 撑 此 支 撑 系 统 形 成 沿 刚 架 跨 度 方 向 ( 横 向 ) 的 桁 架 体 系, 所 以 又 称 为 屋 面 横 向 水 平 支 撑 在 一 个 独 立 的 厂 房 区 段 的 两 端, 需 要 布 置 横 向 支 撑 ; 此 支 撑 可 以 布 置 在 端 部 第 一 或 第 二 个 开 间 ; 但 布 置 在 第 二 个 开 间 时, 第 一 开 间 内 联 系 于 交 叉 支 撑 结 点 上 的 纵 向 系 杆 必 须 做 成 刚 性 系 杆, 也 即 能 够 有 效 抵 抗 压 力 的 杆 件, 使 得 山 墙 面 上 的 风 压 力 能 够 经 此 系 杆 传 递 到 屋 面 支 撑 上 在 厂 房 中 间, 每 隔 40~60m 需 设 置 一 道 屋 面 支 撑 在 刚 架 梁 轴 线 转 折 处, 如 屋 脊 边 柱 柱 顶 等 部 位, 应 布 置 刚 性 系 杆 或 连 系 梁 屋 面 支 撑 体 系 的 进 一 步 介 绍 可 以 阅 读 第 4 章 的 相 关 部 分 图 -7 屋 面 支 撑 系 统 布 置 示 意 图.. 屋 面 板 的 构 造 和 设 计. 屋 面 板 材 料 和 类 型 轻 型 单 层 工 业 厂 房 采 用 的 屋 面 板 主 要 有 以 下 形 式 : 压 型 钢 板 ( 图 -8a) 夹 芯 板 ( 图 -8b) 填 塞 中 间 保 温 材 料 的 双 层 压 型 板 ( 图 -8c) 无 论 那 种 形 式, 其 主 要 结 构 是 压 型 钢 板 图 -8 压 型 钢 板 和 夹 芯 板 压 型 钢 板 的 基 材 一 般 为 Q5 钢 基 材 的 厚 度 不 小 于 0.4mm, 常 用 的 板 厚 也 不 会 厚 于.0mm 采 用 热 浸 镀 锌 或 热 浸 镀 锌 铝 方 式 在 基 材 表 面 形 成 保 护 膜 以 防 止 锈 蚀 镀 层 可 以 有 各 种 色 彩, 同 时 兼 作 外 观 美 化 但 这 样 薄 壁 的 屋 面 板, 如 果 只 是 一 层 平 板, 即 使 在 自 重 作 用 下 也 会 弯 曲 得 厉 害, 何 况 还 要 抵 抗 垂 直 作 用 其 表 面 的 风 雪 或 其 他 荷 载 所 谓 压 型 钢 板, 就 是 通 过 常 温 下 的 冷 轧 加 工, 将 其 制 成 波 纹 形 状, 从 而 具 有 一 定 的 结 构 高 度, 以 有 效 地 抵 抗 面 外 弯 曲 依 照 波 纹 的 高 低, 可 以 分 为 深 压 型 或 浅 压 型 的 压 型 钢 板 ( 图 -9) 图 -9 不 同 型 式 的 压 型 钢 板 为 了 保 温 隔 热 的 需 要, 可 以 在 工 厂 生 产 夹 芯 板 在 两 层 压 型 钢 板 中 间 填 入 具 有 较 大 热 阻 系 数 的 塑 料 发 泡 材 料, 如 聚 氨 酯 等, 并 用 专 门 的 粘 胶 剂 与 两 边 的 压 型 钢 板 粘 合 在 一 起 中 间 的 保 温 隔 热 材 料 使 得 屋 面 板 具 有 了 必 要 的 结 构 高 度, 因 此 可 以 采 用 平 钢 板 或 浅 压 型 的 压 型 钢 板 但 是 受 较 大 弯 矩 时, 受 压 一 侧 的 钢 板 会 因 为 局 部 失 稳 引 起 的 弯 曲 而 使 粘 胶 剂 脱 开, 产 生 所 谓 的 脱 层 屈 曲 为 提 高 夹 芯 板 抵 抗 这 种 破 坏 的 能 力, 也 可 在 受 压 侧 采 用 深 压 型 的 压 型 钢 板 6

57 现 时, 夹 芯 板 的 材 料 价 格 相 对 较 高, 为 节 省 造 价, 也 有 采 用 双 层 压 型 钢 板 作 屋 面 板, 施 工 时, 在 其 中 填 入 保 温 隔 热 材 料 如 保 温 棉 ( 一 种 工 业 纤 维 ) 为 了 保 证 两 层 钢 板 之 间 的 距 离, 需 设 置 必 要 的 立 撑 ( 图 -8c).. 连 接 构 造 屋 面 板 固 定 在 檩 条 上, 其 连 接 需 要 解 决 如 下 问 题 : () 防 止 被 风 掀 起 ; () 防 止 雨 雪 天 时 渗 水 ; () 必 要 时 需 考 虑 减 少 温 度 应 力 对 下 部 结 构 的 影 响 早 期 采 用 普 通 螺 栓 或 钩 头 螺 栓 连 接 屋 面 板 与 檩 条, 因 需 要 在 板 和 檩 条 上 预 制 螺 栓 孔, 施 工 非 常 不 便 现 在 则 普 遍 采 用 了 自 攻 螺 钉 ( 图 -0), 安 装 时 用 专 用 工 具 直 接 把 螺 钉 穿 透 压 型 板 并 连 接 到 檩 条 上, 不 但 不 需 预 制 打 孔, 也 免 去 了 安 装 屋 面 板 时 孔 位 对 中 的 要 求 图 -0 自 攻 螺 钉 示 意 图 自 攻 螺 钉 在 檩 条 的 厚 度 范 围 内 仅 有 一 二 个 螺 牙, 在 屋 面 向 上 的 吸 力 作 用 下 可 能 被 拔 出, 因 此 应 保 证 有 足 够 的 螺 钉 数 来 抵 抗 上 拔 力 自 攻 螺 钉 抗 拉 承 载 力 一 般 应 由 生 产 厂 家 通 过 试 验 提 供 数 据 无 论 普 通 螺 栓 还 是 自 攻 螺 钉 类 的 紧 固 件 连 接, 都 需 要 穿 透 钢 板, 使 得 螺 孔 或 钉 孔 处 的 压 型 钢 板 防 腐 镀 层 遭 到 破 坏, 并 成 为 防 渗 水 的 薄 弱 环 节 对 此 目 前 工 程 上 有 如 下 两 种 典 型 对 策 一 种 方 式 是 采 用 扣 合 式 连 接 ( 图 -) 制 作 一 个 基 座, 其 侧 壁 翘 起 一 对 扣 舌, 压 型 钢 板 的 波 高 侧 壁 则 轧 制 一 对 通 长 的 凹 槽 屋 面 板 安 装 时, 先 用 自 攻 螺 钉 在 檩 条 与 压 型 钢 板 连 接 的 部 位 固 定 基 座, 然 后 将 压 型 钢 板 扣 合 上 去, 使 得 基 座 扣 舌 正 好 卡 在 压 型 钢 板 的 凹 槽 中 屋 面 板 受 到 的 重 力 荷 载 通 过 压 型 钢 板 与 基 座 的 接 触 传 递 ; 在 风 吸 力 作 用 时, 扣 舌 与 凹 槽 的 咬 合 可 阻 止 压 型 板 的 滑 脱 当 压 型 板 严 重 弯 曲 变 形 后 波 高 如 脱 开 扣 舌, 连 接 就 达 到 失 效 状 态 其 优 点 是 压 型 板 表 面 镀 层 保 持 完 整, 且 避 免 了 因 钉 孔 引 起 的 渗 水 采 用 扣 合 式 连 接 时, 压 型 钢 板 的 材 料 应 采 用 高 强 度 钢 材, 如 屈 服 强 度 为 550N/mm 的 钢 材 等, 否 则 压 型 钢 板 在 风 吸 力 作 用 下 容 易 变 形 被 拉 脱 图 - 压 型 钢 板 的 扣 合 式 连 接 构 造 另 一 种 方 式 是 采 用 80 度 全 咬 合 方 式 特 制 的 基 座 如 图 -(a) 所 示 基 座 分 为 底 座 和 滑 舌 两 部 分, 将 底 座 固 定 在 檩 条 上 压 型 钢 板 的 边 侧 与 滑 舌 作 80 度 咬 合 ( 图 -b), 能 够 有 效 的 防 止 掀 起 风 吸 力 作 用 时, 这 种 连 接 的 极 限 状 态 一 般 表 现 为 固 定 底 座 的 螺 钉 失 效 全 咬 合 式 连 接 也 具 有 不 损 伤 表 明 镀 层 和 避 免 钉 孔 的 优 点 此 外 还 有 一 个 长 处 是, 屋 面 板 可 以 7

58 随 滑 舌 沿 压 型 板 的 纵 向 滑 动, 当 大 跨 度 屋 面 随 温 度 变 化 发 生 一 定 范 围 的 伸 缩 时, 屋 面 的 温 度 变 形 不 会 引 起 下 部 结 构 的 温 度 应 力 图 - 压 型 钢 板 的 咬 合 式 连 接 构 造. 单 层 压 型 钢 板 作 屋 面 板 时 的 计 算 要 点 () 荷 载 与 内 力 分 析 荷 载 计 算 的 一 般 原 则 已 在 本 章 开 始 予 以 介 绍 屋 面 板 承 受 的 荷 载 主 要 为 恒 载 活 荷 载 与 雪 荷 载 中 的 较 大 值 风 荷 载 以 及 施 工 荷 载 需 要 注 意 的 是, 屋 面 板 作 为 围 护 材 料, 计 算 风 荷 载 时 所 取 的 体 型 系 数 和 计 算 刚 架 所 取 的 体 型 系 数 不 同 在 上 述 屋 面 荷 载 作 用 下, 屋 面 板 可 视 为 支 承 在 檩 条 上 的 连 续 受 弯 构 件 计 算 () 压 型 钢 板 的 截 面 特 性 计 算 单 层 压 型 钢 板 在 弯 矩 作 用 下, 受 压 一 侧 很 可 能 发 生 局 部 屈 曲, 这 是 因 为 压 型 钢 板 的 板 件 宽 厚 比 大, 制 作 时 即 考 虑 了 利 用 其 屈 曲 后 强 度 的 性 能 供 货 时 生 产 厂 家 一 般 都 应 提 供 压 型 钢 板 的 承 载 力 参 数, 比 如 用 于 屋 面 时, 在 一 定 檩 距 的 条 件 下, 按 简 支 条 件 或 连 续 支 承 条 件 压 型 钢 板 可 以 承 受 的 最 大 荷 载 如 果 没 有 这 样 的 资 料, 压 型 钢 板 受 压 区 板 件 有 效 宽 度 的 计 算 方 法 可 以 根 据 现 行 国 家 标 准 冷 弯 薄 壁 型 钢 结 构 技 术 规 范 GB5008( 以 下 简 称 薄 钢 规 范 ) 的 相 关 规 定 进 行 计 算 本 书 不 作 详 细 说 明 () 强 度 和 挠 度 压 型 钢 板 的 强 度 可 取 一 个 波 距 或 整 块 压 型 钢 板 的 有 效 截 面 按 受 弯 构 件 计 算, 满 足 式 (-) 的 要 求 : M / Mu (-) 式 中 M 计 算 截 面 的 弯 矩 设 计 值 ; M 按 有 效 截 面 模 量 W 和 压 型 钢 板 强 度 设 计 值 计 算 的 抗 弯 承 载 力 设 计 值 u e M u = W (-4) e 在 支 座 处 的 腹 板 按 下 式 验 算 局 部 受 压 承 载 力 R/ Rw (-5) 式 中 R 支 座 反 力 设 计 值 ; R w 一 块 腹 板 的 局 部 受 压 承 载 力 设 计 值 R = α t E( l / t)[.4 + ( θ / 90) ] (-6) w c α 系 数, 对 中 间 支 座 取 0., 端 部 支 座 取 0.06; t 腹 板 厚 度 ; l 支 座 处 压 型 钢 板 的 实 际 支 承 长 度,0mm l c c 00mm, 对 端 部 支 座 取 8

59 0mm; θ 腹 板 倾 角,45 θ 90 支 座 处 同 时 承 受 弯 矩 时, 除 满 足 式 (-) 和 (-5) 外, 还 需 满 足 式 (-7) M / M + R/ R.5 (-7) u W 同 时 承 受 弯 矩 M 和 剪 力 V 的 截 面, 应 满 足 下 列 要 求 ( M / M ) + ( V / V ) (-8) u u 式 中 V u 腹 板 的 抗 剪 承 载 力 设 计 值 V = ht sinθ τ (-9) u cr 8550 τ cr = v, 当 h/ t < 00 h/ t τ = cr ( h/ t), 当 h / t 00 h t 压 型 钢 板 的 腹 板 高 度 ( 斜 高 ) 与 厚 度 压 型 钢 板 屋 面 板 的 挠 度 与 跨 度 之 比 不 宜 超 过 下 列 限 值 : 屋 面 坡 度 <./0 时, /50 屋 面 坡 度 /0 时, /00.. 檩 条 构 造 和 设 计. 檩 条 形 式 当 柱 距 在 0m 以 下 范 围 内 时, 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 檩 条 通 常 采 用 冷 弯 薄 壁 型 钢 冷 弯 薄 壁 型 钢 是 在 常 温 下 将 薄 钢 板 弯 折 成 所 需 的 形 状, 屋 面 檩 条 常 用 的 型 钢 截 面 形 状 有 :C 形 ( 即 槽 形 ) 带 卷 边 C 形 ( 即 带 卷 边 槽 形 ) Z 形, 带 卷 边 Z 形 ( 图 -a~d), 卷 边 可 以 垂 直 翼 缘 板, 也 可 以 是 斜 的 ( 图 -e) 当 柱 距 在 0~m 范 围 时, 需 要 采 用 更 大 截 面 的 构 件 工 字 形 高 频 焊 接 H 型 钢 是 可 选 的 一 种 材 料 高 频 焊 接 H 型 钢 的 板 厚 为 mm~9mm, 也 是 一 种 轻 型 型 钢 ( 图 -) 大 柱 距 情 况 下, 还 可 以 采 用 轻 型 桁 架 作 为 檩 条 本 节 介 绍 实 腹 式 的 冷 弯 薄 壁 型 钢 檩 条 图 - 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 檩 条 冷 弯 薄 壁 型 钢 檩 条 可 按 照 简 支 檩 或 连 续 檩 进 行 设 计 简 支 檩 在 两 相 邻 的 刚 架 上 简 单 支 承, 不 传 递 弯 矩 ; 连 续 檩 则 需 传 递 弯 矩. 拉 条 和 撑 杆 承 受 屋 面 荷 载 时, 檩 条 受 弯 檩 条 的 上 翼 缘 与 屋 面 板 连 接, 屋 面 板 在 板 平 面 内 的 刚 度 可 以 防 止 檩 条 上 翼 缘 的 侧 弯 但 是, 当 屋 面 受 到 很 大 风 吸 力 时, 简 支 檩 条 的 下 翼 缘 就 有 受 压 的 9

60 可 能 对 于 连 续 檩 条, 在 靠 近 支 座 的 一 段 范 围 内 即 使 只 受 恒 载 作 用 也 是 下 翼 缘 受 压 的 如 没 有 提 供 下 翼 缘 平 面 外 变 形 的 约 束 条 件, 檩 条 很 可 能 因 整 体 失 稳 而 发 生 弯 扭 为 防 止 这 类 破 坏, 一 个 有 效 的 措 施 是 设 置 拉 条 和 撑 杆 拉 条 通 常 采 用 直 径 8mm 以 上 的 圆 钢 制 作, 沿 檩 条 的 长 度 方 向 每 隔 一 定 间 距 布 置 一 道 在 屋 脊 和 屋 檐 处, 需 要 布 置 斜 拉 条 这 样 当 檩 条 有 发 生 图 -4(a) 虚 线 所 示 的 弯 曲 平 面 外 变 形 趋 势 时, 拉 条 可 以 阻 止 这 种 失 稳 当 檩 条 跨 度 大 于 4m 时, 就 最 好 在 檩 条 跨 中 设 一 道 拉 条 ; 当 檩 条 跨 度 大 于 6m 时, 应 该 在 檩 条 跨 度 三 分 点 处 各 设 一 道 拉 条 对 于 防 止 檩 条 下 翼 缘 平 面 外 侧 弯 为 主 要 目 的 设 置 的 拉 条, 应 尽 量 布 置 在 距 下 翼 缘 / 檩 条 高 度 的 地 方 ( 图 -4) 图 -4 拉 条 布 置 也 可 以 采 用 弯 折 的 冷 弯 薄 壁 角 钢 或 钢 管 代 替 圆 钢, 这 类 构 件 既 可 受 拉 也 可 受 压, 称 之 为 撑 杆 为 了 方 便 连 接, 工 程 上 将 拉 条 和 钢 管 配 合 安 装, 如 图 -5 所 示 图 -5 圆 钢 外 套 钢 管 的 撑 杆 式 拉 条. 檩 条 计 算 () 计 算 简 图 与 构 件 内 力 为 了 排 水, 屋 面 需 具 有 一 定 的 坡 度 檩 条 的 上 翼 缘 用 于 连 接 屋 面 板, 所 以 檩 条 翼 缘 不 是 平 行 地 面 的 ( 自 然 刚 架 梁 的 顶 面 也 不 平 行 地 面 ) 常 用 的 C 型 或 卷 边 C 型 檩 条 的 截 面 主 轴 不 能 垂 直 或 平 行 地 面, 则 所 有 重 力 荷 载 ( 恒 载 活 荷 载 雪 荷 载 等 ) 的 作 用 线 都 与 截 面 主 轴 有 一 交 角 Z 型 ( 带 卷 边 Z 型 ) 檩 条 也 很 少 会 有 一 根 截 面 主 轴 正 巧 垂 直 或 平 行 地 面 这 样 屋 面 荷 载 就 对 檩 条 构 件 有 双 向 弯 曲 作 用 在 作 檩 条 计 算 简 图 时, 需 考 虑 这 种 情 况 设 檩 条 的 主 轴 为 轴, 轴 的 正 向 与 檩 条 腹 板 的 夹 角 为 θ, 屋 面 的 坡 度 为 α, 则 屋 面 竖 向 荷 载 与 主 轴 间 的 夹 角 α0 = θ α, 如 图 -6(a) (b) 所 示 在 计 算 时, 应 将 作 用 在 檩 条 上 的 竖 向 重 力 荷 载 (D L S ) 和 风 荷 载 (W ) 分 解 为 沿 主 轴 方 向 的 荷 载, 再 计 算 内 力 现 以 设 置 两 道 拉 条 的 檩 条 为 例, 说 明 其 内 力 计 算 图 -6(c) (d) 分 别 为 沿 主 轴 受 力 的 计 算 简 图 和 沿 主 轴 受 力 的 计 算 简 图 假 定 檩 条 端 部 是 铰 接 的 即 所 谓 简 支 檩, 则 檩 条 在 主 轴 - 平 面 的 弯 曲 就 为 简 支 梁 工 作 状 态 ; 在 沿 主 轴 - 平 面 的 弯 曲, 拉 条 可 以 视 为 中 间 支 座, 檩 条 即 是 三 跨 连 续 梁 需 要 注 意 : 若 采 用 C 型 或 卷 边 C 型 檩 条, 计 算 简 图 规 定 的 弯 曲 平 面 与 截 面 的 腹 板 平 面 平 行 ; 若 采 用 Z 型 或 卷 边 Z 型, 则 一 般 没 有 这 种 重 合 图 -6 檩 条 计 算 简 图 0

61 简 支 檩 条 的 弯 矩 和 剪 力 可 由 下 式 计 算 M M V V = α ql (-0a) = α ql (-0b) = β q l (-0c) = β q l (-0d) 表 - 给 出 了 简 支 檩 在 跨 中 无 拉 条 一 道 拉 条 和 三 分 点 处 各 设 一 道 拉 条 时 的 弯 矩 剪 力 值 的 计 算 系 数 α α β β 简 支 檩 弯 矩 和 剪 力 的 计 算 系 数 表 - 拉 条 设 置 对 应 q 的 内 力 计 算 系 数 对 应 q 的 内 力 计 算 系 数 α β α β 无 拉 条 跨 中 一 道 拉 条 拉 条 处 负 弯 矩 0.0 拉 条 与 端 支 座 间 正 弯 矩 三 分 点 处 各 一 道 拉 条 拉 条 处 负 弯 矩 0.0 跨 中 正 弯 矩 C 型 或 卷 边 C 型 檩 条 的 截 面, 剪 力 中 心 与 形 心 不 重 合 () 强 度 计 算 如 前 所 述, 檩 条 通 常 是 双 向 受 弯 构 件, 可 按 下 式 计 算 截 面 强 度 M W σ = + (-) en M W en 式 中 M M 计 算 截 面 上 绕 轴 的 弯 矩, 当 绕 轴 的 弯 矩 最 大 值 不 在 同 一 截 面 时, 应 对 M 最 大 值 及 其 同 一 截 面 的 M 以 及 M 的 最 大 值 及 其 同 一 截 面 的 M 两 种 情 况 分 别 进 行 计 算 ; W en W en 对 两 个 截 面 形 心 主 轴 的 有 效 净 截 面 模 量

62 理 论 上 只 有 当 横 向 剪 力 通 过 檩 条 截 面 剪 力 中 心 时 双 力 矩 才 为 零, 但 当 檩 条 上 翼 缘 与 屋 面 板 可 靠 连 接, 使 得 檩 条 的 扭 转 变 形 基 本 被 约 束 的 情 况 下, 工 程 计 算 上 通 常 也 认 为 双 力 矩 为 零 有 效 截 面 模 量 可 以 按 照 薄 钢 规 范 有 关 规 定 计 算 以 下 以 卷 边 C 形 檩 条 为 例 予 以 说 明 ( 图 -7) 图 -7 檩 条 的 有 效 截 面 和 相 邻 板 件 的 概 念 ) 确 定 卷 边 的 高 厚 比 a/ t 不 大 于, 也 不 小 于 表 - 规 定 的 最 小 高 厚 比 卷 边 的 最 小 高 厚 比 表 - b t a t 式 中 b t 分 别 为 冷 弯 薄 壁 型 钢 的 翼 缘 宽 度 和 厚 度 ) 计 算 受 压 板 件 或 部 分 受 压 板 件 两 边 缘 的 压 应 力 分 布 不 均 匀 系 数 ψ ψ = σ / σ (-) min ma 式 中 σ ma 板 件 边 缘 中 压 应 力 较 大 的 值, 取 为 正 ; σ min 板 件 另 侧 边 缘 的 应 力, 以 压 为 正, 拉 为 负 计 算 应 力 时 采 用 毛 截 面 模 量, 只 考 虑 弯 矩 和 轴 力 引 起 的 应 力 分 量 ) 确 定 受 压 板 件 稳 定 系 数 k 对 翼 缘, 因 一 侧 边 缘 有 腹 板 另 侧 边 缘 有 满 足 刚 度 要 求 的 卷 边 支 承, 作 为 部 分 加 劲 板 件 看 待 当 最 大 压 应 力 作 用 于 腹 板 侧 时 = , 当 ψ k ψ ψ (-a) 当 最 大 压 应 力 作 用 于 卷 边 侧 时 = , 当 ψ k ψ ψ (-b) 对 腹 板, 因 有 两 侧 翼 缘 支 承 作 为 加 劲 板 件 = , 当 ψ 0 k ψ ψ = , 当 0 ψ k ψ ψ 若 < ψ, 则 计 算 k 时, 式 (-) 和 (-4b) 中 取 = > (-4a) (-4b) ψ 4) 按 以 下 方 式 确 定 相 邻 板 对 受 压 板 的 约 束 作 用 的 板 组 约 束 系 数 k 首 先 计 算 系 数 ξ

63 ξ = c k b k (-5) c 计 算 受 压 翼 缘 板 的 有 效 宽 度 时, 上 式 中 b k 为 翼 缘 板 的 宽 度 和 稳 定 系 数,c k c 为 腹 板 的 高 度 和 稳 定 系 数 ; 计 算 腹 板 的 有 效 宽 度 时, 上 式 中 b k 为 腹 板 的 高 度 和 稳 定 系 数,c k c 为 翼 缘 板 的 宽 度 和 稳 定 系 数 然 后 计 算 k k = / ξ, 当 ξ. (-6a) = + ξ, 当. k /( 0.05) ξ > (-6b) 但 k 取 值 在 计 算 翼 缘 的 有 效 宽 度 时 不 超 过.4, 在 计 算 腹 板 的 有 效 宽 度 时 不 超 过.7 5) 确 定 计 算 系 数 ρ 和 α ρ = 05 k k/ σ (-7) ma α =.5 0.5ψ, 但 当 ψ < 0 时 α =.5 (-8) 6) 确 定 板 件 的 受 压 区 宽 度 b c bc = b, 当 ψ 0 (-9a) bc = b/( ψ ), 当 ψ < 0 (-9b) 7) 确 定 板 件 的 有 效 宽 度 b e b e = b, 当 b 8α ρ t (-0a) c.8αρ be = ( 0.) bc, 当 8α ρ t < b 8α ρ t (-0b) b/ t 5α ρ be = bc, 当 b> 8α ρ t (-0c) b/ t 8) 确 定 有 效 宽 度 在 板 件 上 的 分 布 对 翼 缘 ( 参 照 图 -8a) b e = 0.4be, b e 0.6b e 对 腹 板 ( 参 照 图 -8b) b b ψ b = (-a) e = e /(5 ), be be be e = 0.4be, b e 0.6b e =, 当 ψ 0 (-b) =, 当 ψ < 0 (-c) 图 -8 受 压 板 件 上 有 效 宽 度 的 分 布

64 9) 根 据 已 知 的 有 效 截 面 分 布, 计 算 有 效 截 面 模 量 () 整 体 稳 定 计 算 无 可 靠 措 施 阻 止 侧 向 变 形 和 扭 转 的 檩 条 ( 例 如 与 屋 面 板 采 用 扣 合 式 连 接 的 檩 条, 屋 面 板 不 能 有 效 阻 止 檩 条 的 扭 转, 就 属 于 这 种 情 况 ), 应 按 式 (-) 计 算 整 体 稳 定 性 M ϕ W M + (-) W b e e 式 中 M M 绕 轴 的 最 大 弯 矩 ; W W 对 两 个 截 面 形 心 主 轴 的 有 效 毛 截 面 模 量 ; e e ϕ b 冷 弯 薄 壁 型 钢 构 件 的 受 弯 整 体 稳 定 系 数 ; 40Ah 5 ϕ = ξ η + ς + η (-a) b ( ) λ W 若 计 算 结 果 ϕ b > 0. 7 ϕ ' b / ' b, 应 以 ϕ 代 替 ϕ b, ϕ ' b 按 下 式 计 算 = ϕ (-b) b λ 梁 在 主 弯 矩 平 面 外 的 长 细 比, 这 里 主 弯 矩 指 绕 截 面 强 轴 的 弯 矩 ; h A W 檩 条 截 面 高 度 毛 截 面 面 积 和 绕 强 轴 的 毛 截 面 模 量 ; ξ η ς 及 下 文 出 现 的 ξ 计 算 系 数, ξ ξ 见 表 - 均 布 荷 载 作 用 下 受 弯 檩 条 整 体 稳 定 计 算 的 系 数 ξ ξ 表 - 跨 间 无 侧 向 支 撑 跨 中 设 一 道 侧 向 支 撑 跨 间 有 不 少 于 二 个 等 距 离 布 置 的 侧 向 支 撑 ξ ξ ξ ξ ξ ξ η = ξ e / h (-4) 4I 0.56 I l ( ) ω t ς = + (-5) hi I h e 横 向 荷 载 作 用 点 到 剪 力 中 心 的 距 离, 当 荷 载 方 向 指 向 剪 力 中 心 时 取 负 值, 否 则 取 正 值 ; I I t I ω 分 别 为 檩 条 绕 截 面 弱 轴 的 毛 截 面 惯 性 矩 截 面 相 当 极 惯 性 矩 ( 即 圣 文 南 系 数, 又 称 扭 转 惯 性 矩 ) 和 扇 性 惯 性 矩, 按 附 录 5 附 表 5- 计 算 ; l 檩 条 支 座 与 相 邻 拉 条 间 或 拉 条 间 的 间 距, 对 无 拉 条 的 简 支 檩 条, l = l, 跨 中 设 一 道 拉 条 的 檩 条, l = 0.5l, 均 等 设 二 道 拉 条 的 檩 条, l = 0.l, l 为 简 支 檩 条 总 长 4

65 当 屋 面 受 到 向 上 的 风 吸 力 时, 弯 矩 使 檩 条 下 翼 缘 受 压 这 时 可 直 接 采 用 式 (-) 计 算 整 体 稳 定 性, 或 采 用 门 架 规 程 的 有 关 规 定 进 行 计 算 (4) 挠 度 计 算 按 垂 直 于 屋 面 方 向 的 变 形 计 算 檩 条 的 挠 度 根 据 不 同 的 荷 载 情 况 和 端 部 支 承 条 件, 可 以 求 得 檩 条 的 挠 度 当 仅 有 屋 面 板 时, 檩 条 的 挠 度 不 应 大 于 l /50; 当 还 设 有 吊 顶 时, 檩 条 的 挠 度 不 应 大 于 l /40 4. 檩 条 与 刚 架 梁 的 连 接 檩 条 与 刚 架 梁 通 过 檩 托 连 接 ( 图 -9) 檩 托 可 以 采 用 热 轧 角 钢 加 劲 的 冷 弯 角 钢 加 劲 的 钢 板 等 形 式 檩 托 焊 接 在 刚 架 梁 的 上 翼 缘, 一 般 在 工 厂 里 先 焊 好 安 装 时, 采 用 螺 栓 将 檩 条 腹 板 和 檩 托 连 接 檩 托 板 应 高 于 檩 条 截 面 的 剪 力 中 心 高 度 读 者 可 以 从 图 中 发 现, 檩 条 下 翼 缘 离 开 刚 架 梁 上 翼 缘 有 一 小 段 间 隙, 一 般 为 0mm 左 右, 其 作 用 首 先 是 避 开 檩 托 与 刚 架 梁 翼 缘 的 连 接 焊 缝, 同 时 也 为 了 避 免 檩 条 翼 缘 接 触 传 力 带 来 的 问 题 图 -9 檩 托 构 造 有 一 种 连 接 是 不 用 檩 托, 直 接 将 檩 条 搁 置 在 刚 架 梁 翼 缘 顶 面, 然 后 用 螺 栓 把 檩 条 下 翼 缘 连 接 于 刚 架 梁 上 翼 缘 这 种 连 接 容 易 产 生 如 下 问 题 : 檩 条 端 部 缺 少 抵 抗 扭 转 变 形 的 约 束, 大 大 降 低 了 檩 条 的 整 体 稳 定 性 ; 檩 条 端 部 的 竖 向 反 力 ( 即 剪 力 ) 不 是 由 腹 板 直 接 传 递, 而 是 通 过 腹 板 转 到 檩 条 下 翼 缘, 再 通 过 接 触 传 递, 而 下 翼 缘 板 支 承 反 力 的 合 力 点 偏 离 腹 板 中 线, 就 使 腹 板 受 到 附 加 的 面 外 弯 矩 作 用, 导 致 畸 变 破 坏 ( 图 -0) 图 -0 支 座 处 檩 条 下 翼 缘 传 力 引 起 的 附 加 弯 矩 檩 托 要 能 约 束 檩 条 端 部 的 扭 转, 对 檩 托 板 平 面 外 的 刚 度 就 有 一 定 要 求 通 常 热 轧 角 钢 可 以 满 足 要 求, 但 单 一 钢 板 或 很 薄 的 冷 弯 薄 壁 角 钢 就 不 一 定 了, 所 以 应 优 先 考 虑 加 劲 的 檩 托 [ 例 -] 卷 边 槽 形 截 面 冷 弯 薄 壁 型 钢 檩 条 计 算 已 知 荷 载 : 屋 面 板 自 重 荷 载 标 准 值 kn m, 活 荷 载 kn m, 基 本 雪 压 0.50 kn m, 基 本 风 压 kn m, 风 荷 载 体 型 系 数 -.4( 吸 力 ), 建 筑 位 置 地 面 粗 糙 度 为 B 类 已 知 结 构 条 件 : 檩 条 跨 度 l = 6m, 檩 条 间 距 为 m, 两 端 简 支, 中 间 设 一 道 拉 条, 屋 面 坡 度 :, 檐 口 高 度 0 m 选 用 的 截 面 和 钢 材 :Q 5 钢 材, 冷 弯 薄 壁 型 钢 卷 边 槽 形 截 面 C , 钢 材 强 度 设 计 值 = 5 N mm, v = 5 N mm 要 求 : 验 算 檩 条 截 面 的 强 度 整 体 稳 定 和 刚 度 允 许 挠 度 [ v] l 50 5

66 [ 解 ]. 檩 条 截 面 几 何 特 性 和 相 关 数 据 图 - 例 - 檩 条 图 -(a) 和 (b) 表 示 檩 条 截 面 和 荷 载 方 向 由 附 录 附 表 - 查 得 C 截 面 面 积 5.7 kg m A = 7.7cm, 单 位 长 度 质 量 4, 对 轴 惯 性 矩 回 转 半 径 截 面 模 量 分 别 为 I = cm i = 7. 78cm 4 W = 44.00cm, 对 轴 惯 性 矩 回 转 半 径 截 面 模 量 分 别 为 I = 46.7cm i =. 54cm W min = 9. 5cm = cm, 形 心 距. 00cm W ma. 0 =, 剪 力 中 心 距 重 心 4 6 e0 = 4.96cm, 截 面 扭 转 惯 性 矩 和 扇 性 惯 性 矩 分 别 为 I t = cm 和 I = ω 67.cm α = tg = ο 屋 面 坡 度 ( ). 荷 载 组 合 恒 载 标 准 值 ( 屋 面 板 + 檩 条 ): qdk 活 荷 载 标 准 值 : = + = / cos q Lk = =. 000kN 雪 荷 载 标 准 值 : qsk 风 荷 载 标 准 值 : qwk m kn m = 0.50 = kn m( 积 雪 分 布 系 数 取.0) = = kn m( 方 向 垂 直 屋 面 向 上, 风 荷 载 高 度 变 化 因 活 荷 载 大 于 雪 荷 载, 荷 载 组 合 中 采 用 活 荷 载 验 算 强 度 及 稳 定 性 时, 考 虑 以 下 两 种 基 本 组 合 : 工 况 L : q ( ) q 系 数 值 为 ) = sin = 0.4kN m ( ) o ( ) o ( ) = cos =.695kN m o 工 况 L : q = sin = 0.008kN m. 檩 条 内 力 q 工 况 L : 弯 矩 M ( ) o ( ) = cos = 0.88kN m M = = kn m = = 0.59 支 座 最 大 剪 力 : V ma = = 5.085kN 工 况 L : 弯 矩 M M kn m = = kn m = = 0.04 工 况 L 时 的 计 算 简 图 和 弯 矩 图 见 图 -(c) 和 (d) 4. 强 度 验 算 kn m 6

67 () 校 核 卷 边 刚 度 卷 边 高 厚 比 a/ t = 0小 于, 且 大 于 b/ t = 5时 的 a/ t 的 最 小 值 8.5, 满 足 卷 边 的 刚 度 要 求, 翼 缘 可 以 作 为 部 分 加 劲 板 件 () 计 算 荷 载 组 合 L 下 的 有 效 截 面 模 量 ) 按 毛 截 面 计 算 最 大 弯 矩 截 面 ( 跨 中 截 面 ) 的 应 力 分 布, 见 图 -(e) 点 4 由 M 产 生 的 弯 曲 应 力 : 为 压 应 力, 点 4 为 拉 应 力 ) σ = = 7.4 N mm 点 4 由 M 产 生 的 弯 曲 应 力 : σ = = 7.0 N mm 点 由 M 产 生 的 弯 曲 应 力 : σ = = 6.8 N mm. 0 则 各 点 应 力 为 : σ = = 56.4 N mm ( 压 应 力 ) + ( 压 应 力 ) σ = = 80. N mm σ = = 66.6 N mm ( 拉 应 力 ) σ 4 = = 90.4 N mm ( 拉 应 力 ) ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 稳 定 系 数 56.4 受 压 翼 缘 : ψ = = 腹 板 : ( 拉 应 力 ) ( 压 应 力 ) ( 点 k = = 0.86 ( 根 据 式 -a) 66.6 ψ = = k = =.99 ( 根 据 式 -4b) ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 有 效 宽 度 受 压 翼 缘 : ξ = = ( 根 据 式 -5) 腹 板 : k = =. ( 根 据 式 -6a) ρ = =.4 ( 根 据 式 -7) α = =.00 ( 根 据 式 -8) Q ψ = > 0 b = 70mm ( 根 据 式 -9a) c = 4.0 < b = 70 < = 88.6, 则 be = ( 0.) bc = 5.7mm ( 根 据 式 -0b) 70 / ξ = =

68 k = /( ) = 0.45 ρ = =.60 α =.5 00 hc = = 0.9mm = 5.0 < h = 00 < = 84.9, 则 he = ( 0.) hc = 8.5mm 00/ 4) 计 算 有 效 截 面 的 截 面 特 性 翼 缘 : b = =.mm; b = =.6mm e 翼 缘 扣 除 部 分 宽 度 为 = 7.mm 腹 板 : h = =.4mm; h = = 50.mm e 腹 板 扣 除 部 分 高 度 为 = 0.4mm e e 图 -A 为 工 况 L 时 檩 条 的 有 效 截 面, 截 面 中 空 白 处 表 示 无 效 截 面, 轴 为 全 截 面 的 形 心 轴, e e 轴 为 有 效 截 面 的 形 心 轴 图 -A 工 况 L 时 的 有 效 截 面 从 图 中 可 以 看 出, 有 效 截 面 是 一 个 双 轴 不 对 称 截 面, 其 内 力 及 应 力 计 算 均 应 对 主 轴 进 行 由 于 主 轴 计 算 较 繁, 为 了 简 化 计 算 并 考 虑 到 截 面 的 无 效 部 分 所 占 比 例 较 小, 可 假 定 主 轴 方 向 仍 与 原 主 轴 平 行 在 [ 例 -] 中 将 给 出 按 主 轴 计 算 的 算 例 根 据 图 -A 所 示 的 有 效 截 面 和 上 述 假 定, 可 计 算 得 到 的 有 效 截 面 特 性 为 : 有 效 截 面 的 面 积 = 6.56cm ; 有 效 截 面 的 形 心 在 轴 的 坐 标 为 (0.07,-0.88), 单 位 为 cm; 对 Ae e 轴 的 惯 性 矩 I 的 截 面 模 量 W 量 W e = cm, 相 应 的 和 点 的 截 面 模 量 e,4 = 4.54cm ; 对 e 轴 的 惯 性 矩 e,4 = 9.09cm, 和 点 的 截 面 模 量 W I W e, = 5.66cm, 和 4 点 4 e = 44.8cm, 相 应 的 和 4 点 的 截 面 模 e, =.64cm () 截 面 强 度 验 算 M 点 压 应 力 σ = M = = N mm 4 点 拉 应 力 抗 弯 强 度 满 足 要 求 6 6 We We 超 过 5N mm 的 %, 可 以 M M σ = + = + = 97 N mm We4 We < 5N mm, 可 以 (4) 其 他 设 檩 条 端 部 与 刚 架 梁 连 接 处 有 两 个 d0 =.5mm的 螺 栓 孔, 则 檩 条 的 抗 剪 强 度 验 算 为 : 8

69 τ = = 4.7 N mm < 5 N mm 00.5 但 连 接 强 度 计 算 另 行 考 虑 5. 整 体 稳 定 计 算 在 工 况 L 条 件 下, 檩 条 上 翼 缘 受 压, 假 设 屋 面 板 与 檩 条 有 可 靠 连 接, 阻 止 檩 条 上 翼 缘 的 侧 向 变 形 和 扭 转, 可 不 计 其 整 体 稳 定 但 在 工 况 L 的 作 用 下, 檩 条 下 翼 缘 受 压, 采 用 式 - 计 算 檩 条 的 整 体 稳 定 性 () 计 算 檩 条 的 整 体 稳 定 系 数 λ = = 8. 由 表 - 查 得 ξ =.5, ξ = η = 0.4 = 0.4 ( 根 据 式 -4) ς = = ϕ b ' b ( ) = =.489 ( 根 据 式 -5) ( 根 据 式 -a) ϕ = = ( 根 据 式 -b) () 计 算 L 下 的 有 效 截 面 模 量 ) L 工 况 下 檩 条 截 面 各 点 的 应 力 由 M 产 生 在 点 上 的 拉 应 力 σ, = = N mm ( 拉 应 力 ) 44 0 由 M 产 生 在 点 4 上 的 压 应 力 σ 4, = = N mm ( 压 应 力 ) 44 0 由 M 产 生 在 点 4 上 的 拉 应 力 σ4, = =.50 N mm ( 拉 应 力 ) 由 M 产 生 在 点 上 的 压 应 力 σ, = =.0 N mm ( 压 应 力 ). 0 L 工 况 下 檩 条 截 面 各 点 的 应 力 为 σ = = 87.8 N mm ( 拉 应 力 ) σ = = 8.68 N mm ( 拉 应 力 ) σ = = N mm ( 压 应 力 ) σ 4 = = 8.8 N mm ( 压 应 力 ) ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 稳 定 系 数 9

70 受 压 翼 缘 : ψ σ = = = σ k = = 0.99 σ 8.68 腹 板 : ψ = = = σ k = =.8 ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 有 效 宽 度 受 压 翼 缘 : 受 压 宽 度 b = 70mm c ξ = = k = = ρ = =.708 α = =.0 8αρt = 6 < b= 70 < 8αρt = be = ( 0.) 70 = 65.6mm 70 / be = 0.4be = 6.4mm be = 0.6be = 9.6mm 无 效 宽 度 = =4.4mm 腹 板 : 00 受 压 高 度 hc = = 0.mm ξ = = k = /( ) = 0.48 ρ = = 4.88 α =.5 8αρ t = 0 > h= 00 腹 板 受 压 区 全 部 有 效 4) 计 算 有 效 截 面 的 截 面 特 性 图 -B 工 况 L 时 的 有 效 截 面 图 -B 为 工 况 L 时 檩 条 的 有 效 截 面, 截 面 中 空 白 处 表 示 无 效 截 面, 轴 为 全 截 面 的 形 心 轴, e e 轴 为 有 效 截 面 的 形 心 轴 根 据 图 -B 所 示 的 有 效 截 面, 可 计 算 得 到 的 有 效 截 面 特 性 为 : 有 效 截 面 的 面 积 Ae cm = 7.8 ; 有 效 截 面 的 形 心 在 轴 的 坐 标 为 (-0.0,0.), 单 位 为 cm; 对 e 轴 0

71 的 惯 性 矩 I 模 量 W W cm 4 e = 4., 相 应 的 和 点 的 截 面 模 量 e,4 = 4.6cm ; 对 e 轴 的 惯 性 矩 e,4 = 9.cm, 和 点 的 截 面 模 量 W () 验 算 檩 条 在 风 吸 力 作 用 下 的 整 体 稳 定 M ϕ W b e e I W e, = 4.6cm, 和 4 点 的 截 面 4 e = 46.65cm, 相 应 的 和 4 点 的 截 面 模 量 e, =.44cm 6 6 M = + = 97.9 N mm W 整 体 稳 定 满 足 要 求 6. 挠 度 计 算 取 工 况 L 沿 轴 作 用 的 荷 载 标 准 值 qk o = ( ) cos =.47 kn m 跨 中 挠 度 ν = =.mm < = 40mm 挠 度 满 足 要 求 < 5 N mm ( 根 据 式 -) [ 例 -] 卷 边 Z 形 截 面 冷 弯 薄 壁 型 钢 檩 条 计 算 已 知 荷 载 及 结 构 条 件 同 [ 例 -], 但 截 面 选 Q 5 钢 材, 冷 弯 薄 壁 型 钢 斜 卷 边 Z 形 钢 截 面 Z 钢 材 强 度 设 计 值 = 5 N mm, 计 算 要 求 同 [ 例 -] v = 5 N mm 图 - 例 - 檩 条 [ 解 ]. 檩 条 截 面 几 何 特 性 和 相 关 数 据 由 附 录 附 表 -5 查 得 Z 截 面 面 积 A= 7.9cm, 单 位 长 度 质 量 kg m 对 轴 的 惯 性 矩 及 惯 性 积 分 别 为 I = cm I = 87.48cm I 4 = cm 对 轴 惯 性 矩 回 转 半 径 截 面 模 量 分 别 为 I 4 = cm, i = 8.8cm, W = cm, W = 4.45cm ; 对 轴 惯 性 矩 回 转 半 径 截 面 模 4 量 分 别 为 I = 5.944cm, i =.cm, W =.09cm, W =.9cm 主 轴 轴 与 翼 缘 宽 度 方 向 平 行 线 夹 角 θ = 9.05 o 自 由 扭 转 惯 性 矩 和 扇 性 惯 性 矩 分 别 为 It 4 = cm 和 I 6 w = 588.9cm 檩 条 主 轴 与 水 平 面 夹 角 及 与 荷 载 作 用 线 的 夹 角 见 图 -(b). 荷 载 组 合

72 恒 载 标 准 值 ( 屋 面 板 + 檩 条 ): qdk = + = / cos 其 余 荷 载 同 [ 例 -] 即 q Lk = =. 000kN qsk qwk m = 0.50 = kn m = = 0.770kN m 因 活 荷 载 大 于 雪 荷 载, 荷 载 组 合 中 采 用 活 荷 载 计 算 强 度 稳 定 性, 考 虑 以 下 两 种 基 本 组 合 : 工 况 L : q ( ) q kn m = sin4.54 = 0.47 kn m ( ) o ( ) o ( ) = cos4.54 =.647 kn m 工 况 L : q = sin sin9.05 = 0.9kN m. 檩 条 内 力 q o o ( ) o o ( ) = cos cos9.05 = kn m 工 况 L : 弯 矩 M = = kn m 8 M = = kn m 8 支 座 最 大 剪 力 : V ma = = 4.94 kn 工 况 L : 弯 矩 M = = kn m 8 4. 强 度 验 算 M = = kn m 8 () 计 算 荷 载 组 合 L 下 的 有 效 截 面 模 量 ) 按 毛 截 面 计 算 最 大 弯 矩 截 面 的 应 力 分 布 由 [ 例 -] 的 计 算 知, 本 例 题 所 选 截 面 中 翼 缘 板 能 作 为 部 分 加 劲 板 件 处 理 取 工 况 L 计 算 各 点 应 力 点 ' 由 M 引 起 的 应 力 : 点 ' 由 M 引 起 的 应 力 : 点 ' 由 M 引 起 的 应 力 : σ = = 70.6 N mm ' ( 点 为 压 应 力, 点 为 拉 应 力 ) σ = =.N mm ' ( 点 为 压 应 力, 点 为 拉 应 力 ) σ = = 4. N mm.9 0 ' ( 点 为 压 应 力, 点 为 拉 应 力 )

73 点 ' 由 M 引 起 的 应 力 : 各 点 应 力 为 : σ = = 4. N mm.09 0 ' ( 点 为 拉 应 力, 点 为 压 应 力 ) σ =. 4. = 88.9 N mm ( 压 应 力 ) σ = =.9 N mm ( 压 应 力 ) σ ' =. 4. = 88.9 N mm ( 拉 应 力 ) σ ' = =.9 N mm ( 拉 应 力 ) 应 力 分 布 如 图 -(c) 所 示 ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 稳 定 系 数 88.9 受 压 翼 缘 : ψ = = k = = 腹 板 : ψ = - = k = =.87 ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 有 效 宽 度 受 压 翼 缘 : 腹 板 : 受 压 宽 度 b = b= 70mm ( 根 据 式 -9a) c ξ = = ( 根 据 式 -5) k = =.87 ( 根 据 式 -6a) ρ = =.49 ( 根 据 式 -7) α = =.087 ( 根 据 式 -8) 8αρt = 45 < b= 70 < 8αρt = 95.8αρ be = ( 0.) bc = 54.7mm ( 根 据 式 -0b) b/ t be = 0.4be =.88mm ( 根 据 式 -a) be = 0.6be =.8mm ( 根 据 式 -a) 无 效 宽 度 = =5.mm 受 压 高 度 h c h 00 = = = 00 mm ψ ξ = = k = /( ) = 0.47 ρ = = 5.09 ( 根 据 式 -9b)

74 α =.5 8αρ t = 0 > h= 00 腹 板 全 部 有 效 4) 计 算 有 效 截 面 的 截 面 特 性 图 -A 工 况 L 时 的 有 效 截 面 图 -A 是 工 况 L 时 檩 条 的 有 效 截 面, 截 面 中 空 白 处 表 示 无 效 截 面, 轴 为 全 截 面 的 形 心 主 轴, e e 轴 为 有 效 截 面 的 形 心 主 轴 根 据 图 -A 所 示 的 有 效 截 面, 计 算 得 到 的 有 效 截 面 特 性 为 : 有 效 截 面 面 积 Ae = 7.086cm ; 有 效 截 面 的 形 心 在 轴 的 坐 标 为 (0.704,-0.475)( 单 位 为 cm); 对 轴 的 惯 性 矩 及 惯 性 积 分 别 为 I e 4 = 4.47cm ; 主 轴 角 度 θ = 9.00 I e 4 = 44.44cm o ; 对 主 轴 e 轴 的 惯 性 矩 I I e 4 = 8.85cm 4 e = 470.cm, 相 应 的 和 ' 点 的 截 面 模 量 We = 8.65cm, We' = 4.8cm ; 对 主 轴 e 轴 的 惯 性 矩 4 I e = 5.88cm, 相 应 的 和 ' 点 的 截 面 模 量 We = 0.96cm, We' =.cm () 截 面 强 度 验 算 ) 弯 矩 计 算 因 有 效 截 面 的 主 轴 倾 角 发 生 变 化, 强 度 验 算 时 的 作 用 荷 载 和 弯 矩 也 随 之 改 变 工 况 q = sin4.6 = 0.4kN m L : ( ) ( ) q o ( ) o ( ) = cos4.6 =.648kN m M = = kn m M = = kn m 8 ma ( ) cos o V = + 6 = kn ) 截 面 抗 弯 验 算 6 6 M M 点 压 应 力 σ = + = + = 5.N mm W W ' 点 拉 应 力 e e 6 6 ' We' We' > 5 N mm M M σ = + = + = 0.0 N mm > 5 N mm 抗 弯 强 度 不 符 合 要 求, 需 重 选 截 面 ) 截 面 抗 剪 验 算 设 檩 条 端 部 与 刚 架 梁 连 接 处 有 两 个 d0 =.5mm的 螺 栓 孔, 则 4

75 τ = = 4.7 N mm < 5 N mm 整 体 稳 定 计 算 在 工 况 L 下, 檩 条 上 翼 缘 受 压, 因 屋 面 板 与 檩 条 有 可 靠 连 接, 可 不 必 验 算 整 体 稳 定 在 工 况 L 下, 檩 条 下 翼 缘 受 压, 采 用 式 - 计 算 檩 条 的 整 体 稳 定 () 计 算 檩 条 的 整 体 稳 定 系 数 λ = 00. = 5.7 由 表 - 查 得 ξ =.5, ξ = 0.4 η = = ς = +.7 = ϕ b ' b ( ) = = ϕ = = 0.97 () 计 算 L 工 况 下 的 有 效 截 面 模 量 ) L 工 况 下 檩 条 截 面 各 点 的 应 力 由 M 产 生 在 点 ' 的 应 力 由 M 产 生 在 点 ' 的 应 力 由 M 产 生 在 点 ' 的 应 力 由 M 产 生 在 点 ' 的 应 力 各 点 应 力 为 : σ = = 80.9 N mm ( 点 为 拉 应 力, 点 ' 为 压 应 力 ) σ = = 6.09 N mm ( 点 为 拉 应 力, 点 ' 为 压 应 力 ) σ = = 9.0 N mm.9 0 ( 点 为 拉 应 力, 点 ' 为 压 应 力 ) σ = = 9.7N mm.09 0 ( 点 为 压 应 力, 点 ' 为 拉 应 力 ) σ = =.8 N mm ( 拉 应 力 ) σ = = 09.9 N mm ( 拉 应 力 ) σ ' = =.8 N mm ( 压 应 力 ) σ ' = = 09.9 N mm ( 压 应 力 ) ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 稳 定 系 数 受 压 翼 缘 : ψ σ σ ' = = = ' k = =.089 5

76 腹 板 : ψ σ σ = = ' k = =.87 ) 计 算 翼 缘 及 腹 板 的 有 效 宽 度 受 压 翼 缘 : 受 压 宽 度 b = b= 70mm ( 根 据 式 -9a) c ξ = = 0.60 ( 根 据 式 -5) k = =.80 ( 根 据 式 -6a) 0.60 ρ = =.67 ( 根 据 式 -7) α = =.06 ( 根 据 式 -8) 8αρt = 64 < b= 70 < 8αρt = 6.8αρ be = ( 0.) bc = 66.88mm ( 根 据 式 -0b) b/ t be = 0.4be = 6.75mm ( 根 据 式 -a) be = 0.6be = 40.mm ( 根 据 式 -a) 无 效 宽 度 = =.mm 4) 计 算 有 效 截 面 的 截 面 特 性 图 -B 工 况 L 时 的 有 效 截 面 图 -B 是 工 况 L 时 檩 条 的 有 效 截 面, 截 面 中 空 白 处 表 示 无 效 截 面, 轴 为 全 截 面 的 形 心 主 轴, e e 轴 为 有 效 截 面 的 形 心 主 轴 根 据 图 -B 所 示 的 有 效 截 面, 计 算 得 到 的 有 效 截 面 特 性 为 : 有 效 截 面 面 积 Ae = 7.0cm ; 有 效 截 面 的 形 心 在 轴 的 坐 标 为 (-0.046,0.084)( 单 位 为 cm); 对 轴 的 惯 性 矩 及 惯 性 积 分 别 为 I e 4 = 44.47cm ; 主 轴 角 度 θ = 9.5 I e 4 = 449.6cm o ; 对 主 轴 e 轴 的 惯 性 矩 I I e 4 = 86.4cm 4 e = cm, 相 应 的 和 ' 点 的 截 面 模 量 We = 4.98cm, We' = 4.cm ; 对 主 轴 e 轴 的 惯 性 矩 I e 4 = 5.9cm, 相 应 的 和 ' 点 的 截 面 模 量 = cm, We.8 = cm We'.4 () 验 算 檩 条 在 风 吸 力 作 用 下 的 整 体 稳 定 ) 弯 矩 计 算 因 有 效 截 面 的 主 轴 倾 角 发 生 变 化, 整 体 稳 定 验 算 时 的 作 用 荷 载 和 弯 矩 也 随 之 改 变 o o 工 况 L : q = sin sin9.5 = 0.9kN m q = cos cos9.5 = 0.775kN m ( ) o o ( ) 6

77 M = = kn m M = = kn m 8 ) 整 体 稳 定 验 算 M ϕ W 6 6 M = + = 9.50 N mm W b e' e' 整 体 稳 定 满 足 要 求 < 5 N mm 本 例 题 也 可 采 用 主 轴 倾 角 不 变 的 假 定 由 于 无 效 截 面 所 占 的 比 例 极 小, 这 一 假 定 带 来 的 4 误 差 也 非 常 小 经 计 算 假 设 主 轴 倾 角 不 变 后 的 有 效 截 面 的 惯 性 矩 = 470.7cm 和 I e 4 = 5.876cm, 与 重 算 主 轴 后 的 差 别 均 为 /000 必 须 指 出, 这 个 误 差 与 无 效 截 面 所 占 的 比 例 和 所 处 的 部 位 有 关 比 较 [ 例 -] 和 [ 例 -] 可 以 看 出, 在 屋 面 坡 度 较 平 的 情 况 下, 采 用 卷 边 槽 型 冷 弯 薄 壁 型 钢 檩 条 比 卷 边 Z 型 冷 弯 薄 壁 型 钢 檩 条 更 为 合 理 和 经 济 在 屋 面 坡 度 较 陡 的 情 况 下, 则 刚 好 相 反 6. 挠 度 计 算 取 工 况 L 沿 轴 作 用 的 荷 载 标 准 值 qk o = ( ) cos4.54 =.kn m 跨 中 挠 度 ν = = 9.6mm < = 40mm 挠 度 满 足 要 求 I e..4 屋 面 支 撑 构 造 和 设 计. 支 撑 形 式 和 计 算 简 图 屋 面 水 平 支 撑 系 统 由 刚 架 梁 斜 杆 和 在 刚 架 梁 与 斜 杆 相 交 处 的 系 杆 构 成 ( 图 -a), 形 成 一 种 桁 架 体 系 其 中 斜 杆 采 取 交 叉 形 式 布 置, 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 斜 杆 一 般 采 用 圆 钢, 施 工 时 施 以 预 张 力 予 以 张 紧 图 - 屋 面 支 撑 系 统 的 构 成 圆 钢 斜 杆 的 直 径 一 般 在 0~0mm 左 右, 因 此 长 细 比 很 大, 稍 微 受 到 大 一 些 的 压 力 作 用 就 会 弯 曲, 所 以 不 能 用 于 受 压 桁 架 体 系 的 计 算 简 图 只 考 虑 水 平 力 作 用, 且 只 考 虑 受 拉 斜 杆 的 作 用, 不 考 虑 斜 杆 受 压 ( 图 -b) 从 图 中 还 可 看 出, 系 杆 将 受 到 压 力 作 用, 称 这 种 能 承 受 压 力 的 系 杆 为 刚 性 系 杆 7

78 作 用 在 屋 面 水 平 支 撑 系 统 上 的 水 平 力 主 要 由 山 墙 面 上 的 风 荷 载 决 定 通 常 假 设 山 墙 高 度 一 半 上 方 的 风 荷 载 通 过 屋 面 向 内 框 架 传 递 图 -(b) 中 屋 面 支 撑 系 统 的 节 点 荷 载 可 按 下 式 计 算 W =. 4w H l (-6) k a a 式 中 w k 风 荷 载 标 准 值, 按 式 (-) 计 算 ; H a 山 墙 平 均 高 度 的 一 半 ; l a 屋 面 支 撑 系 统 中 刚 性 撑 杆 间 距 离. 构 件 设 计 () 斜 杆 设 计 圆 钢 斜 杆 只 受 拉 力, 因 此 只 需 按 式 (-7) 计 算 净 截 面 强 度 N An (-7) 式 中 A n 净 截 面 面 积, 注 意 如 有 螺 纹 连 接 应 取 螺 纹 处 的 有 效 截 面 () 系 杆 设 计 檩 条 可 以 兼 作 系 杆 在 这 种 情 况 下, 檩 条 变 成 压 弯 构 件, 即 负 担 屋 面 竖 向 荷 载 产 生 的 弯 矩 和 屋 面 纵 向 水 平 荷 载 产 生 的 轴 力 对 这 样 的 檩 条 应 按 压 弯 构 件 分 别 计 算 截 面 强 度 和 整 体 稳 定 性 以 单 轴 对 称 的 冷 弯 薄 壁 带 卷 边 的 槽 形 截 面 为 例, 考 虑 弯 矩 绕 主 轴 作 用, 构 件 两 端 简 支 时 其 计 算 公 式 如 下 : ) 强 度 N M σ = ± (-8) A W en en 式 中 N M 构 件 计 算 截 面 的 轴 心 压 力 设 计 值 和 最 大 弯 矩 设 计 值 ; A W 计 算 截 面 的 有 效 净 截 面 面 积 和 有 效 净 截 面 截 面 模 量 en en ) 弯 矩 作 用 平 面 内 的 整 体 稳 定 性 N ϕ A M + N ( ϕ ' N e ) E W e + B W ω (-9) 式 中 N M 作 用 于 构 件 上 的 最 大 轴 心 压 力 设 计 值 和 最 大 弯 矩 设 计 值 ; B 与 最 大 弯 矩 同 一 截 面 的 双 力 矩, 按 附 录 5 附 表 5-4 计 算 ; ϕ 对 轴 的 轴 心 受 压 构 件 稳 定 系 数, 按 附 录 4 附 表 4--(a) 或 附 表 4--(b) 查 取, 此 时 长 细 比 按 下 式 计 算 : 8

79 λω s + i ( s + i ) i = λ + e (-0) s s s 0 e0 + i i i = + (-) λ Iω s = ( I t ) A λ ω (-) I t I ω 分 别 为 檩 条 毛 截 面 相 当 极 惯 性 矩 ( 即 圣 文 南 系 数, 又 称 扭 转 惯 性 矩 ) 和 扇 性 惯 性 矩, 按 附 录 5 附 表 5- 计 算 ; i i 毛 截 面 对 主 轴 的 回 转 半 径 ; e 0 毛 截 面 的 剪 力 中 心 在 对 称 轴 上 的 坐 标 ; W ω 毛 截 面 扇 形 模 量, 取 与 弯 曲 应 力 计 算 点 相 同 一 点 的 模 量 值 ; λ ω 扭 转 屈 曲 的 计 算 长 度, 两 端 简 支 时 取 构 件 全 长 ; λ 构 件 对 轴 的 长 细 比 ; ' ' π EA N E 系 数, N E =.65λ ) 弯 矩 作 用 平 面 外 的 整 体 稳 定 性 N ϕ A e M + ϕ W b e + B W ω (-) 式 中 ϕ 对 轴 的 轴 心 受 压 构 件 稳 定 系 数 ; ϕ b 冷 弯 薄 壁 型 钢 构 件 的 受 弯 整 体 稳 定 系 数, 按 式 (-) 计 算 系 杆 受 到 压 力 作 用 后, 仅 按 檩 条 负 荷 设 计 的 截 面 如 不 能 满 足 要 求, 可 以 采 取 以 下 措 施 : ) 刚 性 系 杆 所 在 位 置 布 置 双 檩 条, 当 采 用 卷 边 C 型 冷 弯 薄 壁 型 钢 时, 可 以 将 两 根 型 钢 背 对 背 的 放 置 ; 作 用 ) 在 刚 架 梁 的 腹 板 高 度, 另 设 钢 管 或 型 钢 等 作 为 刚 性 系 杆, 檩 条 只 负 担 屋 面 竖 向 荷 载. 支 撑 端 部 连 接 工 程 实 践 中, 圆 钢 拉 杆 在 端 部 主 要 采 用 两 种 方 式 连 接 : 节 点 板 式 连 接 和 端 部 螺 纹 连 接 节 点 板 式 连 接 的 构 造 见 图 -4 圆 钢 端 部 焊 接 在 节 点 板 上, 结 构 安 装 时 用 螺 栓 将 节 点 板 固 定 于 刚 架 梁 的 上 翼 缘 为 了 避 免 与 檩 条 构 件 相 碰, 节 点 板 置 于 上 翼 缘 的 下 方 圆 钢 拉 杆 的 预 紧 力 通 过 拧 动 花 篮 螺 栓 来 施 加 花 篮 螺 栓 是 一 个 两 端 设 有 内 螺 纹 的 连 接 件, 两 端 螺 纹 的 螺 旋 方 向 相 反 当 转 动 花 篮 螺 栓 时, 可 以 将 两 侧 的 圆 钢 收 拢 从 而 起 张 紧 作 用 ( 图 -4c) 9

80 图 -4 节 点 板 式 连 接 端 部 螺 纹 连 接 的 构 造 相 对 比 较 简 单 : 在 刚 架 梁 腹 板 靠 近 上 翼 缘 的 部 位 预 先 制 孔, 圆 钢 拉 杆 的 螺 纹 端 穿 过 孔 洞 后 用 螺 母 固 定, 因 为 圆 钢 支 撑 和 梁 轴 线 斜 交, 故 需 要 一 特 制 的 楔 形 垫 块, 使 螺 母 拧 紧 过 程 中 垫 圈 对 楔 形 垫 块 的 接 触 面 仅 产 生 法 向 压 力 也 可 以 用 弧 形 支 承 板 或 角 钢 垫 块 ( 图 -5) 来 实 现 同 样 功 能, 但 角 钢 垫 块 需 要 截 肢 以 调 整 角 度 图 -5 端 部 螺 纹 连 接. 墙 面 结 构 设 计.. 墙 面 体 系 沿 厂 房 纵 向, 墙 面 结 构 由 如 下 部 分 组 成 : 墙 板 墙 梁 拉 条 框 架 柱 ( 参 见 图 -) 在 山 墙 面, 跨 度 较 大 时, 还 需 要 在 框 架 柱 中 间 设 置 一 些 中 间 柱, 称 为 墙 柱 ; 墙 柱 要 承 受 山 墙 面 的 风 荷 载 并 将 其 传 递 到 基 础, 又 称 为 抗 风 柱 对 于 较 为 高 大 的 山 墙 面, 为 保 持 柱 间 的 墙 面 结 构 有 较 大 的 面 内 刚 度, 也 有 设 置 支 撑 的 做 法.. 墙 板 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 墙 板 普 遍 采 用 压 型 钢 板 或 夹 芯 板 墙 板 布 置 在 墙 梁 靠 厂 房 外 部 的 一 侧, 当 采 用 双 层 墙 板 时, 则 在 墙 梁 两 侧 布 置 墙 板 通 过 自 攻 螺 钉 与 墙 梁 连 接 墙 板 通 常 处 理 成 自 承 重 式 安 装 后 的 墙 板 主 要 承 受 水 平 向 的 风 荷 载 作 用 风 荷 载 引 起 墙 板 受 弯, 计 算 方 法 与 屋 面 板 类 似.. 墙 梁. 墙 梁 布 置 墙 梁 可 设 计 成 简 支 梁 或 连 续 梁, 主 要 承 受 墙 板 传 递 来 的 水 平 风 荷 载 墙 梁 采 用 冷 弯 薄 壁 型 钢, 其 腹 板 平 行 地 面 当 墙 梁 为 C 型 或 卷 边 C 型 截 面 时, 横 向 水 平 荷 载 仅 引 起 构 件 绕 强 轴 的 弯 矩 ; 当 墙 梁 为 Z 型 或 卷 边 Z 型 截 面 时, 由 于 截 面 主 轴 与 腹 板 有 一 交 角, 故 墙 梁 是 双 向 受 弯 的 当 墙 板 自 承 重 时, 墙 梁 上 可 不 设 拉 条 ; 否 则, 跨 度 为 4~6m 的 墙 梁, 一 般 在 中 间 需 设 置 一 道 拉 条, 大 于 6m 时, 在 梁 跨 三 分 点 处 设 置 二 道 拉 条, 且 在 最 上 层 墙 梁 处 宜 设 置 斜 拉 条 把 拉 力 传 递 至 柱 子. 墙 梁 计 算 简 支 梁 墙 梁 如 两 侧 挂 墙 板 或 一 侧 挂 墙 板 一 侧 设 有 可 阻 止 其 扭 转 变 形 的 拉 杆, 可 以 不 计 弯 扭 双 力 矩 的 影 响, 其 抗 弯 强 度 计 算 采 用 公 式 (-), 抗 剪 强 度 按 下 式 计 算 0

81 式 中 V ma ht 0 V 4bt ma 0 (-4) v (-5) v V ma V ma 竖 向 荷 载 设 计 值 和 水 平 风 荷 载 设 计 值 所 产 生 的 最 大 剪 力 设 计 值 ; h 0 b 0 墙 梁 腹 板 和 翼 缘 的 计 算 高 度, 这 里 都 取 圆 弧 之 间 的 尺 寸 ; t 墙 梁 壁 厚 当 构 造 不 能 保 证 墙 梁 的 整 体 稳 定 时, 尚 需 计 算 其 稳 定 性 计 算 方 法 可 详 薄 钢 规 范 或 门 架 规 程 墙 梁 的 容 许 挠 度 与 其 跨 度 之 比 可 按 下 列 规 定 采 用 : ) 压 型 钢 板 瓦 楞 铁 墙 面 ( 水 平 方 向 ):/50; ) 窗 洞 顶 部 的 墙 梁 ( 水 平 方 向 和 竖 向 ):/00 竖 向 挠 度 不 得 大 于 0mm. 墙 梁 与 柱 的 连 接 构 造 柱 上 设 置 梁 托, 通 过 螺 栓 与 墙 梁 相 连 处 理 细 部 尺 寸 时 需 要 注 意, 连 于 墙 梁 外 侧 的 墙 板 应 能 包 覆 住 柱 子 图 -6(a) 和 (b) 分 别 表 示 了 墙 梁 连 在 柱 子 腹 板 和 翼 缘 上 时 的 构 造 图 -6 墙 梁 与 柱 子 的 连 接..4 抗 风 柱 设 计 对 均 匀 柱 距 的 厂 房 结 构, 山 墙 面 框 架 承 受 的 重 力 荷 载 小 于 跨 中 框 架, 从 受 力 角 度 讲, 无 需 让 抗 风 柱 承 受 屋 面 的 重 力 荷 载 这 种 情 况 下, 抗 风 柱 柱 顶 与 刚 架 梁 的 下 翼 缘 可 采 用 一 折 板 连 接 ( 图 -7) 折 板 面 外 刚 度 很 小, 不 能 有 效 承 受 面 外 荷 载 即 竖 向 荷 载, 但 是, 折 板 在 平 面 内 具 有 足 够 的 刚 度, 可 以 将 墙 面 受 到 的 水 平 力 传 递 到 屋 盖 平 面 设 计 时, 也 可 以 让 抗 风 柱 参 与 竖 向 承 重, 以 进 一 步 减 小 山 墙 面 框 架 的 用 钢 量 图 -7 抗 风 柱 柱 顶 连 接 构 造 若 抗 风 柱 不 参 与 竖 向 承 重, 因 其 自 重 引 起 的 轴 力 以 及 墙 梁 竖 向 荷 载 都 很 小, 所 以 可 以 视 为 一 竖 直 放 置 的 受 弯 构 件 当 抗 风 柱 竖 向 承 重 时, 则 按 压 弯 构 件 计 算. 4 门 式 刚 架 的 结 构 形 式 内 力 分 析 和 构 件 计 算.4. 门 式 刚 架 构 件 和 结 构 的 形 式 工 程 上 常 见 的 轻 型 厂 房 门 式 刚 架 的 柱 和 梁 构 件 都 采 用 焊 接 H 形 截 面 本 章 以 这 种 截 面

82 形 式 为 对 象 进 行 讨 论 轻 型 厂 房 门 式 刚 架 结 构 可 以 视 为 由 横 向 框 架 和 纵 向 排 架 构 成 的 结 构 体 系 典 型 的 横 向 框 架 由 柱 梁 构 成 以 一 单 跨 门 式 刚 架 为 例 进 行 分 析 设 梁 与 柱 之 间 刚 接 连 接, 柱 脚 铰 接 在 屋 面 竖 向 荷 载 作 用 下, 梁 柱 构 件 的 弯 矩 分 布 如 图 -8(a) 所 示, 在 风 荷 载 的 作 用 下, 弯 矩 分 布 如 -8(b) 所 示 考 虑 到 风 向 的 变 化, 则 构 件 弯 矩 包 络 图 如 图 -8(c) 所 示 由 于 采 用 了 轻 质 的 屋 面 板 和 墙 板, 柱 子 内 力 中 轴 力 的 成 分 较 小, 因 此, 有 两 种 设 计 方 法 一 种 是 弹 性 设 计 方 法, 采 用 变 截 面 的 构 件, 以 比 较 充 分 地 利 用 材 料 强 度 门 式 刚 架 构 件 一 般 采 用 改 变 截 面 高 度 的 处 理 方 法, 也 就 是 使 柱 梁 构 件 截 面 楔 形 变 化 另 一 种 是 塑 性 设 计, 采 用 等 截 面 的 构 件, 利 用 钢 材 良 好 的 塑 性 性 能, 使 梁 柱 端 部 在 作 用 弯 矩 较 大 时 进 入 塑 性 并 形 成 塑 性 铰, 通 过 塑 性 铰 的 塑 性 转 动, 形 成 内 力 重 分 配, 提 高 其 承 载 能 力 本 节 介 绍 弹 性 设 计 方 法,. 7 节 将 介 绍 塑 性 设 计 方 法 图 -8 门 式 刚 架 梁 柱 构 件 的 弯 矩 分 布 门 式 刚 架 的 柱 子 通 常 是 单 斜 率, 也 可 以 是 双 斜 率 的, 如 设 有 桥 式 吊 车 时, 也 可 以 做 成 图 -9(b) 所 示 的 分 段 斜 率 形 式 刚 架 梁 则 往 往 是 多 斜 率 的 结 构 设 计 时, 为 了 保 证 外 墙 面 的 平 直 和 屋 面 的 平 整, 构 件 沿 屋 顶 墙 面 一 侧 总 是 单 一 直 线 的 ( 屋 脊 和 天 沟 处 除 外 ) 图 -9 楔 形 构 件 的 布 置 门 式 刚 架 柱 脚 与 基 础 的 连 接 构 造 可 以 做 成 刚 接 或 铰 接 当 厂 房 高 度 大 或 有 较 大 吨 位 吊 车 时, 为 了 保 证 结 构 的 必 要 刚 度, 在 横 向 框 架 平 面 内 可 以 按 刚 接 柱 脚 设 计 但 刚 接 柱 脚 耗 钢 量 较 大, 制 作 时 往 往 只 能 采 用 手 工 焊 接, 因 此 在 可 能 条 件 下 应 优 先 按 铰 接 柱 脚 设 计 ; 此 外, 按 刚 接 柱 脚 设 计 时, 柱 底 承 受 弯 矩 较 大, 楔 形 变 截 面 构 件 的 应 用 就 不 尽 合 理, 此 时, 一 般 采 用 等 截 面 柱 纵 向 排 架 由 框 架 柱 连 系 梁 ( 撑 杆 ) 和 柱 间 支 撑 构 成 当 设 有 桥 式 吊 车 时, 吊 车 梁 也 可 作 为 结 构 的 组 成 部 分 柱 脚 在 纵 向 排 架 平 面 内 按 铰 接 设 计.4. 结 构 分 析 方 法 门 式 刚 架 结 构 可 以 分 解 为 横 向 框 架 和 纵 向 排 架 分 别 进 行 计 算 如 果 横 向 框 架 的 梁 柱 构 件 都 是 等 截 面 构 件, 根 据 结 构 力 学 的 分 析 原 理, 即 使 采 用 手 算 方 法, 也 可 方 便 地 获 得 结 构 的 内 力 和 变 形 ; 但 是 对 于 楔 形 变 截 面 构 件 组 成 的 超 静 定 结 构, 手 算 就 十 分 繁 复, 因 此 工 程 计 算 都 借 助 计 算 机 分 析 程 序 有 一 些 计 算 机 分 析 程 序 已 经 配 置 有 专 门 的 楔 形 变 截 面 构 件 单 元 ; 对 于 仅 配 置 等 截 面 杆 件 单 元 的 软 件, 也 可 根 据 有 限 元 的 概 念, 把 变 截 面 梁 或 柱 构 件 划 分 为 长 度 较 小 的 杆 件 单 元, 每 单 元 都 视 为 等 截 面 杆 件, 然 后 建 模 分 析 根

83 据 经 验, 对 于 实 际 门 式 刚 架 构 件, 杆 件 单 元 长 度 在 500mm 左 右 时, 就 具 有 很 好 的 计 算 精 度 变 截 面 构 件 计 算 时, 计 算 简 图 需 确 定 框 架 构 件 的 轴 线 精 确 的 方 法 应 是 按 照 将 构 件 每 一 截 面 的 形 心 连 接 起 来 形 成 轴 线 ( 图 -9b), 另 一 种 近 似 的 方 法 如 下 : 以 通 过 柱 子 或 梁 的 最 小 截 面 形 心 并 与 墙 面 或 屋 顶 外 表 平 行 的 线 作 为 构 件 的 计 算 轴 线 ( 图 -9a) 工 程 计 算 分 析 表 明, 这 种 近 似 造 成 的 分 析 结 果 误 差 很 小, 是 可 以 接 受 的, 结 构 分 析 时 建 模 较 为 方 便 纵 向 排 架 按 铰 接 体 系 计 算 柱 子 高 度 中 间 设 有 纵 向 连 系 梁 或 吊 车 梁 时, 柱 子 仍 作 为 连 续 构 件 当 柱 间 支 撑 采 用 张 紧 圆 钢 时, 计 算 模 型 中 只 考 虑 受 拉 斜 杆 参 与 分 析 图 -0 表 示 门 式 刚 架 的 计 算 简 图 图 -0 门 式 刚 架 计 算 简 图 示 例 [ 例 -] 对 图 - 所 示 的 等 截 面 构 件 刚 架 和 变 截 面 构 件 刚 架 进 行 内 力 分 析. 结 构 概 况 单 层 厂 房 采 用 单 跨 双 坡 门 式 刚 架, 厂 房 横 向 跨 度 4m, 柱 高 0m, 共 有 榀 刚 架, 柱 距 6m, 屋 面 坡 度 / 柱 网 及 平 面 布 置, 见 图 - 屋 面 及 墙 面 板 为 压 型 钢 板 复 合 板, 檩 条 墙 梁 为 冷 弯 薄 壁 卷 边 槽 钢 刚 架 计 算 简 图 和 杆 件 截 面 见 图 -(c). 荷 载 图 - 例 - 门 式 刚 架 恒 载 标 准 值 : 屋 面 板 檩 条 支 撑 平 均 重 量 0. kn/m ; 屋 面 板 排 风 设 备 平 均 重 量 kn/m ; 活 载 标 准 值 :0. kn/m 风 载 : w 0 = 0.55kN/m, 地 面 粗 糙 度 系 数 按 B 类 取 值, 风 荷 载 高 度 变 化 系 数 按 现 行 国 家 标 准 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009 取 值, μ z =.0, 体 型 系 数 按 照 现 行 标 准 化 协 会 标 准 门 式 刚 架 轻 型 房 屋 钢 结 构 技 术 规 程 CECS0 的 附 录 A 表 A.0.-, 封 闭 式 中 间 区 取 值, 当 风 荷 载 自 左 向 右 时, 房 屋 表 面 的 体 型 系 数 如 图 -A 所 示 图 -A 风 荷 载 体 型 系 数 示 意 图. 荷 载 组 合 组 合 :.0 恒 载 +.40 活 载 组 合 :.0 恒 载 +.40 风 载 ( 左 风 ) 组 合 :.00 恒 载 +.40 风 载 ( 左 风 ) 组 合 4:.0 恒 载 +.40 活 载 风 载 ( 左 风 )

84 组 合 5:.0 恒 载 活 载 +.40 风 载 ( 左 风 ) 组 合 6:.00 恒 载 +.40 风 载 ( 右 风 ) 组 合 7:.0 恒 载 +.40 活 载 风 载 ( 右 风 ) 组 合 8:.0 恒 载 活 载 +.40 风 载 ( 右 风 ) 各 组 合 中 的 为 荷 载 分 项 系 数, 为 荷 载 组 合 值 系 数 位 移 计 算 时, 荷 载 分 项 系 数 均 取 为.0 由 于 结 构 对 称, 风 荷 载 为 右 风 时 的 结 果 可 方 便 地 从 风 荷 载 为 左 风 时 推 出, 因 此 组 合 6~ 组 合 8 的 计 算 内 力 不 再 用 图 表 示 4. 刚 架 采 用 等 截 面 构 件 时 的 内 力 位 移 计 算 () 刚 架 计 算 简 图 和 杆 件 截 面 图 -B 为 等 截 面 刚 架 示 意 图, 图 -C 为 计 算 简 图 及 荷 载 简 图 图 -B 等 截 面 刚 架 简 图 和 杆 件 截 面 图 截 面 图 -C 计 算 简 图 及 荷 载 简 图 h b t tw 截 面 表 A cm I cm 4 例 表.(a) W cm () 内 力 计 算 结 果 ( 轴 力 剪 力 单 位 kn, 弯 矩 单 位 kn m ) 荷 载 组 合 ~ 荷 载 组 合 5 的 刚 架 内 力 分 别 见 图 -D~ 图 -H 图 -D 组 合 时 的 内 力 图 -E 组 合 时 的 内 力 图 -F 组 合 时 的 内 力 图 -G 组 合 4 时 的 内 力 图 -H 组 合 5 时 的 内 力 () 位 移 计 算 结 果 位 移 计 算 结 果 例 表.(b) 荷 载 组 合 D 点 横 向 侧 移 (mm) C 点 竖 向 位 移 (mm).00 恒 载 +.00 活 载 恒 载 +.00 风 载 ( 左 风 ) 注 : 横 向 侧 移 向 右 为 正, 竖 向 位 移 向 下 为 正 ;C 点 为 刚 架 顶 部 节 点,D 点 为 右 侧 柱 顶 节 点 4

85 5. 刚 架 采 用 变 截 面 构 件 时 的 刚 架 内 力 位 移 计 算 () 刚 架 计 算 简 图 和 杆 件 截 面 图 -I 为 变 截 面 刚 架 示 意 图 截 面 图 -I 变 截 面 刚 架 计 算 简 图 和 杆 件 截 面 图 h b t tw 截 面 表 A cm 例 表.(c) I cm 4 W cm () 内 力 计 算 结 果 ( 轴 力 剪 力 单 位 kn, 弯 矩 单 位 kn m ) 荷 载 组 合 ~ 荷 载 组 合 5 的 刚 架 内 力 分 别 见 图 -J~ 图 -R 图 -J 组 合 时 的 内 力 图 -K 组 合 - 左 边 梁 柱 的 内 力 图 -L 组 合 - 右 边 梁 柱 的 内 力 图 -M 组 合 - 左 边 梁 柱 的 内 力 图 -N 组 合 - 右 边 梁 柱 的 内 力 图 -O 组 合 4- 左 边 梁 柱 的 内 力 图 -P 组 合 4- 右 边 梁 柱 的 内 力 图 -Q 组 合 5- 左 边 梁 柱 的 内 力 图 -R 组 合 5- 右 边 梁 柱 的 内 力 () 位 移 计 算 结 果 位 移 计 算 结 果 例 表.(d) 荷 载 组 合 D 点 横 向 侧 移 (mm) C 点 竖 向 位 移 (mm).00 恒 载 +.00 活 载 恒 载 +.00 风 载 ( 左 风 ) 注 : 横 向 侧 移 向 右 为 正, 竖 向 位 移 向 下 为 正 ;C 点 为 刚 架 顶 部 节 点,D 点 为 右 侧 柱 顶 节 点 5

86 6. 讨 论 本 例 所 设 定 的 梁 柱 等 截 面 刚 架 和 梁 柱 变 截 面 刚 架, 柱 底 为 铰 接, 用 钢 量 分 别 为.7t 和.7t 在 用 钢 量 基 本 相 等 的 情 况 下, 变 截 面 刚 架 的 侧 移 较 小 ; 虽 然 柱 顶 弯 矩 稍 大, 考 虑 到 变 截 面 刚 架 的 截 面 高 度 较 大, 它 的 应 力 小 于 等 截 面 刚 架 相 应 位 置 的 应 力 换 言 之, 在 同 样 应 力 水 平 同 样 变 形 下, 变 截 面 刚 架 的 用 钢 量 可 以 较 为 节 省 因 此, 柱 脚 铰 接 的 门 式 刚 架 多 采 用 变 截 面 构 件.4. 刚 架 承 载 能 力 极 限 状 态 的 校 核 框 架 结 构 分 析 和 设 计 要 保 证 结 构 在 承 受 荷 载 设 计 值 组 合 的 情 况 下, 能 够 满 足 承 载 能 力 极 限 状 态 的 要 求 ; 在 结 构 承 受 荷 载 标 准 值 组 合 的 情 况 下, 变 形 不 超 过 正 常 使 用 极 限 状 态 的 规 定 轻 型 厂 房 门 式 刚 架 的 承 载 能 力 极 限 状 态, 包 括 构 件 的 截 面 强 度 和 刚 架 整 体 在 计 算 平 面 内 外 的 稳 定 性, 关 于 后 者, 现 行 设 计 规 范 将 其 转 化 为 计 算 构 件 的 平 面 内 外 整 体 稳 定 性 来 考 虑.4.4 变 截 面 柱 梁 构 件 的 强 度 和 稳 定 性 计 算. 构 件 几 何 设 计 的 注 意 条 件 在 轻 型 厂 房 门 式 刚 架 的 设 计 中, 一 般 均 要 利 用 柱 和 梁 腹 板 的 屈 曲 后 强 度 由 于 目 前 利 用 屈 曲 后 强 度 的 公 式 有 一 定 适 用 范 围, 因 此 在 确 定 构 件 的 几 何 尺 寸 时 应 符 合 下 列 要 求 : () 腹 板 高 度 如 有 改 变, 应 为 直 线 变 化 或 分 段 直 线 变 化 ; () 腹 板 高 度 的 变 化 率 不 大 于 60mm/m; () 板 件 宽 厚 比 应 满 足 下 列 要 求 : b/ t 5 5/ (-6a) w w h / t 50 5/ (-6b) 式 中 b t h w t w 分 别 为 受 压 翼 缘 自 由 外 伸 宽 度 厚 度 腹 板 净 高 与 厚 度 ; 此 外 柱 子 构 件 的 长 细 比 不 宜 大 于 80. 强 度 计 算 钢 材 的 屈 服 强 度, 当 翼 缘 腹 板 钢 材 牌 号 不 同 时, 应 分 别 取 对 应 的 屈 服 强 度 () 工 字 形 截 面 受 弯 构 件 在 剪 力 V 和 弯 矩 M 共 同 作 用 下 的 强 度, 应 按 以 下 公 式 计 算 当 V 0.5V M d 时, e M (-7a) 当 0.5Vd < V Vd时, M M + M M V V (-7b) ( e )[ ( /0.5 d ) ] 式 中 V d 腹 板 考 虑 屈 曲 后 强 度 的 抗 剪 承 载 力 设 计 值, 按 式 (-40)~(-4) 计 算 ; M 两 翼 缘 承 担 的 弯 矩, 当 截 面 为 双 轴 对 称 时 6

87 M = A ( h + t ) / γ (-8) w A 一 个 翼 缘 的 截 面 面 积 ; M e 构 件 有 效 截 面 所 承 担 的 弯 矩 M e = We / γ (-9) W e 按 有 效 宽 度 分 布 计 算 的 有 效 截 面 最 大 受 压 纤 维 截 面 模 量, 按 式 (-44)~(-50) 的 步 骤 计 算 ; 钢 材 强 度 设 计 值 γ 系 数, 对 于 非 抗 震 设 计, γ = γ 0 ; 对 于 抗 震 设 计, γ = γ 腹 板 的 抗 剪 承 载 力 设 计 值 V d 按 如 下 步 骤 计 算 RE ) 计 算 板 件 受 剪 时 的 局 部 稳 定 系 数 k τ k = 4 + τ 5.4/( a/ hw ), 当 a/ h w < 时 k = τ 4 /( a/ hw ), 当 a/ hw 时 式 中 a 横 向 加 劲 肋 间 距 ; 当 构 件 不 设 横 向 加 劲 肋 时 取 k τ = 5.4 (-40a) (-40b) ) 计 算 参 数 λ w h / t w w λ w = (-4) 7 kτ (5/ ) ) 计 算 腹 板 屈 曲 后 抗 剪 强 度 vd vd =, 当 λw 0.8 时 (-4a) v = [ 0.64( λ 0.8)], 当 0.8 < λw <.4 时 (-4b) vd w v = ( 0.75 λ ), 当 λw.4 时 (-4c) vd w v 式 中 v 腹 板 钢 材 的 抗 剪 强 度 设 计 值 4) 计 算 腹 板 的 抗 剪 承 载 力 设 计 值 V d V = h t / γ d w w vd (-4) 计 算 有 效 截 面 最 大 受 压 纤 维 截 面 模 量 W 时, 首 先 按 以 下 步 骤 确 定 腹 板 截 面 的 有 效 宽 度 及 其 分 布 ; ) 计 算 腹 板 两 边 缘 的 压 应 力 分 布 不 均 匀 系 数 ψ min ma e ψ = σ / σ (-44) 式 中 σ ma 腹 板 板 件 边 缘 中 压 应 力 较 大 的 值, 取 为 正 ; σ min 腹 板 板 件 另 侧 边 缘 的 应 力, 以 压 为 正, 拉 为 负 计 算 应 力 时 可 采 用 毛 截 面 模 量 7

88 ) 确 定 受 压 板 件 稳 定 系 数 k σ 6 k σ =, (-45) + ψ + ψ + + ψ ) 计 算 参 数 λ p ( ) 0.( ) h / t w w λ p = (-46) 8. kσ (5/ ) 如 腹 板 边 缘 压 应 力 较 大 值 σ ma <, 对 Q5 和 Q45 钢 材, 可 用.σ ma 代 替 上 式 中 的 4) 确 定 有 效 宽 度 系 数 ρ ρ =, 当 λp 0.8 时 (-47a) ρ = 0.9( λ 0.8), 当 0.8 < λ P. 时 (-47b) p ρ = ( λ.), 当 λ >. P 时 (-47c) 5) 确 定 腹 板 受 压 区 的 有 效 宽 度 h e h e c p = ρ h (-48) hw 其 中 h c 为 腹 板 受 压 区 高 度, 当 ψ 0 时, h c = hw ; 当 ψ < 0 时, h c = 腹 板 受 拉 区 则 全 部 有 效 6) 确 定 腹 板 有 效 宽 度 的 分 布 ( 参 见 图 -) 当 腹 板 全 部 受 压, 即 ψ 0 时 h = h /(5 ψ ) (-49a) e e he = he he (-49b) 当 腹 板 部 分 受 压, 即 ψ < 0 时, 受 压 区 的 有 效 宽 度 分 布 h h e e = 0.4h (-50a) e e = 06h (-50b) 据 此 可 以 计 算 出 有 效 截 面 的 截 面 模 量 ψ 图 - 腹 板 截 面 有 效 宽 度 的 分 布 () 工 字 形 截 面 压 弯 构 件 在 剪 力 V 弯 矩 M 和 轴 力 N 共 同 作 用 下 的 截 面 强 度 按 以 下 公 式 计 算 当 V 0.5V 时, d N M M e (-5a) 当 0.5Vd < V Vd时, M M + ( M M )[ ( V /0.5V ) ] (-5b) N N N e d 8

89 式 中 N M e 考 虑 轴 力 影 响 后 有 效 截 面 承 受 的 弯 矩 ; ( ) M = M N W / A / γ (-5) N e e e e N M 考 虑 轴 力 影 响 后 两 翼 缘 承 受 的 弯 矩, 当 截 面 为 双 轴 对 称 时 M = A ( h + t )( N / A)/ γ (-5) N w A e 有 效 截 面 面 积, 按 式 (-44)~(-50) 确 定 的 有 效 腹 板 宽 度 和 翼 缘 面 积 计 算. 柱 底 铰 接 的 楔 形 变 截 面 柱 的 整 体 稳 定 计 算 () 刚 架 平 面 内 的 稳 定 计 算 按 式 (-54) 进 行 计 算 N0 M + ϕ A ( ϕ N / N ) W r e0 r 0 E0d e / γ (-54) 式 中 N 0 A e0 分 别 为 构 件 小 头 端 的 轴 心 压 力 设 计 值 和 该 处 的 有 效 截 面 面 积 ; M W e 分 别 为 大 头 端 的 弯 矩 设 计 值 和 该 处 的 有 效 截 面 最 大 受 压 纤 维 截 面 模 量 当 最 大 弯 矩 不 出 现 在 大 头 端 时, 取 构 件 最 大 弯 矩 和 该 弯 矩 所 在 截 面 的 有 效 截 面 模 量 ; N E0d 与 欧 拉 力 有 关 的 计 算 参 数 N π E A /.λ E0d e0 = (-55) ϕ r 杆 件 弯 曲 平 面 内 的 轴 心 受 压 稳 定 系 数, 根 据 长 细 比 λ 按 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 计 算 或 查 表 ; λ 长 细 比, 对 楔 形 变 截 面 柱, 按 下 式 计 算 λ = μr H / i 0 (-56) H i 0 分 别 为 柱 高 和 小 头 端 的 截 面 回 转 半 径 ; μ r 计 算 长 度 系 数, 柱 脚 铰 接 单 跨 钢 架 时, 可 按 附 录 4 附 表 4.. 的 规 定 () 刚 架 平 面 外 的 稳 定 计 算 按 式 (-57) 进 行 计 算 N ϕ A 查 取 ; 对 于 其 他 情 况, 可 按 门 架 规 程 的 规 定 计 算 β M + / γ (-57) ϕ W 0 t e0 br e 式 中 β t 等 效 弯 矩 系 数, 对 一 端 弯 矩 为 零 的 构 件 段 β t = N / NE0d ( N / NE0d) (-58a) 对 两 端 截 面 上 弯 曲 应 力 基 本 相 同 的 构 件 段 β t = (-58b) 9

90 ϕ 杆 件 弯 曲 平 面 外 的 轴 心 受 压 稳 定 系 数, 根 据 平 面 外 长 细 比 λ 按 钢 结 构 设 计 规 范 计 算 或 查 表, 计 算 平 面 外 长 细 比 时, 计 算 长 度 取 柱 子 纵 向 支 撑 点 间 距 离, 截 面 回 转 半 径 按 小 头 端 截 面 计 算 ; ϕ br 均 匀 弯 曲 楔 形 受 弯 构 件 的 整 体 稳 定 系 数, 对 双 轴 对 称 截 面 按 下 列 公 式 计 算 A 0 h 0 W 40 A h μ ϕ + λ t s br = ( ) ( ) (-59) λ0 W0 μw 4.4h0 非 双 轴 对 称 截 面, 可 按 门 架 规 程 的 规 定 计 算 o t 0 分 别 为 构 件 段 小 头 端 的 截 面 面 积 截 面 高 度 截 面 模 量 翼 缘 厚 度 ; λ 0 μ s μ w 计 算 系 数, 分 别 按 下 列 公 式 计 算 : λ = μ l / i (-60) 0 s 0 h 构 件 段 大 头 端 的 截 面 高 度 ; μ = + 0.0( h / h ) l h / A (-6) s 0 0 μ = ( h / h ) l / i (-6) w 0 0 l 构 件 段 平 面 外 计 算 长 度, 为 纵 向 支 撑 点 间 距 离 ; A 受 压 翼 缘 截 面 面 积 ; i 0 受 压 翼 缘 与 相 连 的 / 腹 板 的 受 压 高 度 组 成 的 截 面 绕 弱 轴 的 回 转 半 径, 参 见 图 - 当 ϕ 值 大 于 0.6 时, 应 用 下 式 计 算 的 ϕ 代 替 br ' br ' 0.8 ϕ br =.07.0 (-6) ϕ br ϕ br 图 - 关 于 i 0 的 图 解 4 楔 形 变 截 面 梁 的 计 算 因 屋 面 有 一 定 坡 度, 所 以 刚 架 梁 是 斜 梁 斜 梁 除 受 弯 外 还 受 一 定 的 轴 压 力 其 弯 曲 平 面 内 可 按 压 弯 构 件 进 行 强 度 计 算 计 算 公 式 与 承 受 轴 力 弯 矩 和 剪 力 的 柱 子 相 同, 即 式 (-5) 此 外, 刚 架 梁 应 按 压 弯 构 件 进 行 平 面 外 的 整 体 稳 定 计 算, 即 式 (-57) 平 面 外 的 计 算 长 度 取 侧 向 支 承 点 之 间 的 距 离 如 果 梁 段 仅 上 翼 缘 受 压, 其 侧 向 支 撑 点 应 取 屋 面 水 平 支 撑 和 纵 向 系 杆 在 钢 梁 上 的 连 接 点, 当 屋 面 板 与 檩 条 牢 固 连 接 时, 可 将 所 有 檩 条 都 视 为 侧 向 支 撑 点 当 梁 段 下 翼 缘 受 压 时, 靠 近 上 翼 缘 的 侧 向 支 撑 对 下 翼 缘 的 侧 弯 变 形 约 束 作 用 一 般 较 小, 实 际 40

91 工 程 中 采 用 隅 撑 构 件 来 提 供 对 受 压 下 翼 缘 的 平 面 外 约 束 隅 撑 构 造 如 图 -4 所 示 在 需 设 置 隅 撑 的 位 置, 由 檩 条 距 梁 中 心 线 m 左 右 处 向 梁 下 翼 缘 引 一 角 钢 角 钢 两 端 分 别 连 在 檩 条 和 梁 的 下 翼 缘 上 这 一 角 钢 就 是 隅 撑 隅 撑 应 能 承 受 梁 下 翼 缘 侧 弯 失 稳 时 产 生 的 压 力 该 压 力 可 以 用 下 式 计 算 : N A = (-64) 60cosθ 5 式 中 的 和 分 别 为 梁 翼 缘 的 钢 材 屈 服 点 和 强 度 设 计 值, 其 余 记 号 参 见 图 -4 图 -4 隅 撑 设 置 隅 撑 后, 上 下 翼 缘 的 侧 向 支 撑 点 间 距 不 一 样 计 算 平 面 外 整 体 稳 定 时, 取 最 大 受 压 翼 缘 侧 向 支 撑 点 之 间 的 距 离 [ 例 -4] 刚 架 柱 的 计 算 验 算 [ 例 -] 中, 变 截 面 刚 架 的 刚 架 柱, 尺 寸 如 图 -5 所 示, 钢 材 选 用 Q5-B, = 5 N / mm, v = 5 N / mm 结 构 设 计 中, 应 在 各 工 况 取 出 一 组 或 多 组 最 不 利 内 力 进 行 计 算, 本 例 作 为 计 算 过 程 演 示, 仅 考 虑.D+.4L 这 一 组 工 况 注 : 压 正 拉 负. 宽 厚 比 验 算 图 -5 例 -4 刚 架 柱 组 合 内 力 :(.D+.4L) M( kn m) N( kn ) V( kn ) 大 头 小 头 (60 5) / 翼 缘 外 伸 宽 厚 比 = 9.7 < 5, 满 足 规 程 的 限 值 要 求 8 50 腹 板 宽 厚 比 = <, = <, 满 足 规 程 的 限 值 要 求 腹 板 高 度 变 化 率 = 60 mm / m, 腹 板 承 载 力 可 利 用 屈 曲 后 强 度 0. 大 头 端 截 面 强 度 验 算 () 计 算 腹 板 抗 剪 承 载 力 设 计 值 V d 例 表 -4(a) 4

92 ) 计 算 参 数 λ w 因 柱 子 腹 板 不 设 横 向 加 劲 肋, k τ = / 5 λ w = =.99 ( 根 据 式 -4) ) 计 算 屈 曲 后 抗 剪 强 度 vd vd ( ) 5=56.65 N / mm = ( 根 据 式 -4c) ) 计 算 V d Vd = = 55.79kN ( 楔 形 构 件, 腹 板 高 度 取 板 幅 平 均 高 度 ) ( 根 据 式 -4) () 腹 板 有 效 截 面 计 算 ) 计 算 腹 板 的 ψ σ σ ψ N M ma = + = + = N/mm A W min 6 A W ( 压 ) N M = = = 0.49N/mm ( 拉 ) σ σ min = = ma ) 计 算 k σ 受 压 板 件 稳 定 系 数 kσ ) 计 算 λ p 6 = = ( + ψ) + 0. ( ψ) + + ψ ( 根 据 式 -45) hw / tw 850 / 5 计 算 参 数 λ p = = =.8 8. k (5/ ) σ ( 根 据 式 -46) 4) 计 算 h e λ p =.8 >., 有 效 宽 度 系 数 ρ = ( λp.) = 0.6 ( 根 据 式 -47c) 腹 板 受 压 区 有 效 宽 度 ( ) hc = hw /( ψ ) = 850 / = 455mm he = ρhc = = 77.5mm 确 定 腹 板 有 效 宽 度 的 分 布 h e = 0.4h =.0mm e 4

93 h e = 0.6h = 66.5mm e 5) 计 算 有 效 截 面 的 截 面 特 性 有 效 截 面 的 各 相 关 参 数 可 按 照 图 -5A 算 出 : 图 -5A 有 效 截 面 参 数 计 算 A = b t + t h + t ( h h ) = 59.5mm e w e w w c Se = mm 6 = S / A = 99.5mm e e I = mm e 8 4 We = Ie /( ) = 44750mm () 强 度 验 算 由 于 V = 8.68kN < 0.5V = 77.9kN, 则 工 字 形 截 面 压 弯 构 件 在 剪 力 V, 弯 矩 M 和 轴 力 共 同 作 用 下 的 截 面 强 度 须 满 足 M = 86.80kN m M = W NW / A d N e e e e = (5 ) = 97kN m ( 根 据 式 -5a) 59.5 故 大 头 端 截 面 强 度 是 安 全 的. 小 头 端 截 面 的 强 度 验 算 N σ = = = 5.06kN m, 弯 矩 为 0, A 80 故 ψ σ σ min = = ma.0 6 受 压 板 件 稳 定 系 数 kσ = = 4.0 ( + ψ) + 0. ( ψ) + + ψ hw / tw 50 / 5 计 算 参 数 λ p = = = k < λp <, ρ λp σ = 0.9( 0.8) = 0.99 腹 板 受 压 区 有 效 宽 度 由 于 ψ > 0, 腹 板 受 压 区 hc = hw = 50mm, h e = ρh c = = 9.8mm A = b t + t h = = 709mm e w e 4

94 N σ = = = 5.5N/mm < = 5N/mm A 709 e 50 / 5 由 于 小 头 端 λ w = = < 0.8, vd = = 5N/mm Vd = twhwvd = 5 5 = 44kN > V = 8.68kN ( 对 楔 形 构 件, 腹 板 高 度 取 板 幅 平 均 高 度 ) 故 小 头 端 强 度 满 足 要 求 4. 平 面 内 稳 定 计 算 根 据 附 录 4 附 表 4--, 有 关 计 算 长 度 和 稳 定 系 数 的 计 算 如 下 : 计 算 柱 的 线 刚 度 : = 8 c / = /0000 = mm ( h 为 构 件 长 度 ) K I h 计 算 梁 的 线 刚 度 : 首 先 求 楔 形 梁 在 刚 架 平 面 内 的 换 算 长 度 系 数 d = 76mm = d d 0 = 46mm 第 一 二 楔 形 段 的 楔 率 为 : γ d = γ = = 0.65, d0 5 最 小 截 面 高 度 两 侧 的 楔 形 段 长 度 比 为 β = = 0.467, 刚 架 脊 点 视 为 斜 梁 铰 接 支 点 根 据 门 式 刚 架 轻 型 房 屋 钢 结 构 技 术 规 程 (CECS 0:00) 附 录 D, β = 0.5 时, ψ = 0.5 β = 0.50 时, ψ = 0.6 插 值 有 : β = 时, ψ = 0.57 半 跨 斜 梁 长 度.04m 梁 的 线 刚 度 K = Ib0/ ψ S = = 99.7mm K 99.7 梁 柱 线 刚 度 比 0.56 K = = v I 柱 小 头 大 头 截 面 惯 性 矩 比 I c0 c = = 根 据 附 表 4--, 柱 的 计 算 长 度 系 数 μ r =.00 柱 刚 架 平 面 内 的 计 算 长 度 H0 = H μ r = 0.00 = 0.0m 求 构 件 轴 压 稳 定 系 数 44

95 000 小 头 回 转 半 径 γ 0 =.55mm, λ = H0 / γ0 = = 查 附 录 4 附 表 4--(b), 得 ϕ γ = 0.6 等 效 弯 矩 系 数 β m =.0 N = π EA /. λ = π /(. 88. ) = 879.kN ' 5 EX0 e0 N ϕ + β M 0 m ' γae0 [-( N0 / NEX0) ϕγ] Wel = [-(57.6 / 879.) 0.6] = 59.6N/mm < = 5N/mm 5. 平 面 外 的 稳 定 计 算 等 效 弯 矩 系 数 β = N + N = = t 0.75( ) 0.75( ) 0.98 ' ' NEX0 NEX 设 墙 面 檩 条 间 距 为.5m, 且 通 过 隅 撑 与 柱 内 侧 翼 缘 连 接, 平 面 外 计 算 长 度 取 l =.5m, 又 小 头 端 截 面 的 i 6 I = = = 7.87mm A 80 l 500 λ = = = 66.0, 查 附 录 4 附 表 4--(b), ϕ = i 7.87 求 均 匀 弯 曲 楔 形 受 弯 构 件 的 整 体 稳 定 系 数 ϕ : bγ 首 先 求 受 压 翼 缘 与 受 压 腹 板 / 高 度 组 成 的 截 面 绕 轴 的 回 转 半 径 柱 小 头 截 面 是 全 截 面 受 压 i = = 40.4mm ( ) 构 件 的 楔 率 d d γ = = = lh μs = + γ = + = A μ w l 500 = γ = =.0685 i μsl λ0 = = = i

96 均 匀 受 弯 楔 形 构 件 的 整 体 稳 定 系 数 40 Ah μ λ t 5 ϕ = bγ g λ + g ϕ 0 0 s ( ) ( ) ( ) 0 WX 0 μw 4.4h = ( ) + ( ) =.74 算 得 的 ϕ bγ 大 于 0.6, 则 ' ϕb γ =.07 ==.07 = ϕ.74 N ϕ 0 t l ' Ae0 ϕb γwel bγ β M = = 45.7N / mm < = 5N/mm bγ 6 [ 例 -5] 梁 的 计 算 验 算 [ 例 -] 中, 变 截 面 刚 架 的 刚 架 梁, 尺 寸 如 图 -6 所 示, 钢 材 选 用 Q5-B, = 5 N/mm, v = 5 N/mm 结 构 设 计 中, 应 在 各 工 况 取 出 一 组 或 多 组 最 不 利 内 力 进 行 计 算, 本 例 作 为 计 算 过 程 演 示, 仅 考 虑.D+.4L 这 一 组 工 况 图 -6 例 -5 刚 架 梁 左 段 梁 : 组 合 内 力 :(.D+.4L) M( kn m) N( kn ) V( kn ) 例 表 -5(a) 大 头 小 头 右 段 梁 : M( kn m) N( kn ) V( kn ) 大 头 小 头 注 : 压 正 拉 负. 宽 厚 比 验 算 (40 5) / 翼 缘 外 伸 宽 厚 比 =.5 < 5, 满 足 规 程 的 限 值 要 求 6 46

97 450 腹 板 宽 厚 比 = <, = <, 满 足 规 程 的 限 值 要 求 左 段 梁 腹 板 高 度 变 化 率 为 = 4.75mm/m < 60mm/m, 右 段 梁 腹 板 高 度 变 7.0 化 率 为 = 59.8mm/m < 60mm/m, 腹 板 承 载 力 可 考 虑 屈 曲 后 强 度 5.0. 左 段 梁 大 头 端 截 面 强 度 验 算 () 计 算 腹 板 抗 剪 承 载 力 设 计 值 V d h w w λ w = = = τ / t 750 / 5 7 k 5/ 因 λ =.7544>.4 w vd = ( ) 5=64.69 N / mm Vd = hwtwvd = = N = 94.kN () 腹 板 有 效 截 面 计 算 ) 计 算 腹 板 的 ψ σ σ ψ N A M W ma = + = + = N/mm N M = = = 64.N/mm A W min 6 σ σ min = = ma ) 计 算 腹 板 的 h e 0.95 ( 压 应 力 ) ( 拉 应 力 ) k σ 6 = =.7 + ψ + ψ + + ψ ( ) 0. ( ) h w w λ p = = = σ / t 750 / 5 8. k (5/ ) 8..7 由 于 λ p =. <. p. ρ = 0.9( λ 0.8) = 0.9 (. 0.8) = 0.7 ψ < 0, h = h /( ψ ) = 750 /( ) = 84.4mm c w 有 效 宽 度 he = ρhc = = 74mm h h e = 0.4 e = 09.6mm, e e h = 0.6h = 64.4mm 47

98 ) 计 算 有 效 截 面 的 截 面 特 性 有 效 截 面 几 何 信 息 如 下 : A = 4878mm e S = mm e 6 = S / A = 57.mm e e I =.88 0 mm e 8 4 We = Ie /(98.8+6) = mm () 强 度 验 算 图 -6A 左 段 梁 大 头 端 有 效 截 面 计 算 由 于 V = 50.7kN < 0.5V d = 97.kN, 则 工 字 形 截 面 压 弯 构 件 在 剪 力 V, 弯 矩 M 和 轴 力 共 同 作 用 下 的 截 面 强 度 须 满 足 M = 86.80kN m M = W NW / A N e e e e.97 0 = (5 ) = 0kN m 4878 故 大 头 端 截 面 强 度 是 安 全 的. 左 段 梁 小 头 端 截 面 强 度 验 算 σ σ ψ k 6 N M ma = + = + = 6 6.N/mm A W N M min 6 σ = = = 05.8N/mm A W σ σ min = = ma = =.8 + ψ + ψ + + ψ ( ) 0. ( ) h w w λ p = = = σ / t 450/5 8. k (5/ ) 8..8 λ < 0.8, ρ =, 全 截 面 有 效 p 对 于 小 头 截 面 450 / < λw = =.056 <.4, vd ( ) = [ 0.64( λw 0.8)] v = = 04.8N/mm 48

99 V = t h = = 4.4kN d w w vd 由 于 V = 0.kN < 0.5V d = 57.kN, 则 工 字 形 截 面 压 弯 构 件 在 剪 力 V, 弯 矩 M 和 轴 力 共 同 作 用 下 的 截 面 强 度 须 满 足 M = 6.8kN m M = W NW / A N e e e e = (5 ) = 4kN m 90 故 小 头 端 截 面 强 度 是 安 全 的 4. 左 段 梁 平 面 外 的 稳 定 计 算 等 效 弯 矩 系 数 β t =.0 设 屋 面 檩 条 间 距 为 m, 且 通 过 隅 撑 与 梁 下 侧 翼 缘 连 接, 平 面 外 计 算 长 度 取 l = m, 又 小 头 端 截 面 的 i 6 I = = = 6.45mm A 90 l 000 λ = = = 75.6, 查 附 录 4 附 表 4--(b) 有, ϕ = 0.76 i 6.45 求 均 匀 弯 曲 楔 形 受 弯 构 件 的 整 体 稳 定 系 数 ϕ : bγ 首 先 求 小 头 截 面 受 压 翼 缘 与 受 压 腹 板 / 高 度 组 成 的 截 面 绕 轴 的 回 转 半 径 柱 小 头 截 面 是 全 截 面 受 压 腹 板 受 压 区 高 度 hc = h /( ψ ) = 450 /( ) = 5.6mm, 其 / 高 度 为 78.5mm i = =.4mm ( ) w 构 件 的 楔 率 d d γ = = = lh μs = + γ = + = A μ w l 000 = γ = =.0 i.4 0 μsl λ0 = = = 89.8 i.4 0 均 匀 受 弯 楔 形 构 件 的 整 体 稳 定 系 数 ϕ bγ 49

100 ϕ bγ = 40 Ah μ λ t 5 g λ + g 0 0 s ( ) ( ) ( ) 0 WX 0 μw 4.4h = ( ) + ( ) = 算 得 的 ϕ 大 于 0.6, bγ ' ϕb γ =.07 =.07 = ϕ.9 N ϕ 0 t l ' Ae0 ϕb γwel bγ β M = = 0.5N/mm < = 5N/mm 5. 右 段 梁 大 头 端 截 面 强 度 验 算 σ σ ψ k 6 6 N M ma = + = + = N/mm A W N M min 6 σ = = = 94.8N/mm A W σ σ min = = ma = =.0 + ψ + ψ + + ψ ( ) 0. ( ) h w w λ p = = = σ / t 750 / 5 8. k (5/ ) 8..0 由 于 λ p =. <. p. ρ = 0.9( λ 0.8) = 0.9 (. 0.8) = 0.70 ψ < 0, h c = h /( ψ ) = 750 /( + 0.9) = 88mm w 有 效 宽 度 he = ρhc = = 7.8mm h e = 0.4he = 09.mm, h e h e = 0.6 = 6.7mm 图 -6B 右 段 梁 大 头 端 有 效 截 面 计 算 有 效 截 面 几 何 信 息 如 下 : A = 4854mm e S = mm e 6 50

101 6 Se = = = 56.mm A 4854 e I = mm e 8 4 We = Ie /( ) = mm 对 于 大 头 截 面, λ w =.7544 >.4 vd V 高 度 ) = ( 0.75 λ ) = ( ) 5 = 64.69N/mm w v = t h = = 94.kN ( 对 楔 形 构 件, 腹 板 高 度 取 板 幅 平 均 d w w vd 由 于 V =.55kN < 0.5V d = 97.kN, 则 工 字 形 截 面 压 弯 构 件 在 剪 力 V, 弯 矩 M 和 轴 力 共 同 作 用 下 的 截 面 强 度 须 满 足 : M = M NW / A N e e e e = We ( N / Ae ) = (5 ) = 0kN m 4854 > M = 08.96kN m 右 段 梁 大 头 端 截 面 强 度 满 足 要 求 6. 右 段 梁 平 面 外 的 稳 定 计 算 等 效 弯 矩 系 数 β t =.0 设 屋 面 檩 条 间 距 为 m, 且 通 过 隅 撑 与 梁 下 侧 翼 缘 连 接, 平 面 外 计 算 长 度 取 l = m, 又 小 头 端 截 面 的 i 6 I = = = 6.45mm A 90 l 000 λ = = = 75.6, ϕ = 0.76 i 6.45 求 均 匀 弯 曲 楔 形 受 弯 构 件 的 整 体 稳 定 系 数 ϕ : bγ 首 先 求 小 头 截 面 受 压 翼 缘 与 受 压 腹 板 / 高 度 组 成 的 截 面 绕 轴 的 回 转 半 径 柱 小 头 截 面 是 全 截 面 受 压 腹 板 受 压 区 高 度 hc = h /( ψ ) = 450 /( ) = 5.6mm, 其 / 高 度 为 78.5mm i = =.4mm ( ) w 5

102 构 件 的 楔 率 d d γ = = = lh μs = + γ = + = A μ w l 000 = γ = =.0 i.4 0 μsl λ0 = = = 89.8 i.4 0 均 匀 受 弯 楔 形 构 件 的 整 体 稳 定 系 数 ϕ bγ = 40 Ah μ λ t 5 λ + ϕ 0 0 s g ( ) ( ) g( ) 0 WX 0 μw 4.4h = ( ) + ( ) = 算 得 的 ϕ 大 于 0.6 bγ ' ϕb γ =.07 =.07 = ϕ.9 N ϕ 0 t l ' Ae0 ϕb γwel bγ β M = = N/mm < = 5N/mm bγ 刚 架 正 常 使 用 极 限 状 态 的 校 核 刚 架 正 常 使 用 极 限 状 态 的 校 核 有 两 个 方 面, 一 个 方 面 是 在 风 荷 载 标 准 作 用 下, 刚 架 柱 顶 水 平 位 移 不 应 超 过.7. 中 所 列 的 框 架 结 构 的 水 平 位 移 容 许 值 ; 另 一 个 方 面 是 在 竖 向 荷 载 标 准 值 作 用 下, 框 架 横 梁 的 挠 度 不 应 超 过.7. 中 所 列 的 受 弯 构 件 挠 度 容 许 值.5 刚 架 节 点 和 柱 脚 设 计.5. 梁 - 梁 连 接 由 于 运 输 长 度 限 制 也 考 虑 到 安 装 对 起 重 机 具 和 起 重 工 况 的 限 制, 长 度 超 过 m 的 刚 架 梁 通 常 需 要 分 段 制 作, 在 现 场 安 装 时 再 连 成 整 体 ; 否 则 将 会 加 大 运 输 和 安 装 的 成 本 理 论 上, 在 运 输 长 度 限 制 范 围 内 梁 段 可 以 任 意 划 分, 但 工 程 中 总 是 考 虑 使 梁 的 拼 接 节 点 避 开 如 下 位 置 : 梁 柱 连 接 的 位 置 檩 条 或 纵 向 连 系 梁 安 放 的 位 置 构 件 内 弯 矩 较 大 的 位 置 前 两 类 位 置 设 置 梁 段 拼 接 节 点, 将 带 来 构 造 的 复 杂 化, 也 增 加 制 作 成 本 ; 后 者 则 可 使 连 接 承 5

103 受 较 小 的 弯 矩, 便 于 设 计, 也 能 获 得 较 大 的 安 全 储 备. 梁 - 梁 连 接 的 节 点 形 式 在 梁 段 的 端 面 设 一 块 称 之 为 端 板 的 钢 板 端 板 一 般 垂 直 于 梁 的 上 翼 缘 相 邻 梁 段 的 两 个 端 板 安 装 时 用 螺 栓 相 互 连 接 工 程 上 采 用 高 强 度 螺 栓 工 程 上 称 这 种 节 点 为 端 板 式 节 点 ( 图 -7) 图 -7 端 板 式 节 点. 端 板 连 接 的 构 造 和 计 算 () 梁 端 与 端 板 的 连 接 焊 缝 梁 的 腹 板 用 角 焊 缝 与 端 板 连 接 ; 按 照 门 架 规 程 的 要 求, 翼 缘 需 要 用 对 接 焊 缝 与 端 板 连 接, 但 最 近 的 研 究 表 明 只 要 角 焊 缝 的 设 计 承 载 力 能 够 满 足 与 翼 缘 板 的 抗 拉 承 载 力 设 计 值 等 强 也 是 可 以 使 用 的 连 接 焊 缝 的 承 载 力 设 计 值 应 当 满 足 梁 端 所 需 传 递 的 最 大 弯 矩 和 剪 力 为 减 少 对 每 一 板 件 分 别 计 算 对 应 不 同 荷 载 的 焊 缝 要 求, 工 程 习 惯 于 按 等 强 要 求 来 设 计 焊 缝 根 据 等 强 要 求, 焊 缝 可 按 如 下 规 定 计 算 : ) 腹 板 与 端 板 的 连 接 角 焊 缝 腹 板 与 端 板 的 连 接 应 采 用 双 面 角 焊 缝, 下 式 即 为 满 足 等 强 要 求 的 设 计 条 件 w h (0.7h h t (-65) w ) w w 式 中 h w t w 腹 板 高 度 和 厚 度 ; h 角 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 ; w 角 焊 缝 的 强 度 设 计 值 和 腹 板 钢 材 的 强 度 设 计 值 由 上 式 可 以 推 得 所 要 求 的 腹 板 角 焊 缝 焊 脚 尺 寸 为 连 接 考 虑 h 0.7 t / (-66) w w ) 翼 缘 与 端 板 的 连 接 焊 缝 当 采 用 对 接 焊 缝 连 接 翼 缘 与 端 板 时, 焊 缝 质 量 满 足 一 级 或 二 级 要 求 都 可 作 为 等 强 焊 接 当 采 用 角 焊 缝 时, 翼 缘 和 端 板 也 应 采 用 双 面 角 焊 缝, 焊 缝 在 翼 缘 边 缘 应 绕 焊 在 这 种 情 况 下, 可 以 仿 照 式 (-65) 推 导 出 翼 缘 角 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 见 下 式 h 0.7 t / (-67) w 式 中 t 为 翼 缘 厚 度 显 然 当 翼 缘 板 较 厚 时, 角 焊 缝 焊 脚 尺 寸 随 之 增 大, 采 用 双 面 角 焊 缝 连 接 的 翼 缘 板 厚 度 不 宜 超 过 mm () 端 板 螺 栓 梁 与 梁 之 间 应 保 证 刚 性 连 接, 这 是 刚 架 分 析 中 无 论 梁 的 拼 接 节 点 设 在 哪 一 位 置, 梁 总 是 5

104 可 以 作 为 连 续 构 件 计 算 的 前 提 为 此 端 板 应 当 伸 出 梁 受 拉 翼 缘 的 外 侧 ( 图 -7), 并 在 受 拉 翼 缘 的 上 下 侧 分 别 布 置 螺 栓 如 果 拼 接 部 位 梁 的 弯 矩 不 发 生 变 号, 则 在 受 压 翼 缘 一 侧 端 板 可 以 不 伸 出 翼 缘 端 板 间 的 连 接 一 般 采 用 高 强 度 螺 栓, 连 接 型 式 可 以 是 摩 擦 型 的 或 承 压 型 的, 螺 栓 群 的 承 载 力 设 计 值 应 大 于 梁 端 的 弯 矩 和 剪 力 设 计 值 有 时 会 遇 见 内 力 很 小 的 情 况, 按 照 门 架 规 程 要 求, 连 接 应 至 少 能 承 受 相 当 于 构 件 截 面 承 载 力 一 半 的 内 力 作 用 ) 采 用 高 强 度 螺 栓 摩 擦 型 连 接 时, 应 按 下 列 公 式 计 算 : N N v b v Nt + / γ (-68) b N t 式 中 N v 一 个 高 强 度 螺 栓 所 受 到 的 剪 力 N v = V / n (-69) V 螺 栓 群 承 受 的 剪 力 设 计 值, 但 不 应 小 于 0.5h t ; n 螺 栓 个 数 ; b N v 一 个 高 强 度 螺 栓 的 受 剪 承 载 力 设 计 值, 按 下 式 计 算 N = 0. n μp (-70) b v 9 n 传 力 摩 擦 面 数 目, 在 端 板 连 接 中 取 ; μ 摩 擦 面 的 抗 滑 移 系 数, 按 表 -4 采 用 ; P 一 个 高 强 度 螺 栓 的 预 拉 力, 按 表 -5 采 用 ; N t 一 个 高 强 度 螺 栓 所 承 受 的 拉 力, 在 端 板 连 接 中 受 拉 最 大 螺 栓 的 拉 力 可 按 下 式 计 算 M N (-7) = t i M 螺 栓 群 承 受 的 弯 矩 设 计 值, 但 不 应 小 于 0.5W e ; W e 梁 端 有 效 截 面 模 量 ; 端 板 受 拉 侧 最 外 缘 螺 栓 中 心 到 螺 栓 群 中 和 轴 的 距 离 ; i 螺 栓 群 中 各 个 螺 栓 距 螺 栓 群 中 和 轴 的 距 离 ; b N t 一 个 高 强 度 螺 栓 的 受 拉 承 载 力 设 计 值, 按 下 式 计 算 t N v = 0. 8P (-7) 摩 擦 面 的 抗 滑 移 系 数 μ 表 -4 w w v 在 连 接 处 构 件 接 触 面 的 处 理 方 法 Q5 构 件 的 钢 号 Q45 54

105 喷 砂 ( 丸 ) 喷 砂 ( 丸 ) 后 涂 无 机 富 锌 漆 喷 砂 ( 丸 ) 后 生 赤 锈 钢 丝 刷 清 除 浮 锈 或 未 经 处 理 的 干 净 轧 制 表 面 螺 栓 的 性 能 等 级 一 个 高 强 度 螺 栓 的 预 拉 力 P (kn) 表 -5 螺 栓 公 称 直 径 (mm) M6 M0 M M4 M7 M0 8.8 级 级 ) 采 用 高 强 度 螺 栓 承 压 型 连 接 时, 应 符 合 下 列 公 式 的 要 求 N N + γ (-7a) v t ( ) ( ) / b b Nv Nt N /. (-7b) v b N c 式 中 N N 螺 栓 承 受 的 剪 力 和 拉 力, 分 别 按 式 (-69) (-7) 计 算 ; v t b N v 一 个 高 强 度 螺 栓 的 受 剪 承 载 力 设 计 值, 按 下 式 计 算 N b v π d b = nv v (-74) 4 n v 受 剪 面 数, 在 端 板 连 接 中 取 ; d 螺 栓 杆 直 径 ; b v 螺 栓 的 抗 剪 强 度 设 计 值 ; b N t 一 个 高 强 度 螺 栓 的 受 拉 承 载 力 设 计 值, 按 下 式 计 算 N b t π d e b = t (-75) 4 d e 螺 栓 在 螺 纹 处 的 有 效 直 径 ; b t 螺 栓 的 抗 拉 强 度 设 计 值 ; b N c 一 个 高 强 度 螺 栓 的 承 压 承 载 力 设 计 值, 按 下 式 计 算 t b N c = d t c (-76) t 端 板 厚 度, 当 连 接 接 头 两 侧 端 板 厚 度 不 等 时, 应 取 较 薄 厚 度 ; b c 螺 栓 的 承 压 强 度 设 计 值 在 可 能 的 条 件 下, 螺 栓 宜 尽 量 布 置 在 靠 近 翼 缘 板 或 腹 板 的 地 方, 这 样 可 以 使 构 件 的 传 力 路 线 少 绕 路, 有 利 于 端 板 的 受 力 () 端 板 尺 寸 55

106 端 板 横 向 尺 寸 应 大 于 梁 的 翼 缘 宽 度 5~0mm, 以 给 梁 翼 缘 的 焊 接 留 有 位 置 端 板 高 度 方 向 的 尺 寸 与 翼 缘 外 侧 的 螺 栓 排 列 有 关, 假 如 端 板 伸 出 翼 缘, 则 外 伸 长 度 一 般 可 为 螺 栓 孔 径 的 ~4 倍 ; 如 果 在 始 终 受 压 的 翼 缘 外 侧 不 配 置 螺 栓, 则 端 板 只 要 突 出 翼 缘 外 侧 0mm 左 右 就 可 以 了 端 板 厚 度 的 确 定 与 螺 栓 受 拉 后 产 生 的 端 板 应 力 有 关 端 板 受 力 过 程 中, 梁 翼 缘 和 腹 板 构 成 其 一 定 的 支 承 边 界, 在 螺 栓 拉 力 作 用 下 平 板 区 格 达 到 极 限 状 态, 板 上 形 成 了 塑 性 铰 线, 采 用 极 限 平 衡 方 法 可 推 导 出 为 了 防 止 端 板 塑 性 破 坏 所 需 的 厚 度 可 以 把 端 板 区 格 分 成 不 同 类 型, 计 算 其 所 需 的 最 小 厚 度, 参 见 以 下 各 式 和 图 -7, 按 其 中 最 小 值 取 对 应 的 钢 板 规 格 作 为 端 板 的 设 计 厚 度 但 端 板 的 最 小 厚 度 不 应 小 于 6mm, 以 保 证 必 要 的 刚 度 伸 臂 区 格 ( 端 板 外 伸 时 且 无 加 劲 肋 的 外 伸 部 分 ): t 6 enγ b t (-77a) 两 相 邻 边 支 承 区 格 ( 端 板 外 伸 时 ): t 6 ee wntγ [ eb+ e( e+ e)] w w (-77b) 两 相 邻 边 支 承 区 格 ( 端 板 平 齐 时 ): t ee wntγ [ eb+ 4 e( e+ e)] w w (-77c) 三 边 支 承 区 格 : t 6 ee Nγ [ e ( b b ) 4 e ] w t w + s + (-77d) 无 加 劲 类 的 区 格 : t ewntγ (0.5 a+ e ) w (-77e) 式 中 N t 一 个 高 强 度 螺 栓 的 受 拉 承 载 力 设 计 值 ; e w e 螺 栓 中 心 至 腹 板 和 翼 缘 板 表 面 的 距 离 ( 参 见 图 -7); b b s 端 板 和 加 劲 板 的 宽 度 ( 参 见 图 -7); a 螺 栓 中 心 间 距 离 ; 端 板 钢 材 的 抗 拉 强 度 设 计 值 γ 系 数, 对 于 非 抗 震 设 计, γ = γ 0 ; 对 于 抗 震 设 计, γ = γ RE 计 算 表 明, 悬 臂 区 格 往 往 决 定 了 端 板 的 板 厚, 所 以 采 用 外 伸 板 中 间 加 劲 的 方 式 有 助 于 减 少 端 板 厚 度 (4) 梁 腹 板 厚 度 当 端 板 连 接 采 用 图 -7(a) 所 示 无 加 劲 肋 的 构 造 形 式 时, 尚 应 按 式 (-78) 验 算 梁 腹 板 在 中 部 高 强 度 螺 栓 的 拉 力 作 用 下 的 抗 拉 强 度 : 当 Nt 0.4P时 0.4P / γ (-78a) et w w 56

107 当 Nt > 0.4P时 N et t / w w γ (-78b) 式 中 N t 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 ; 梁 腹 板 钢 材 的 抗 拉 强 度 设 计 值 当 不 满 足 式 (-78) 的 要 求 时, 可 设 置 腹 板 的 加 劲 肋 或 局 部 加 厚 腹 板.5. 梁 柱 连 接. 刚 接 节 点 门 式 刚 架 边 柱 和 刚 架 梁 一 般 处 理 成 刚 接 节 点, 承 受 吊 车 荷 载 时 或 要 求 横 向 框 架 有 较 大 抗 侧 刚 度 时, 中 柱 柱 顶 与 刚 架 梁 也 处 理 成 刚 接 刚 接 节 点 能 够 传 递 弯 矩 并 保 证 在 工 作 状 态 下 梁 柱 之 间 的 相 对 转 角 等 于 或 接 近 于 零 边 柱 和 刚 架 梁 的 连 接 节 点 有 三 种 基 本 形 式 : 即 梁 的 端 板 竖 放 横 放 或 斜 放 ( 图 -8a b c) 可 以 看 出 这 类 节 点 都 属 于 端 板 式 节 点, 且 都 用 高 强 度 螺 栓 连 接 对 比 竖 放 的 端 板 连 接 和 横 放 的 端 板 连 接 : 前 者 梁 上 的 竖 向 力 全 部 需 由 连 接 处 的 螺 栓 抗 剪 来 传 递, 而 后 者 则 转 化 为 对 柱 顶 的 压 力, 而 当 屋 盖 的 风 吸 力 大 于 屋 盖 自 重 时 也 会 使 柱 顶 受 拉, 但 两 者 都 减 轻 了 对 螺 栓 抗 剪 承 载 力 的 需 求 ; 此 外, 端 板 横 放 也 便 于 工 地 安 装 所 以 端 板 横 放 是 用 得 较 为 普 遍 的 一 种 连 接 方 式 图 -8 梁 柱 刚 接 节 点 梁 柱 端 板 连 接 的 计 算 要 点 与 梁 - 梁 节 点 基 本 相 同, 此 处 不 赘 述 当 端 板 竖 放 时, 在 与 梁 翼 缘 对 应 的 位 置, 柱 子 上 要 分 别 设 顶 板 与 横 向 加 劲 肋, 以 防 梁 翼 缘 产 生 的 集 中 力 将 柱 子 翼 缘 压 曲 或 拉 伸 变 形 ; 同 理, 当 端 板 横 放 时, 在 与 柱 子 翼 缘 对 应 的 位 置, 梁 要 设 端 部 封 板 ( 类 似 柱 子 的 顶 板 ) 以 及 横 向 加 劲 肋 顶 板 和 加 劲 肋 之 间 围 成 的 区 域 成 为 节 点 域, 这 个 区 域 要 承 受 因 为 节 点 域 边 缘 的 弯 矩 引 起 的 剪 应 力 节 点 域 的 抗 剪 强 度 按 以 下 公 式 计 算 : 式 中 M τ = v / γ (-79) h h t b c w M 节 点 承 受 的 弯 矩 ; h b h c t w 分 别 为 节 点 处 梁 柱 腹 板 的 高 度 和 节 点 域 钢 板 的 厚 度 为 了 防 止 节 点 域 在 剪 力 作 用 下 的 局 部 失 稳, 可 以 在 节 点 域 内 设 置 斜 加 劲 肋 ( 图 -8) 图 -8(d) 是 中 柱 刚 接 的 情 况 中 柱 设 一 顶 板, 与 梁 的 下 翼 缘 连 接 ; 对 应 柱 翼 缘 的 位 置, 57

108 梁 腹 板 设 两 道 加 劲 肋 连 接 和 节 点 域 的 计 算 方 法 与 边 柱 - 刚 架 梁 节 点 相 同, 但 在 应 用 式 (-79) 时 M 取 柱 端 弯 矩. 铰 接 节 点 中 柱 和 梁 可 以 铰 接 连 接, 构 造 如 图 -9 所 示 如 果 柱 脚 也 是 铰 接 的, 则 该 节 点 对 柱 只 传 递 轴 力 ; 若 柱 脚 刚 接, 则 该 节 点 也 传 递 剪 力 柱 顶 一 般 配 置 或 4 个 高 强 度 螺 栓, 布 置 在 柱 子 腹 板 高 度 范 围 内 作 为 铰 接 连 接, 不 应 把 螺 栓 布 置 到 柱 子 翼 缘 外 侧 梁 腹 板 上 的 加 劲 肋 仍 然 是 必 需 的, 因 为 这 种 节 点 毕 竟 能 抵 抗 一 定 弯 矩, 但 加 劲 肋 不 必 沿 梁 腹 板 全 高 布 置, 而 只 需 布 置 在 靠 柱 子 的 一 侧 ( 图 -9) 图 -9 梁 与 中 柱 的 铰 接 连 接.5. 柱 脚 柱 脚 是 连 接 柱 子 与 基 础 的 节 点 刚 架 柱 柱 脚 在 横 向 框 架 平 面 内 可 以 设 计 成 铰 接 或 刚 接 刚 接 柱 脚 的 设 计 将 在 第 4 章 内 详 细 叙 述, 这 里 说 明 铰 接 柱 脚 的 设 计. 铰 接 柱 脚 构 造 H 形 钢 柱 的 底 面 焊 接 一 平 钢 板, 称 为 底 板 底 板 搁 置 在 混 凝 土 基 础 顶 面 ; 混 凝 土 基 础 内 预 先 埋 置 钢 锚 栓, 通 过 锚 栓 将 柱 脚 底 板 连 接 在 混 凝 土 基 础 上 ( 图 -40) 图 -40 铰 接 柱 的 构 造 底 板 的 作 用 主 要 是 把 柱 子 的 压 力 扩 散 到 混 凝 土 基 础 顶 面, 因 为 钢 材 强 度 高, 即 使 柱 子 轴 压 应 力 只 有 钢 材 强 度 设 计 值 的 /0, 对 Q5 钢 材 而 言 仅 为 MPa, 也 超 过 了 一 般 基 础 所 用 C0 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 柱 底 剪 力 首 先 靠 底 板 和 混 凝 土 基 础 之 间 的 摩 擦 力 来 抵 抗 当 这 一 摩 擦 力 不 足 以 抵 抗 柱 底 剪 力 时, 门 架 规 程 要 求 在 柱 底 设 置 抗 剪 键, 而 不 利 用 锚 栓 自 身 的 抗 剪 强 度 抗 剪 键 可 以 是 钢 板 角 钢 或 者 槽 钢, 一 端 焊 接 在 柱 子 底 板, 利 用 自 身 与 基 础 混 凝 土 的 接 触 承 压 来 平 衡 柱 底 剪 力 剪 力 键 预 先 焊 接 在 柱 底 板 下, 基 础 混 凝 土 顶 面 需 预 留 槽 位 以 插 入 剪 力 键, 柱 子 安 装 定 位 后, 需 要 将 此 槽 内 填 满 细 石 混 凝 土 为 了 实 现 这 一 工 艺, 需 要 预 留 细 石 混 凝 土 浇 注 的 孔 道 锚 栓 用 于 固 定 柱 子 当 在 风 荷 载 作 用 下 柱 子 受 拉 时, 锚 栓 用 于 传 递 拉 力 因 此 锚 栓 在 混 凝 土 中 要 有 一 定 的 锚 固 长 度, 这 可 以 根 据 钢 筋 在 混 凝 土 中 必 要 的 锚 固 长 度 来 确 定 此 长 度, 也 可 以 由 相 关 设 计 手 册 查 取 该 数 据 锚 栓 底 部 要 设 置 弯 钩, 或 者 焊 接 一 块 钢 板 以 增 强 锚 固 作 用 锚 栓 如 有 受 拉 工 况 存 在, 应 用 两 个 螺 母 将 其 固 定 锚 栓 可 以 布 置 一 对, 也 可 以 布 置 两 对 柱 底 截 面 高 度 大 于 400mm 时 宜 布 置 两 对 锚 栓 布 置 在 靠 近 腹 板 处, 对 纵 向 框 架 平 面 的 转 动 约 束 也 比 较 小, 但 因 为 土 建 施 工 的 精 度 比 较 低, 58

109 误 差 若 干 cm 的 情 况 时 有 发 生, 底 板 上 的 锚 栓 孔 洞 需 要 开 设 得 比 锚 栓 直 径 大 ~cm 工 程 上 也 常 将 锚 栓 孔 设 在 底 板 边 缘 处 锚 栓 孔 开 得 较 大 时 螺 母 下 面 一 定 要 设 置 垫 板 垫 板 是 厚 度 0mm 以 上 的 钢 板, 上 面 钻 一 直 径 大 于 锚 栓 直 径 mm 的 圆 孔 锚 栓 安 装 后, 垫 板 应 用 电 焊 与 底 板 焊 住. 铰 接 柱 脚 计 算 H () 底 板 面 积 底 板 面 积 可 先 就 柱 底 轮 廓 线 给 出 初 值, 其 宽 度 可 取 B = b+ (0 ~ 40)mm, 长 度 取 = h+ (0 ~ 40)mm, b h 是 柱 底 翼 缘 宽 度 和 截 面 高 度 根 据 初 选 的 锚 栓 直 径 ( 见 后 文 ) 可 定 下 锚 栓 孔 的 面 积 A 0, 然 后 按 下 式 校 核 底 板 面 积 是 否 满 足 混 凝 土 基 础 顶 面 的 承 压 要 求 : N σ c = BH A 0 c / γ (-80) 式 中 σ c 基 础 顶 面 混 凝 土 平 均 受 压 应 力 ; N 柱 底 最 大 轴 心 压 力 设 计 值 ; c 基 础 混 凝 土 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值, 对 C0 C5 C0 混 凝 土 分 别 取 MPa 当 不 满 足 式 (-80) 要 求 时, 应 放 大 底 板, 但 根 据 工 程 经 验, 按 以 上 方 法 初 设 的 底 板 面 积 一 般 是 能 够 满 足 要 求 的 () 底 板 厚 度 基 础 顶 面 混 凝 土 平 均 受 压 应 力 反 作 用 于 底 板, 使 底 板 受 到 面 外 弯 矩 的 作 用 底 板 可 划 分 为 悬 臂 板 ( 柱 子 翼 缘 尺 寸 外 部 的 部 分 ) 和 三 边 支 承 板 ( 柱 子 翼 缘 和 腹 板 所 围 部 分 ) 区 格 ( 图 -4) 各 区 格 底 板 的 弯 矩 效 应 为 : 对 悬 臂 板 区 格 : 对 三 边 支 承 板 区 格 : M M = 0.5σ c c (N-m/m) (-8a) = ασ a (N-m/m) (-8b) c 式 中 c 悬 臂 板 的 悬 臂 长 度 ; a 三 边 支 承 板 区 格 中 自 由 边 的 长 度, 一 般 为 腹 板 高 度, 或 两 相 邻 边 支 承 板 中 对 角 线 的 长 度 ; α 均 布 荷 载 作 用 下 三 边 支 承 板 的 弯 矩 系 数, 按 表 -6 查 取, 表 中 b 为 垂 直 于 自 由 边 的 支 承 边 长 度, 一 般 为 翼 缘 板 的 半 宽 在 两 相 邻 支 承 板 中, 为 两 支 承 边 的 相 交 点 到 对 角 线 的 垂 直 距 离, 见 图 4-9(a) 表 -6 中 没 有 列 出 b/ a <0. 的 数 据, 可 偏 安 全 地 取 为 0.05 图 -4 柱 脚 底 板 的 区 格 划 分 59

110 b / a 三 边 支 承 板 及 两 相 邻 边 支 承 板 在 均 布 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 系 数 表 α 根 据 板 上 弯 矩, 可 以 求 得 所 需 的 板 厚 : t 6 Mγ / (-8) 式 中 为 底 板 钢 材 的 抗 拉 强 度 设 计 值 根 据 计 算 选 取 相 应 标 准 规 格 的 钢 板, 但 是 底 板 的 厚 度 不 宜 小 于 6mm () 锚 栓 直 径 如 刚 架 柱 在 所 有 工 作 条 件 下 都 始 终 受 压, 则 按 门 架 规 程 规 定, 选 用 的 锚 栓 直 径 不 应 小 于 4mm 其 原 因 之 一 是 实 际 铰 接 柱 脚 具 有 一 定 嵌 固 作 用, 也 即 按 照 铰 接 计 算 的 柱 脚 实 际 上 有 一 定 程 度 的 弯 矩 存 在, 不 能 完 全 排 除 锚 栓 受 拉 的 可 能 如 果 刚 架 柱 出 现 受 拉, 则 应 满 足 计 算 所 需 的 锚 栓 直 径 锚 栓 抗 拉 计 算 方 法 与 普 通 螺 栓 相 同, 特 别 注 意 应 按 螺 纹 处 有 效 面 积 进 行 计 算 但 锚 栓 的 最 小 规 格 仍 应 满 足 4mm 直 径 (4) 剪 力 键 承 剪 面 积 柱 底 剪 力 首 先 考 虑 由 摩 擦 力 传 递 摩 擦 力 可 按 柱 底 轴 心 压 力 乘 以 摩 擦 系 数 0.4 计 算 当 出 现 此 摩 擦 力 不 足 以 抵 抗 柱 底 剪 力, 特 别 是 当 柱 子 受 拉 时, 则 需 设 置 剪 力 键 剪 力 键 所 需 的 承 剪 面 积 可 按 下 式 确 定 A Vγ / (-8) v c 式 中 V 为 柱 底 剪 力 设 计 值, 但 当 柱 子 受 有 一 定 轴 压 力 时 也 可 从 V 中 扣 除 柱 底 摩 擦 力 能 够 承 受 的 部 分 剪 力. 纵 向 排 架 平 面 内 柱 脚 节 点 的 性 质 如 果 锚 栓 贴 近 腹 板 翼 缘 布 置, 则 在 纵 向 排 架 平 面 内 柱 脚 连 接 更 接 近 铰 接 性 质 ; 但 是 为 便 于 施 工, 锚 栓 也 常 布 置 在 靠 底 板 边 缘 的 地 方, 只 要 对 底 板 没 有 特 别 加 强, 底 板 面 外 变 形 还 是 较 容 易 发 生, 仍 可 将 纵 向 排 架 平 面 内 的 柱 脚 性 质 视 为 铰 接 [ 例 -6] 铰 接 柱 脚 的 设 计 设 计 例 [-] 中, 变 截 面 刚 架 的 柱 脚, 柱 脚 形 式 如 图 -4, 锚 栓 采 用 B 级 螺 栓, t b =40N/mm 混 凝 土 基 础 使 用 C5, c =.9N/mm, 底 板 设 置 抗 剪 键 底 板 钢 材 采 用 Q5, = 5N/mm, v = 5N/mm, 图 -4 例 -6 柱 脚 示 意 图 60

111 . 底 板 面 积 根 据 柱 底 外 包 轮 廓 线 给 出 底 板 尺 寸 初 选 值 B= b+ 0 = = 90mm, 取 00mm H = = 96mm, 取 00mm 初 选 螺 栓 孔 直 径 4mm, 底 板 上 的 锚 栓 孔 洞 直 径 为 50mm, A 0 = 98mm 基 础 混 凝 土 采 用 C5 混 凝 土, =.9N / mm c N σ c = = =.0N/mm < =.9N/mm BH A 底 板 厚 度 0 A 区 格,C( 悬 臂 板 的 悬 臂 长 度 ) 为 7mm M = = = 0.5σ cc N mm/mm B 区 格, b = 98mm, a = 50mm, 则 查 表 -6, α = M b a = = ασ = = 0.9 ca N mm/mm 取 较 大 区 格 弯 矩 计 算 板 厚 t 6M B 区 格 : t = = 8.7mm 5 取 板 底 厚 度. 锚 栓 直 径 t = 6mm c 在 组 合 组 合 (.D+.4 W,.0D+.4W ) 下, 刚 架 柱 受 拉, 即 需 要 计 算 所 需 锚 栓 直 径 组 合 下 有 拉 力 最 大 值 N ma = 7.96kN, d N ma 0 = = b π t π 取 d 0 = 4mm ( d e =.mm ) 4. 剪 力 键 所 需 的 承 剪 面 积.4mm 组 合 (.0D+.4W ) 时, 柱 底 剪 力 V = 5.48kN, 此 时 左 柱 受 拉 在 底 板 下 设 置 一 抗 剪 键 块, 其 面 积 / c = = 4mm, 取 长 度 为 00mm 的 70 5 A V A = = 7000mm > 4mm 角 钢, 其 面 积 6

112 . 6 柱 间 支 撑 设 计.6. 柱 间 支 撑 的 布 置 与 功 能. 中 述 及 屋 面 支 撑 时, 已 说 明 柱 间 支 撑 与 屋 面 支 撑 一 般 在 同 一 开 间 布 置, 以 形 成 结 构 的 整 体 性 在 厂 房 两 端 ( 有 温 度 缝 时 则 为 温 度 区 间 的 两 端 ) 开 间 或 端 头 第 二 个 开 间, 一 般 应 设 置 柱 间 支 撑 门 架 规 程 要 求 无 吊 车 的 厂 房 每 隔 0~45m 设 置 一 道 支 撑, 有 吊 车 的 厂 房 每 隔 60m 应 有 一 道 支 撑 有 吊 车 的 厂 房 一 般 需 设 刚 性 支 撑, 所 以 支 撑 的 间 距 要 求 看 上 去 反 而 宽 松 些 轻 型 厂 房 门 式 刚 架 的 柱 间 支 撑 大 多 采 用 交 叉 布 置 形 式, 也 称 十 字 形 支 撑 设 置 桥 式 吊 车 的 厂 房 中, 一 般 以 吊 车 梁 为 界, 设 上 下 两 道 支 撑, 参 见 图 -0 有 些 厂 房 有 连 续 布 置 的 设 备, 交 叉 支 撑 会 影 响 生 产 工 艺, 在 这 种 情 况 可 以 采 用 其 他 形 式 的 支 撑, 如 人 字 形 支 撑 门 形 支 撑 等, 参 见 第 4 章 柱 间 支 撑 的 作 用, 首 先 是 形 成 纵 向 排 架 平 面 内 的 几 何 不 变 体, 因 为 纵 向 排 架 平 面 是 H 形 钢 柱 的 弱 轴 方 向, 柱 子 两 端 通 常 都 作 为 铰 接 处 理 柱 间 支 撑 的 再 一 个 重 要 作 用 是 抵 抗 纵 向 排 架 平 面 内 的 水 平 力, 包 括 风 荷 载 和 吊 车 纵 向 水 平 制 动 力, 原 因 也 是 因 为 柱 子 沿 这 一 方 向 的 抗 侧 力 很 小 柱 间 支 撑 还 可 为 柱 子 提 供 侧 向 支 撑 点, 当 设 双 道 支 撑 时, 柱 子 中 间 有 一 个 侧 向 支 承 点, 整 体 稳 定 性 将 显 著 提 高 厂 房 结 构 安 装 时, 一 定 要 先 安 装 支 撑 开 间, 使 得 搭 建 起 来 的 部 分 结 构 立 刻 成 为 几 何 不 变 体, 这 是 支 撑 的 又 一 重 要 功 能.6. 柱 间 支 撑 的 截 面 构 造 和 计 算 支 撑 斜 杆 以 能 否 有 效 抵 抗 轴 压 力 而 分 为 柔 性 支 撑 和 刚 性 支 撑 读 者 在 屋 面 结 构 中 已 经 了 解 到 张 紧 的 圆 钢 可 以 作 为 柔 性 支 撑, 这 类 支 撑 同 样 用 于 柱 间 支 撑, 其 构 造 计 算 要 点 与 屋 面 柔 性 支 撑 都 相 仿, 此 处 不 重 复 说 明 设 置 桥 式 吊 车 的 厂 房 要 求 设 置 刚 性 支 撑 这 是 因 为 柔 性 支 撑 虽 然 可 以 通 过 抵 抗 拉 力 而 平 衡 水 平 荷 载, 但 其 刚 度 较 小, 当 桥 式 吊 车 运 行 和 制 动 时, 仅 设 置 柔 性 支 撑 的 厂 房 往 往 发 生 可 以 感 知 的 晃 动, 造 成 不 适 的 心 理 感 觉 刚 性 支 撑 位 于 端 开 间 ( 或 第 二 开 间 ) 以 外 的 其 余 位 置, 且 一 般 下 道 支 撑 为 刚 性 支 撑, 上 道 支 撑 仍 可 为 柔 性 支 撑 刚 性 支 撑 可 以 采 用 角 钢 槽 钢 工 字 形 钢 等 热 轧 型 钢 或 钢 管 支 撑 构 件 两 端 铰 接 于 柱 子, 通 常 采 用 节 点 板 连 接 图 -4 是 刚 性 支 撑 的 部 分 实 例 图 -4(a) 为 两 根 交 叉 的 单 角 钢, 中 间 相 交 位 置 设 一 连 接 板, 角 钢 边 缘 焊 在 连 接 板 上 支 撑 平 面 内 的 计 算 长 度 可 取 为 节 点 中 心 到 交 叉 点 间 的 距 离 支 撑 平 面 外 的 计 算 长 度 λ 0, 对 拉 杆 取 λ 0 = λ; 对 压 杆 可 采 用 以 下 规 定 : 当 相 交 另 一 杆 受 压 时 6

113 N λ 0 =λ ( + 0 ) (-84a) N 当 相 交 另 一 杆 受 拉 时 N0 l 0 = l 0.5l (-84b) 4N 式 中 λ 支 撑 几 何 长 度, 取 支 撑 与 框 架 相 连 的 两 端 节 点 间 的 距 离 ; N N 0 所 计 算 支 撑 的 轴 力 和 相 交 另 一 杆 的 轴 力, 均 取 绝 对 值 式 (-84) 适 用 于 两 角 钢 截 面 相 等 的 情 况, 这 是 门 式 刚 架 设 计 时 的 一 般 情 况 角 钢 端 部 通 过 节 点 板 连 接 在 柱 子 腹 板 上, 必 要 时 应 在 节 点 板 上 方 或 柱 子 腹 板 的 另 侧 设 一 水 平 加 劲 肋, 以 防 止 柱 子 腹 板 受 到 较 大 的 面 外 力 而 导 致 破 坏 两 个 交 叉 的 槽 钢 支 撑 构 造 与 上 相 仿, 背 对 背 地 互 相 交 叉 ( 图 -4b), 这 种 情 况 下 支 撑 构 件 计 算 长 度 的 确 定 与 上 述 角 钢 计 算 长 度 的 算 法 完 全 相 同 槽 钢 支 撑 也 可 采 用 图 -4(c) 的 方 式, 即 两 个 槽 钢 的 轴 线 过 同 一 平 面, 交 汇 处 有 一 支 撑 断 开, 焊 接 在 连 接 板 上 支 撑 平 面 内 的 计 算 长 度 仍 取 为 节 点 中 心 到 交 叉 点 间 的 距 离, 对 应 弱 轴 方 向 的 较 小 的 回 转 半 径 值 受 压 杆 支 撑 平 面 外 的 计 算 长 度 λ 0 可 采 用 以 下 规 定 : 当 相 交 另 一 杆 受 压, 此 另 一 杆 在 交 叉 点 处 断 开 靠 节 点 板 连 续 时 π N0 0 = + l l (-84a) N 当 相 交 另 一 杆 受 拉, 且 该 拉 杆 在 交 叉 点 断 开 靠 节 点 板 连 续 时 N0 l 0 = l 0.5l (-8b) 4N 当 断 开 的 杆 为 压 杆, 连 续 杆 为 拉 杆 时, 若 N0 N 或 拉 杆 在 平 面 外 的 抗 弯 刚 度 EI N0λ 4π ( N N 0 ) 时, 取 λ0 = 0. 5λ 图 -4(d) 是 采 用 一 对 角 钢 的 支 撑 方 案 每 一 斜 向 都 有 两 根 角 钢, 中 间 连 以 斜 缀 条, 缀 条 可 以 采 用 圆 钢 扁 钢 或 小 规 格 角 钢 这 样 在 支 撑 平 面 外, 角 钢 就 是 一 格 构 式 构 件, 具 有 较 大 的 截 面 回 转 半 径 在 与 另 一 斜 向 角 钢 交 叉 处, 一 般 断 开 其 中 任 一 斜 向 的 角 钢, 将 其 焊 在 连 接 板 上 当 柱 子 翼 缘 宽 度 较 大 时, 角 钢 可 以 直 接 焊 接 在 翼 缘 上 ; 也 可 在 柱 子 翼 缘 上 焊 出 一 块 节 点 板, 而 将 角 钢 用 螺 栓 或 焊 缝 连 接 其 上 刚 性 支 撑 与 地 面 的 交 角 宜 控 制 在 0 度 到 60 度 之 间 过 陡 的 支 撑 其 抗 侧 效 率 将 大 大 降 低 图 -4 刚 性 支 撑 的 构 造 6

114 采 用 型 钢 的 刚 性 支 撑 一 般 不 存 在 局 部 失 稳 的 问 题, 所 以 支 撑 计 算 内 容 包 括 净 截 面 强 度 整 体 稳 定 满 足 刚 度 要 求, 以 及 支 撑 连 接 节 点 部 位 的 焊 缝 螺 栓 节 点 板 的 强 度 和 稳 定 性 无 吊 车 梁 时 受 压 支 撑 的 长 细 比 不 宜 大 于 00, 有 吊 车 梁 时 受 压 支 撑 的 长 细 比 不 宜 大 于 50; 无 吊 车 梁 时 受 拉 支 撑 长 细 比 不 宜 大 于 400, 有 吊 车 梁 时 不 宜 大 于 00, 但 对 张 紧 的 圆 钢 支 撑 不 作 长 细 比 的 限 制.7 等 截 面 实 腹 式 门 式 刚 架 塑 性 分 析.7. 塑 性 分 析 的 简 单 概 念 减 轻 工 业 厂 房 钢 结 构 重 量 的 另 一 途 径 是 充 分 利 用 钢 材 的 塑 性 性 质, 对 门 式 刚 架 进 行 塑 性 设 计 塑 性 设 计 具 有 和 前 述 利 用 构 件 屈 曲 后 强 度 的 变 截 面 构 件 门 式 刚 架 完 全 不 同 的 设 计 原 则 塑 性 设 计 是 在 超 静 定 结 构 体 系 中 利 用 了 塑 性 后 内 力 重 分 布 的 机 理, 使 该 结 构 体 系 在 形 成 机 构 对 荷 载 的 继 续 增 加 丧 失 承 载 能 力 以 前, 具 有 远 高 于 仅 利 用 构 件 某 一 截 面 极 限 承 载 强 度 时 的 承 载 能 力 假 如 一 理 想 化 的 门 式 刚 架 如 图 -44 所 示, 设 柱 子 刚 度 和 截 面 承 载 力 都 远 远 高 于 梁, 则 在 竖 向 均 布 荷 载 作 用 下, 梁 端 由 屈 服 进 入 塑 性, 最 后 梁 中 点 也 形 成 塑 性 铰, 结 构 变 成 机 构 根 据 理 论 分 析 最 终 状 态 相 对 梁 端 屈 服 状 态, 结 构 可 以 多 承 担 50% 的 竖 向 荷 载, 也 即 按 机 构 状 态 进 行 设 计 的 话, 结 构 构 件 的 截 面 将 会 大 大 减 小 图 -44 门 式 刚 架 在 均 布 荷 载 作 用 下 的 塑 性 发 展 过 程 超 静 定 结 构 中 为 实 现 内 力 重 分 布, 必 须 使 先 期 达 到 塑 性 铰 的 截 面 及 其 相 邻 一 段 范 围 内 的 截 面 能 够 在 内 力 重 分 布 的 过 程 中, 保 持 其 极 限 承 载 力 或 在 真 实 情 况 下 该 截 面 承 载 力 继 续 略 有 增 长 为 此, 在 结 构 体 系 变 成 机 构 之 前, 杆 件 不 能 发 生 整 体 失 稳, 组 成 杆 件 的 板 件 不 能 发 生 局 部 失 稳 这 样, 凡 是 期 待 其 上 发 展 塑 性 铰 的 钢 梁 或 钢 柱, 其 板 件 宽 厚 比 必 须 相 对 较 小, 构 件 在 平 面 外 也 要 有 足 够 的 支 撑, 防 止 构 件 屈 服 前 后 发 生 失 稳 为 了 保 证 塑 性 设 计 意 图 能 够 实 现, 我 国 钢 结 构 设 计 规 范 对 进 行 塑 性 设 计 的 结 构 构 件 的 长 细 比 和 宽 厚 比 规 定 了 严 格 的 上 限 值 如 受 压 构 件 的 长 细 比 不 宜 大 于 0 5/, 构 件 出 现 塑 性 铰 的 截 面 到 相 邻 支 承 点 之 间 的 平 面 外 长 细 比 上 限, 随 弯 矩 的 大 小 和 方 向 而 有 严 格 的 规 定 ; 工 字 形 截 面 外 伸 翼 缘 宽 厚 比 不 超 过 9 5/, 箱 形 截 面 两 腹 板 间 的 翼 缘 宽 厚 比 不 超 σ 过 0 5/, 无 纵 向 加 劲 肋 时 腹 板 的 高 宽 比 不 得 超 过 ( 7 00 ) 5/ ( 当 σ < 0.7 σ 5 ( 当 0. 7 ), 这 里 σ 为 构 件 的 平 均 压 应 力 ( 当 构 件 受 拉 时 可 ); 或 5/ 64

115 取 σ =0) 可 以 看 出 这 些 要 求 比 门 架 规 程 的 相 应 规 定 要 严 格 得 多.7. 门 式 刚 架 塑 性 分 析 方 法 简 介 若 刚 架 在 荷 载 作 用 下, 由 于 杆 件 端 部 集 中 荷 载 作 用 处 连 接 部 位 或 其 它 可 能 的 位 置 形 成 足 够 数 量 的 塑 性 铰 而 变 为 机 构, 并 将 这 一 状 态 作 为 结 构 的 承 载 能 力 极 限 状 态 进 行 设 计, 就 是 刚 架 的 塑 性 设 计 判 断 刚 架 是 否 进 入 是 否 恰 好 位 于 这 种 极 限 状 态, 需 要 用 三 个 条 件 来 衡 量, 即 机 构 条 件 屈 服 条 件 和 平 衡 条 件 所 谓 机 构 条 件, 即 当 刚 架 因 各 部 位 生 成 足 够 数 量 的 可 保 持 任 意 转 动 状 态 的 塑 性 铰, 从 而 已 不 复 维 持 静 定 状 态 的 条 件 所 谓 屈 服 条 件, 即 在 构 成 刚 架 的 各 个 杆 件 截 面 上 的 轴 力 和 弯 矩 两 者 的 组 合, 达 到 或 低 于 该 截 面 在 这 两 者 联 合 作 用 下 的 塑 性 状 态 ; 从 理 论 上 说, 在 假 定 理 想 弹 塑 性 材 料 本 构 关 系 的 前 提 下, 这 种 塑 性 状 态 被 超 过 是 不 可 能 的 所 谓 平 衡 条 件, 即 结 构 整 体 或 任 一 局 部 隔 离 体, 都 满 足 内 外 力 的 合 力 ( 包 括 力 和 力 矩 ) 为 零 的 条 件 分 析 结 构 的 极 限 荷 载 时, 若 能 同 时 满 足 机 构 条 件 屈 服 条 件 和 平 衡 条 件, 则 可 以 得 到 唯 一 的 解, 也 是 结 构 的 真 实 极 限 荷 载 若 仅 同 时 满 足 机 构 条 件 和 平 衡 条 件, 则 得 到 极 限 荷 载 的 上 限 解, 在 这 种 情 况 下 的 解 题 方 法 称 为 机 构 法 或 机 动 法 ; 若 仅 同 时 满 足 屈 服 条 件 和 平 衡 条 件, 则 得 到 极 限 荷 载 的 下 限 解, 这 对 应 的 解 题 方 法 称 为 静 力 法 对 于 刚 架 这 样 超 静 定 次 数 可 能 较 多 的 结 构, 极 限 分 析 的 基 本 方 法 是 机 构 法 各 种 结 构 力 学 教 程 都 介 绍 了 机 构 法 的 基 本 原 理 和 方 法 把 极 限 分 析 方 法 应 用 到 实 际 结 构 中, 需 要 注 意 如 下 问 题 首 先 是 分 析 路 径 问 题 刚 架 设 计 的 极 限 分 析 有 两 个 主 要 路 径 第 一, 从 已 知 结 构 出 发, 求 一 定 荷 载 分 布 条 件 下 的 极 限 荷 载 ; 第 二, 从 已 知 荷 载 出 发, 求 满 足 极 限 状 态 条 件 的 杆 件 截 面 虽 然 结 构 设 计 的 程 序 与 第 二 条 路 径 相 近, 但 实 际 结 构 设 计 时, 则 往 往 是 先 由 经 验 假 定 了 结 构 构 件, 而 后 再 进 行 分 析 结 构 真 正 达 到 所 谓 极 限 状 态, 需 要 同 时 满 足 机 构 条 件 屈 服 条 件 ( 所 有 为 形 成 机 构 所 必 需 的 塑 性 铰 截 面 都 达 到 极 限 弯 矩, 而 其 余 截 面 均 未 达 到 这 一 极 限 弯 矩 ) 和 平 衡 条 件 设 定 的 杆 件 截 面 在 给 定 的 荷 载 条 件 下, 并 不 能 完 全 满 足 这 些 条 件, 所 以, 极 限 分 析 过 程 是 不 断 调 整 杆 件 截 面 的 过 程 显 而 易 见, 在 各 种 荷 载 组 合 情 况 下 进 行 反 复 分 析, 最 后 得 以 形 成 在 一 种 或 若 干 种 起 控 制 作 用 的 荷 载 组 合 工 况 下 可 以 实 现 极 限 状 态 的 刚 架 结 构 决 非 易 事, 这 使 得 除 少 数 非 常 有 限 的 简 单 情 况 以 外, 多 数 情 况 下 的 极 限 设 计 降 格 为 按 塑 性 设 计 的 条 件 来 验 算 一 下 结 构 是 否 有 到 达 极 限 状 态 可 能 而 已 其 次 是 荷 载 组 合 问 题 单 层 刚 架 结 构 受 到 多 种 荷 载 的 组 合 作 用, 在 结 构 弹 性 设 计 中, 可 以 将 各 种 单 一 荷 载 作 用 计 算 后, 按 不 同 的 组 合 情 况 予 以 叠 加, 极 限 分 析 则 不 能 这 样 做 对 于 每 一 种 组 合 值, 按 机 构 法, 都 需 找 出 各 种 可 能 的 机 构 状 态, 计 算 出 对 应 的 极 限 荷 载 假 如 有 一 个 单 层 多 跨 厂 房 刚 架, 各 跨 都 作 用 有 吊 车 荷 载, 则 其 极 限 状 态 的 确 定 将 不 胜 其 烦 65

116 再 次 是 极 限 弯 矩 的 确 定 问 题 当 有 轴 力 作 用 时, 杆 件 截 面 的 极 限 弯 矩 需 要 考 虑 轴 力 的 影 响 因 此, 在 柱 子 杆 件 中 的 极 限 弯 矩, 不 是 由 塑 性 弯 矩 决 定, 而 是 考 虑 轴 力 影 响 后 加 以 确 定 近 年 来, 变 截 面 门 式 刚 架 的 设 计 制 作 和 建 造 成 为 国 内 的 普 遍 模 式, 本 书 对 塑 性 设 计 方 法 的 介 绍 也 就 止 于 概 念 介 绍 66

117 思 考 题. 根 据.. 节 对 跨 度 的 定 义, 图.(d) 所 示 山 墙 面 设 置 抗 风 柱 后 如 何 规 定 山 墙 面 框 架 的 跨 数?( 单 跨 框 架 还 是 4 跨 框 架 以 及 确 定 框 架 跨 数 的 理 由 ). 怎 样 的 支 撑 系 统 才 能 使 结 构 框 架 成 为 稳 定 的 空 间 体 系?. 檩 条 中 设 置 的 拉 条 可 以 看 作 檩 条 侧 向 受 弯 时 的 支 座, 这 样 对 拉 条 的 设 计 有 什 么 要 求?.4 如 果 采 用 连 续 檩 条, 进 行 强 度 计 算 时 应 该 注 意 哪 些 问 题?.5 查 阅 冷 弯 薄 壁 型 钢 结 构 技 术 规 范 有 关 规 定, 整 理 规 范 对 非 加 劲 板 件 有 效 截 面 宽 度 的 确 定 方 法.6 若 根 据 等 强 要 求 在 端 板 上 用 角 焊 缝 连 接 梁 翼 缘, 则 焊 脚 尺 寸 与 翼 缘 厚 度 之 间 有 怎 样 的 关 系? 习 题. 若 [ 例 -] 中 檩 条 的 跨 度 变 为 7.5m, 檩 条 选 用 Q45 卷 边 C 形 冷 弯 薄 壁 型 钢 C , 其 他 荷 载 条 件 和 结 构 条 件 不 变 ( 但 拉 条 设 为 两 道 ) 计 算 檩 条 的 强 度 整 体 稳 定 和 挠 度. 对 上 述 檩 条, 设 计 其 端 部 连 接 作 出 构 造 草 图, 并 进 行 强 度 计 算. 厂 房 柱 距 为 7.5m, 墙 梁 间 距 为.5m, 两 侧 墙 板 均 为 自 承 重 压 型 钢 板 墙 面 承 受 的 风 荷 载 基 本 风 压 为 0.55 kn/m, 风 荷 载 高 度 变 化 系 数 为.0, 风 载 体 型 系 数 为 +.0 和. 设 以 卷 边 Z 形 冷 弯 薄 壁 型 钢 作 为 墙 梁 选 择 型 钢 截 面 和 钢 材 牌 号, 进 行 强 度 和 变 形 计 算.4 设 计 条 件 同. 题, 墙 梁 截 面 改 选 卷 边 槽 形 (C 形 ) 冷 弯 薄 壁 型 钢 选 择 型 钢 截 面 和 钢 材 牌 号, 进 行 强 度 和 变 形 计 算 如 已 完 成. 的 设 计, 就 两 种 情 况 作 一 对 比.5 采 用 [ 例 -] 变 截 面 刚 架 的 内 力, 但 该 例 中 柱 子 截 面 小 头 尺 寸 改 为 , 大 头 尺 寸 改 为 , 梁 的 截 面 保 持 不 变 计 算 柱 子 的 强 度 和 稳 定 性 67

118 图 - 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 结 构 体 系

119 图 - 单 层 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 结 构 布 置

120 檩 条 拉 条 斜 拉 条 (a) 屋 面 平 面 布 置 拉 条 框 架 柱 柱 间 支 撑 墙 梁 (b) 纵 墙 立 面 布 置 (c) 山 墙 立 面 布 置 图 - 单 层 单 跨 轻 型 工 业 厂 房 次 结 构 布 置 (a) 单 跨 单 坡 (b) 单 跨 双 坡 (c) 多 跨 双 坡 (d) 多 跨 多 坡 (e) 局 部 有 夹 层 的 厂 房 图 -4 多 种 形 式 的 横 向 框 架

121 表 面 风 压 风 荷 载 a) 横 风 作 用 表 面 风 压 风 荷 载 b) 纵 风 作 用 图 -5 风 作 用 方 向 和 建 筑 表 面 的 风 压 女 儿 墙 折 边 彩 压 板 女 儿 墙 压 顶 Z 型 钢 檩 条 女 儿 墙 内 面 H- 彩 色 压 型 钢 板 角 钢 连 接 件 4-/" *8 女 儿 墙 挑 出 H 型 钢 立 柱 H- 屋 面 彩 色 压 型 钢 板 排 水 天 沟 钢 板 屋 面 C 型 钢 檩 条 角 钢 连 接 件 4-/" *8 檐 口 C 型 钢 檩 条 屋 面 钢 梁 00 外 纵 墙 Z 型 钢 檩 条 变 截 面 钢 柱 女 儿 墙 外 纵 墙 彩 色 压 型 钢 板 图 -6 屋 面 结 构 构 成 4

122 系 杆 框 架 梁 支 撑 (a) 端 支 撑 布 置 在 第 一 个 开 间 刚 性 系 杆 刚 性 系 杆 (b) 端 支 撑 布 置 在 第 二 个 开 间 图 -7 屋 面 支 撑 系 统 布 置 示 意 图 (a) 压 型 钢 板 芯 材 压 型 钢 板 (b) 夹 芯 板 间 隔 金 属 件 (c) 双 层 板 夹 保 温 层 保 温 棉 图 -8 压 型 钢 板 和 夹 芯 板 5

123 图 -9 不 同 形 式 的 压 型 钢 板 C 型 F 型 图 -0 自 攻 螺 钉 示 意 图 根 据 要 求 切 割 最 后 一 块 板 后 续 板 第 一 块 板 固 定 座 固 定 座 檩 条 图 - 压 型 钢 板 的 扣 合 式 连 接 构 造 6

124 部 件 ( 滑 舌 ) 压 型 板 部 件 压 型 板 部 件 部 件 ( 基 座 ) (a) 咬 合 前 檩 条 图 - 压 型 钢 板 的 咬 合 式 连 接 构 造 (b) 咬 合 后 (a) (b) (c) (d) (e) () 图 - 轻 型 单 层 工 业 厂 房 的 檩 条 屋 脊 线 h/ (a) 刚 架 梁 (b) h/ 图 -4 拉 条 布 置 7

125 钢 管 圆 钢 图 -5 圆 钢 外 套 钢 管 的 撑 杆 式 拉 条 风 荷 载 (w) 重 力 荷 载 (D,L,S) 风 荷 载 (w) 重 力 荷 载 (D,L,S) S α0= α C α0= θ-α θ α (a) C 型 截 面 檩 条 受 力 α (b) Z 型 截 面 檩 条 受 力 (- 为 主 轴 ) q q z z L L/ L/ L/ (c) 沿 主 轴 方 向 的 受 力 (d) 沿 主 轴 方 向 的 受 力 图 -6 檩 条 计 算 简 图 8

126 h σ be + be σ 计 算 板 件 ( 翼 缘 ) σ + be be - σ 计 算 板 件 ( 翼 缘 ) t a 卷 边 t a 卷 边 h 相 邻 板 件 相 邻 板 件 b b 图 -7 檩 条 的 有 效 截 面 和 相 邻 板 件 的 概 念 σ σ σ b e b e b e σ σ e e b σ σ b e b e σ σ b e b e σ σ b e e b b σ (a) (b) 图 -8 受 压 板 件 上 有 效 宽 度 的 分 布 9

127 - (a) 采 用 热 轧 角 钢 的 檩 托 - (b) 采 用 加 劲 钢 板 的 檩 托 图 -9 檩 托 构 造 图 -0 支 座 处 檩 条 下 翼 缘 传 力 引 起 的 附 加 弯 矩 风 荷 载 e0 0 竖 向 荷 载 00 S C 0 α=4.764 (a) 檩 条 截 面 (b) 荷 载 方 向 q 6000 z q Mma z Mma (c) 计 算 简 图 (d) 弯 矩 图 0

128 he be be he 4 (e) 工 况 L 时 跨 中 截 面 应 力 分 布 ( 以 压 应 力 为 负 ) 图 - 例 - 檩 条 e (0.7,-8.8) 8.8 e e (-0.,.) e e 图 -A 工 况 L 时 的 有 效 截 面 图 -B 工 况 L 时 的 有 效 截 面 θ 00 风 荷 载 θ =9.05 α 竖 向 荷 载 =4.54 β be be ` α =4.764 ` ` (a) 檩 条 截 面 (b) 荷 载 方 向 (c) 翼 缘 与 腹 板 的 应 力 分 布 图 形 ( 以 压 应 力 为 负 ) 图 - 例 - 檩 条

129 e e e e θ (.704,-4.75) (-0.46,0.84) e e e e 图 -A 工 况 L 时 的 有 效 截 面 图 -B 工 况 L 时 的 有 效 截 面 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 (a) 受 拉 斜 杆 受 压 斜 杆 退 出 工 作 (b) 图 - 屋 面 支 撑 系 统 的 构 成 刚 性 系 杆

130 檩 条 兼 做 撑 杆 - 圆 钢 斜 杆 节 点 板 - 刚 架 梁 现 场 安 装 螺 栓 (a) (b) 檩 条 兼 做 撑 杆 节 点 板 圆 钢 斜 杆 - (c) 刚 架 梁 图 -4 节 点 板 式 连 接 圆 钢 斜 杆 角 钢 截 去 肢 尖 虚 线 角 钢 刚 架 梁 腹 板 图 -5 端 部 螺 纹 连 接

131 柱 子 梁 托 墙 梁 柱 子 (a) 墙 梁 与 柱 子 腹 板 的 连 接 梁 托 墙 梁 柱 子 墙 梁 梁 托 (b) 墙 梁 与 柱 子 翼 缘 的 连 接 图 -6 墙 梁 与 柱 子 的 连 接 4

132 梁 折 板 抗 风 柱 ( 山 墙 墙 柱 ) 图 -7 抗 风 柱 柱 顶 连 接 构 造 (a) 屋 面 竖 向 荷 载 作 用 下 弯 矩 分 布 图 (b) 横 向 风 荷 载 作 用 下 弯 矩 分 布 图 (c) 弯 矩 包 络 图 图 -8 门 式 刚 架 梁 柱 构 件 的 弯 矩 分 布 hbmin hbmin/ hbmin/ hcmin/ hcmin/ hcmin (a) 单 斜 率 柱 和 分 段 斜 率 梁 假 设 的 构 件 轴 线 与 外 表 面 平 行 (b) 双 段 斜 率 柱 和 分 段 斜 率 梁 假 设 的 构 件 轴 线 是 截 面 形 心 的 连 线 图 -9 楔 形 构 件 的 布 置 5

133 (a) 横 向 刚 架 计 算 简 图 ( 梁 柱 节 点 和 柱 脚 节 点 的 约 束 条 件 应 符 合 实 际 构 造 ) (b) 纵 向 排 架 计 算 简 图 ( 支 撑 为 圆 钢 时, 受 压 支 撑 按 退 出 工 作 考 虑 ) 图 -0 门 式 刚 架 计 算 简 图 示 意 B A 图 - 例 - 门 式 刚 架 柱 网 及 平 面 布 置 图 图 -A 风 荷 载 体 型 系 数 示 意 图 6

134 B C D 0000 A E 图 -B 等 截 面 刚 架 简 图 和 杆 件 截 面 图 6 活 荷 载 风 荷 载 风 荷 载 恒 荷 载 恒 荷 载 风 荷 载 风 荷 载 图 -C 等 截 面 刚 架 计 算 简 图 和 荷 载 简 图 7

135 图 -D 组 合 时 的 内 力 图 -E 组 合 时 的 内 力 图 -F 组 合 时 的 内 力 8

136 图 -G 组 合 4 时 的 内 力 图 -H 组 合 5 时 的 内 力 B F 4 4 C G D 0000 A E

137 图 -I 变 截 面 刚 架 计 算 简 图 和 杆 件 截 面 图 图 -J 组 合 时 的 内 力 图 -K 组 合 - 左 边 梁 柱 的 内 力 0

138 图 -L 组 合 - 右 边 梁 柱 的 内 力 图 -M 组 合 - 左 边 梁 柱 的 内 力 图 -N 组 合 - 右 边 梁 柱 的 内 力

139 图 -O 组 合 4- 左 边 梁 柱 的 内 力 图 -P 组 合 4- 右 边 梁 柱 的 内 力 图 -Q 组 合 5- 左 边 梁 柱 的 内 力

140 图 -R 组 合 5- 右 边 梁 柱 的 内 力 b b hc=hw he he t w t hw hc he he t w t (a) 腹 板 全 部 受 压 (b) 腹 板 部 分 受 压 图 - 腹 板 截 面 有 效 宽 度 的 分 布 受 压 翼 缘 hc/ 阴 影 面 积 对 轴 的 回 转 半 径 图 - 关 于 i 0 的 图 解

141 檩 条 隅 撑 图 -4 隅 撑 梁 翼 缘 面 积 A 图 -5 例 -4 刚 架 柱 he he he X 5 M X 图 -5A 有 效 截 面 参 数 计 算 6 6 号 梁 4 4 号 梁 图 -6 例 -5 刚 架 梁 4

142 he he he X 5 M X 图 -6A 左 段 梁 大 头 端 有 效 截 面 计 算 he he he X 5 M X 图 -6B 右 段 梁 大 头 端 有 效 截 面 计 算 ew b ew ( 伸 臂 ) n e e ( 两 边 ) ( 无 肋 ) e e (a) 无 加 劲 肋 的 端 板 5

143 b ew ew e e ( 三 边 ) e bs (b) 有 加 劲 肋 的 端 板 图 -7 端 板 式 节 点 梁 柱 节 点 域 梁 端 板 横 向 加 劲 肋 柱 顶 板 (a) 端 板 竖 放 (b) 端 板 横 放 梁 端 板 横 向 加 劲 肋 柱 顶 板 柱 顶 板 (c) 端 板 斜 放 图 -8 梁 柱 刚 接 节 点 (d) 中 柱 节 点 6

144 图 -9 梁 与 中 柱 的 铰 接 连 接 双 螺 母 钢 垫 板 底 板 底 板 混 凝 土 基 础 抗 剪 键 锚 栓 贴 腹 板 布 置 锚 栓 在 底 板 边 缘 的 布 置 (a) 双 锚 栓 柱 脚 图 -40 铰 接 柱 的 构 造 (b) 四 锚 栓 柱 脚 三 边 支 承 区 格 ~ d c 悬 臂 区 格 R=.5d B H 图 -4 柱 脚 底 板 的 划 分 7

145 B 区 格 抗 剪 键 505 A 区 格 R 图 -4 例 -6 柱 脚 示 意 图 (a) (b) (c) (d) 8

146 图 -4 刚 性 支 撑 的 构 造 q q q 塑 性 铰 图 -44 门 式 刚 架 在 均 布 荷 载 作 用 下 的 塑 性 发 展 过 程 9

147 第 4 章 重 型 单 层 工 业 厂 房 钢 结 构 设 计 4. 结 构 选 型 和 结 构 布 置 4.. 概 述 990 年 以 前, 我 国 国 内 绝 大 多 数 单 层 工 业 厂 房 钢 结 构 都 采 用 大 型 预 制 钢 筋 混 凝 土 屋 面 板, 墙 体 材 料 也 基 本 上 是 混 凝 土 板, 围 护 结 构 本 身 很 重, 承 重 结 构 构 件 非 常 粗 大 之 后, 随 着 前 章 所 述 轻 型 单 层 工 业 厂 房 钢 结 构 体 系 的 迅 速 发 展, 许 多 厂 房 建 筑 都 采 用 了 变 截 面 H 形 焊 接 构 件 组 成 的 门 式 刚 架 尽 管 厂 房 的 围 护 材 料 有 了 根 本 性 的 改 变, 但 是 内 部 配 置 重 型 设 备 管 线 以 及 车 间 具 有 很 大 高 度 的 工 业 厂 房, 仍 然 必 须 采 用 板 件 较 厚 的 钢 构 件 作 为 梁 ( 桁 架 ) 或 柱 相 对 前 章 所 述 的 轻 型 厂 房, 这 类 结 构 可 以 称 之 为 重 型 厂 房 在 重 型 厂 房 中, 习 惯 上 把 配 置 0 吨 ~00 吨 级 起 重 吊 车 的 车 间 叫 做 中 型 车 间, 把 配 置 了 00 吨 以 上 到 50 吨 级 起 重 吊 车 的 车 间 叫 做 重 型 车 间, 现 在 也 有 单 台 起 重 量 达 到 700 吨 的 吊 车, 即 所 谓 特 重 型 车 间 重 型 厂 房 也 有 多 层 的, 本 章 讨 论 重 型 单 层 工 业 厂 房 这 类 厂 房 可 以 是 由 横 向 框 架 和 纵 向 框 架 等 平 面 结 构 型 式 构 成 的 体 系, 也 可 以 采 用 网 架 等 空 间 结 构 型 式 本 章 只 讨 论 前 者 4.. 结 构 体 系 及 负 荷 功 能 重 型 厂 房 钢 结 构 一 般 由 檩 条 天 窗 架 屋 架 ( 也 可 采 用 实 腹 式 框 架 梁 ) 托 架 柱 吊 车 梁 制 动 梁 或 制 动 桁 架 各 种 支 撑 及 墙 架 构 件 等 组 成 ( 图 4-) 结 构 整 体 可 以 看 作 由 子 结 构 构 成 重 型 厂 房 中 重 要 的 子 结 构 体 系 分 述 如 下 图 4- 厂 房 结 构 体 系 () 横 向 框 架 由 位 于 同 轴 线 上 沿 厂 房 跨 度 方 向 布 置 的 柱 子 和 屋 架 ( 桁 架 ) 或 横 梁 组 成, 承 受 作 用 在 厂 房 上 的 横 向 水 平 荷 载 和 竖 向 荷 载, 并 将 这 些 荷 载 传 到 基 础 () 纵 向 框 架 由 位 于 同 轴 线 上 垂 直 厂 房 跨 度 方 向 布 置 的 柱 子 托 架 或 连 系 梁 吊 车 梁 柱 间 支 撑 等 构 成, 承 受 纵 向 水 平 荷 载 柱 子 是 纵 向 框 架 与 横 向 框 架 共 有 的 构 件, 也 即 横 向 框 架 和 纵 向 框 架 的 划 分 不 是 绝 对 的, 厂 房 本 身 是 具 有 空 间 刚 度 的 一 个 整 体 () 屋 盖 结 构 由 檩 条 天 窗 架 屋 架 托 架 及 屋 盖 支 撑 构 成 屋 盖 结 构 直 接 承 受 屋 面 竖 向 荷 载, 并 承 受 在 屋 盖 结 构 高 度 范 围 内 纵 横 两 向 风 荷 载 ; 吊 车 水 平 荷 载 也 可 能 经 由 刚 度 较 大 的 屋 盖 系 统 传 递 (4) 吊 车 梁 及 制 动 系 统 由 吊 车 梁 和 制 动 梁 或 制 动 桁 架 构 成, 直 接 承 受 吊 车 竖 向 荷 载 与 纵 横 两 向 的 水 平 荷 载, 包 括 启 动 时 的 惯 性 力 刹 车 时 的 惯 性 力 和 行 走 时 的 横 向 摇 摆 力 (5) 支 撑 系 统 可 以 细 分 为 屋 盖 支 撑 沿 纵 向 框 架 布 置 的 柱 间 支 撑 和 在 山 墙 面 内 布 置 的 墙 架 支 撑 支 撑 承 受 作 用 在 支 撑 平 面 内 的 相 应 荷 载, 如 风 荷 载 吊 车 荷 载 地 震 作 用 等 (6) 墙 架 系 统 由 墙 梁 墙 架 支 撑 抗 风 柱 抗 风 桁 架 或 抗 风 梁 等 构 成, 主 要 承 受 垂 直 墙 面 作 用 的 风 荷 载 (7) 工 作 平 台 系 统 详 见 第 章 4.. 结 构 布 置. 结 构 体 系 布 置 的 主 要 内 容 () 根 据 工 艺 设 计 确 定 车 间 平 面 及 高 度 方 向 的 主 要 结 构 尺 寸, 布 置 柱 网 和 温 度 伸 缩 缝 () 选 择 主 要 承 重 的 框 架 形 式 () 布 置 屋 盖 结 构

148 (4) 布 置 吊 车 系 统 (5) 布 置 支 撑 系 统 (6) 布 置 围 护 系 统 (7) 选 择 基 础 型 式, 这 部 分 内 容 读 者 可 以 参 考 有 关 基 础 设 计 的 教 材. 结 构 体 系 布 置 的 主 要 原 则 () 满 足 工 艺 和 使 用 要 求 例 如 厂 房 内 各 种 设 备 能 正 常 工 作 并 便 于 维 修 ; 保 证 工 艺 流 程 所 要 求 的 交 通 和 临 时 存 储 ; 通 风 采 光 排 气 给 水 排 水 等 得 到 满 足 ; 各 种 安 全 措 施 和 特 殊 的 防 火 防 爆 等 要 求 也 要 有 相 应 的 结 构 对 应 对 于 分 期 建 设 和 将 来 有 扩 建 可 能 的 厂 房, 还 要 为 今 后 建 设 的 车 间 留 下 结 构 或 围 护 的 接 口 () 确 保 结 构 体 系 的 完 整 性 和 安 全 性 例 如 当 厂 房 内 部 要 求 宽 大 的 交 通 通 道 时, 在 规 则 布 置 的 柱 网 中 就 可 能 抽 掉 若 干 柱 子, 这 是 基 于 工 艺 优 先 的 原 则, 但 这 一 处 理 必 定 带 来 抽 柱 位 置 附 近 其 他 柱 子 负 荷 的 增 加 和 吊 车 梁 等 跨 度 的 增 加, 这 类 构 件 的 强 度 和 稳 定 性 必 须 加 以 特 别 考 虑 再 如 一 些 车 间 因 工 艺 设 施 和 产 品 流 线 的 需 要, 若 干 排 纵 向 框 架 不 允 许 在 一 定 高 度 范 围 内 设 置 柱 间 支 撑, 保 证 结 构 的 纵 向 刚 度 和 几 何 不 变 性 是 结 构 布 置 时 需 要 精 心 安 排 的 () 便 于 节 约 钢 材 缩 短 工 期 降 低 综 合 造 价 在 安 全 性 原 则 之 后, 节 约 是 结 构 设 计 最 主 要 考 虑 的 问 题 在 重 型 厂 房 中, 钢 材 的 节 约 对 降 低 综 合 造 价 的 作 用 非 常 之 大, 在 一 个 土 建 投 资 上 亿 元 的 厂 房 中, 节 约 5% 的 用 钢 量 就 能 取 得 可 观 的 经 济 效 益, 况 且 节 约 钢 材 也 就 节 约 了 钢 材 在 生 产 全 过 程 中 可 能 消 耗 掉 的 能 源 节 约 钢 材 应 当 首 先 着 眼 于 合 理 的 结 构 体 系 布 置, 因 为 不 正 确 的 传 力 路 经 可 能 会 增 加 不 必 要 的 构 件 还 应 合 理 选 择 钢 材 牌 号, 例 如 相 对 Q5 钢 材, 选 择 Q45 钢 材 可 以 提 高 强 度 设 计 值 50%, 但 钢 材 价 格 只 增 加 0% 左 右, 因 此 在 以 主 要 控 制 因 素 为 截 面 强 度 的 条 件 下 选 用 较 高 强 度 的 钢 材 可 以 节 省 钢 材 和 造 价 ; 但 在 整 体 稳 定 性 起 控 制 作 用 的 构 件 中, 选 用 较 低 强 度 的 钢 材 可 能 是 合 理 的 选 择 从 综 合 造 价 着 眼, 工 程 师 需 要 在 材 料 和 制 作 安 装 之 间 寻 找 最 优 平 衡 点 例 如 在 一 个 结 构 体 系 中, 如 果 钢 材 种 类 构 件 规 格 太 多 了, 对 采 购 下 料 制 作 运 输 和 安 装 管 理 都 会 造 成 复 杂 化, 增 加 相 应 的 成 本 因 此 设 计 工 程 师 对 制 作 和 安 装 过 程 应 有 相 当 程 度 的 了 解, 在 多 种 选 择 中 挑 出 相 对 最 为 合 理 的 方 案 建 筑 工 业 化 对 节 约 材 料 缩 短 工 期 减 低 综 合 造 价 提 高 结 构 质 量 极 为 重 要 建 筑 工 业 化 是 以 产 品 标 准 化 为 基 础 的, 包 括 : 结 构 物 的 标 准 化 构 件 ( 运 输 单 元 ) 的 标 准 化 和 节 点 连 接 的 标 准 化 产 品 标 准 化 通 过 模 数 化 定 型 化 和 统 一 化 来 逐 步 实 现 首 先 要 使 结 构 布 置 的 主 要 尺 寸 符 合 一 定 的 基 本 模 数, 同 类 结 构 和 构 件 尽 量 采 用 相 同 的 典 型 形 式, 在 这 一 基 础 上 再 进 一 步 使 构 件 及 连 接 的 某 些 主 要 尺 寸 也 统 一 起 来 标 准 化 的 结 果 使 建 筑 业 有 可 能 从 建 造 走 向 制 造, 取 得 节 约 和 高 效 的 统 一. 柱 网 从 工 艺 方 面 考 虑, 柱 的 位 置 应 和 车 间 的 地 上 设 备 和 地 下 设 备 机 械 及 起 重 运 输 设 备 取 得 协 调 必 要 时 柱 网 布 置 还 要 适 当 考 虑 生 产 工 艺 可 能 的 变 动 从 结 构 方 面 考 虑, 柱 列 间 距 均 等 的 布 置 方 式 最 为 合 理 ( 图 4-a) 其 优 点 是 : 厂 房 横 向 刚 度 最 大, 屋 盖 和 支 撑 系 统 布 置 最 为 简 单, 全 部 吊 车 梁 的 跨 度 相 同, 因 此 厂 房 骨 架 构 件 的 重 复 性 最 大, 可 以 最 大 限 度 达 到 定 型 化 和 标 准 化 柱 网 布 置 应 当 尽 量 符 合 模 数 制 通 常 情 况 下, 跨 度 方 向 ( 即 横 向 柱 距 ) 小 于 0m 时 模 数 取 为 m, 大 于 0m 时 则 采 用 6m, 起 重 机 厂 制 造 定 尺 桥 式 吊 车 可 以 直 接 满 足 这 一 模 数 纵 向 柱 距 模 数 为 6m, 在 广 泛 利 用 轻 型 围 护 材 料 的 条 件 下, 纵 向 柱 距 呈 现 较 大 的 灵 活 性 从 经 济 观 点 考 虑, 纵 向 柱 距 对 结 构 的 重 量 影 响 很 大 柱 距 越 大, 柱 及 基 础 所 用 的 材 料 就 越 少, 但 屋 盖 结 构 和 吊 车 梁 的 重 量 将 随 之 增 加 在 柱 较 高 吊 车 起 重 量 较 小 的 车 间 中, 放 大 柱 距 经 济 效 果 较 好 虽 然 可 通 过 理 论 分 析 求 出 最 经 济 柱 距, 但 由 于 场 地 材 料 制 作 运 输 等 多 种 因 素 的 存 在, 最 好 还 是 通 过 具 体 方 案 的 比 较 来 进 行 选 择 虽 然 纵 向 等 柱 距 布 置 是 理 想 的 方 案, 实 际 厂 房 中 还 是 会 因 工 艺 条 件 的 限 制 或 考 虑 将 来 工 艺 条 件 的 变 更 而 采 用 不 相 等 的 柱 距 例 如 为 了 设 置 工 艺 设 备 或 者 布 置 侧 向 进 入 车 间 的 铁 路 引 线 ( 图 4-b), 该 处 柱 距 就 需 要 扩 大 图 4- (c) 所 示 冶 金 厂 平 炉 车 间, 由 于 平 炉 尺 寸 很 大, B 列 柱 的 柱 距 要 增 加 为 A 列 柱 的 数 倍 ( 柱 距 可 达 ~6m),C 列 柱 由 于 要 布 置 铁 路 引 线, 也 要 求 有 ~m 的 柱 距 因 此 B 列 柱 上 要 设 置 跨 度 为 ~6m 的 托 架 C 列 柱 要 设 置 跨 度

149 为 ~m 的 托 架, 以 支 承 上 方 的 屋 架 图 4- 柱 网 布 置 4. 温 度 缝 平 面 尺 寸 很 大 的 厂 房 在 温 度 变 化 时, 整 个 结 构 的 变 形 会 使 构 件 内 产 生 很 大 的 温 度 应 力, 并 可 能 导 致 墙 面 和 屋 面 的 破 坏 为 了 避 免 上 述 后 果, 可 设 置 横 向 和 纵 向 温 度 缝 横 向 温 度 缝 沿 跨 度 方 向 设 置, 把 厂 房 划 分 为 若 干 个 互 不 影 响 的 纵 向 温 度 区 段 横 向 温 度 缝 两 边 分 设 两 个 横 向 框 架, 参 见 图 4- 温 度 缝 两 边 的 柱 子 轴 线 距 离.0~.0m 在 采 用 模 数 化 的 屋 面 板 时, 温 度 缝 的 中 线 仍 为 等 距 柱 列 中 的 一 条 轴 线, 实 际 柱 子 中 心 离 开 轴 线 0.5~.0m ( 图 4-a) 采 用 压 型 钢 板 作 围 护 材 料 的 结 构, 可 以 在 温 度 缝 两 边 各 规 定 一 条 轴 线, 保 持 柱 距 不 变 ( 图 4-b) 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 规 定, 在 采 暖 厂 房 和 非 采 暖 地 区 的 厂 房 中, 纵 向 温 度 区 段 的 最 大 长 度 为 0m, 在 热 车 间 和 采 暖 地 区 的 非 采 暖 厂 房 中, 纵 向 温 度 区 段 最 大 长 度 为 80m, 露 天 结 构 的 纵 向 温 度 区 段 最 大 长 度 为 0 在 此 范 围 内 可 以 不 考 虑 温 度 作 用, 否 则 应 计 算 有 关 构 件 的 温 度 应 力 图 4- 横 向 温 度 缝 处 柱 的 布 置 纵 向 温 度 缝 把 厂 房 划 分 为 横 向 温 度 区 段 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 规 定, 当 柱 顶 与 屋 架 或 横 梁 刚 接 时, 在 采 暖 厂 房 和 非 采 暖 地 区 的 厂 房 中, 横 向 温 度 区 段 的 最 大 长 度 为 0m, 在 热 车 间 和 采 暖 地 区 的 非 采 暖 厂 房 中 为 00m; 当 柱 顶 铰 接 时, 这 两 者 分 别 为 50m 和 5m 其 处 理 方 法 与 横 向 温 度 缝 类 似 但 是 若 厂 房 同 时 设 纵 横 温 度 缝, 则 两 缝 交 汇 处 将 有 4 根 柱 子, 构 造 十 分 复 杂 由 于 轻 型 屋 面 板 可 以 采 取 沿 跨 度 方 向 滑 动 的 装 置, 因 此 这 种 情 况 下, 不 设 纵 向 温 度 缝 而 根 据 计 算 结 果 在 需 要 处 适 当 加 强 构 件, 是 比 较 常 见 的 处 理 方 法 5. 框 架 形 式 和 主 要 构 件 形 式 () 横 向 框 架 在 重 型 厂 房 中, 框 架 柱 一 般 与 基 础 刚 接 连 接 在 横 向 框 架 平 面 内 屋 架 或 横 梁 可 以 与 框 架 柱 刚 接, 也 可 铰 接 连 接 刚 接 连 接 时, 结 构 的 整 体 好, 侧 向 刚 度 大, 但 是 对 地 基 基 础 的 不 均 匀 沉 降 比 较 敏 感, 个 别 支 座 的 沉 陷 会 产 生 很 大 的 结 构 内 力 如 果 采 用 铰 接 连 接, 横 向 框 架 又 可 称 为 排 架 图 4-4 表 示 横 向 框 架 的 主 要 尺 寸 一 般 将 两 相 邻 框 架 柱 的 上 段 柱 截 面 形 心 间 的 距 离 作 为 横 向 框 架 的 跨 度, 则 横 向 框 架 的 单 跨 跨 度 可 按 下 式 确 定 ' l = lk + c+ c (4-) 式 中 l k 桥 式 吊 车 的 跨 度, 为 0.5m 的 倍 数 ; c c ' 由 桥 式 吊 车 轮 子 处 轴 线 到 上 段 柱 轴 线 的 距 离 对 一 般 吊 车, 起 重 量 不 大 于 75t 时, 该 距 离 为 750mm; 起 重 量 达 到 00t 及 以 上 时, 此 距 离 应 留 000mm 图 4-4 横 向 框 架 尺 寸 吊 车 外 缘 与 厂 房 柱 之 间 的 净 空 尺 寸 m ( 图 4-4a) 应 不 小 于 80mm( 吊 车 起 重 量 不 大 于 50t 时 ) 或 00mm( 吊 车 起 重 量 大 于 或 等 于 75t 时 ) 对 于 冶 金 车 间 的 吊 车 或 重 级 工 作 制 的 吊 车, 当 在 吊 车 和 柱 之 间 需 要 留 有 足 够 宽 的 安 全 过 道 时, 则 m 不 得 小 于 400mm 如 上 段 柱 截 面 高 度 在 800mm 以 上, 则 过 道 可 以 穿 过 柱 内 的 人 孔 ( 图 4-4b), 这 时 m 的 数 值 就 不 必 加 大 框 架 由 柱 脚 底 面 到 屋 架 下 弦 底 部 的 距 离 ( 图 4-4a) 按 下 式 确 定 h = h+ h + h (4-) 式 中 尺 寸, h 为 吊 车 轨 顶 至 起 重 小 车 顶 的 桥 架 总 高, 加 上 考 虑 制 造 和 安 装 的 可 能 误 差 所 留

150 的 空 隙 00mm, 再 加 上 考 虑 屋 架 的 挠 曲 和 下 弦 支 撑 角 钢 的 下 伸 所 留 的 空 隙 50~00mm h 是 由 地 面 到 吊 车 轨 顶 的 距 离, 由 生 产 要 求 所 决 定 h 是 柱 脚 底 面 在 地 下 的 深 度, 在 中 型 车 间 中 一 般 为 0.8~.0m, 在 重 型 车 间 中 为.0~.m 由 地 面 到 屋 架 下 弦 底 部 的 高 度 即 h+ h一 般 取 00mm 的 倍 数 () 纵 向 框 架 在 纵 向 框 架 平 面 内, 多 数 情 况 下, 纵 向 连 系 梁 吊 车 梁 和 支 撑 构 件 与 框 架 柱 都 按 铰 接 连 接 处 理, 也 形 成 所 谓 的 排 架 体 系 吊 车 梁 往 往 承 重 很 大 荷 载, 对 其 强 度 和 刚 度 都 有 很 高 要 求, 布 置 成 连 续 梁 对 构 件 本 身 设 计 可 以 实 现 比 较 经 济 的 效 果, 但 是 厂 房 纵 向 长 度 往 往 达 到 上 百 米, 而 吊 车 又 往 往 在 若 干 个 区 间 内 运 行, 支 座 不 均 匀 沉 降 的 可 能 性 更 大, 因 此 实 际 工 程 中 大 吨 位 的 吊 车 梁 基 本 还 是 与 框 架 柱 铰 接 连 接 的 框 架 柱 柱 脚 节 点 在 纵 向 平 面 方 向 内 的 连 接 性 质 一 般 具 有 很 大 的 抗 弯 刚 度, 但 因 柱 子 在 纵 向 框 架 内 的 弯 曲 刚 度 相 对 较 小, 分 析 时 也 常 将 其 近 似 为 铰 接 对 待 重 型 厂 房 跨 度 较 大 屋 面 荷 载 或 悬 挂 荷 载 较 重 时, 横 向 框 架 梁 可 以 选 择 屋 架 屋 架 就 是 桁 架, 也 可 看 为 格 构 式 的 横 梁 当 厂 房 较 高 或 者 设 较 大 吨 位 吊 车 时, 通 常 选 用 上 部 为 实 腹 式 下 部 为 格 构 式 的 阶 梯 柱 4.. 荷 载 和 结 构 分 析 4.. 荷 载. 荷 载 种 类 重 型 单 层 工 业 厂 房 结 构 体 系 所 承 受 的 荷 载 种 类 大 体 与 轻 型 厂 房 相 同 : () 永 久 荷 载 ; () 活 荷 载 ; () 风 荷 载 ; (4) 雪 荷 载 ; (5) 吊 车 荷 载 ; (6) 地 震 作 用 ; 此 外, 某 些 重 型 厂 房 有 很 大 的 屋 面 积 灰 荷 载, 如 机 械 厂 的 铸 造 车 间 冶 金 厂 的 炼 钢 车 间 水 泥 厂 的 窑 房 磨 房 联 合 贮 库 等, 即 使 在 有 一 定 除 尘 设 施 和 清 灰 制 度 的 条 件 下, 屋 面 积 灰 都 有 可 能 达 到 0.5~.0kN/m, 若 使 用 中 不 认 真 执 行 清 灰 制 度, 因 雨 水 等 造 成 屋 面 积 灰 的 凝 结 会 产 生 更 大 的 荷 载 设 计 时 必 须 对 此 加 以 重 视 积 灰 荷 载 的 数 值 可 以 从 现 行 国 家 标 准 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009 查 取, 或 根 据 行 业 调 查 和 统 计 分 析 加 以 确 定 某 些 情 况 下, 除 了 计 算 上 述 外 部 作 用 的 荷 载 外, 尚 需 计 算 支 座 强 迫 位 移 的 影 响 如 重 型 工 业 厂 房 会 有 局 部 超 大 堆 载, 这 种 荷 载 可 能 将 某 些 柱 子 的 基 础 挤 压 偏 离 原 来 的 位 子, 产 生 横 向 位 移 ; 作 用 在 柱 子 上 的 特 重 型 吊 车 也 可 能 使 局 部 软 弱 地 基 上 的 支 座 下 陷, 引 起 厂 房 不 均 匀 沉 降 有 些 厂 房 还 需 计 算 温 度 变 化 的 影 响 以 下 对 第 章 中 未 详 细 说 明 的 吊 车 荷 载 和 地 震 作 用 稍 加 展 开. 吊 车 荷 载 图 4-5 是 桥 式 吊 车 的 概 念 图 重 物 挂 在 与 小 车 相 连 的 吊 钩 上, 小 车 可 沿 吊 车 桥 架 ( 横 梁 ) 移 动, 桥 架 两 端 设 有 轮 子 吊 车 荷 载 包 括 起 重 物 的 荷 载 都 通 过 轮 压 传 递 到 结 构 上 图 4-5 吊 车 概 念 吊 车 分 为 A~A8 共 8 个 工 作 级 别, 其 中 A~A 对 应 轻 级 工 作 制 吊 车,A4 A5 对 应 中 级 工 作 制,A6 A7 对 应 重 级 工 作 制,A8 对 应 特 重 级 工 作 制 所 谓 轻 中 重 特 重 是 按 吊 车 达 到 其 额 定 值 的 频 繁 程 度 来 划 分 的 吊 车 荷 载 标 准 值 应 考 虑 如 下 分 量 : () 竖 向 荷 载 采 用 吊 车 的 最 大 轮 压 或 最 小 轮 压 这 些 数 值 应 由 起 重 机 制 造 厂 提 供 对 于 非 标 准 吊 车, 最 大 轮 压 与 最 小 轮 压 的 标 准 值 可 按 下 式 计 算 4

151 P G ( Q+ g)( L d) k k,ma = + (4-a) n 0.5n Lk P k,min G ( Q+ g) d = + (4-b) n 0.5n L k 式 中 G g Q 吊 车 桥 架 自 重, 小 车 自 重 和 吊 车 起 重 量, 小 车 自 重 可 近 似 取 0.Q ; L k d 桥 架 跨 度 和 吊 钩 至 吊 车 轨 道 轴 线 的 最 小 极 限 距 离 ; n 吊 车 桥 架 的 总 轮 数 () 横 向 水 平 荷 载 指 小 车 在 沿 桥 架 移 动 时 因 刹 车 引 起 的 制 动 力, 由 吊 车 桥 架 的 车 轮 平 均 传 至 轨 道 每 个 车 轮 作 用 在 轨 道 上 的 横 向 水 平 荷 载 的 标 准 值 按 下 式 计 算 T = α ( Q+ g)/ n k,h H (4-4) 式 中 α 为 吊 车 横 向 荷 载 系 数 对 软 钩 吊 车 : 当 额 定 起 重 量 不 大 于 0t 时, 取 0.; 当 额 定 H 起 重 量 为 6~50t 时, 取 0.0; 当 额 定 起 重 量 不 小 于 75t 时, 取 0.08; 对 硬 钩 吊 车 取 0.0 () 重 级 工 作 制 吊 车 因 行 走 时 摆 动 引 起 的 横 向 水 平 力 此 横 向 水 平 力 仅 在 计 算 重 级 工 作 制 吊 车 梁 ( 吊 车 桁 架 ) 及 其 制 动 结 构 以 及 它 们 与 柱 的 连 接 时 考 虑, 且 不 与 上 述 横 向 水 平 荷 载 同 时 考 虑 作 用 于 每 个 轮 压 处 的 此 水 平 力 标 准 值 由 下 式 计 算 : H = α P (4-5) k k,ma 式 中 α 系 数, 对 一 般 软 钩 吊 车 α = 0. ; 抓 斗 或 磁 盘 吊 车 α = 0.5 ; 硬 钩 吊 车 α = 0. ; (4) 纵 向 水 平 荷 载 指 吊 车 桥 架 沿 吊 车 梁 运 行 时 因 制 动 产 生 的 制 动 力, 方 向 与 吊 车 轨 道 一 致, 作 用 点 在 刹 车 轮 与 轨 道 的 接 触 点 上 每 个 制 动 轮 的 纵 向 水 平 制 动 力 标 准 值 按 下 式 计 算 T = 0.P (4-6) k,v 当 计 算 吊 车 梁 及 其 连 接 的 强 度 时, 吊 车 竖 向 荷 载 还 要 乘 以 动 力 系 数 对 悬 挂 吊 车 和 工 作 级 别 A~A5 的 软 钩 吊 车, 动 力 系 数 可 取.05, 对 其 他 情 况 都 可 取 为. 吊 车 横 向 水 平 力 的 动 力 效 应, 其 原 因 还 未 得 到 系 统 地 阐 明, 故 是 否 考 虑 动 力 系 数 以 及 如 何 考 虑 还 难 以 做 出 统 一 规 定. 地 震 作 用 重 型 厂 房 的 重 量 较 大, 地 震 作 用 引 起 的 惯 性 力 也 较 大, 抗 震 设 防 区 的 重 型 厂 房 都 应 考 虑 地 震 作 用 的 计 算 计 算 单 层 厂 房 时, 一 般 假 定 沿 厂 房 横 向 ( 跨 度 方 向 ) 和 竖 向 的 地 震 作 用 由 横 向 框 架 承 受, 沿 纵 向 ( 柱 距 方 向 ) 的 地 震 作 用 由 纵 向 框 架 承 受 () 计 算 水 平 地 震 作 用 时 的 分 析 模 型 根 据 屋 盖 高 差 和 吊 车 设 置 情 况, 可 分 别 采 用 单 质 点 双 质 点 或 多 质 点 的 力 学 模 型 不 设 吊 车 的 单 跨 或 多 跨 等 高 排 架 结 构, 一 般 可 简 化 为 单 质 点 的 悬 臂 柱 ( 图 4-6a) 不 设 吊 车 的 单 跨 或 多 跨 等 高 框 架 结 构, 也 可 简 化 为 单 质 点 的 悬 臂 柱, 但 在 设 定 等 效 柱 的 抗 侧 刚 度 时, 需 要 考 虑 柱 顶 刚 接 梁 对 柱 顶 的 约 束 作 用 k,ma 图 4-6 重 型 厂 房 考 虑 地 震 作 用 时 的 分 析 模 型 厂 房 设 吊 车 时, 在 吊 车 梁 位 置 作 用 有 较 大 的 重 力 荷 载 及 地 震 水 平 作 用, 一 般 可 作 为 双 质 点 模 型 考 虑 ( 图 4-6b) 高 低 跨 厂 房 结 构 也 可 按 类 似 原 则 考 虑 ( 图 4-6c) 就 结 构 刚 度 而 言, 单 层 钢 结 构 厂 房 都 可 以 简 化 为 简 单 的 力 学 模 型 ; 但 是, 由 于 不 同 跨 不 同 柱 子 上 质 量 分 布 的 高 度 和 大 小 不 一 致, 简 化 为 简 单 的 力 学 模 型 进 行 地 震 作 用 计 算 时, 需 要 考 虑 结 构 特 征 值 的 等 效 和 惯 性 力 作 用 的 等 效, 否 则 便 会 得 出 与 实 际 相 差 较 大 的 结 果 而 现 在 的 计 算 机 结 构 分 析 程 序 可 以 方 便 地 实 现 多 质 点 模 型 的 固 有 值 计 算 地 震 作 用 计 算 和 内 力 分 析, 所 以, 单 层 钢 结 构 厂 房 可 以 按 照 比 较 符 合 实 际 的 情 况 建 立 多 质 点 分 析 模 型 当 然, 除 了 前 述 非 常 简 单 的 情 况 以 外, 作 为 对 单 层 钢 结 构 厂 房 的 定 性 分 析 和 全 局 把 握, 单 质 点 或 双 质 点 的 简 化 模 型 及 其 计 算 结 果, 仍 然 是 有 意 义 的 5

152 此 外 对 水 平 地 震 作 用 而 言, 墙 体 是 存 在 一 定 抗 侧 刚 度 的 但 对 压 型 钢 板 等 轻 质 墙 板 与 柱 柔 性 连 接 的 预 制 钢 筋 混 凝 土 墙 板 在 分 析 模 型 中 不 考 虑 其 刚 度 ; 与 柱 贴 砌 且 与 柱 拉 结 的 砌 体 围 护 墙, 在 平 行 于 墙 体 方 向 计 算 时 可 以 计 入 等 效 刚 度, 等 效 系 数 可 以 采 用 0.4 () 厂 房 结 构 重 力 荷 载 的 取 值 地 震 引 起 结 构 的 惯 性 力, 因 而 与 结 构 参 与 振 动 的 质 量 有 关 根 据 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB500, 工 业 厂 房 计 算 地 震 作 用 时 重 力 荷 载 代 表 值 应 考 虑 以 下 各 项 : ) 结 构 和 构 配 件 的 自 重 标 准 值 ; ) 屋 面 积 灰 荷 载 的 组 合 值 与 雪 荷 载 的 组 合 值 两 者 间 的 较 大 值, 组 合 值 为 标 准 值 乘 以 0.5 的 系 数 ; ) 吊 车 悬 挂 物 的 组 合 值, 但 仅 硬 钩 吊 车 的 情 况 才 考 虑, 取 0. 倍 的 悬 吊 物 标 准 值 以 上 各 项 重 力 荷 载 的 总 和 称 为 总 重 力 荷 载 代 表 值 () 水 平 地 震 作 用 的 计 算 重 型 单 层 工 业 厂 房 可 按 底 部 剪 力 法 计 算 水 平 地 震 作 用 其 步 骤 是 : ) 确 定 结 构 等 效 总 重 力 荷 载 G eq : 对 于 单 质 点 模 型, G eq 就 是 前 面 总 重 力 荷 载 代 表 值 ; 对 于 双 质 点 模 型, G 取 总 重 力 荷 载 代 表 值 的 85%; eq ) 根 据 结 构 抗 侧 刚 度 和 等 效 重 力 荷 载 计 算 结 构 基 本 周 期 ; ) 由 结 构 基 本 周 期 厂 房 所 在 地 区 的 抗 震 设 防 烈 度 场 地 土 特 征 周 期 和 结 构 阻 尼 比 ( 钢 结 构 厂 房 可 取 0.05), 按 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB500 确 定 地 震 影 响 系 数 α ; 4) 计 算 总 水 平 地 震 作 用 标 准 值 F = α G (4-7) Ek eq 5) 计 算 作 用 在 各 质 点 上 的 水 平 地 震 作 用 标 准 值 : 对 单 质 点 即 为 总 水 平 地 震 作 用 标 准 值, 对 双 质 点 则 按 下 式 计 算 GH i i Fi = F Ek, i =, (4-8) GH j j 式 中 G H 分 别 为 集 中 在 两 点 的 重 力 荷 载 代 表 值 和 地 面 至 该 质 点 的 计 算 高 度 ; i i 6) 在 以 简 化 的 力 学 模 型 ( 图 4-6) 计 算 得 到 结 构 水 平 地 震 作 用 后, 还 需 按 各 柱 子 的 相 对 刚 度 将 其 分 配 到 相 应 的 柱 子 上 以 上 是 多 遇 地 震 作 用 的 计 算 重 型 单 层 工 业 厂 房 在 罕 遇 地 震 作 用 下 的 薄 弱 层 弹 塑 性 变 形 验 算 应 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 的 规 定 计 算 (4) 竖 向 地 震 作 用 的 计 算 规 范 规 定 位 于 8 度 或 9 度 抗 震 设 防 区 跨 度 大 于 4m 的 钢 屋 架 应 计 算 竖 向 地 震 作 用 竖 向 地 震 作 用 的 标 准 值, 取 重 力 荷 载 代 表 值 和 竖 向 地 震 作 用 系 数 的 乘 积 竖 向 地 震 作 用 系 数 以 设 防 烈 度 区 和 场 地 土 类 别 的 不 同 而 在 0.~0. 范 围 内 取 值, 详 见 现 行 国 家 标 准 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB500 有 关 规 定 4.. 荷 载 组 合 重 型 单 层 工 业 厂 房 框 架 结 构 计 算 时 的 荷 载 组 合 原 则 与 轻 型 厂 房 是 相 同 的 关 于 重 型 厂 房 与 轻 型 厂 房 不 同 的 几 种 荷 载 的 组 合 事 项 说 明 如 下. 关 于 屋 面 积 灰 荷 载 的 组 合 在 非 地 震 作 用 的 组 合 中, 屋 面 积 灰 荷 载 应 与 雪 荷 载 或 不 上 人 的 屋 面 均 布 活 荷 载 两 者 中 的 较 大 值 同 时 考 虑. 关 于 吊 车 荷 载 的 组 合 () 参 与 组 合 的 吊 车 台 数 厂 房 中 的 吊 车 设 置 情 况 多 种 多 样 例 如, 在 同 一 跨 里, 可 能 布 置 数 台 吊 车 假 如 工 艺 没 有 特 别 限 制, 那 么 当 吊 车 桥 架 的 宽 度 小 于 吊 车 梁 跨 时, 就 可 能 出 现 两 台 吊 车 同 时 移 动 到 一 根 梁 上 的 情 况, 因 此 吊 车 梁 计 算 时 需 要 考 虑 两 台 吊 车 同 时 出 现 的 情 况, 但 要 注 意 这 并 不 意 味 两 台 吊 车 的 所 有 轮 子 都 作 用 在 同 一 吊 车 梁 上 可 以 想 象, 对 单 跨 厂 房, 一 个 横 向 框 架 同 时 受 到 4 台 吊 车 的 荷 载 影 响 也 不 是 完 全 不 可 能, 也 即 紧 挨 框 架 柱 两 侧 的 吊 车 梁 每 根 上 面 都 同 时 存 在 6

153 台 吊 车, 但 因 为 这 是 所 谓 的 小 概 率 事 件, 所 以 一 般 设 定 在 一 个 横 向 框 架 中 参 与 组 合 的 吊 车 台 数 不 多 于 台 对 于 多 跨 厂 房 结 构, 每 跨 中 都 可 能 出 现 类 似 的 情 况, 建 筑 结 构 荷 载 规 范 规 定 这 种 情 况 下 参 与 组 合 的 吊 车 台 数 最 多 不 超 过 4 台 规 范 还 规 定 当 考 虑 多 台 吊 车 的 水 平 荷 载 时, 无 论 是 单 跨 还 是 多 跨 厂 房, 每 个 框 架 参 与 组 合 的 吊 车 数 不 应 多 于 台 这 也 是 考 虑 台 以 上 的 吊 车 在 一 个 框 架 的 区 间 里 同 时 横 向 制 动 的 发 生 概 率 非 常 之 小 厂 房 中 还 会 设 有 双 层 甚 至 层 吊 车 的 情 况 但 从 使 用 角 度 讲, 同 一 跨 中 多 层 吊 车 同 时 集 中 在 一 个 位 置 是 不 太 可 能 的 但 是, 不 同 层 位 吊 车 的 组 合, 将 大 大 增 加 结 构 分 析 中 的 组 合 工 况 数 () 多 台 吊 车 组 合 时 吊 车 荷 载 的 折 减 在 对 框 架 结 构 进 行 分 析 时, 参 与 组 合 的 多 台 吊 车 的 竖 向 荷 载 和 水 平 荷 载 的 标 准 值 还 应 乘 以 折 减 系 数, 详 见 表 4- 这 是 因 为 多 台 同 时 满 载 且 都 处 于 最 不 利 位 置 的 概 率 很 小 多 台 吊 车 的 荷 载 折 减 系 数 表 4- 参 与 组 合 的 吊 车 台 数 吊 车 工 作 级 别 A~A5 A6~A () 吊 车 荷 载 大 小 和 方 向 在 荷 载 组 合 中 的 考 虑 在 吊 车 的 某 一 跨 中, 吊 车 竖 向 轮 压 最 大 值 可 能 作 用 在 左 柱 一 侧, 也 可 能 作 用 在 右 柱 一 侧, 这 就 产 生 不 同 的 组 合 工 况 吊 车 的 横 向 水 平 荷 载 也 因 制 动 力 的 方 向 不 同 有 向 左 向 右 之 分 以 一 跨 中 一 台 吊 车 的 荷 载 可 能 性 为 例, 结 构 分 析 时 需 考 虑 : ) 竖 向 荷 载 最 大 值 在 左, 横 向 水 平 荷 载 向 左 ; ) 竖 向 荷 载 最 大 值 在 左, 横 向 水 平 荷 载 向 右 ; ) 竖 向 荷 载 最 大 值 在 右, 横 向 水 平 荷 载 向 左 ; 4) 竖 向 荷 载 最 大 值 在 右, 横 向 水 平 荷 载 向 右 等 4 种 可 能 的 情 况, 即 有 吊 车 荷 载 的 组 合 中 有 4 个 子 项 在 多 跨 厂 房 且 每 跨 都 布 置 吊 车 的 设 计 中, 在 最 多 考 虑 4 台 吊 车 同 时 作 用 的 限 制 下, 按 吊 车 出 现 的 跨 间 在 该 跨 间 的 可 能 吊 车 数, 就 会 产 生 更 多 的 组 合. 横 向 框 架 荷 载 组 合 的 简 化 方 式 按 照 严 格 的 荷 载 组 合 方 式, 将 可 变 荷 载 的 不 同 类 型 个 数 依 次 按 主 要 次 要 进 行 排 列, 在 重 型 厂 房, 特 别 是 多 跨 多 台 吊 车 的 情 况 下, 组 合 工 况 将 不 胜 其 多 对 一 般 框 架 排 架 结 构, 现 行 国 家 标 准 建 筑 结 构 荷 载 规 范 允 许 采 用 基 本 组 合 的 简 化 规 则, 按 下 列 组 合 值 取 最 不 利 值 决 定 结 构 的 极 限 状 态 : () 由 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 S.5 S γ ψ S n = + (4-9a ) Gk Qi Ci Qik i = 式 中 S Gk 按 永 久 荷 载 标 准 值 计 算 的 荷 载 效 应 值 ; γ Q i 第 i 个 可 变 荷 载 的 分 项 系 数, 一 般 情 况 下 取.4; ψ Ci 第 i 个 可 变 荷 载 的 组 合 值 系 数, 按 现 行 国 家 标 准 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009 确 定 ; S Qk i 按 第 i 个 可 变 荷 载 标 准 值 计 算 的 荷 载 效 应 值 () 由 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 S =.SGk + γ QSQk (4-9b) S =.0S + γ S (4-9c) 或 Gk Q Qk n S =.S γ S (4-9d) Gk Qi Qik i = 7

154 S =.0S γ S (4-9e) 或 Gk Qi Qik i = n 式 中 变 量 的 定 义 与 式 (4-9a) 相 同, 式 (4-9c) (4-9e) 用 于 永 久 荷 载 效 应 对 结 构 有 利 时 4. 地 震 作 用 计 算 时 需 考 虑 的 组 合 记 重 力 荷 载 代 表 值 效 应 为 G, 水 平 地 震 作 用 和 竖 向 地 震 作 用 分 别 为 E H E V, 则 考 虑 结 构 构 件 在 地 震 作 用 下 的 内 力 组 合 效 应 计 算 时 应 考 虑 如 下 项 次 : ().G+.E H ; ().G+.E V ; ().0G+.E V ; (4).G+.E H +0.5E V ; (5).0G+.E H +0.5E V 需 要 注 意, 水 平 地 震 作 用 有 左 右 之 分 ; 竖 向 地 震 作 用 仅 对 跨 度 大 于 4m 的 钢 结 构 才 需 计 算, 而 竖 向 地 震 作 用 也 有 上 下 作 用 之 分, 组 合 () 就 考 虑 了 竖 向 地 震 的 向 上 分 量 导 致 结 构 内 力 变 号 的 可 能 在 组 合 中 不 应 遗 漏 这 些 子 项 4.. 结 构 分 析 对 重 型 单 层 工 业 厂 房 进 行 结 构 分 析 时, 可 以 采 用 与 轻 型 厂 房 相 同 的 简 化 方 式, 即 将 结 构 体 系 分 为 横 向 结 构 与 纵 向 结 构 现 代 工 程 分 析 软 件 已 有 能 力 将 结 构 作 为 空 间 整 体 进 行 分 析, 但 重 型 厂 房 的 荷 载 种 类 多 而 杂, 格 构 式 构 件 占 很 大 比 重, 而 且 不 同 构 件 ( 部 件 ) 的 相 对 尺 寸 相 差 很 大, 完 全 用 杆 系 结 构 模 拟 实 际 进 行 建 模, 也 产 生 另 一 类 的 近 似 问 题 所 以 用 平 面 框 架 进 行 结 构 分 析 仍 然 是 当 前 工 程 师 选 择 的 主 要 方 法. 横 向 框 架 的 计 算 模 型 对 于 由 屋 架 和 台 阶 柱 组 成 的 横 向 框 架, 较 为 合 理 的 计 算 模 型 如 图 4-7(b) 所 示 这 一 计 算 图 式 可 以 用 计 算 机 进 行 分 析 一 种 更 简 化 的 计 算 图 式 是 将 柱 的 轴 线 取 直, 并 将 屋 架 代 以 实 腹 式 横 梁, 如 图 4-7(c) 所 示 简 化 后 的 框 架 计 算 高 度 等 于 柱 脚 底 面 至 屋 架 下 弦 轴 线 的 距 离 ( 当 屋 架 端 部 斜 杆 为 上 升 式 时, 如 图 4-7(b) 的 端 斜 杆 ) 或 等 于 柱 脚 底 面 至 屋 架 端 部 高 度 形 心 处 的 距 离 ( 其 他 情 况 ); 跨 度 等 于 上 段 柱 轴 线 间 的 距 离 在 计 算 台 阶 柱 下 段 柱 顶 面 荷 载 作 用 时, 要 考 虑 图 4-7(b) 所 示 的 偏 心 作 用 ; 应 用 计 算 机 软 件 分 析 时, 可 以 直 接 采 用 能 够 考 虑 偏 心 距 的 杆 单 元 模 型 图 4-7 横 向 框 架 结 构 分 析 计 算 简 图 建 立 图 4-7(c) 的 简 化 模 型 时 可 以 采 用 以 下 一 些 假 定 : () 横 梁 ( 屋 架 ) 与 柱 的 下 段 截 面 惯 性 矩 的 比 值 满 足 下 列 条 件 时, 可 假 定 横 梁 抗 弯 刚 度 无 限 大 I0 h 4..5 (4-0) I l 式 中 I 0 I 横 梁 ( 屋 架 ) 和 台 阶 柱 下 段 的 截 面 惯 性 矩 ; h l 框 架 的 计 算 高 度 和 跨 度, 当 h/ l > 时 取 为 () 屋 架 上 弦 比 较 平 坦 而 下 弦 又 是 水 平 时 ( 如 梯 形 屋 架 ), 横 梁 轴 线 可 以 取 为 直 线, 但 由 于 屋 架 高 度 改 变 所 引 起 的 惯 性 矩 变 化 应 予 以 考 虑, 具 体 处 理 方 法 可 参 考 有 关 工 业 厂 房 钢 结 构 的 设 计 手 册 () 由 屋 盖 上 的 竖 向 荷 载 在 柱 中 引 起 的 轴 力, 可 以 把 屋 架 作 为 铰 接 于 柱 顶 来 求 得 (4) 水 平 力 在 柱 子 中 引 起 的 轴 力 变 化 可 以 不 计 (5) 当 框 架 柱 为 钢 筋 混 凝 土 柱 子 时, 一 般 采 用 屋 架 与 柱 子 铰 接 ; 当 框 架 柱 为 钢 柱 时, 三 角 形 屋 架 与 柱 子 仍 为 铰 接, 梯 形 屋 架 平 行 弦 屋 架 则 采 取 刚 接 简 化 模 型 可 以 帮 助 工 程 师 立 即 抓 住 主 要 的 控 制 点, 在 结 构 整 体 分 析 上 非 常 有 效, 但 在 节 点 构 造 设 计 时, 还 需 留 意 因 简 化 带 来 的 偏 差 因 此 在 计 算 机 技 术 和 结 构 分 析 软 件 越 来 越 发 达 的 今 天, 图 4-7(b) 的 模 型 将 得 到 更 多 的 关 注 和 应 用 但 是 厂 房 钢 结 构 设 计 的 初 学 者 熟 悉 8

155 简 化 模 型 的 建 立 方 法 对 加 深 设 计 关 键 的 理 解 还 是 很 有 帮 助 的. 纵 向 框 架 的 计 算 模 型 同 轻 型 厂 房 相 似, 重 型 厂 房 在 纵 向 框 架 平 面 内 通 常 将 横 向 构 件 如 连 系 梁 吊 车 梁 以 及 斜 向 构 件 如 柱 间 支 撑 设 定 为 两 端 铰 接 的 构 件, 柱 子 全 长 为 连 续 构 件, 底 部 与 基 础 刚 接, 如 连 接 条 件 接 近 铰 接 则 假 定 为 铰 接 纵 向 框 架 按 承 受 纵 向 水 平 风 荷 载 吊 车 纵 向 水 平 荷 载 进 行 分 析 4. 屋 盖 结 构 设 计 4.. 屋 架 形 式 和 主 要 尺 寸. 屋 架 的 外 形 及 腹 杆 布 置 屋 架 的 外 形 主 要 有 三 角 形 梯 形 和 矩 形 在 确 定 屋 架 外 形 时 应 考 虑 房 屋 用 途 建 筑 造 型 和 屋 面 材 料 的 排 水 要 求 从 受 力 角 度 出 发, 屋 架 的 外 形 应 尽 量 与 弯 矩 图 相 近, 以 使 弦 杆 受 力 均 匀, 腹 杆 受 力 较 小 腹 杆 的 布 置 应 使 弦 杆 受 力 合 理, 节 点 构 造 易 于 处 理, 尽 量 使 长 杆 受 拉, 短 杆 受 压, 腹 杆 数 量 少 而 总 长 度 短, 弦 杆 不 产 生 局 部 弯 矩 腹 杆 与 弦 杆 的 交 角 宜 在 5 ~ 45 之 间 上 述 种 种 要 求 彼 此 之 间 往 往 有 矛 盾, 不 能 同 时 满 足, 应 根 据 具 体 情 况 解 决 主 要 矛 盾, 全 面 考 虑, 合 理 设 计 三 角 形 屋 架 ( 图 4-8) 用 于 屋 面 坡 度 较 大 的 屋 盖 结 构 中 例 如, 当 屋 面 材 料 为 机 平 瓦 或 石 棉 瓦 时, 要 求 屋 架 的 高 跨 比 为 /4~/6 在 雨 雪 量 特 别 大 的 地 区, 也 会 要 求 较 大 的 屋 面 坡 度 这 种 屋 架 与 柱 多 做 成 铰 接, 因 此 房 屋 的 横 向 刚 度 较 小 屋 架 弦 杆 的 内 力 变 化 较 大, 弦 杆 内 力 在 支 座 处 最 大, 在 跨 中 最 小, 故 弦 杆 截 面 不 能 充 分 发 挥 作 用 一 般 宜 用 于 中 小 跨 度 的 屋 面 结 构 荷 载 与 跨 度 较 大 时, 采 用 三 角 形 屋 架 就 不 够 经 济, 图 4-8( a ) ( c ) 的 形 式 是 芬 克 式 屋 架, 其 腹 杆 受 力 合 理, 且 可 分 为 两 榀 小 屋 架 运 输, 比 较 方 便 图 4-8(b ) 是 将 是 三 角 形 屋 架 的 两 端 高 度 改 为 50cm, 这 样 改 变 以 后, 屋 架 支 座 处 上 下 弦 杆 的 内 力 大 大 减 少, 改 善 了 屋 架 的 工 作 情 况 图 4-8 三 角 形 钢 屋 架 梯 形 屋 架 ( 图 4-9) 的 外 形 与 弯 矩 图 比 较 接 近, 受 力 情 况 较 三 角 形 好, 腹 杆 较 短, 一 般 用 于 屋 面 坡 度 较 小 的 屋 盖 中 梯 形 屋 架 与 柱 的 连 接, 可 做 成 刚 接, 也 可 做 成 铰 接 这 种 屋 架 是 重 型 厂 房 屋 盖 结 构 的 基 本 形 式 梯 形 屋 架 如 用 压 型 钢 板 为 屋 面 材 料, 就 是 有 檩 屋 盖 如 用 大 型 屋 面 板 为 屋 面 材 料, 则 为 无 檩 屋 盖 檩 条 或 大 型 屋 面 板 的 主 肋 应 正 好 搁 支 在 屋 架 上 弦 节 点 上, 上 弦 不 产 生 局 部 弯 矩 如 节 间 长 度 过 大, 可 用 再 分 式 腹 杆 形 式 ( 见 图 4-9b ) 图 4-9 梯 形 钢 屋 架 矩 形 ( 平 行 弦 ) 屋 架 ( 图 4-0) 的 上 下 弦 平 行, 腹 杆 长 度 一 致, 杆 件 类 型 少, 能 符 合 标 准 化 工 业 化 制 造 的 要 求 这 种 形 式 多 见 于 托 架 或 支 撑 体 系, 也 可 由 两 个 平 行 弦 组 成 一 个 屋 架 ( 图 4-0 d ) 图 4-0 矩 形 钢 屋 架. 屋 架 的 主 要 尺 寸 () 屋 架 跨 度 屋 架 的 跨 度 即 厂 房 横 向 的 柱 子 间 距, 应 首 先 满 足 厂 房 的 工 艺 和 使 用 要 求, 同 时 考 虑 结 构 布 置 的 合 理 性, 使 屋 架 与 柱 的 总 造 价 为 最 小 无 檩 屋 盖 中 钢 屋 架 的 跨 度 与 大 型 屋 面 板 的 宽 度 相 配 合, 有 m 5m 8m m 4m 7m 0m 6m 等 几 种 有 檩 屋 盖 中 的 屋 架 跨 度 比 较 灵 活, 不 受 m 模 数 的 限 制 钢 屋 架 的 计 算 跨 度 决 定 于 支 座 的 间 距 及 支 座 的 构 造 一 般 的 工 业 厂 房 中 屋 架 的 计 算 跨 度 可 取 支 柱 轴 线 之 间 的 距 离 减 去 0.m () 屋 架 高 度 屋 架 的 高 度 应 根 据 经 济 刚 度 建 筑 等 要 求 以 及 屋 面 坡 度 运 输 条 件 等 因 数 来 确 定 三 角 形 屋 架 的 高 度 h = (/ 4 ~ / 6)L 梯 形 屋 架 的 屋 面 坡 度 较 平 坦, 屋 架 跨 中 高 度 应 满 足 刚 度 要 求, 当 上 弦 坡 度 为 /8 ~ / 时, 跨 中 高 度 一 般 为 ( / 6 ~ / 0)L 9

156 跨 度 大 ( 或 屋 面 荷 载 小 ) 时 取 小 值, 跨 度 小 ( 或 屋 面 荷 载 大 ) 时 取 大 值 梯 形 屋 架 的 端 部 高 度 : 当 屋 架 与 柱 铰 接 时 为.6~.m, 刚 接 时 为.8~.4m 端 弯 矩 大 时 取 大 值, 端 弯 矩 小 时 取 小 值 屋 架 上 弦 节 间 的 划 分, 主 要 根 据 屋 面 材 料 而 定, 尽 可 能 使 屋 面 荷 载 直 接 作 用 在 屋 架 节 点, 上 弦 不 产 生 局 部 弯 矩 对 采 用 大 型 屋 面 板 的 无 檩 屋 盖, 上 弦 节 间 长 度 应 等 于 屋 面 板 的 宽 度, 一 般 为.5m 或 m 当 采 用 有 檩 屋 盖 时, 则 根 据 檩 条 的 间 距 而 定, 一 般 为 0.8m~.0m 屋 架 的 跨 度 和 高 度 确 定 之 后, 各 杆 件 的 轴 线 长 度 则 根 据 几 何 关 系 求 得 4.. 屋 盖 支 撑 大 型 屋 面 板 如 与 屋 架 牢 固 连 接, 则 屋 面 板 的 面 内 刚 度 可 以 保 证 上 弦 平 面 的 几 何 不 变, 但 由 屋 架 檩 条 和 屋 面 材 料 等 构 件 组 成 的 有 檩 屋 盖 是 几 何 可 变 体 系 屋 架 的 受 压 上 弦 杆 虽 然 同 檩 条 连 接, 但 所 有 屋 架 的 上 弦 有 可 能 向 同 一 方 向 以 半 波 的 形 式 鼓 曲 ( 图 4- a ), 这 时 上 弦 的 计 算 长 度 就 等 于 屋 架 的 跨 度, 所 以 承 载 能 力 极 低 其 次, 屋 架 下 弦 虽 是 拉 杆, 但 当 侧 向 没 有 联 系 时, 在 某 些 不 利 的 因 素 作 用 下, 如 厂 房 吊 车 运 行 时 的 振 动, 会 引 起 较 大 的 水 平 振 动 和 变 位, 增 加 杆 件 和 连 接 中 的 受 力 此 外, 房 屋 两 端 的 屋 架 往 往 要 传 递 由 端 墙 传 来 的 风 荷 载, 仅 靠 屋 架 的 弦 杆 来 承 受 和 传 递 风 荷 载 是 不 够 的 根 据 以 上 分 析, 要 使 屋 架 具 有 足 够 的 承 载 能 力, 保 证 屋 架 结 构 有 一 定 的 空 间 刚 度, 应 根 据 结 构 布 置 情 况 和 受 力 特 点 设 置 各 种 支 撑 体 系, 把 平 面 屋 架 连 系 起 来, 使 屋 架 结 构 形 成 一 个 整 体 刚 度 较 好 的 空 间 体 系 所 以 屋 盖 支 撑 是 屋 盖 结 构 中 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 图 4- 屋 架 上 弦 的 屈 曲 情 况. 屋 盖 支 撑 的 作 用 和 布 置 根 据 支 撑 布 置 的 位 置 可 分 为 上 弦 横 向 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 下 弦 纵 向 支 撑 竖 向 支 撑 和 系 杆 等 五 种, 图 为 不 同 情 况 下 的 支 撑 布 置 () 上 弦 横 向 支 撑 ) 作 用 上 弦 横 向 支 撑 是 以 斜 杆 和 檩 条 作 为 腹 杆, 两 榀 相 邻 屋 架 的 上 弦 作 为 弦 杆 组 成 的 水 平 桁 架, 将 两 榀 竖 放 屋 架 在 水 平 方 向 联 系 起 来 在 没 有 横 向 支 撑 的 开 间, 则 通 过 系 杆 的 约 束 作 用 将 屋 架 在 水 平 方 向 联 成 整 体, 以 保 证 屋 架 的 侧 向 刚 度 和 屋 盖 的 空 间 刚 度, 减 少 上 弦 在 平 面 外 的 计 算 长 度 以 及 承 受 并 传 递 端 墙 的 风 荷 载 图 4- 屋 盖 支 撑 布 置 ) 布 置 采 用 有 檩 方 案 的 钢 屋 架 一 般 都 应 布 置 上 弦 横 向 支 撑 上 弦 横 向 支 撑 应 布 置 在 房 屋 两 端 或 在 温 度 区 段 的 第 一 或 第 二 开 间 如 果 在 第 二 开 间, 则 必 须 用 刚 性 系 杆 将 端 屋 架 与 横 向 支 撑 的 节 点 连 接, 以 保 证 端 屋 架 的 稳 定 和 传 递 风 荷 载 当 无 端 屋 架 时, 则 与 抗 风 柱 连 牢, 以 减 少 抗 风 柱 的 计 算 长 度, 提 高 抗 风 柱 的 承 载 能 力 横 向 支 撑 的 间 距 不 宜 超 过 60m 当 房 屋 较 长 时, 在 房 屋 长 度 中 间 再 增 设 支 撑 对 于 采 用 大 型 屋 面 板 的 无 檩 屋 盖, 如 施 工 时 能 够 保 证 屋 面 板 有 三 个 角 点 与 屋 架 上 弦 杆 焊 牢, 可 以 不 设 支 撑 ; 但 考 虑 到 高 空 焊 接 的 质 量 不 易 保 证, 一 般 还 要 布 置 上 弦 横 向 支 撑, 但 大 0

157 型 屋 面 板 可 以 起 系 杆 作 用 在 有 檩 体 系 屋 盖 中, 檩 条 可 以 作 为 支 撑 系 统 中 的 系 杆, 但 这 些 檩 条 必 须 与 屋 架 弦 杆 牢 固 连 接 当 有 天 窗 时, 在 天 窗 下 的 上 弦 平 面 范 围 不 铺 设 屋 面 材 料 但 在 有 支 撑 的 开 间 内, 在 天 窗 下 的 上 弦 平 面 仍 应 布 置 横 向 支 撑, 以 形 成 一 个 完 整 的 水 平 桁 架 并 保 证 天 窗 下 面 上 弦 杆 的 侧 向 稳 定 无 天 窗 时, 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 布 置 详 见 图 4-( a ) 有 天 窗 时, 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 布 置 详 见 图 4-(b) 图 4- 托 架 处 下 弦 纵 向 支 撑 布 置 () 下 弦 支 撑 下 弦 支 撑 分 为 下 弦 横 向 支 撑 和 下 弦 纵 向 支 撑 ( 图 4- 到 4-4) ) 下 弦 横 向 支 撑 的 布 置 和 作 用 下 弦 横 向 支 撑 能 作 为 山 墙 抗 风 柱 的 支 点, 承 受 并 传 递 水 平 风 荷 载 悬 挂 吊 车 的 水 平 力 和 地 震 引 起 的 水 平 力, 减 少 下 弦 的 计 算 长 度, 从 而 减 少 下 弦 的 振 动 凡 属 下 列 情 况 之 一 者, 宜 设 置 屋 架 下 弦 横 向 支 撑 :. 屋 架 跨 度 8m 时 ;. 屋 架 下 弦 设 有 悬 挂 吊 车, 厂 房 内 有 吨 位 较 大 的 桥 式 吊 车 或 有 振 动 设 备 时 ;. 端 墙 抗 风 柱 支 撑 于 屋 架 下 弦 时 ; 4. 屋 架 下 弦 设 有 通 长 的 纵 向 支 撑 时 下 弦 横 向 支 撑 应 布 置 在 有 上 弦 横 向 支 撑 的 同 一 开 间 内, 使 这 一 开 间 形 成 稳 定 的 空 间 体 系 ) 下 弦 纵 向 支 撑 的 作 用 和 布 置 下 弦 纵 向 支 撑 的 作 用 主 要 是 与 横 向 支 撑 一 起 形 成 封 闭 体 系 以 增 强 屋 盖 的 空 间 刚 度 ( 图 4-c), 并 承 受 和 传 递 吊 车 横 向 水 平 制 动 力 当 有 托 架 时, 在 托 架 处 必 须 布 置 下 弦 纵 向 支 撑, 并 由 托 架 两 端 各 延 伸 一 个 柱 间 ( 图 4-), 以 保 证 托 架 在 平 面 外 的 稳 定 凡 属 下 列 情 况 之 一 者, 宜 设 置 屋 架 下 弦 纵 向 支 撑 :. 当 厂 房 内 设 置 重 级 工 作 制 吊 车 或 起 重 量 较 大 的 中 轻 级 工 作 制 吊 车 时 ;. 当 厂 房 排 架 计 算 考 虑 空 间 工 作 时 ;. 厂 房 内 设 有 较 大 的 振 动 设 备 时 ; 4. 屋 架 下 弦 有 纵 向 或 横 向 吊 轨 时 ; 5. 当 房 屋 跨 度 较 大, 高 度 较 高 而 空 间 刚 度 要 求 大 时 ; 6. 当 设 有 托 架 时, 在 托 架 处 局 部 加 设 下 弦 纵 向 支 撑, 并 向 托 架 两 端 各 延 伸 一 个 柱 间 图 4-4 是 屋 架 下 弦 有 悬 挂 吊 车 时 的 下 弦 支 撑 布 置 图 图 4-4 屋 架 下 弦 有 悬 挂 吊 车 时 的 下 弦 支 撑 布 置 () 竖 向 支 撑 的 布 置 和 作 用 竖 向 支 撑 的 主 要 作 用 是 使 相 邻 两 屋 架 形 成 几 何 不 变 的 空 间 体 系, 以 保 证 屋 架 在 使 用 和 安 装 时 的 侧 向 稳 定 竖 向 支 撑 应 布 置 在 设 有 上 弦 横 向 支 撑 的 开 间 内, 按 下 列 要 求 布 置 : ) 对 于 梯 形 屋 架 和 平 行 弦 屋 架, 当 屋 架 跨 度 0m 时, 应 在 屋 架 跨 中 和 两 端 的 竖 杆 平

158 面 内 各 布 置 一 道 竖 向 支 撑 ( 图 4- 的 - 剖 面 ); 当 屋 架 跨 度 >0m 时, 在 无 天 窗 的 情 况 下, 应 在 屋 架 跨 度 l / 处 的 竖 杆 平 面 内 和 屋 架 两 端 各 布 置 一 道 竖 向 支 撑, 在 有 天 窗 时, 竖 向 支 撑 可 布 置 在 天 窗 脚 下 的 屋 架 竖 杆 平 面 内 ) 三 角 形 屋 架 当 跨 度 8m 时, 应 在 屋 架 中 间 布 置 一 道 竖 向 支 撑, 当 跨 度 >8m 时, 应 按 具 体 情 况 布 置 两 道 竖 向 支 撑 竖 向 支 撑 除 在 设 有 上 弦 横 向 支 撑 的 开 间 内 布 置 外, 为 保 证 屋 架 安 装 时 的 稳 定 性, 每 隔 4~5 个 开 间 应 布 置 一 道 竖 向 支 撑 荷 载 (4) 系 杆 的 作 用 和 布 置 要 点 系 杆 的 作 用 是 保 证 无 支 撑 开 间 处 屋 架 的 侧 向 稳 定 减 少 弦 杆 的 计 算 长 度 以 及 传 递 水 平 系 杆 有 刚 性 系 杆 ( 压 杆 ) 和 柔 性 系 杆 ( 拉 杆 ) 刚 性 系 杆 一 般 由 两 个 角 钢 组 成 十 字 形 截 面, 柔 性 系 杆 一 般 采 用 单 角 钢 系 杆 在 上 下 弦 杆 平 面 内 按 下 列 原 则 布 置 : ) 在 一 般 情 况 下, 竖 向 支 撑 平 面 内 的 屋 架 上 下 弦 节 点 处 应 设 置 通 长 的 系 杆 ; ) 在 屋 架 支 座 节 点 处 和 上 弦 屋 脊 节 点 处 应 设 置 通 长 的 刚 性 系 杆 ; ) 当 屋 架 横 向 支 撑 设 在 厂 房 两 端 的 或 温 度 缝 区 段 的 第 二 开 间 时, 则 在 支 撑 节 点 与 第 一 榀 屋 架 之 间 应 设 置 刚 性 系 杆 其 余 可 采 用 柔 性 或 刚 性 系 杆 在 屋 架 支 座 节 点 处 如 设 有 纵 向 连 系 钢 梁 或 钢 筋 混 凝 土 圈 梁, 则 支 座 处 下 弦 刚 性 系 杆 可 以 省 去 在 有 檩 屋 盖 中, 檩 条 可 以 代 替 上 弦 水 平 系 杆 在 无 檩 屋 盖 中, 大 型 屋 面 板 可 以 代 替 上 弦 刚 性 系 杆. 支 撑 的 形 式 计 算 和 构 造 屋 盖 支 撑 一 般 都 是 平 行 弦 桁 架 ( 图 4-5,4-6) 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 和 下 弦 纵 向 支 撑 的 腹 杆 大 多 采 用 十 字 交 叉 体 系 ( 图 4-5 a ) 这 种 形 式 刚 度 较 大, 用 料 省 斜 腹 杆 按 拉 杆 设 计, 可 采 用 单 角 钢 ; 对 于 跨 度 较 小, 起 重 量 不 大 的 厂 房 也 可 用 圆 钢, 圆 钢 直 径 d 6mm, 且 宜 用 花 篮 螺 丝 拉 紧 竖 向 支 撑 的 腹 杆 形 式 见 图 4-5( a ) (b ) ( c ) ( d ), 图 4-5( a ) (b ) 的 交 叉 斜 腹 杆 按 拉 杆 计 算 上 下 弦 杆 应 采 用 双 角 钢 组 成 T 型 截 面, 上 弦 亦 可 由 檩 条 代 替 支 撑 中 的 刚 性 系 杆 按 压 杆 计 算, 采 用 双 角 钢 组 成 十 字 形 或 T 型 截 面 ; 柔 性 系 杆 可 按 拉 杆 计 算, 采 用 单 角 钢 即 可 屋 架 支 撑 的 受 力 较 小, 截 面 尺 寸 大 多 由 杆 件 的 容 许 长 细 比 和 构 造 要 求 而 定 按 压 杆 设 计 的 容 许 长 细 比 为 00, 按 拉 杆 设 计 的 容 许 长 细 比 为 400, 但 有 重 级 工 作 制 吊 车 的 厂 房 中 拉 杆 容 许 长 细 比 为 50 当 屋 架 跨 度 较 大, 屋 架 下 弦 标 高 大 于 5m, 基 本 风 压 大 于 0.5 kn / m 时, 屋 架 各 部 位 的 支 撑 杆 件 除 满 足 容 许 长 细 比 的 要 求 外, 尚 应 根 据 所 受 的 荷 载 按 桁 架 体 系 计 算 出 内 力, 杆 件 截 面 按 所 得 的 内 力 确 定 计 算 支 撑 杆 件 内 力 时, 可 将 屋 面 支 撑 展 开 为 平 面 桁 架, 假 定 在 水 平 荷 载 作 用 下, 每 个 节 间 只 有 一 个 受 拉 的 斜 杆 参 加 工 作 ( 图 4-6) 图 中 W 为 支 撑 节 点 上 的 水 平 节 点 荷 载, 由 风 荷 载 或 吊 车 荷 载 引 起 图 4-5 支 撑 形 式 图 4-6 支 撑 桁 架 杆 件 计 算 简 图 支 撑 与 屋 架 的 连 接 构 造 要 简 单, 安 装 应 方 便 角 钢 支 撑 与 屋 架 一 般 采 用 粗 制 螺 栓 连 接, 螺 栓 一 般 为 M0( 直 径 0mm), 杆 件 每 端 至 少 有 两 个 螺 栓 在 有 重 级 工 作 制 吊 车 或 较 大 振 动 设 备 的 厂 房, 除 粗 制 螺 栓 外, 还 应 加 安 装 焊 缝 施 焊 时, 不 容 许 屋 架 满 载 焊 缝 长 度

159 80mm, 焊 脚 尺 寸 h 6mm 仅 采 用 螺 栓 连 接 而 不 加 焊 缝 时, 在 构 件 校 正 固 定 后, 可 将 外 露 螺 纹 打 毛 或 将 螺 栓 与 螺 母 焊 接, 以 防 松 动 当 采 用 圆 钢 作 支 撑 时, 应 采 用 花 篮 螺 丝 将 圆 钢 拉 紧 4.. 开 口 截 面 杆 件 钢 屋 架 的 设 计 与 构 造 普 通 钢 屋 架 一 般 由 角 钢 作 杆 件, 通 过 节 点 板 焊 接 连 成 整 体 屋 盖 承 受 较 大 荷 载 时, 也 可 用 H 型 钢 工 字 形 钢 作 构 件 作 为 入 门, 本 书 只 介 绍 角 钢 杆 件. 计 算 屋 架 杆 件 内 力 时 的 基 本 假 定 () 屋 架 的 节 点 为 铰 接 ; () 屋 架 所 有 杆 件 的 轴 线 平 直 且 都 在 同 一 平 面 内 相 交 于 节 点 的 中 心 ; () 荷 载 都 作 用 在 节 点 上, 且 都 在 屋 架 平 面 内 满 足 上 述 假 定 后, 杆 件 内 力 将 是 轴 心 拉 力 或 压 力 上 述 假 定 是 理 想 的 情 况, 实 际 上 由 于 节 点 的 焊 缝 连 接 具 有 一 定 的 刚 度, 杆 件 不 能 自 由 转 动, 因 此 节 点 不 是 理 想 铰 接, 在 屋 架 杆 件 中 还 有 一 定 的 次 应 力 根 据 分 析, 对 于 角 钢 组 成 的 T 形 截 面, 次 应 力 对 屋 架 的 承 载 能 力 影 响 较 小, 设 计 时 可 不 予 考 虑 但 对 于 刚 度 较 大 的 箱 形 或 H 形 截 面, 且 在 桁 架 平 面 内 的 杆 件 截 面 高 度 与 其 几 何 长 度 ( 节 点 中 心 间 的 距 离 ) 之 比 大 于 /0( 对 弦 杆 ) 或 大 于 /5( 对 腹 杆 ) 时, 应 考 虑 节 点 刚 性 引 起 的 次 弯 矩 其 次 由 于 制 造 的 偏 差 和 构 造 等 原 因, 杆 件 轴 线 不 一 定 交 于 节 点 中 心, 外 荷 载 也 可 能 不 完 全 作 用 在 节 点 上, 所 以 节 点 上 受 力 可 能 有 偏 心 如 果 上 弦 有 节 间 荷 载, 应 先 将 荷 载 换 算 成 节 点 荷 载, 才 能 计 算 各 杆 件 的 内 力 在 设 计 上 弦 时, 还 应 考 虑 节 间 荷 载 在 上 弦 引 起 的 局 部 弯 矩, 上 弦 按 压 弯 杆 件 计 算. 屋 架 分 析 时 的 荷 载 组 合 屋 架 内 力 应 根 据 使 用 过 程 和 施 工 过 程 可 能 出 现 的 最 不 利 荷 载 组 合 计 算 此 处 把 所 有 荷 载 分 为 永 久 荷 载 和 可 变 荷 载 两 大 类 在 屋 架 设 计 时, 以 下 三 种 荷 载 组 合 可 能 导 致 屋 架 内 力 的 最 不 利 情 况 : 永 久 荷 载 + 全 跨 可 变 荷 载 ; 永 久 荷 载 加 半 跨 可 变 荷 载 ; 屋 架 支 撑 和 天 窗 架 自 重 + 半 跨 屋 面 板 重 + 半 跨 屋 面 活 荷 载, 这 项 组 合 在 采 用 大 型 预 制 钢 筋 混 凝 土 屋 面 板 时 应 予 考 虑 但 如 果 安 装 过 程 中 在 屋 架 两 侧 对 称 均 匀 铺 设 屋 面 板, 则 可 以 不 考 虑 这 种 荷 载 组 合 梯 形 屋 架 中, 屋 架 上 下 弦 杆 和 靠 近 支 座 的 腹 杆 常 按 第 一 种 组 合 计 算 ; 跨 中 附 近 的 腹 杆 在 第 二 三 种 荷 载 组 合 下 可 能 内 力 为 最 大 而 且 可 能 变 号 采 用 轻 质 屋 面 材 料 的 屋 架, 在 风 荷 载 为 吸 力 时 的 作 用 下, 原 来 受 拉 的 杆 件 可 能 变 为 受 压 另 外, 对 于 采 用 轻 质 屋 面 的 厂 房, 要 注 意 在 框 排 架 分 析 时 求 得 的 柱 顶 最 大 剪 力 会 使 屋 架 下 弦 出 现 内 力 变 号 ( 即 压 力 ) 或 附 加 内 力. 内 力 计 算 () 轴 心 力 屋 架 杆 件 的 轴 向 力 可 用 数 解 法 或 图 解 法 求 得, 也 可 通 过 计 算 机 分 析 求 出 用 数 解 法 手 算 得 出 桁 架 内 力 是 工 程 师 现 场 解 决 问 题 需 具 备 的 本 领 在 某 些 结 构 设 计 手 册 中 有 常 用 屋 架 的 内 力 系 数 表 利 用 手 册 计 算 屋 架 内 力 时, 只 要 将 屋 架 节 点 荷 载 乘 以 相 应 杆 件 的 内 力 系 数, 即 得 该 杆 件 的 内 力 () 上 弦 局 部 弯 矩

160 上 弦 有 节 间 荷 载 时, 除 轴 向 力 外, 还 有 局 部 弯 矩 可 近 似 的 按 简 支 梁 计 算 出 跨 间 最 大 弯 矩 M 0, 然 后 再 乘 以 调 整 系 数 端 节 点 的 正 弯 矩 取 M = 0. 8M 0, 其 他 节 间 的 正 弯 矩 和 节 点 负 弯 矩 取 M = 0. 6M 0 ( 图 4-7) 当 屋 架 与 柱 刚 接 时 除 上 述 计 算 的 屋 架 内 力 外, 还 应 考 虑 框 架 分 析 时 所 得 的 屋 架 端 弯 矩 对 屋 架 杆 件 内 力 的 影 响 ( 图 4-8) 按 图 4-8 的 计 算 简 图 算 出 的 屋 架 杆 件 内 力 与 按 铰 接 屋 架 计 算 的 内 力 进 行 组 合, 取 最 不 利 情 况 的 内 力 设 计 屋 架 的 杆 件 图 4-7 局 部 弯 矩 计 算 简 图 图 4-8 屋 架 端 弯 矩 的 作 用 4. 屋 架 杆 件 设 计 () 屋 架 杆 件 的 计 算 长 度 在 理 想 铰 接 的 屋 架 中, 杆 件 的 计 算 长 度 在 屋 架 平 面 内 应 是 节 点 中 心 的 距 离 但 实 际 上 屋 架 各 杆 件 是 通 过 节 点 板 焊 接 在 一 起 的, 节 点 本 身 具 有 一 定 的 刚 度, 节 点 上 还 有 受 拉 杆 件 的 约 束 作 用, 故 节 点 是 介 于 刚 接 和 铰 接 之 间 的 弹 性 嵌 固 拉 杆 越 多, 约 束 作 用 越 大, 压 杆 的 计 算 长 度 越 小 弦 杆 支 座 斜 杆 支 座 竖 杆 因 内 力 较 大, 截 面 亦 大, 其 他 杆 件 在 节 点 处 对 它 们 的 约 束 作 用 很 小, 同 时 考 虑 到 这 些 杆 件 在 屋 架 中 比 较 重 要, 所 以 这 些 杆 件 在 屋 架 平 面 内 的 计 算 长 度 取 节 点 间 的 轴 线 长 度, 即 l0 = l ; 其 他 受 压 腹 杆 考 虑 到 节 点 处 所 受 其 他 受 拉 杆 件 的 约 束 作 用, 计 算 长 度 l0 = 0. 8l ( 图 4-9) 屋 架 弦 杆 在 平 面 外 的 计 算 长 度 l 0 等 于 横 向 支 撑 节 点 间 的 距 离 无 横 向 支 撑 的 开 间, 则 由 纵 向 系 杆 作 为 支 撑 点 系 杆 的 间 距 与 横 向 支 撑 点 间 距 相 同, 因 此 弦 杆 平 面 外 的 计 算 长 度 亦 取 支 撑 节 点 或 系 杆 之 间 的 距 离 ( 图 4-9) 腹 杆 在 屋 架 平 面 外 的 计 算 长 度 等 于 两 端 节 点 间 的 距 离 图 4-9 屋 架 杆 件 计 算 长 度 图 4-0 杆 件 轴 压 力 在 侧 向 支 撑 点 之 间 有 变 化 的 桁 架 简 图 屋 架 中 的 单 角 钢 杆 件 与 双 角 钢 组 成 的 十 字 形 杆 件 由 于 截 面 主 轴 不 在 屋 架 平 面 内, 有 可 能 斜 向 失 稳, 考 虑 杆 件 两 端 节 点 对 它 有 一 些 约 束 作 用, 这 种 截 面 腹 杆 的 计 算 长 度 l0 = 0. 9l 当 屋 架 系 杆 侧 向 支 撑 点 的 距 离 为 两 倍 节 间 长 度, 且 两 个 节 间 弦 杆 的 内 力 不 相 等 ( 图 4-0 a ) 时, 弦 杆 在 平 面 外 的 计 算 长 度 按 下 式 计 算 : N l0 = l( ) 0. 5l (4-) N 式 中 N 较 大 的 压 力, 计 算 时 取 正 号 ; N 较 小 的 压 力 或 拉 力, 计 算 时 压 力 取 正 号, 拉 力 取 负 号 再 分 式 腹 杆 ( 图 4-0 b 中 杆 ABC) 中 的 受 压 杆 件 在 屋 架 平 面 外 的 计 算 长 度 亦 按 公 式 (4-) 计 算 ( 图 4-0b ) 在 屋 架 平 面 内 的 计 算 长 度, 则 取 等 于 节 间 长 度 当 为 交 叉 腹 杆 时, 在 屋 架 平 面 内 的 计 算 长 度 应 取 节 点 中 心 到 交 叉 点 之 间 的 距 离 ; 在 屋 架 平 面 外 的 计 算 长 度 的 确 定 方 法 参 见.6. 节 的 说 明 () 容 许 长 细 比 钢 屋 架 的 杆 件 截 面 较 小, 长 细 比 较 大, 在 自 重 作 用 下 会 产 生 挠 度, 在 运 输 和 安 装 过 程 4

161 中 容 易 因 刚 度 不 足 而 产 生 弯 曲, 在 动 力 荷 载 下 振 幅 较 大, 这 些 问 题 都 不 利 于 杆 件 的 工 作 故 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 对 桁 架 杆 件 容 许 长 细 比 [ λ ] 有 如 下 规 定 : ) 压 杆 桁 架 和 天 窗 架 中 的 杆 件 :[ λ ]=50; 内 力 不 超 过 承 载 能 力 50% 的 腹 杆 :[ λ ]=00; 跨 度 等 于 或 大 于 60m 的 桁 架 的 弦 杆 和 端 压 杆 :[ λ ]=00; ) 拉 杆 直 接 承 载 动 力 荷 载 或 重 级 工 作 制 吊 车 厂 房 中 的 桁 架 杆 件 :[ λ ]=50; 其 他 情 况 下 的 桁 架 杆 件 :[ λ ]=50; 跨 度 等 于 或 大 于 60m 的 桁 架 杆 件 :[ λ ]=00 () 杆 件 设 计 ) 截 面 形 式 普 通 钢 屋 架 的 杆 件 一 般 采 用 两 个 等 肢 或 者 不 等 肢 角 钢 组 成 的 T 形 截 面 或 十 字 形 截 面 这 些 截 面 能 使 两 个 主 轴 的 回 转 半 径 与 杆 件 在 屋 架 平 面 内 和 平 面 外 的 计 算 长 度 相 配 合, 使 两 个 方 向 的 长 细 比 接 近, 以 达 到 用 料 经 济 连 接 方 便, 且 具 有 较 大 的 承 载 能 力 和 抗 弯 刚 度 屋 架 杆 件 截 面 可 参 考 表 4- 选 用 对 于 屋 架 上 弦, 当 无 局 部 弯 矩 时, 因 屋 架 平 面 外 计 算 长 度 往 往 是 屋 架 平 面 内 计 算 长 度 的 两 倍, 要 使 λ λ, 必 须 使 i = i, 上 弦 宜 采 用 两 个 不 等 边 角 钢, 短 肢 相 并 而 长 肢 水 平 的 T 形 截 面 形 式 如 有 较 大 的 局 部 弯 矩, 为 提 高 上 弦 在 屋 架 平 面 内 的 抗 弯 能 力, 宜 采 用 不 等 边 角 钢 长 肢 相 并, 短 肢 水 平 的 T 形 截 面 如 有 特 殊 需 要, 上 弦 亦 可 采 用 槽 钢 或 组 合 格 构 式 截 面 对 于 屋 架 的 支 座 斜 杆, 由 于 它 在 屋 架 平 面 内 和 平 面 外 计 算 长 度 相 等, 应 使 截 面 的 i = i 因 此, 采 用 两 个 不 等 边 角 钢, 长 肢 相 并 的 T 形 截 面 比 较 合 理 受 拉 下 弦 杆, 平 面 外 的 计 算 长 度 大, 一 般 都 选 用 不 等 边 角 钢, 长 肢 水 平, 短 肢 相 并 这 样 对 连 接 支 撑 也 比 较 方 便 其 他 腹 杆, 因 为 l0 =. 5l0, 故 要 求 i =. 5i, 宜 采 用 两 个 等 边 角 钢 组 成 的 T 形 截 面 与 竖 向 支 撑 相 连 的 腹 杆 宜 采 用 两 个 等 边 角 钢 组 成 的 十 字 形 截 面, 使 竖 向 支 撑 与 屋 架 节 点 连 接 不 产 生 偏 心 受 力 特 别 小 的 腹 杆 可 采 用 单 角 钢 杆 件 在 无 特 殊 要 求 情 况 下, 应 尽 量 采 用 等 边 角 钢, 因 为 等 边 角 钢 备 料 方 便 屋 架 杆 件 截 面 形 式 表 4- 项 杆 件 截 面 截 面 形 式 回 转 半 径 的 比 值 用 途 次 组 合 方 式 二 不 等 边 角 钢 短 肢 相 并 i i.6~.9 计 算 长 度 l 0 的 上 下 弦 杆 较 大 二 不 等 边 角 钢 长 肢 相 并 i i 0.75~.0 端 斜 杆 竖 斜 杆 受 较 大 弯 矩 作 用 的 弦 杆 5

162 二 等 边 角 钢 相 并 i i.~.5 其 余 腹 杆 下 弦 杆 0 4 二 等 边 角 钢 组 成 的 十 字 形 截 面 i i.0 与 竖 向 支 撑 相 连 的 屋 架 竖 杆 单 角 钢 内 力 较 小 的 杆 件 0 为 了 使 两 个 角 钢 组 成 的 杆 件 能 起 整 体 作 用, 应 使 两 角 钢 相 并 肢 之 间 焊 上 填 板 ( 图 4-) 填 板 厚 度 与 节 点 板 厚 度 相 同, 填 板 宽 度 一 般 取 50~80mm, 长 度 比 角 钢 肢 宽 出 0~0mm, 以 便 于 与 角 钢 焊 接 填 板 间 距 在 受 压 杆 件 中 不 大 于 40i, 在 受 拉 杆 件 中 不 大 80i 在 T 形 截 面 中 i 为 一 个 角 钢 对 平 行 于 填 板 自 身 轴 心 轴 ( 即 图 4- 中 轴 ) 的 回 转 半 径, 在 十 字 形 截 面 中 i 为 一 个 角 钢 的 最 小 回 转 半 径 在 杆 件 的 计 算 长 度 范 围 内 至 少 设 置 两 块 填 板 如 果 只 在 杆 件 中 设 置 一 块 填 板, 则 由 于 填 板 处 剪 力 为 零 而 不 起 作 用 图 4- 屋 架 杆 件 的 填 板 布 置 ) 截 面 选 择 选 择 截 面 时 应 满 足 下 列 要 求 : 为 了 便 于 订 货 和 下 料, 在 同 一 榀 屋 架 中 角 钢 规 格 不 宜 过 多, 一 般 不 超 过 5~6 种 ; 为 了 防 止 杆 件 在 运 输 和 安 装 过 程 中 产 生 弯 曲 和 损 坏, 角 钢 的 尺 寸 不 宜 小 于 L45 4 或 L56 6 4; 应 选 用 肢 宽 而 壁 薄 的 角 钢, 使 回 转 半 径 大 些, 这 对 压 杆 更 为 重 要 ; 4 屋 架 弦 杆 一 般 采 用 等 截 面, 但 对 跨 度 大 于 0m 的 梯 形 屋 架 和 跨 度 大 于 4m 的 三 角 形 屋 架, 可 根 据 材 料 长 度 和 运 输 条 件 在 节 点 处 或 节 点 附 近 设 置 接 头, 并 按 内 力 变 化 改 变 弦 杆 截 面, 但 在 半 跨 内 只 能 改 变 一 次 改 变 截 面 的 方 法 是 变 更 角 钢 的 肢 宽 而 不 改 变 壁 厚, 以 便 于 弦 杆 拼 接 的 构 造 处 理 截 面 选 择 后, 所 有 杆 件 都 应 作 强 度 稳 定 性 刚 度 的 校 核 ) 强 度 计 算 按 以 下 公 式 计 算 杆 件 的 截 面 强 度 : N s = / γ (4-) A n 式 中 N 杆 件 的 轴 力 设 计 值 ; A n 杆 件 的 净 截 面 面 积 ; 6

163 钢 材 的 强 度 设 计 值 γ 系 数, 对 于 非 抗 震 设 计, γ = γ 0 ; 对 于 抗 震 设 计, = 4) 杆 件 整 体 稳 定 计 算 : 按 以 下 公 式 计 算 杆 件 的 整 体 稳 定 性 : N / γ j A γ γ RE (4-) 式 中 A 杆 件 的 毛 截 面 面 积 ; ϕ 杆 件 轴 心 受 压 稳 定 系 数, 根 据 杆 件 长 细 比 钢 材 屈 服 强 度, 由 附 录 4 附 表 4.. 和 附 表 4.. 确 定 对 两 肢 相 并 的 双 角 钢 构 件, 其 轴 为 非 对 称 轴, 轴 为 对 称 轴 ( 参 见 表 4-), 计 算 长 细 比, 应 按 下 列 规 定 : 对 轴 : λ = l / i (4-4) o 对 轴 : 应 考 虑 弯 扭 效 应, 取 换 算 长 细 比, 按 以 下 近 似 方 法 计 算 : 对 等 边 双 角 钢 截 面 : 4 当 b/ t 0.58 lo / b时, λ 0.475b z = λ + lo t 当 b/ t > 0.58 l / b时, λ 对 长 肢 相 并 的 不 等 边 双 角 钢 截 面 : o 当 o z b l t =.9 + t 8.6 b o 4 4 b / t 0.48 l / b 时, λ.09b z = λ + lo t b / t > 0.48 l / b 时, λ 当 o 对 短 肢 相 并 的 不 等 边 双 角 钢 截 面 : 当 o z = + b o t b l t (4-5 a ) (4-5b ) (4-6 a ) (4-6b ) b / t 0.56 l / b 时, λ z = λ (4-7 a ) b / t> 0.56 l / b 时, λ 当 o z = + l, l 杆 件 对 轴 和 轴 的 计 算 长 度 ; o o l λ 对 轴 的 长 细 比 ; λ = i i, i 双 角 钢 截 面 回 转 半 径 ; o b o t b l t (4-7b ) b b b 分 别 为 等 边 角 钢 肢 的 宽 度, 不 等 边 角 钢 长 肢 宽 度 和 短 肢 宽 度 ; t 角 钢 壁 厚 5) 杆 件 刚 度 计 算 7

164 λ [ λ] λ [ λ] (4-8a) (4-8b) 5. 屋 架 节 点 设 计 () 节 点 设 计 的 基 本 要 求 ) 各 杆 件 的 形 心 线 应 尽 量 与 屋 架 的 几 何 轴 线 重 合, 并 交 于 节 点 中 心, 以 避 免 由 于 偏 心 而 产 生 的 节 点 附 加 弯 矩 但 考 虑 到 制 造 上 的 方 便, 角 钢 肢 背 到 屋 架 轴 线 的 距 离 可 取 5mm 的 倍 数 例 如 L90 6 角 钢, 其 形 心 线 距 离 肢 背 为.44cm, 则 角 钢 肢 背 到 屋 架 几 何 轴 线 的 距 离 可 采 用.5cm; 又 如 角 钢 L80 5, 其 形 心 线 距 离 肢 背 为.5cm, 则 角 钢 肢 背 到 屋 架 几 何 轴 线 的 距 离 可 采 用.0cm 当 屋 架 弦 杆 截 面 有 改 变 时, 为 了 减 少 偏 心 和 使 肢 背 平 齐, 应 使 两 个 角 钢 形 心 线 之 间 的 中 线 与 屋 架 的 轴 线 重 合 ( 图 4-) 如 轴 线 变 动 不 超 过 较 大 弦 杆 截 面 高 度 的 5%, 计 算 时 可 不 考 虑 由 此 引 起 的 偏 心 弯 矩 图 4- 弦 杆 截 面 改 变 时 的 轴 线 位 置 ) 当 屋 架 各 杆 件 用 节 点 板 连 接 时, 弦 杆 与 腹 杆 之 间 以 及 腹 杆 与 腹 杆 之 间 的 间 隙, 不 宜 小 于 0mm 屋 架 杆 件 端 部 切 割 面 宜 与 轴 线 垂 直, 如 图 4-( a ) 所 示 为 了 减 少 节 点 板 的 尺 寸, 也 可 采 用 图 4-(b ) 的 斜 切 图 4-( c ) 和 ( d ) 的 切 割 形 式 一 般 不 宜 采 用 图 4- 屋 架 杆 件 端 部 切 割 形 式 ) 节 点 板 的 形 状 应 尽 可 能 简 单 而 有 规 则, 一 般 至 少 有 两 边 平 行, 如 矩 形 直 角 梯 形 等 节 点 板 不 应 有 凹 角, 以 防 止 产 生 严 重 的 应 力 集 中 节 点 板 的 尺 寸 应 尽 可 能 使 连 接 焊 缝 中 心 受 力, 如 图 4-4( a ) 所 示 图 4-4(b ) 的 受 力 有 偏 心, 不 宜 采 用 节 点 板 应 有 足 够 的 刚 度, 以 保 证 弦 杆 与 腹 杆 的 内 力 能 安 全 的 传 递 节 点 板 内 应 力 分 布 比 较 复 杂, 节 点 板 的 厚 度 可 根 据 腹 杆 ( 梯 形 屋 架 ) 或 弦 杆 ( 三 角 形 屋 架 ) 的 最 大 内 力 按 表 4- 选 用, 但 不 得 小 于 6mm 同 一 榀 屋 架 中 所 有 节 点 板 的 厚 度 应 该 相 同, 但 支 座 节 点 板 应 比 其 他 节 点 板 厚 mm 节 点 板 不 得 作 为 拼 接 弦 杆 用 的 主 要 传 力 构 件 节 点 板 的 平 面 尺 寸 在 布 置 各 杆 件 的 焊 缝 后 确 定, 确 定 时 应 适 当 考 虑 制 作 和 装 配 的 误 差 图 4-4 节 点 板 焊 缝 位 置 屋 架 节 点 板 厚 度 选 用 表 表 4- 梯 形 屋 架 腹 杆 最 大 内 力 或 三 角 形 屋 架 弦 杆 最 大 内 力 (kn) 节 点 板 的 钢 号 Q5 钢 Q45 钢 ~0 0~500 50~ ~ ~90 00~ ~950 60~80 90~ ~ ~000 00~50 60~60 640~000 节 点 板 的 厚 度 (mm) () 节 点 的 计 算 和 构 造 8

165 节 点 设 计 时, 先 根 据 腹 杆 内 力, 计 算 连 接 焊 缝 的 长 度 和 焊 脚 尺 寸 焊 脚 尺 寸 一 般 取 等 于 或 小 于 角 钢 肢 厚 根 据 节 点 上 各 杆 件 的 焊 缝 长 度, 并 考 虑 杆 件 之 间 应 留 的 间 隙 以 及 适 当 考 虑 制 作 和 装 配 的 误 差 确 定 节 点 板 的 形 状 和 平 面 尺 寸 然 后 验 证 弦 杆 与 节 点 板 的 焊 缝 对 于 单 角 钢 杆 件 的 单 面 连 接, 由 于 角 钢 受 力 偏 心, 计 算 焊 缝 时, 应 将 焊 缝 强 度 设 计 值 乘 以 0.85 的 折 减 系 数, 焊 缝 的 尺 寸 尚 应 满 足 构 造 要 求 以 下 具 体 说 明 各 种 节 点 的 计 算 : ) 上 弦 节 点 ( 图 4-5) 节 点 板 与 腹 杆 的 连 接 采 用 角 焊 缝, 其 焊 缝 长 度 按 下 列 公 式 计 算 K N l h (4-9a) = w w 0.7h + w = + w 0.7h K N l h (4-9b) 式 中 N 腹 杆 轴 力 设 计 值 ; l w l w 角 钢 肢 背 与 肢 尖 的 焊 缝 长 度, 按 上 式 计 算 的 值 是 最 小 长 度, 设 计 时 通 常 取 5mm 的 整 数 倍, 施 工 时 一 般 将 杆 件 搭 在 节 点 板 上 的 长 度 全 部 焊 满 ; h h 角 钢 肢 背 与 肢 尖 处 的 焊 脚 尺 寸 ; 角 焊 缝 强 度 设 计 值 ; w K K 角 钢 肢 背 与 肢 尖 焊 缝 上 的 内 力 分 配 系 数, 对 长 肢 相 并 的 不 等 边 双 角 钢, 分 别 取 0.65 和 0.5, 对 短 肢 相 并 的 不 等 边 双 角 钢, 分 别 取 0.75 和 0.5, 对 等 肢 角 钢, 分 别 取 0.7 和 0. 图 4-5 屋 架 上 弦 节 点 一 般 上 弦 节 点 总 有 集 中 外 力 作 用, 例 如 大 型 屋 面 板 的 肋 或 檩 条 传 来 的 集 中 荷 载, 在 计 算 上 弦 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 时, 应 考 虑 上 弦 杆 内 力 与 集 中 荷 载 的 共 同 作 用 上 弦 节 点 因 需 搁 置 屋 面 板 或 檩 条, 故 常 将 节 点 板 缩 进 角 钢 背 而 采 用 槽 焊 缝 连 接, 节 点 板 缩 进 角 钢 背 的 距 离 应 不 少 于 节 点 板 厚 度 的 一 半 加 mm, 但 不 大 于 节 点 板 厚 度 槽 焊 缝 可 作 为 两 条 角 焊 缝 计 算, 其 强 度 设 计 值 应 乘 以 0.8 的 折 减 系 数 对 梯 形 屋 架 计 算 时 略 去 屋 架 上 弦 坡 度 的 影 响, 假 定 集 中 荷 载 P 与 上 弦 垂 直, 上 弦 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 按 下 列 公 式 计 算 上 弦 肢 背 槽 焊 缝 的 计 算 公 式 为 P [ K( N- N)] + ( /.) w 0.8 / 0.7hl w 上 弦 肢 尖 角 焊 缝 的 计 算 公 式 P [ K( N- N)] + ( /.) 0.7hl w 式 中 N N 节 点 处 相 邻 节 间 上 弦 的 内 力 设 计 值 ; P 节 点 处 的 集 中 荷 载 设 计 值 ; K K 角 钢 肢 背 和 肢 尖 的 内 力 分 配 系 数 ; w γ (4-0 a ) / γ (4-0b ) 9

166 角 钢 肢 背 槽 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 ( 取 节 点 板 厚 度 之 半 ) 和 每 条 焊 缝 的 计 算 长 度 ; l 角 钢 肢 尖 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 和 每 条 焊 缝 的 计 算 长 度 ; h l w h w w 角 焊 缝 的 强 度 设 计 值 上 弦 节 点 亦 可 按 下 述 方 法 计 算 : 集 中 荷 载 P 由 角 钢 肢 背 槽 焊 缝 承 受, 而 上 弦 节 点 相 邻 节 间 的 内 力 差 ( N N ) 由 角 钢 肢 尖 与 节 点 板 的 角 焊 缝 承 受, 并 考 虑 由 此 产 生 的 偏 心 力 矩 M = N N ) e ( 图 4-5) ( 上 弦 肢 背 槽 焊 缝 计 算 P w s. = 0.8 / γ (4-) 0.7h l w 上 弦 肢 尖 角 焊 缝 计 算 N N- N t = (4- a ) 0.7h l w M 6M σ = (4-b ) 0.7h l w M N s w ( t ) + ( ) / γ (4- c ). 式 中 的 符 号 与 前 面 相 同 a ) 下 弦 节 点 无 吊 轨 ; b ) 下 弦 节 点 有 吊 轨 图 4-6 屋 架 下 弦 节 点 ) 下 弦 节 点 ( 图 4-6) 弦 杆 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝, 当 节 点 上 无 外 荷 载 时 ( 图 4-6 a ), 仅 承 受 下 弦 相 邻 节 间 的 内 力 差 Δ N = N N, 而 Δ N 一 般 都 很 小, 故 焊 脚 尺 寸 可 由 构 造 要 求 而 定 当 节 点 上 有 集 中 荷 载 作 用 时 ( 图 4-6b ), 下 弦 肢 背 与 节 点 板 的 连 接 角 焊 缝 按 下 式 计 算 P [ K( N- N)] + ( /.) w / γ (4-a) 0.7hl w 下 弦 肢 尖 与 节 点 板 的 连 接 角 焊 缝 按 下 式 计 算 P [ K( N- N)] + ( /.) w / γ 0.7hl w 式 中 N N 下 弦 节 点 相 邻 节 间 的 轴 向 力 设 计 值 ; P 下 弦 节 点 荷 载 设 计 值 ; K K 角 钢 肢 背 和 肢 尖 的 内 力 分 配 系 数 ; h l w 角 钢 肢 背 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 和 每 条 焊 缝 的 计 算 长 度 ; h l w 角 钢 肢 尖 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 和 每 条 焊 缝 的 计 算 长 度 (4-b) 0

167 ) 屋 脊 节 点 ( 图 4-7) a ) 无 天 窗 ; b ) 有 天 窗 图 4-7 屋 脊 节 点 屋 架 上 弦 一 般 都 在 屋 脊 节 点 处 用 两 根 与 上 弦 相 等 截 面 的 角 钢 拼 接 两 角 钢 需 热 弯 成 型 当 屋 面 坡 度 较 大 时, 可 将 拼 接 角 钢 的 竖 向 肢 切 斜 口 弯 曲 后 焊 接 为 了 使 拼 接 角 钢 与 弦 杆 之 间 能 够 密 合 而 便 于 施 焊, 需 将 拼 接 角 钢 的 棱 角 削 圆, 并 把 竖 向 肢 切 去 Δ = t + h 5 mm(t 是 角 钢 的 肢 厚 ) 拼 接 角 钢 的 这 些 削 弱 可 以 由 节 点 板 来 补 偿 实 际 上, 对 于 上 弦 受 压, 这 些 削 弱 并 不 影 响 节 点 的 承 载 能 力, 因 为 上 弦 截 面 由 稳 定 计 算 而 定 该 拼 接 角 钢 应 能 传 递 弦 杆 的 最 大 内 力, 且 有 四 条 焊 缝 用 于 传 力 焊 缝 的 实 际 长 度 应 为 计 算 长 度 加 两 倍 的 焊 脚 尺 寸 拼 接 角 钢 所 需 的 长 度 为 两 倍 实 际 焊 缝 长 度 +0mm 考 虑 到 拼 接 节 点 的 刚 度, 拼 接 角 钢 的 长 度 不 应 小 于 600mm 计 算 上 弦 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 时, 假 定 节 点 荷 载 P 由 上 弦 角 钢 肢 背 处 的 槽 焊 缝 承 受, 按 公 式 (4-) 计 算 上 弦 角 钢 肢 尖 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 按 上 弦 内 力 的 5% 计 算, 并 考 虑 此 力 产 生 的 弯 矩 M = 0. 5N e 当 屋 架 上 弦 的 坡 度 较 大 时, 拼 接 角 钢 与 上 弦 杆 之 间 的 的 连 接 焊 缝 按 上 弦 内 力 计 算, 而 上 弦 杆 与 节 点 板 之 间 的 连 接 焊 缝 计 算 时, 则 取 上 弦 内 力 的 竖 向 分 力 与 节 点 荷 载 的 合 力, 和 上 弦 内 力 的 5% 两 者 中 的 较 大 值 当 屋 架 的 跨 度 较 大 时, 需 将 屋 架 分 成 两 个 运 输 单 元, 在 屋 脊 节 点 和 下 弦 跨 中 节 点 设 置 工 地 拼 接 ( 图 4-7 和 图 4-8) 左 半 边 的 上 弦 斜 杆 和 竖 杆 与 节 点 板 的 连 接 为 工 厂 焊 缝, 而 右 半 边 的 上 弦 斜 杆 与 节 点 板 的 连 接 为 工 地 焊 缝 拼 接 角 钢 与 上 弦 的 连 接 全 用 工 地 焊 缝 为 了 便 于 工 地 焊 接, 需 设 置 临 时 性 的 安 装 螺 栓 当 屋 架 上 弦 设 置 天 窗 架 时, 天 窗 架 与 屋 架 上 弦 一 般 采 用 普 通 螺 栓 连 接, 见 图 4-7(b) 4) 下 弦 拼 接 节 点 ( 图 4-8) 下 弦 一 般 都 用 与 下 弦 杆 件 尺 寸 相 同 的 角 钢 来 拼 接 在 下 弦 拼 接 处 应 保 持 原 有 的 刚 度 和 强 度, 其 构 造 与 屋 脊 节 点 相 同 如 果 下 弦 的 内 力 很 大, 为 了 防 止 在 节 点 板 中 产 生 过 大 的 应 力, 可 以 采 用 比 弦 杆 角 钢 肢 厚 度 大 的 连 接 角 钢 图 4-8( a ) 表 示 用 端 部 直 切 的 角 钢 连 接, 在 内 力 传 递 时, 由 于 力 线 转 折 而 引 起 较 大 的 应 力 集 中 故 当 角 钢 肢 宽 大 于 5mm 时, 应 将 连 接 角 钢 的 肢 端 斜 切, 使 内 力 均 匀 传 递 如 图 4-8(b ) 所 示 拼 接 角 钢 与 下 弦 杆 件 共 有 4 条 连 接 焊 缝, 计 算 时 按 与 下 弦 截 面 等 强 度 考 虑 下 弦 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝, 按 两 侧 下 弦 较 大 内 力 的 5%, 和 两 侧 下 弦 的 内 力 差 两 者 中 的 较 大 值 来 计 算, 但 当 拼 接 节 点 处 有 外 荷 载 作 用 时, 则 应 按 此 最 大 值 和 外 荷 载 的 合 力 进 行 计 算 + 图 4-8 下 弦 拼 接 节 点 5) 支 座 节 点 屋 架 与 柱 的 连 接 可 以 做 成 铰 接 ( 图 4-9) 或 刚 接 ( 图 4-0) 支 承 于 钢 筋 混 凝 土 柱 或 砖 柱 上 的 屋 架 一 般 为 铰 接, 而 支 承 于 钢 柱 上 的 屋 架 通 常 为 刚 接 铰 接 屋 架 的 支 承 节 点 多 采 用 平 板 式 支 座 ( 图 4-9) 平 板 式 支 座 由 支 座 节 点 板 支 座 底

168 板 加 劲 肋 和 锚 栓 组 成 加 劲 肋 设 在 支 座 节 点 的 中 线 处, 焊 在 节 点 板 和 支 座 底 板 上, 它 的 作 用 是 提 高 支 座 节 点 的 侧 向 刚 度, 使 支 座 底 板 受 力 均 匀, 减 少 底 板 的 弯 矩 加 劲 肋 的 高 度 和 厚 度 分 别 与 节 点 板 的 高 度 和 厚 度 相 等 为 了 便 于 下 弦 角 钢 肢 背 施 焊, 下 弦 角 钢 水 平 肢 的 底 面 和 支 座 底 板 之 间 的 净 距 c 不 应 小 于 0mm 底 板 厚 度 由 计 算 确 定, 一 般 取 0mm 左 右 a ) 三 角 形 屋 架 支 座 节 点 ; b ) 梯 形 屋 架 支 座 节 点 图 4-9 铰 接 支 座 节 点 铰 接 屋 架 支 座 底 板 的 面 积 按 下 式 计 算 Rγ An = (4-4) c 式 中 R 屋 架 支 座 反 力 设 计 值 ; c 钢 筋 混 凝 土 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 ; A n 支 座 底 板 净 面 积 支 座 底 板 所 需 的 面 积 为 A = A n + 锚 栓 孔 的 面 积 方 形 底 板 的 边 长 取 a A, 矩 形 底 板 可 先 假 定 一 边 的 长 度, 即 能 求 得 另 一 边 的 边 长 考 虑 到 构 造 的 需 要, 底 板 短 边 的 长 度 一 般 不 小 于 00mm 支 座 底 板 的 厚 度 计 算 与 轴 心 受 压 柱 计 算 相 同, 按 下 式 计 算 6M g t = (4-5) 式 中 M 支 座 底 板 单 位 宽 度 上 的 最 大 弯 矩, M = ασ a (4-6) R 式 中 σ =, 为 底 板 下 的 平 均 应 力 ; A n a 两 相 邻 支 承 边 的 对 角 线 长 度 ( 图 4-9); α 系 数, 也 可 由 b / a 查 表 -6 而 得, b 为 两 支 承 边 的 相 交 点 到 对 角 线 的 垂 直 距 离 ( 图 4-9) 支 座 底 板 的 面 积 和 厚 度 尚 应 满 足 下 列 构 造 要 求 : 厚 度 : 当 屋 架 跨 度 8m 时, t 6mm; 当 屋 架 跨 度 >8m 时,t 0mm; 边 长 : 宽 度 取 00~60mm 长 度 ( 垂 直 于 屋 架 方 向 ) 取 00~400mm 计 算 加 劲 肋 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 时, 每 块 加 劲 肋 假 定 承 受 屋 架 支 座 反 力 的 四 分 之 一 并 考 虑 偏 心 弯 矩 M ( 图 4-9) R 焊 缝 受 剪 力 V = 4 R 焊 缝 受 弯 矩 M = e 4 每 块 加 劲 肋 与 支 座 节 点 板 的 连 接 焊 缝 按 下 式 计 算

169 V 6M ( ) ( ) / 创 0.7hl γ (4-7) w w hl w 式 中, h 和 l w 分 别 为 加 劲 肋 与 节 点 板 连 接 角 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 和 焊 缝 计 算 长 度 支 座 节 点 板 加 劲 肋 与 支 座 底 板 的 水 平 连 接 焊 缝, 按 下 式 计 算 s = R w /.村 0.7h l γ (4-8) 式 中 w l 节 点 板 加 劲 肋 与 支 座 底 板 的 水 平 焊 缝 总 长 度 w 锚 栓 预 埋 在 钢 筋 混 凝 土 柱 上, 以 固 定 底 板 锚 栓 的 直 径 一 般 为 0~5mm 为 了 便 于 安 装 时 调 整 位 置, 使 锚 栓 与 锚 栓 孔 易 于 对 准, 底 板 上 的 锚 栓 孔 应 为 锚 栓 直 径 的 ~.5 倍, 通 常 采 用 40~60mm 当 屋 架 安 装 完 毕 后, 用 垫 圈 套 在 锚 栓 上 与 底 板 焊 牢 以 固 定 屋 架 的 位 置, 垫 圈 的 孔 径 比 锚 栓 直 径 达 ~mm 厚 度 可 与 底 板 相 同 锚 栓 埋 入 柱 内 的 锚 固 长 度 为 450~600mm, 并 应 加 弯 钩 图 4-0 屋 架 与 柱 的 刚 接 构 造 屋 架 与 柱 的 刚 接 的 构 造 见 图 4-0 最 后 还 应 指 出, 当 屋 架 上 弦 承 受 较 大 的 节 点 荷 载 而 角 钢 又 较 薄 时, 应 对 角 钢 的 水 平 肢 用 盖 板 或 加 劲 板 加 强, 加 劲 板 的 厚 度 一 般 为 8~0mm, 见 图 4- 另 外, 对 于 跨 度 等 于 或 大 于 6m 的 两 端 铰 支 屋 架, 应 考 虑 在 竖 向 荷 载 作 用 下, 下 弦 弹 性 伸 长 所 产 生 的 水 平 推 力 对 支 承 构 件 的 影 响 图 4- 屋 架 上 弦 节 点 处 加 强 6. 钢 屋 架 施 工 图 屋 架 施 工 图 是 制 作 屋 架 的 依 据, 一 般 按 运 输 单 位 绘 制 施 工 图 上 应 包 括 屋 架 正 面 详 图, 上 弦 和 下 弦 的 平 面 图, 必 要 数 量 的 侧 面 图 和 零 件 图, 施 工 图 纸 上 还 应 有 整 榀 屋 架 的 几 何 轴 线 图 和 材 料 表 施 工 图 上 应 注 明 屋 架 各 杆 件 和 零 件 的 型 号 和 几 何 尺 寸, 杆 件 和 节 点 板 的 定 位 尺 寸 杆 件 的 定 位 尺 寸 是 节 点 中 心 至 腹 杆 顶 端 的 距 离 和 屋 架 轴 线 到 角 钢 肢 背 的 距 离 由 这 两 个 尺 寸 即 能 确 定 杆 件 的 位 置 和 实 际 长 度, 杆 件 的 实 际 断 料 长 度 为 杆 件 几 何 轴 线 长 度 减 去 两 端 的 节 点 中 心 到 腹 杆 顶 端 的 距 离, 在 定 此 距 离 时 应 使 杆 件 的 实 际 长 度 为 5mm 的 倍 数 把 杆 件 的 位 置 定 妥 后, 即 根 据 连 接 焊 缝 的 长 度, 定 出 节 点 板 的 合 理 外 形 和 具 体 尺 寸 在 确 定 节 点 板 的 尺 寸 时, 应 适 当 考 虑 制 作 和 装 配 的 误 差, 然 后 绘 出 节 点 板 的 定 位 尺 寸, 即 节 点 中 心 到 节 点 板 各 边 缘 的 距 离 节 点 中 应 注 明 杆 件 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 的 尺 寸, 拼 接 焊 缝 应 分 清 工 厂 焊 缝 和 工 地 安 装 焊 缝, 螺 栓 孔 的 直 径 和 位 置 等 在 施 工 图 中 各 杆 件 和 零 件 应 进 行 编 号, 完 全 相 同 的 杆 件 或 零 件 用 同 一 编 号, 正 反 面 对 称 的 杆 件 亦 可 用 同 一 编 号, 在 材 料 表 中 加 以 说 明 正 反 即 可 材 料 表 上 应 列 出 所 有 构 件 和 零 件 的 编 号 规 格 尺 寸 长 度 数 量 ( 正 反 ) 和 重 量, 从 而 算 得 整 榀 屋 架 的 用 钢 量 钢 屋 架 施 工 图 可 以 采 用 两 种 比 例 绘 制, 屋 架 轴 线 一 般 采 用 0~ 0 的 比 例 尺 ; 杆

170 件 截 面 和 节 点 尺 寸 采 用 0~ 5 的 比 例 尺, 这 样 可 使 节 点 的 细 节 表 示 清 楚 跨 度 较 大 的 屋 架, 在 自 重 及 外 荷 载 作 用 下 将 产 生 较 大 的 挠 度, 特 别 当 屋 架 下 弦 有 吊 平 顶 或 悬 挂 吊 车 荷 载 时, 则 挠 度 更 大, 这 将 影 响 结 构 的 使 用 和 有 损 建 筑 物 的 外 观 因 此 对 两 端 铰 支 且 跨 度 4m 的 梯 形 屋 架 和 矩 形 屋 架 以 及 跨 度 5m 的 三 角 形 屋 架, 在 制 作 时 需 要 起 拱 ( 图 4-) 起 拱 值 为 跨 度 的 /500, 起 拱 值 注 在 施 工 图 左 上 角 的 屋 架 轴 线 简 图 上, 在 屋 架 详 图 上 不 必 表 示 图 4- 钢 屋 架 起 拱 施 工 图 上 还 应 书 写 说 明, 说 明 内 容 包 括 钢 材 的 牌 号, 焊 条 型 号, 加 工 精 度 要 求, 焊 缝 质 量 要 求, 图 中 未 注 明 的 焊 缝 和 螺 栓 孔 的 尺 寸, 以 及 防 锈 处 理 的 要 求 等 等 如 有 特 殊 要 求 亦 可 在 说 明 中 注 出 凡 是 在 施 工 图 中 没 有 绘 上 的 一 切 要 求 均 可 在 说 明 中 表 达 [ 例 4-] 钢 屋 架 设 计 例 题 某 金 工 车 间, 车 间 横 向 支 柱 轴 线 距 离 为 0m, 房 屋 长 度 为 0m, 屋 架 间 距 为 6m, 屋 架 坡 度 i = /0, 檩 条 间 距 为.5m, 屋 面 板 为 设 保 温 层 的 压 型 钢 板 屋 架 钢 材 采 用 Q5 B w 级 钢, 焊 条 采 用 E 4 型, 手 工 焊, t = 60N/m 屋 架 采 用 梯 形 屋 架, 计 算 跨 度 l 0 = 0 0. = 9.7m, 具 体 尺 寸 见 图 4-a 屋 架 上 弦 横 向 支 撑, 下 弦 横 向 支 撑 和 屋 架 竖 向 支 撑 的 布 置 分 别 见 图 4-b~4-d 屋 面 活 荷 载 0.5 kn / m, 积 灰 荷 载 0.75kN/m, 管 道 荷 载 0.0kN/m 屋 架 两 端 铰 支 于 钢 筋 混 凝 土 柱 上 柱 子 混 凝 土 强 度 为 C 5 A B C D E F G H I J K g a b c d e (a) 屋 架 简 图 (b) 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 布 置 4

171 (c) 屋 架 下 弦 横 向 支 撑 布 置 - - (d) 屋 架 竖 向 支 撑 布 置 图 4- 例 4- 屋 架 [ 设 计 与 计 算 ] 屋 架 几 何 布 置 : 设 屋 架 轴 线 尺 寸 ( 起 拱 前 ) 如 图 a 所 示 荷 载 条 件 和 计 算 : 荷 载 标 准 值 () 永 久 荷 载 屋 面 板 为 设 保 温 层 的 压 型 钢 板 0.5kN/m 屋 架 和 支 撑 自 重, 按 普 通 钢 屋 架 经 验 公 式 l 估 算, 其 中 l 为 屋 架 跨 度, 单 位 为 m, 则 = 0.45kN/m 管 道 荷 载 0.0kN/m 合 计 0.80kN/m () 可 变 荷 载 屋 面 活 荷 载 0.5kN/m 积 灰 荷 载 0.75kN/m 合 计.5kN/m 荷 载 组 合 屋 架 强 度 和 稳 定 性 计 算 时, 考 虑 种 荷 载 组 合 : () 全 跨 永 久 荷 载 设 计 值 + 全 跨 可 变 荷 载 设 计 值 屋 架 上 弦 节 点 荷 载 F = (.? 0.8.4创.5).5? 6 4.9kN 端 节 点 荷 载 取 半 ( 下 同 ) () 全 跨 永 久 荷 载 设 计 值 + 半 跨 可 变 荷 载 设 计 值 有 可 变 荷 载 作 用 处 屋 架 上 弦 节 点 荷 载 F = 4.9kN 无 可 变 荷 载 作 用 处 屋 架 上 弦 节 点 荷 载 F = = 8.64kN () 全 跨 屋 架 ( 包 括 支 撑 )+ 半 跨 屋 面 板 自 重 + 半 跨 屋 面 活 荷 载 有 屋 面 板 自 重 和 屋 面 活 荷 载 半 跨 的 节 点 荷 载 为 F, 无 屋 面 板 自 重 和 屋 面 活 荷 载 半 跨 的 5

172 节 点 荷 载 为 F 4, 则 F = ( ).5 6 =.86kN F 4 = = 4.86kN 组 合 () () 为 使 用 阶 段 荷 载 情 况, 组 合 () 为 施 工 阶 段 荷 载 情 况 屋 架 挠 度 计 算 时, 考 虑 以 下 荷 载 组 合 : (4) 全 跨 永 久 荷 载 标 准 值 + 全 跨 可 变 荷 载 标 准 值 屋 架 上 弦 节 点 荷 载 F 5 = ( ).5 6 = 8.45kN 杆 件 内 力 计 算 假 定 屋 架 杆 件 的 连 接 均 为 铰 接, 则 屋 架 为 静 定 结 构, 内 力 计 算 与 杆 件 截 面 无 关 杆 件 内 力 见 下 表 6

173 屋 架 杆 件 内 力 组 合 表 表 例 4-A 单 位 力 作 用 时 的 内 力 系 数 组 合 () 组 合 () 组 合 () 计 算 全 跨 A 左 半 跨 B 右 半 跨 C F A F B+ F C F C+ F B F B+ F4 C F C+ F4 B AB BC CD 内 力 上 弦 DE EF FG GH HI IJ JK ab 下 弦 斜 腹 杆 bc cd de e ab Bb bd Dc cf Fd dh He

174 竖 杆 eg gk gi Aa Cb Ec Gd Jg Ie K

175 4 杆 件 设 计 () 上 弦 杆 整 个 上 弦 杆 采 用 等 截 面, 按 IJ, JK 杆 件 之 最 大 设 计 内 力 设 计 N = kN 上 弦 杆 计 算 长 度 : 在 屋 架 平 面 内, 为 节 间 轴 线 长 度 : l = 508mm o 在 屋 架 平 面 外, 根 据 支 撑 布 置 和 内 力 变 化 情 况, 取 l o = 508mm = 454mm 因 l = l, 故 截 面 宜 采 用 两 个 不 等 肢 角 钢, 短 肢 相 并 o o 腹 杆 最 大 内 力 75.6kN, 选 择 节 点 板 厚 度 8mm 支 座 节 点 板 厚 度 取 0mm (8mm + mm, 支 座 节 点 板 比 其 他 节 点 板 厚 mm ) 设 λ = 60, = 5 查 附 录 4 附 表 4--(b), 得 : ϕ = 需 要 截 面 积 : N A = = = 6mm j 相 应 回 转 半 径 lo 508 i = = = 5.mm l 60 lo 454 i = = = 75.4mm l 60 根 据 需 要 得 A, i o, i o, 查 附 录 附 表 -7, 选 用 L 40创 90 8 ( 短 肢 相 距 8mm ) A = 607.8mm, i = 5.9mm, i = 66.5mm o lo 508 l = = = 58. i 5.9 由 附 录 5 附 表 5-6 有 关 规 定 计 算 双 角 钢 长 细 比 b 40 l 454 = = 7.5 < 0.56 o = 0.56? 8 t 8 b 40 l z lo 454 = l = = = 68 i 66.5 由 于 l z > l, 只 需 求 j z 由 l 查 表 得 j z = 0.76 o N = = 0.N/mm < 5N/mm j A z 所 选 截 面 合 适 () 下 弦 杆 整 个 下 弦 杆 采 用 同 一 截 面, 按 最 大 内 力 所 在 de 杆 计 算 : N = 54.95kN 所 需 截 面 积 : ma l = 000mm o l = 4850mm ( 跨 中 设 一 通 长 系 杆 ) o o 9

176 N A = = = 5mm 5 选 用 L , 因 lo >> lo, 故 选 用 不 等 肢 角 钢, 短 肢 相 并, 短 肢 相 距 8mm 查 型 钢 表 得 : A = 788.8mm, i = 9.8mm, i = 5.4mm lo 000 λ = = = 5.5 < 50 i 9.8 lo 4850 λ = = = 78.< 50 i 5.4 () 端 斜 杆 ab 杆 端 轴 力 : N =- 75.6kN 计 算 长 度 : l 0 = lo = 55mm 由 于 lo = lo, 故 采 用 不 等 肢 角 钢, 长 肢 相 并, 即 使 i i 选 用 L , 长 肢 相 距 8mm, 查 型 钢 表 得 : A = 460.mm, i =.6mm, i =.9mm, lo 55 λ = = = 80. i.6 由 附 录 5 附 表 5-6 有 关 规 定 b 00 l 55 = = 4.> o 0.48 = 0.48?.7 t 7 b 00 由 于 λz > λ, 查 表 得 j z = l z b l o t ( ) 5. ( ) t 7.4b = + = + = N s = = = 7.9N/mm < 5N/mm j A (4) 腹 杆 eg~gk 此 杆 在 g 点 处 不 断 开, 采 用 通 长 杆 件 最 大 拉 力 : N = 85.65kN 另 一 段 N = 7.74kN gk 最 大 压 力 : N = 7.4kN 另 一 段 N =.kn eg z eg gk 再 分 式 桁 架 中 的 斜 腹 杆, 在 桁 架 平 面 的 计 算 长 度, 取 节 点 中 心 距 l = 0mm 在 桁 架 平 面 外 的 计 算 长 度 N. l = l + = + = o ( ) 460( ) 474mm N 7.4 选 用 L6 5, 查 附 录 型 钢 表 得 : A = 8.6mm, i = 9.4mm, i = 8.9mm 由 于 b t l 0 λ = = = 8.6 i 9.4 l o = = = 0.58 = b 6 o 0

177 b λz = λ ( + ) = = lo t 由 于 λz > λ, 查 表 得 ϕ z = 0.07 (5) 竖 杆 I e σ N = = = 45.7N/mm < 5N/mm ϕ A z N =- 6.59kN l = 0.8l = = 55 l o o = l = 90mm 内 力 较 小, 按 [ λ ] = 50 选 择 需 要 的 回 转 半 径 lo 55 i = = = 7mm [ λ] 50 lo 90 i = = =.mm [ l ] 50 查 附 录 型 钢 表, 选 截 面 的 i 和 i 较 上 述 计 算 的 i, i 略 大 些 选 用 L6 5, 查 型 钢 表 得 : A = 8.6mm, i = 9.4mm, i = 8.9mm 55 λ = = b 6 l 90 由 于 = =.6 o 0.58 = 0.58 = 9.4 t 5 b b λz = λ ( + ) =.67 + = lo t 由 于 l > l z, 查 表 得 j = 0.8 其 余 的 如 下 表 N s = = = 78.N/mm < 5N/mm j A

178 杆 件 截 面 选 择 表 表 例 4-B 杆 件 计 算 长 度 回 转 半 径 长 细 比 容 许 稳 定 系 数 计 算 内 力 截 面 面 积 截 面 规 格 长 细 比 (kn) ( mm ) l l o o i i 名 称 编 号 λ λ z [ λ ] ϕ (mm) (mm) (mm) (mm) ϕ z 强 度 和 稳 定 承 载 力 N A n 计 算 比 值 上 弦 IJ,JK 下 弦 de 腹 杆 Aa ab Bb Cb bd Dc Ec cf Fd Gd dh He ` Ie N ϕ A

179 eg gk K i = gi Jg 注 : 跨 度 较 大 的 屋 架, 在 自 重 及 外 荷 载 作 用 下 将 产 生 较 大 的 挠 度, 特 别 当 屋 架 下 弦 有 吊 车 平 顶 或 悬 挂 吊 车 荷 载 时, 则 挠 度 更 大, 这 将 影 响 结 构 的 使 用 和 有 损 建 筑 物 的 外 观 因 此 对 两 端 铰 支 且 跨 度 4m 时 的 梯 形 和 矩 形 屋 架 以 及 跨 度 为 5m 的 三 角 形 屋 架, 在 制 作 时 需 要 起 拱, 起 拱 值 约 为 跨 度 的 /500 考 虑 到 刚 架 的 起 拱, 各 构 件 的 计 算 长 度 有 所 改 变 图 4-A 钢 屋 架 起 拱

180 5 节 点 设 计 () 下 弦 节 点 b 这 类 的 节 点 的 设 计 步 骤 如 下 : 先 根 据 腹 杆 的 内 力 计 算 腹 杆 与 节 点 板 连 接 焊 缝 的 尺 寸, 即 h 和 l w, 然 后 根 据 l w 大 小 比 例 绘 出 节 点 板 的 形 状 和 尺 寸, 最 后 验 算 下 弦 杆 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 B 6 5 C 6 5 D a b c 图 4-B 下 弦 节 点 b 用 E 4 焊 条 角 焊 缝 的 抗 拉, 抗 压 的 抗 剪 强 度 焊 缝 h = 8mm,6mm, 所 需 焊 缝 长 度 为 : 肢 背 : l 肢 尖 : l ' w '' w 0.7N 0.7创.7 0 = + = +? w h 创 e t w t = 60N/mm, 设 Bb 杆 的 肢 背 和 肢 尖 ' h 8 0.7mm 0.N 0.创.7 0 = + = +? w h 创 e t '' h 6 6mm 设 bd 杆 的 肢 背 肢 尖 焊 缝 为 h = 8mm,6mm, 则 所 需 焊 缝 长 度 肢 背 : l 肢 尖 : l ' w '' w 0.7N 0.7创 = + = +? w h 创 e t ' h 8 87mm 0.N 0.创 = + = +? w h 创 e t '' h 6 5mm cb 杆 的 内 力 很 小, 焊 缝 尺 寸 可 按 构 造 确 定, 取 h = 5mm 取 0mm 取 70mm 取 95mm 取 60mm 根 据 上 面 求 得 的 焊 缝 长 度, 并 考 虑 杆 件 之 间 应 有 间 隙 以 及 制 作 及 装 配 等 误 差, 按 比 例 绘 出 节 点 详 图, 从 而 确 定 节 点 板 尺 寸 为 400mm 00mm 下 弦 与 节 点 板 连 接 的 焊 缝 长 度 为 :400mm, h = 6mm, 焊 缝 所 受 的 力 为 左 右 两 下 弦 杆 的 内 力 差 D N = =.7kN, 肢 背 处 焊 缝 应 力 较 大, 焊 缝 应 力 为 : τ = = 94N/mm < 60N/mm (.7 6) () 上 弦 节 点 B 4

181 A B C a b 75.6 图 4-C 上 弦 节 点 B Bb 杆 与 节 点 板 的 焊 缝 尺 寸 和 节 点 b 相 同 ab 杆 与 节 点 板 的 焊 缝 尺 寸 按 上 述 同 样 方 法 计 算 : ' 肢 背 h = 8mm 肢 尖 h ''.7 ' 0.65创 lw = +? 8 6mm, 取 0mm 0.7创 8 60 = 6mm ' 0.5创 lw = +? 6 84mm, 取 90mm 0.7创 6 60 为 了 便 于 在 上 弦 杆 上 搁 置 屋 面 板, 节 点 板 的 上 边 缘 可 缩 进 上 弦 肢 背 8mm, 用 槽 焊 缝 把 上 弦 角 钢 和 节 点 板 连 接 起 来 ( 图 4-c), 槽 焊 缝 作 为 两 条 角 焊 缝 计 算, 焊 缝 强 度 设 计 值 应 乘 以 0.8 的 折 减 系 数, 计 算 时 可 略 去 屋 架 上 弦 坡 度 的 影 响, 而 假 定 集 中 荷 载 F 与 上 弦 垂 直 上 弦 肢 背 槽 焊 缝 的 h 为 : ' ' h = 节 点 板 厚 度 =4mm, h '' = 8mm 上 弦 与 节 点 板 间 焊 缝 长 度 为 90mm = 上 弦 肢 尖 的 焊 缝 的 剪 应 力 F [ k( N- N)] + ( ). 创 0.7h l ' ' w [0.75 创 ( )] + ( ). 创 0.7 (90-4创 ) 4 = 98.0N/mm < 0.8 = 0.8? 60 8N/mm w t 5

182 = F [ k( N- N)] + ( ). 创 0.7h l '' '' w [0.5 创 ( )] + ( ). 创 0.7 (90-8创 ) 8 = 6.84N/mm < 60N/mm 此 节 点 亦 可 按 另 一 种 方 法 验 算, 节 点 荷 载 有 槽 焊 缝 承 受, 上 弦 相 邻 内 力 差 由 角 钢 肢 尖 焊 缝 承 受, 这 时 槽 焊 缝 肯 定 安 全, 可 不 必 验 算, 肢 尖 焊 缝 验 算 如 下 : N N- N t = = = 66.67N/mm '' '' 创 0.7 h 创 l 0.7创 8 (90-6) s N t w 6M 6创 = = = 创 0.7 h 创 l 0.7创 8 (90-6) N () 屋 脊 节 点 K '' '' w 74.87N/mm 骣 M s = ( ) = 6.9N/mm < 60N/mm 桫 ç.. K J g 图 4-D 屋 脊 节 点 K 弦 杆 一 般 都 采 用 同 号 角 钢 进 行 拼 接, 为 使 拼 接 角 钢 与 弦 杆 之 间 能 够 密 合, 并 便 于 施 焊, 需 将 拼 接 角 钢 的 尖 角 削 除, 且 截 去 垂 直 肢 的 一 部 分 宽 度, 一 般 为 t + h + 5mm 拼 接 角 钢 的 这 部 分 削 弱, 可 以 靠 节 点 板 来 补 偿 接 头 一 边 的 焊 缝 长 度 按 照 弦 杆 内 力 计 算 设 焊 缝 h = 8mm, 则 所 需 焊 缝 计 算 长 度 为 ( 一 条 焊 缝 ) l w = = 56mm 4创 拼 接 角 钢 的 长 度 取 450mm > 56mm = mm 上 弦 与 节 点 板 之 间 的 槽 焊, 假 定 承 受 节 点 荷 载, 验 算 略, 上 弦 肢 尖 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 应 按 上 弦 内 力 的 5% 计 算, 设 肢 尖 焊 缝 h = 8mm, 节 点 板 长 度 400mm, 则 节 点 一 侧

183 400 弦 杆 焊 缝 计 算 长 度 l w = 0 8 = 64mm 焊 缝 应 力 为 : N τ = = 45.7N/mm N 6创 创 0 70 s = = 7.07N/mm 创 t N 骣 M s = + = 06.9N/mm < 60N/mm ç. ç桫. 桫 骣 7.07 因 屋 架 的 跨 度 较 大, 需 将 屋 架 分 成 两 个 运 输 单 元, 在 屋 脊 节 点 和 下 弦 跨 中 节 点 设 置 工 地 拼 接, 左 半 边 的 上 弦 斜 杆 和 竖 杆 与 节 点 板 连 接 用 工 厂 焊 缝, 而 右 半 边 的 上 弦 斜 杆 与 节 点 板 的 连 接 用 工 地 焊 缝 腹 杆 与 节 点 板 连 接 焊 缝 计 算 方 法 与 以 上 几 个 节 点 相 同 ' '' K 点 斜 腹 杆 焊 缝 采 用 双 面 角 焊 缝, 肢 背 h = 6mm, 肢 尖 h = 5mm ' 0.7创 肢 背 l w = +? 6 创 mm 取 60mm '' 0.创 肢 尖 l w = +? 5 创 mm 取 50mm (4) 支 座 节 点.0 A

184 图 4- E 支 座 节 点 a 为 便 于 施 焊, 下 弦 杆 角 钢 水 平 肢 的 底 面 与 支 座 底 板 的 净 距 离 取 40mm 在 节 点 中 心 线 上 设 置 加 劲 肋, 加 劲 肋 的 高 度 与 节 点 板 的 高 度 相 等, 厚 度 取 mm ) 支 座 底 板 的 计 算 支 座 反 力 : R = = 4.9kN 支 座 底 板 的 平 面 尺 寸 采 用 0mm 00mm = 4000mm 验 算 柱 顶 混 凝 土 的 抗 压 强 度 : R σ = = = 5.8N/mm < =.5N/mm A 4000 式 中 c n 混 凝 土 强 度 设 计 值, 对 C5 混 凝 土 =.5N/mm 底 板 的 厚 度 按 屋 架 反 力 作 用 下 的 弯 矩 计 算, 节 点 板 和 加 劲 肋 将 底 板 分 成 四 块, 每 块 板 为 相 邻 边 支 撑 而 另 两 边 自 由 的 板, 求 每 块 板 的 单 位 宽 度 的 最 大 弯 矩 底 板 下 的 平 均 应 力 σ = 5.8N / mm 两 支 承 边 的 对 角 线 长 度 ( ) a = 00 0 / + 00 = 8mm 根 据 几 何 关 系, 有 b = 69mm, M a N mm/mm c = α σ = = (α 由 表 -6 查 得 ) 6M 底 板 厚 度 t = = =.6 mm 取 t=0mm 5 ) 加 劲 肋 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 计 算 V M 图 4-F 加 劲 肋 计 算 简 图 8

185 加 劲 肋 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 计 算 与 牛 腿 焊 缝 相 似 ( 图 4-F), 偏 于 安 全 的 假 定 一 个 加 R 劲 肋 的 受 力 为 屋 架 反 力 的 /4, 即 : = kN 4 则 焊 缝 内 力 为 : V = kN M = V? e ? (40 0) = 658.5kN mm 设 焊 缝 h = 6mm, 焊 缝 计 算 长 度 : l = 40 0 h = 78mm 则 焊 缝 应 力 为 : N τ s N t w = = 9.0N/mm M 6创 = = = 8.9N/mm 创 0.7 h 创 l 0.7创 6 78 N w 骣 M s = + = 4.6N/mm ç. ç桫. 桫 骣 8.9 ) 节 点 板, 加 劲 肋 和 底 板 的 连 接 焊 缝 计 算 R 设 焊 缝 传 递 全 部 支 座 反 力 R = 4.9kN, 其 中 每 块 加 劲 肋 各 传 递 = kN, 节 4 R 点 板 传 递 =.0kN 节 点 板 与 底 板 的 连 接 焊 缝 长 度 Σ = (00 6) = 76mm, 取 焊 缝 尺 寸 h = 6mm w h w R / 0 σ = = = 77.5N/mm < 60N/mm 0.7Σ l h 加 劲 肋 与 底 板 的 焊 缝 尺 寸, 取 h = 8mm w R / σ = = = 85N/mm < 60N/mm 0.7 h l (00 0 8) 5) 挠 度 计 算 按 照 前 述 荷 载 组 合 (4) 算 得 跨 中 点 的 挠 度 Δ =Δ =.mm <L/400=75mm 9

186 4..4 闭 口 截 面 杆 件 钢 屋 架 的 设 计 和 构 造. 钢 管 屋 架 的 杆 件 截 面 形 式 和 节 点 形 式 在 厂 房 跨 度 较 大 负 荷 较 重 的 情 况 下, 钢 屋 架 除 了 可 以 用 工 字 钢 H 型 钢 槽 钢 等 较 大 规 格 热 轧 型 钢 代 替 双 角 钢 外, 也 可 以 采 用 方 管 或 圆 管 等 闭 口 截 面 构 件 来 代 替 开 口 截 面 构 件 钢 管 有 如 下 显 著 特 点 : 截 面 对 各 主 轴 的 转 动 半 径 相 同 ; 抗 扭 刚 度 大 不 易 整 体 失 稳 ; 外 面 积 小, 涂 装 工 作 量 少, 便 于 防 锈 等 钢 管 屋 架 的 弦 杆 和 腹 杆 的 截 面 形 式 有 多 种 组 合, 例 如 弦 杆 腹 杆 都 为 圆 管 或 方 管, 弦 杆 为 方 管 腹 杆 为 圆 管, 也 可 以 弦 杆 为 H 型 钢 腹 杆 为 圆 管 或 方 管 钢 管 弦 杆 和 腹 杆 的 连 接 有 不 同 形 式, 现 在 最 主 要 的 形 式 是 直 接 焊 接 节 点 屋 架 的 弦 杆 是 直 通 的, 可 能 采 用 一 种 规 格 或 两 种 规 格 的 钢 管, 腹 杆 钢 管 端 部 则 切 割 成 与 弦 杆 表 面 相 贴 合 的 样 式, 然 后 通 过 焊 缝 焊 接 在 弦 杆 上, 腹 杆 与 弦 杆 的 钢 管 连 贯 在 一 起, 又 称 为 相 贯 节 点 ( 图 4-4) 如 果 弦 杆 是 圆 管, 那 么 腹 杆 钢 管 与 弦 杆 的 相 交 面 是 一 条 空 间 曲 线, 曲 线 形 状 随 弦 杆 和 腹 杆 直 径 的 相 对 大 小 以 及 两 杆 的 相 对 夹 角 而 变 化, 因 此 腹 杆 端 部 的 形 状 以 及 坡 口 成 形 需 要 专 用 的 多 维 数 控 切 割 设 备, 这 种 设 备 可 以 根 据 计 算 机 输 入 的 钢 管 交 汇 基 本 参 数 算 出 切 割 面 并 控 制 切 割 全 程 为 了 便 于 制 作, 降 低 成 本, 弦 杆 钢 管 的 空 腔 内 部 一 般 不 设 加 劲 肋, 所 以 又 称 非 加 劲 节 点 图 4-4 钢 管 屋 架 的 相 贯 节 点 图 4-4 中 圈 出 了 桁 架 节 点 的 几 种 有 代 表 性 的 几 何 构 型, 如 T 形 节 点 ( 节 点 只 有 一 根 腹 杆 与 弦 杆 相 交, 且 交 角 为 90 ) Y 形 节 点 ( 节 点 只 有 一 根 腹 杆 与 弦 杆 相 交, 交 角 不 为 90 ) K 形 节 点 ( 节 点 处 有 两 根 腹 杆 与 弦 杆 相 交 ),KT 形 节 点 ( 节 点 处 有 三 根 腹 杆 与 弦 杆 相 交, 其 中 一 杆 与 弦 杆 直 交 ) 若 K 形 节 点 中 有 一 腹 杆 与 弦 杆 直 交, 则 称 为 N 形 节 点 节 点 的 几 何 构 形 对 节 点 强 度 是 有 影 响 的. 钢 管 屋 架 的 计 算 模 型 采 用 相 贯 节 点 的 屋 架 结 构 当 满 足 以 下 条 件 时, 可 以 简 化 为 桁 架 也 即 各 杆 两 端 铰 接 ( 图 4-5a) 进 行 受 力 分 析 : () 屋 架 所 有 杆 件 的 轴 线 平 直, 在 同 一 平 面 内, 连 接 于 同 一 节 点 的 各 杆 轴 线 相 交 于 一 点 ; () 弦 杆 节 点 中 心 间 长 度 与 截 面 高 度 ( 直 径 ) 之 比 不 小 于, 腹 杆 的 该 比 值 不 小 于 4; () 荷 载 作 用 在 节 点 上, 且 都 在 屋 架 平 面 内 (a) 全 铰 (b) 半 铰 (c) 刚 接 图 4-5 钢 管 屋 架 的 简 化 计 算 模 型 实 际 结 构 可 能 难 以 同 时 满 足 上 述 条 件 例 如, 交 于 同 一 节 点 的 腹 杆 可 能 互 相 相 碰, 为 了 避 免 这 一 点, 会 把 两 腹 杆 适 当 分 开 些 距 离, 这 样 腹 杆 的 轴 线 交 点 就 与 弦 杆 轴 线 之 间 形 成 偏 心 ( 图 4-6) 定 义 偏 心 偏 向 腹 杆 一 边 为 负 偏 心, 偏 向 弦 杆 外 侧 为 正 偏 心, 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 规 定 当 偏 心 距 e 超 出 下 式 范 围 时 0.55 e/ d( e/ h) 0.5 (4-9) 受 压 弦 杆 计 算 要 考 虑 偏 心 力 矩 的 影 响 ; 式 中 d 为 圆 管 直 径,h 为 方 管 截 面 高 度 ( 桁 架 平 面 内 截 面 尺 寸 ) 图 4-6 钢 管 节 点 的 偏 心 ( 以 上 弦 节 点 为 例 ) 当 屋 架 杆 件 不 能 满 足 上 述 长 径 比 或 长 高 比 规 定, 杆 件 可 能 因 杆 件 粗 短 和 端 部 约 束 而 产 生 不 容 忽 视 的 弯 曲 应 力 在 这 种 情 况 下 可 以 把 屋 架 的 弦 杆 作 为 连 续 杆 件 腹 杆 铰 接 在 弦 杆 上 进 行 结 构 分 析, 即 所 谓 半 铰 结 构 ( 图 4-5b) 钢 管 屋 架 是 否 能 够 作 为 所 有 杆 件 都 刚 接 于 节 点 的 力 学 模 型 ( 图 4-5c) 来 进 行 分 析 是 需 要 慎 重 对 待 的, 这 是 因 为 采 用 非 加 劲 节 点 时, 弦 杆 的 钢 管 管 壁 在 腹 杆 局 部 集 中 力 的 作 用 下 产 生 变 形, 从 而 引 起 腹 杆 端 部 相 对 弦 杆 的 转 动 工 程 设 计 中 可 以 采 取 铰 接 或 半 铰 模 型 的 分 析 结 果 与 刚 接 模 型 的 分 析 结 果 相 比 较 取 较 不 利 内 力 进 40

187 行 杆 件 设 计 需 要 时 重 型 厂 房 也 可 采 用 空 间 桁 架 做 屋 架 当 采 用 三 角 形 空 间 桁 架 时, 用 圆 管 作 杆 件 比 较 方 便, 因 为 各 腹 杆 总 是 在 弦 杆 的 圆 管 表 面 相 交, 采 用 多 维 数 控 切 割 机 切 割 相 贯 面 的 基 本 方 法 与 平 面 桁 架 没 有 大 的 差 别 建 立 空 间 桁 架 计 算 分 析 模 型 的 方 法 与 平 面 桁 架 是 相 似 的. 杆 件 计 算 长 度 结 构 分 析 之 后 需 对 杆 件 进 行 强 度 和 稳 定 性 校 核 在 杆 件 稳 定 性 校 核 时, 需 要 确 定 杆 件 的 长 细 比 现 行 设 计 规 范 对 桁 架 杆 件 长 细 比 的 计 算 并 不 区 分 开 口 截 面 与 闭 口 截 面, 故 可 参 考 4.. 节 的 相 关 内 容 4. 节 点 主 要 构 造 要 求 () 弦 杆 的 外 部 尺 寸 不 应 小 于 腹 杆 的 外 部 尺 寸, 也 即 节 点 处 腹 杆 必 须 全 部 落 在 弦 杆 表 面 上 而 不 能 悬 空 () 弦 杆 壁 厚 不 应 小 于 腹 杆 壁 厚 () 弦 杆 与 腹 杆 间 轴 线 的 夹 角 不 宜 小 于 0 (4) 腹 杆 与 弦 杆 的 焊 缝 应 沿 全 周 连 续 焊 接 并 平 滑 过 渡 5. 节 点 焊 接 计 算 和 影 响 节 点 强 度 的 主 要 因 素 钢 管 桁 架 的 节 点 强 度 主 要 由 两 方 面 决 定, 一 是 腹 杆 与 弦 杆 的 连 接 焊 缝, 二 是 相 连 杆 件 环 绕 在 节 点 周 围 部 分 的 强 度 和 局 部 稳 定 性 () 圆 管 腹 杆 与 圆 管 弦 杆 的 焊 缝 和 计 算 由 于 腹 杆 在 弦 杆 上 的 相 贯 线 是 空 间 曲 线, 焊 缝 构 造 比 较 复 杂, 在 腹 杆 表 面 与 弦 杆 表 面 的 夹 角 大 于 90 度 的 地 方, 能 够 实 施 坡 口 焊, 但 在 表 面 夹 角 小 于 90 度 的 地 方, 一 般 只 能 实 施 角 焊 缝 此 外 在 腹 杆 端 口 设 置 与 相 贯 线 理 想 配 合 的 空 间 垫 板 是 十 分 困 难 的, 即 使 采 用 坡 口 焊 的 部 位, 也 难 以 保 证 全 部 焊 透, 所 以 这 一 部 位 实 际 上 采 用 的 是 部 分 焊 透 的 对 接 与 角 接 的 组 合 焊 缝 而 焊 脚 最 大 尺 寸 允 许 采 用 腹 杆 壁 厚 的 倍 焊 缝 强 度 计 算 时, 假 定 腹 杆 与 弦 杆 的 连 接 焊 缝 都 为 角 焊 缝, 计 算 时 按 平 均 厚 度 取 计 算 厚 度, 且 将 焊 缝 作 为 承 受 轴 力 的 焊 缝, 不 考 虑 端 焊 缝 强 度 提 高 系 数 焊 缝 的 计 算 方 法 将 在 第 5 章 阐 述 () 方 管 腹 杆 与 方 管 弦 杆 的 焊 缝 和 计 算 把 垂 直 屋 架 平 面 的 杆 件 截 面 尺 寸 称 为 截 面 宽 度, 当 腹 杆 宽 度 明 显 小 于 弦 杆 宽 度 时, 因 弦 杆 钢 管 内 部 没 有 加 劲, 弦 杆 钢 管 的 中 间 部 位 可 能 产 生 较 大 变 形, 腹 杆 的 内 力 将 偏 向 靠 近 弦 杆 钢 管 侧 壁 的 范 围 传 递, 也 即 腹 杆 和 弦 杆 的 连 接 焊 缝 并 不 是 均 匀 传 力 的 为 了 考 虑 这 一 影 响, 连 接 焊 缝 强 度 计 算 公 式 (4-8) 中 的 相 交 线 计 算 长 度 用 有 效 计 算 长 度 代 替, 焊 缝 的 计 算 方 法 将 在 第 5 章 阐 述 () 节 点 强 度 计 算 的 其 他 问 题 钢 管 直 接 焊 接 节 点 的 一 个 特 点 是 没 有 为 节 点 而 专 门 设 置 的 连 接 零 件, 一 旦 杆 件 截 面 选 定, 其 节 点 强 度 也 就 被 决 定 了 除 了 连 接 破 坏 外, 节 点 的 破 坏 有 各 种 不 同 的 模 式, 如 弦 杆 弯 曲 塑 性 破 坏, 冲 剪 或 剪 切 强 度 破 坏, 局 部 失 稳 破 坏, 还 有 腹 杆 的 强 度 和 失 稳 破 坏 等 影 响 破 坏 模 式 和 节 点 强 度 的 主 要 因 素, 除 了 节 点 的 几 何 构 形 外, 最 重 要 的 几 何 参 数 有, 腹 杆 和 弦 杆 截 面 尺 寸 的 比 值 腹 杆 厚 度 和 弦 杆 厚 度 以 及 厚 度 之 间 的 比 值 弦 杆 的 径 厚 比 或 宽 厚 比 腹 杆 与 弦 杆 的 夹 角 多 根 腹 杆 交 于 同 一 节 点 时 腹 杆 之 间 的 距 离 等 有 关 内 容 本 书 放 在 第 5 章 予 以 进 一 步 的 阐 述 4..5 托 架 的 构 造 和 设 计 厂 房 中 因 大 型 设 备 安 放 或 运 输 线 路 的 组 织, 可 能 要 求 在 规 则 布 置 的 柱 网 中, 抽 掉 若 干 根 柱 子, 形 成 地 面 附 近 的 宽 敞 空 间 或 通 路 原 来 用 于 支 托 屋 架 的 支 柱 被 抽 掉 后, 屋 架 的 跨 度 就 要 变 大, 这 样 屋 架 高 度 和 杆 件 都 必 须 增 大, 而 且 这 种 增 大 与 跨 度 之 间 的 关 系 是 非 线 性 的 显 然 这 种 对 策 会 带 来 制 作 安 装 净 空 限 制 或 屋 面 排 水 防 渗 防 漏 等 许 多 使 用 上 的 问 题 工 程 实 践 中 普 遍 采 用 的 方 式 是 设 置 一 托 架 来 解 决 被 抽 柱 位 置 屋 架 的 支 承 点 问 题 图 4-7 解 释 了 托 架 与 屋 架 的 关 系 通 常 托 架 与 屋 架 设 置 在 同 一 高 度 上 ( 图 4-7a) 对 端 部 斜 腹 杆 为 下 降 式 的 屋 架, 可 将 屋 架 上 弦 支 承 节 点 直 接 搁 置 在 托 架 的 上 弦 节 点 上 ( 图 4-8) 当 车 间 相 邻 两 跨 的 高 度 不 同, 而 其 高 度 又 允 许 设 置 公 共 托 架 是, 可 采 用 图 4-7b 所 示 层 叠 连 接 方 式 若 高 差 很 大, 则 需 采 用 位 于 不 同 高 度 的 托 架 分 别 支 托 两 侧 的 屋 架 4

188 图 4-7 托 架 与 屋 架 的 关 系 图 4-8 端 部 斜 腹 杆 下 降 式 屋 架 与 托 架 的 连 接 构 造 托 架 一 般 采 用 平 行 弦 式 桁 架, 其 高 度 在 很 大 程 度 上 取 决 于 屋 架 端 部 的 高 度 和 连 接 的 构 造 条 件, 其 节 间 划 分 由 中 间 被 支 托 屋 架 的 位 置 决 定 布 置 托 架 腹 杆 时, 应 注 意 在 屋 架 - 托 架 交 汇 处 尽 量 使 屋 架 端 部 斜 腹 杆 托 架 斜 腹 杆 避 免 交 于 同 一 弦 杆 节 点, 以 避 免 构 造 复 杂 化 例 如 屋 架 端 部 斜 杆 为 上 升 式 时, 屋 架 斜 腹 杆 交 于 支 托 下 弦, 则 此 处 托 架 斜 腹 杆 尽 量 安 排 在 上 弦 连 接 托 架 可 以 按 照 桁 架 来 进 行 分 析 和 计 算 4.4 吊 车 梁 系 统 的 设 计 4.4. 吊 车 梁 的 类 型 吊 车 梁 按 支 承 情 况 可 分 为 简 支 和 连 续 的 按 结 构 体 系 可 分 为 实 腹 式 ( 图 4-9 ab), 下 撑 式 ( 图 4-9 cde),, 和 桁 架 式 ( 图 4-9, g ) 后 两 者 是 混 合 式 的 结 构 体 系 实 腹 式 简 支 梁 应 用 最 广 当 跨 度 及 荷 载 较 小 时, 可 采 用 型 钢 梁, 否 则 采 用 焊 接 梁 连 续 梁 比 简 支 梁 用 料 经 济, 但 由 于 它 受 柱 的 不 均 匀 沉 降 影 响 较 明 显, 很 少 采 用 下 撑 式 吊 车 梁 和 桁 架 式 吊 车 梁 用 钢 量 较 少, 但 制 造 费 工 高 度 较 大, 在 动 力 和 反 复 荷 载 作 用 下 的 工 作 性 能 不 如 实 腹 梁 可 靠, 且 刚 度 较 差 ; 尤 其 是 在 双 撑 杆 式 和 多 撑 杆 式 ( 图 4-9 d 及 e ), 这 些 缺 点 表 现 得 更 为 严 重 下 撑 式 吊 车 梁 如 果 增 加 两 根 斜 杆 ( 图 4-9 ), 则 刚 度 可 大 大 提 高 ; 它 一 般 在 跨 度 为 6m 吊 车 起 重 量 又 较 小 ( Q 0t ) 的 情 况 中 使 用 图 4-9 g 所 示 的 桁 架 式 吊 车 梁 则 适 用 于 跨 度 较 大 而 吊 车 起 重 量 较 小 ( Q 50t ) 的 情 况 吊 车 梁 直 接 承 受 移 动 的 集 中 轮 压, 轮 压 一 般 很 大 且 具 有 动 力 作 用, 因 此 在 选 用 钢 材 和 结 构 形 式 时 应 考 虑 这 些 因 素 特 别 是 对 重 级 工 作 制 的 吊 车 梁, 应 选 用 质 量 较 好 的 钢 材 吊 车 梁 除 承 受 吊 车 竖 向 轮 压 外, 还 承 受 横 向 水 平 力 作 用 因 此 必 须 加 强 吊 车 梁 的 上 翼 缘 最 简 单 的 办 法 是 把 上 翼 缘 的 钢 板 加 厚 加 宽 但 这 种 方 法 一 般 仅 适 用 于 跨 度 为 6m 且 吊 车 起 重 量 不 大 于 0t 的 吊 车 梁 中 对 于 跨 度 或 起 重 量 较 大 的 吊 车 梁, 应 采 用 水 平 布 置 的 制 动 梁 或 制 动 桁 架 来 承 受 水 平 制 动 力, 同 时 亦 作 为 检 修 时 的 平 台 和 走 道 ( 图 4-40) 吊 车 梁 的 上 翼 缘 同 时 也 是 制 动 梁 的 翼 缘 或 制 动 桁 架 的 弦 杆 a 简 支 实 腹 吊 车 梁 ;b 连 续 实 腹 吊 车 梁 ; c d e 下 撑 式 吊 车 梁 ; g 桁 架 式 吊 车 梁 图 4-9 吊 车 梁 的 类 型 图 4-40 制 动 梁 和 制 动 桁 架 4.4. 荷 载 计 算 和 内 力 分 析. 计 算 吊 车 梁 时 考 虑 的 荷 载 () 吊 车 竖 向 荷 载 设 计 值 P= P (4-0) 式 中 α α γ Q k,ma 竖 向 轮 压 动 力 系 数, 对 轻 中 级 工 作 制 的 软 钩 吊 车 α =.05; 对 重 级 工 作 制 的 软 钩 吊 车 硬 钩 吊 车 和 其 他 特 种 吊 车 α =.; 4

189 γ Q 可 变 荷 载 分 项 系 数, 一 般 取 γ Q =.4; P k,ma 吊 车 每 个 车 轮 的 最 大 轮 压 标 准 值, 见 式 (4-) 计 算 吊 车 的 竖 向 荷 载 时, 对 作 用 在 吊 车 上 的 走 道 荷 载, 积 灰 荷 载, 轨 道 制 动 结 构 支 撑 和 梁 的 自 重 等, 可 近 似 地 简 化 为 将 轮 压 乘 以 荷 载 增 大 系 数 η, 见 表 4-4 荷 载 增 大 系 数 η 表 4-4 类 型 实 腹 式 吊 车 梁 系 数 跨 度 为 6m 跨 度 为 m 跨 度 8m 式 中 η () 吊 车 横 向 水 平 荷 载 设 计 值 桁 架 式 吊 车 梁 由 小 车 刹 车 引 起 的 每 个 车 轮 的 横 向 水 平 荷 载 设 计 值 T 按 下 式 计 算 : T = T (4-) T k,h γ Q K,H 每 个 吊 车 桥 架 车 轮 作 在 轨 道 上 的 横 向 水 平 荷 载 标 准 值, 按 式 (4-4) 计 算, 可 以 正 反 两 个 方 向 作 用 于 轨 道 当 计 算 重 级 工 作 制 吊 车 梁 或 吊 车 桁 架 及 其 制 动 结 构 的 强 度 稳 定 性 以 及 连 接 包 括 吊 车 梁 或 吊 车 桁 架 制 动 结 构 柱 相 互 间 的 连 接 强 度 时, 应 考 虑 由 吊 车 摆 动 引 起 的 横 向 水 平 力 作 用 于 每 个 轮 压 处 由 吊 车 摆 动 引 起 的 横 向 力 设 计 值 H 按 下 式 计 算 : H = γ Q H k (4-) 式 中 H k 作 用 于 每 个 轮 压 处 由 吊 车 摆 动 引 起 的 横 向 水 平 力 标 准 值, 见 式 (4-5) 由 吊 车 摆 动 引 起 的 横 向 水 平 力 设 计 值 H 不 与 由 小 车 制 动 引 起 的 横 向 水 平 荷 载 设 计 值 T 同 时 考 虑 () 吊 车 纵 向 水 平 荷 载 由 吊 车 桥 架 制 动 引 起 的 制 动 轮 的 纵 向 水 平 荷 载 设 计 值 T 按 下 式 计 算 : T = γ QTK,V (4-) 式 中 T k,v 由 吊 车 桥 架 制 动 引 起 的 制 动 轮 的 纵 向 水 平 荷 载 标 准 值, 按 式 (4-6) 计 算 吊 车 桥 架 一 端 的 制 动 轮 数 一 般 可 取 一 端 车 轮 总 数 的 一 半 (4) 制 动 梁 或 制 动 桁 架 的 平 台 板 上 的 竖 向 荷 载 吊 车 梁 走 道 上 的 活 荷 载 一 般 可 取 k N/m, 或 按 工 艺 资 料 取 用 制 动 梁 或 走 道 板 上 的 积 灰 荷 载 则 近 似 地 取 : 平 炉 车 间 0.5k N/m ; 转 炉 车 间 k N/m ; 出 铁 场 k N/m (5) 当 吊 车 梁 与 辅 助 桁 架 还 承 受 屋 盖 或 墙 架 的 荷 载 时, 还 应 按 实 际 情 况 计 算 设 计 吊 车 梁 及 其 制 动 结 构 时, 需 计 算 的 荷 载 汇 总 于 表 4-5 计 算 力 及 吊 车 台 数 组 合 表 表 4-5 计 算 项 目 吊 车 梁 及 制 动 结 构 的 强 度 和 稳 定 轻 中 级 吊 车 P= α ηγ P T = γ T Q k,ma Q k,h 计 算 力 重 级 吊 车 P= αηγ QPk,ma T = γ QTk,H H = αγ QPk,ma 取 大 者 吊 车 台 数 组 合 按 实 际 情 况, 但 不 多 于 两 台 轮 压 处 腹 板 局 部 压 应 力 腹 板 局 部 稳 定 P α ψγ α ψγ = QPk,ma P= QPk,ma 计 算 腹 板 局 部 稳 定 时 不 多 于 两 台 4

190 吊 车 梁 和 制 动 结 构 的 疲 劳 强 度 η P= η P T = T k,h P η P k,ma 一 台 最 大 重 级 工 作 制 吊 车 梁 的 竖 向 挠 度 P= Pk,ma = k,ma 一 台 最 大 吊 车 T = T 制 动 结 构 的 水 平 挠 度 k,h ( 冶 金 工 厂 或 类 一 台 最 大 重 级 工 作 制 似 车 间 A 7 A 8 级 吊 车 ) 吊 车 梁 上 翼 缘 制 动 结 构 与 柱 的 连 接 有 柱 间 支 撑 处 吊 车 梁 下 翼 缘 与 柱 的 连 接 T = γ T T Q k,h T = γ QTk,H H = αγ QPk,ma = γ QTk,H T = γ QTk,H 取 大 者 吊 车 按 实 际 情 况 但 不 多 于 两 台 按 实 际 情 况 但 不 多 于 两 台 注 : P T H 为 计 算 该 项 目 时 应 采 用 的 每 一 车 轮 的 计 算 最 大 轮 压 和 计 算 水 平 力 ψ 为 应 力 分 布 不 均 匀 系 数, 验 算 腹 板 局 部 压 应 力 时 对 轻 中 级 吊 车 梁 ψ 为.0; 对 重 级 制 吊 车 梁 ψ 为.5; 验 算 腹 局 部 稳 定 时, 各 级 吊 车 梁 均 取 ψ =.0; 当 几 台 吊 车 参 与 组 合 时 应 按 表 4- 用 荷 载 折 减 系 数. 内 力 分 析 从 表 4-5 得 到 各 项 计 算 力 及 吊 车 台 数 后, 即 可 进 行 吊 车 梁 及 制 动 结 构 的 内 力 分 析 竖 向 荷 载 全 部 由 吊 车 梁 承 受, 横 向 水 平 制 动 力 由 制 动 结 构 承 受 纵 向 水 平 制 动 力 由 吊 车 梁 支 座 处 下 翼 缘 与 柱 子 的 连 接 来 承 受 并 传 递 到 专 门 设 置 的 柱 间 下 部 支 撑 中, 它 在 吊 车 梁 内 引 起 的 轴 向 力 和 偏 心 力 矩 可 忽 略 吊 车 梁 的 上 翼 缘 需 考 虑 竖 向 和 横 向 水 平 荷 载 共 同 作 用 产 生 的 内 力 在 选 择 和 验 算 吊 车 梁 的 截 面 前, 必 须 算 出 吊 车 梁 的 绝 对 最 大 弯 矩, 以 及 相 同 轮 位 下 制 动 结 构 的 弯 矩 和 剪 力 竖 向 轮 压 是 若 干 个 保 持 一 定 距 离 的 移 动 集 中 荷 载 当 车 轮 移 动 时, 在 吊 车 梁 上 引 起 的 最 大 弯 矩 的 数 值 和 位 置 都 将 随 之 改 变 因 此 需 首 先 用 力 学 方 法 确 定 使 吊 车 梁 产 生 最 大 内 力 ( 弯 矩 和 剪 力 ) 的 吊 车 轮 压 所 在 位 置, 即 所 谓 最 不 利 轮 位 然 后 分 别 计 算 吊 车 梁 的 最 大 弯 矩 和 剪 力 当 起 重 量 较 大 时, 吊 车 车 轮 较 多, 且 常 需 考 虑 两 台 吊 车 同 时 工 作, 因 此 不 利 轮 位 可 能 有 几 种 情 况, 分 别 按 这 几 种 不 利 情 况 求 出 相 应 的 弯 矩 和 剪 力 从 而 求 得 吊 车 梁 的 绝 对 最 大 弯 矩 和 最 大 剪 力, 以 及 相 同 轮 位 下 制 动 结 构 的 弯 矩 和 剪 力 图 4-4( a ) 及 (b ) 表 示 了 吊 车 梁 上 有 四 个 或 二 个 轮 压 时, 使 吊 车 梁 产 生 绝 对 最 大 弯 矩 的 最 不 利 轮 位 图 4-4 实 腹 式 吊 车 梁 的 计 算 简 图 制 动 结 构 如 果 采 用 制 动 梁, 则 把 制 动 梁 ( 包 括 吊 车 梁 的 上 翼 缘 ) 看 成 是 一 根 水 平 放 置 的 梁, 承 受 水 平 制 动 力 的 作 用 ( 图 4-4 c ) 当 采 用 制 动 桁 架 ( 图 4-4 d ) 时, 可 以 用 一 般 桁 架 内 力 分 析 方 法 求 出 各 杆 ( 包 括 吊 车 梁 的 上 翼 缘 ) 的 轴 向 力 N T 但 对 于 上 弦 杆 ( 吊 车 梁 上 翼 缘 ) 还 要 考 虑 节 间 局 部 弯 矩 M T, 可 近 似 地 取 M T = γ QTHd /, d 为 制 动 桁 架 的 节 间 长 度 ( 图 4-4 d ) 对 于 重 级 工 作 吊 车 梁 的 制 动 桁 架, 还 应 考 虑 由 于 吊 车 摆 动 引 起 的 横 向 水 平 力 设 计 值 H 的 作 用 4.4. 焊 接 实 腹 吊 车 梁 设 计. 截 面 选 择 焊 接 组 合 梁 截 面 选 择 的 一 般 方 法 详 见 第 二 章 结 合 吊 车 梁 的 特 点, 再 补 充 一 些 内 容 44

191 () 梁 的 高 度 在 确 定 吊 车 梁 的 高 度 时, 应 考 虑 经 济 刚 度 要 求, 建 筑 净 空 要 求 和 腹 板 钢 板 规 格 近 似 地 把 吊 车 梁 作 为 承 受 均 布 荷 载 的 简 支 梁, 则 其 相 对 高 度 为 : v 5 ql 5 M l M l = = l 84 EI 48 EI 0 EI 由 于 计 算 结 构 变 形 时 取 一 台 吊 车 并 不 考 虑 动 力 系 数 和 可 变 荷 载 分 项 系 数, 故 M 可 取 为 M 式 中 M 为 一 台 吊 车 轮 压 设 计 值 产 生 的 最 大 弯 矩 根 据 经 验 知, M 约 为 M ma, 而 对 于 非 重 级 工 作 制 吊 车 梁 M ma = 0.8W, 对 于 重 级 工 作 制 吊 车 梁 M ma = 0.68W 代 入 上 式 后 可 得, 非 重 级 工 作 制 吊 车 梁 的 最 小 高 度 为 : 0. l hmin (4-4 a ) v 6 0 l 重 级 工 作 制 吊 车 梁 的 最 小 高 度 为 0.65 l hmin (4-4b ) v 6 0 l 综 合 经 济 要 求 和 建 筑 净 空 要 求 并 考 虑 钢 板 宽 度 规 格, 可 选 用 吊 车 梁 腹 板 的 合 理 高 度 h w, 从 而 大 致 确 定 吊 车 梁 的 高 度 h 式 中 式 中 () 腹 板 厚 度 吊 车 梁 的 腹 板 厚 度 t w 一 般 按 经 验 公 式 支 座 处 抗 剪 要 求 和 局 部 挤 压 条 件 来 选 定 ) 经 验 公 式 : t w 腹 板 厚 度, 以 mm 计 ; h 梁 的 高 度, 以 m 计 ; t = 7 h (4-5) w + ) 抗 剪 要 求 可 近 似 按 式 (-) 计 算 ) 局 部 挤 压 应 力 的 计 算 即 αψγ P Q k,ma σ c = (4-6) twlz t w αψγ P l Q k,ma z (4-7) l z 车 轮 对 腹 板 边 缘 挤 压 应 力 的 分 布 长 度, 取 l z = 5h + hr + 50 mm; h 梁 顶 至 腹 板 计 算 高 度 上 边 缘 的 距 离, 对 于 焊 接 梁 取 h = 吊 车 梁 翼 缘 厚 度 t, 初 选 截 面 时 可 取 t 0mm; h R 轨 道 高 度 实 际 工 程 经 验 发 现, 重 级 工 作 制 吊 车 梁 上 翼 缘 和 腹 板 的 连 接 焊 缝 ( 焊 透 的 K 形 坡 口 缝 ) 常 出 现 疲 劳 裂 缝, 故 在 选 定 此 类 吊 车 梁 的 腹 板 厚 度 时 宜 略 大 些, 以 增 大 焊 缝 厚 度, 并 严 格 检 查 焊 缝 的 施 工 质 量 () 翼 缘 尺 寸 腹 板 高 度 h w 和 厚 度 t w 确 定 后, 可 用 下 式 求 得 翼 缘 所 需 的 面 积 A, 从 而 决 定 其 宽 度 b 和 厚 度 t : 45

192 对 于 非 重 级 工 作 制 吊 车 梁 对 于 重 级 工 作 制 吊 车 梁 A W W W = hwt w (4-8) hw 6 M ma =. (4-9 a ) M ma =. (4-9b ) 4 翼 缘 宜 用 一 层 钢 板, 其 厚 度 应 不 小 于 8mm; 翼 缘 宽 度 b 一 般 为 ( / ~ / 5) h 当 上 翼 缘 轨 道 用 压 板 连 接 时, 翼 缘 宽 度 不 大 于 00mm 考 虑 到 翼 缘 的 局 部 稳 定, 翼 缘 宽 度 b 应 不 大 于 0t(Q5) 或 4t (Q45) 此 外, 在 选 定 翼 缘 宽 度 时 应 注 意 设 置 便 于 与 柱 或 制 动 结 构 连 接 的 构 造. 构 件 计 算 () 强 度 计 算 选 择 好 吊 车 梁 的 截 面 尺 寸 后, 确 定 制 动 结 构 的 形 式 和 尺 寸, 求 得 吊 车 梁 截 面 的 各 项 几 何 特 性, 然 后 进 行 截 面 强 度 验 算 截 面 强 度 验 算 应 对 其 中 的 正 应 力 剪 应 力 腹 板 局 部 压 应 力 及 折 算 应 力 等 各 项 进 行 计 算 其 计 算 公 式 如 表 4-6 所 示 吊 车 梁 的 截 面 强 度 计 算 公 式 表 4-6 制 动 结 正 应 力 σ 构 形 式 上 翼 缘 下 翼 缘 剪 应 力 τ 腹 板 局 部 压 应 力 σ c 折 算 应 力 σ zs 无 制 动 结 构 制 动 梁 制 动 桁 架 M M ma + W W n n M M ma + W W n n M ma W n M T + + W n N T A n M ma W n V S αψγ ma Q P k,ma I t lt w zw 轮 压 影 响 范 围 内 σ + σ c σσ c + β 轮 压 影 响 范 围 外 τ σ = σ + τ β zs σ σ c 和 τ 均 为 梁 上 同 一 点 在 同 一 轮 位 下 的 应 力 注 : M ma 对 - 轴 的 竖 向 最 大 弯 矩 ; M 对 - 轴 的 水 平 弯 矩 ; M T 制 动 桁 架 节 间 内 的 局 部 水 平 弯 矩 ; N T 制 动 桁 架 弦 杆 的 最 大 内 力 ( 轮 位 与 求 M 时 相 应 ); ma V ma 吊 车 梁 支 座 处 的 最 大 剪 力 ; γ Q 可 变 荷 载 分 项 系 数 ; α P k,ma 计 算 截 面 上 的 最 大 轮 压 标 准 值 ( 考 虑 动 力 系 数 ); W n 对 - 轴 的 净 截 面 抵 抗 矩, 当 上 下 翼 缘 不 对 称 时, 应 分 别 用 各 自 的 W 值 ; W n 梁 上 翼 缘 对 - 轴 的 净 截 面 抵 抗 矩 ; W n 梁 上 翼 缘 与 制 动 梁 组 合 截 面 对 其 - 轴 ( 图 4-4c) 的 净 截 面 抵 抗 矩 ; A n 梁 上 翼 缘 净 截 面 面 积 ; 46

193 必 验 算 I 计 算 截 面 对 - 轴 的 毛 截 面 惯 性 矩 ; ψ 应 力 分 布 不 均 匀 系 数, 其 值 见 表 4-5 的 注 ; l 挤 压 应 力 的 分 布 长 度, 见 式 (4-6); b 系 数, 当 σ 与 σ 异 号 时, 取 β =.; 当 σ 与 σ 同 号 或 σ =0 时, 取 β =.; c c c 钢 材 的 抗 弯 强 度 设 计 值 ; V 钢 材 的 抗 剪 强 度 设 计 值 () 整 体 稳 定 计 算 吊 车 梁 无 制 动 结 构 时, 应 验 算 其 整 体 稳 定 性, 计 算 方 法 参 见 第 章 有 制 动 结 构 时 则 不 () 刚 度 验 算 验 算 吊 车 梁 的 竖 向 刚 度 时, 通 常 都 采 用 下 列 近 似 公 式 计 算 : v M l v = l 0 EI l (4-40) v 式 中 l 容 许 相 对 挠 度, 按 第 章.7. 节 的 表 - 取 用 M 由 一 台 最 大 吊 车 产 生 的 绝 对 最 大 弯 矩, 计 算 挠 度 时 不 考 虑 动 力 系 数 和 可 变 荷 载 分 项 系 数 对 于 冶 金 工 厂 或 类 似 设 有 A 7 A8 级 吊 车 的 吊 车 梁, 还 应 验 算 制 动 结 构 有 一 台 最 大 吊 车 的 横 向 水 平 制 动 力 ( 不 计 动 力 系 数 和 可 变 荷 载 分 项 系 数 ) 所 产 生 的 水 平 挠 度, 其 值 不 宜 超 过 制 动 结 构 跨 度 的 /00 (4) 疲 劳 强 度 计 算 对 重 级 工 作 制 吊 车 梁 和 重 中 级 工 作 制 吊 车 桁 架 ( 桁 架 式 吊 车 ), 还 应 验 算 其 疲 劳 强 度 验 算 疲 劳 强 度 时 只 考 虑 一 台 荷 载 最 大 的 吊 车 标 准 荷 载, 并 不 计 动 力 系 数 对 梁 受 拉 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 焊 缝 ( 应 采 用 自 动 焊 ) 及 其 附 近 的 主 体 金 属 按 下 式 验 算 : p p M ma M min α [ ] 6 Δσ = α Δσ 0 (4-4) I n p 式 中 M ma 疲 劳 验 算 处 截 面 的 最 大 弯 矩 ; p M min 疲 劳 验 算 处 截 面 的 最 小 弯 矩 ; I n 对 - 轴 的 净 截 面 惯 性 矩 ; 中 和 轴 到 验 算 点 ( 翼 缘 与 腹 板 焊 缝 处 ) 的 距 离 ; [ Δσ ] 6 0 疲 劳 容 许 应 力, 按 第 章.6 节 的 表. 取 用 ; α 欠 载 效 应 等 效 系 数, 按 第 章.4 节 的 式 (.6) 取 用 在 重 级 工 作 制 吊 车 梁 的 受 拉 翼 缘 上 应 尽 可 能 不 打 洞 不 焊 接 附 加 零 件 ( 如 有 水 平 支 撑 可 连 接 在 横 向 加 劲 肋 的 下 端 处 ) 否 则, 在 梁 跨 中 的 受 拉 翼 缘 上 应 按 式 (4-4) 验 算 设 有 铆 钉 螺 栓 孔 及 虚 孔 处 主 体 金 属 的 疲 劳 应 力 幅 在 腹 板 受 拉 区 的 横 向 加 劲 肋 端 部 处, 同 时 受 较 大 的 正 应 力 及 剪 应 力 作 用, 且 存 在 较 大 的 残 余 应 力 由 于 该 处 值 较 小 所 以 应 力 幅 亦 较 小, 但 它 属 于 4 类 ( 肋 部 不 断 弧 ) 或 5 类 ( 肋 47

194 部 断 弧 ) 连 接, 容 许 应 力 幅 也 较 小, 故 需 按 下 式 验 算 主 体 金 属 的 疲 劳 强 度 M M α Δ σ = α [ Δ σ ] 6 (4-4) p p ma min 0 In 式 中 腹 板 受 拉 区 的 横 向 加 劲 肋 端 部 处 到 中 和 轴 的 距 离 (5) 局 部 稳 定 计 算.. 节 关 于 梁 局 部 稳 定 要 求 对 板 件 宽 厚 比 的 限 值 和 有 关 加 劲 肋 设 置 的 规 定 同 样 适 用 于 吊 车 梁 在.. 节 的 () 中 已 经 介 绍 了 设 置 横 向 加 劲 肋 时 如 何 计 算 加 劲 肋 之 间 板 格 的 局 部 稳 定 在 腹 板 高 度 较 大 的 吊 车 梁 中, 可 能 需 要 同 时 设 置 纵 横 加 劲 肋 需 要 同 时 设 置 纵 横 加 劲 肋 的 条 件 是, h 0 / t > 70 5/ ( 受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束, 如 连 有 刚 性 铺 板 制 动 板 w 或 焊 有 钢 轨 时 ) 或 h0 / tw > 50 5/ ( 受 压 翼 缘 扭 转 未 受 到 约 束 时 ), 应 在 弯 曲 应 力 较 大 区 隔 的 受 压 区 增 加 配 置 纵 向 加 劲 肋 ( 图 4-4 a ), 局 部 压 力 很 大 的 梁, 必 要 时 还 宜 在 受 压 区 配 置 短 加 劲 肋 ( 图 4-4b ) 此 时, 板 格 的 局 部 稳 定 可 按 以 下 规 定 计 算 图 4-4 腹 板 加 劲 肋 纵 横 向 布 置 示 意 图 () 受 压 翼 缘 与 纵 向 加 劲 肋 之 间 的 区 格 σ τ σ c σcr τ cr σ c, cr (4-4) 式 中 σ cr τ cr σ ccr, 分 别 按 照 下 列 方 法 计 算 : σ cr按 公 式 (-) 计 算, 但 λ b 式 中 的 改 用 下 列 λ b 代 替 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束 时, h / t w λ b = 75 5 (4-44a) 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 未 受 到 约 束 时, h / t w λ b = 64 5 (4-44b) τ cr 按 公 式 (-4) 计 算, 将 式 中 的 h 0 改 用 下 列 h 代 替 σ ccr, 按 公 式 (-) 计 算, 但 式 中 的 λ b 改 用 下 列 λ c 代 替 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束 时, h / t w λ c = 56 5 (4-45a) 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 未 受 到 约 束 时, h / t w λ c = 40 5 (4-45b) () 受 拉 翼 缘 与 纵 向 加 劲 肋 之 间 的 区 格 σ τ σ c + + σcr τcr σc, cr.0 (4-46) 式 中 σ 所 计 算 区 格 内 由 平 均 弯 矩 产 生 的 腹 板 在 纵 向 加 劲 肋 处 的 弯 曲 压 应 力 ; σ c 腹 板 在 纵 向 加 劲 肋 处 的 横 向 压 应 力, 取 0.σ c σ λ 代 替 cr 按 公 式 (-) 计 算, 但 式 中 的 λ b 改 用 下 列 b 48

195 h / t 94 5 w λ b = (4-47) τ ccr, 按 公 式 (-4) 计 算, 将 式 中 的 h 0 改 用 h ( h h h ) = 0 σ ccr, 按 公 式 (-5) 计 算, 但 式 中 的 h 0 改 用 下 列 h, 当 a/ h >, 取 a/ h = () 在 受 压 翼 缘 与 纵 向 加 劲 肋 之 间 设 有 短 加 劲 肋 短 区 格, 其 局 部 稳 定 性 按 公 式 (4-4) 计 算 该 式 中 的 σ cr仍 按 式 (4-4) 规 定 计 算 ; τ cr 按 式 (-4) 计 算, 但 将 h0 和 a 改 为 h 和 a ; σ ccr, 按 式 (-) 计 算, 但 式 中 λ b 改 用 下 列 λ c 代 替 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 受 到 约 束 时, a / t w λ c = (4-48a) 87 5 当 梁 受 压 翼 缘 扭 转 未 受 到 约 束 时, a / t w λ c = (4-48b) 7 5 当 a/ h >.的 区 格, 公 式 (4-48) 右 侧 应 乘 以 / a + h (6) 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 计 算 在 轻 中 级 工 作 制 吊 车 梁 的 上 下 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 中, 可 采 用 连 续 的 角 焊 缝 上 翼 缘 焊 缝 除 承 受 翼 缘 和 腹 板 间 的 水 平 剪 力 外, 还 承 受 由 吊 车 轮 压 引 起 的 竖 向 剪 应 力 其 焊 脚 尺 寸 按 下 式 计 算 并 应 不 小 于 6mm 上 翼 缘 与 腹 板 连 接 焊 缝 : VmaS ψ P h = ( ) + ( ) (4-49) w.4 I l 下 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 焊 缝 : VmaS h = (4-50) w.4 I 式 中 V ma 梁 的 最 大 剪 力 ; S S 分 别 为 上 下 翼 缘 对 梁 中 和 轴 的 毛 截 面 面 积 矩 ; I 梁 的 毛 截 面 惯 性 矩 ; P 计 算 截 面 上 的 最 大 轮 压, 按 式 (4-0) 计 算 ; ψ l z 按 表 4-6 的 注 计 算 z 图 4-4 焊 透 的 T 形 连 接 焊 缝 当 中 级 工 作 制 吊 车 梁 的 腹 板 厚 度 tw >4mm, 腹 板 与 上 翼 缘 的 连 接 应 尽 可 能 采 用 焊 透 的 T 形 连 接 焊 缝 ( 即 K 形 坡 口 对 接 焊 缝 ) 如 图 4-4 所 示 对 于 重 级 工 作 制 吊 车 梁 上 翼 缘 与 腹 板 的 连 接, 规 范 规 定 采 用 图 4-4 所 示 的 焊 透 的 K 形 坡 口 对 接 焊 缝 为 了 保 证 充 分 焊 透, 腹 板 上 端 应 根 据 其 厚 度 预 作 坡 口 加 工 焊 透 的 K 形 坡 口 对 接 焊 缝 经 过 用 精 确 方 法 检 查 合 格 后, 即 可 认 为 与 腹 板 等 强 而 不 再 验 算 其 强 度 重 级 工 作 制 吊 车 梁 的 下 翼 缘 与 腹 板 的 连 接, 可 以 采 用 自 动 焊 接 的 角 焊 缝, 但 要 验 算 疲 劳 49

196 强 度 吊 车 梁 的 制 动 结 构 支 撑 和 梁 柱 连 接 制 动 结 构 承 受 横 向 水 平 力, 并 作 为 吊 车 梁 上 翼 缘 的 侧 向 支 撑, 以 保 证 吊 车 梁 的 整 体 稳 定 制 动 梁 同 时 又 可 作 为 走 道 和 检 修 时 的 平 台 实 腹 式 制 动 梁 的 宽 度 一 般 为.0~.5m, 宽 度 较 大 时 宜 用 桁 架 式 制 动 梁 ( 即 制 动 桁 架 ) 实 腹 式 制 动 梁 的 腹 板 ( 兼 作 走 道 板 ) 宜 用 花 纹 钢 板 以 防 止 走 时 滑 倒, 其 厚 度 通 常 为 6~8mm( 如 不 能 满 足 局 部 稳 定 的 要 求 时 则 另 加 加 劲 肋 ) 制 动 梁 与 吊 车 梁 可 以 在 工 厂 中 连 接, 也 可 以 在 工 地 连 接 轻 中 级 工 作 制 的 吊 车 梁 与 制 动 梁 或 柱 在 工 地 连 接 时 可 采 用 焊 缝 连 接, 并 应 避 免 采 用 C 级 螺 栓 连 接, 对 于 重 级 工 作 制 的 吊 车 梁 则 应 优 先 采 用 高 强 度 螺 栓 连 接 ( 图 4-44 和 4-45) 制 动 板 ( 制 动 梁 腹 板 ); A 或 B 级 螺 栓 ( 或 高 强 度 螺 栓 ); 吊 车 梁 上 翼 缘 ;4 制 动 桁 架 腹 杆 图 4-44 吊 车 梁 与 柱 的 连 接 形 式 之 一 图 4-45 吊 车 梁 与 柱 的 连 接 形 式 之 二 跨 度 较 小 和 起 重 量 不 大 的 吊 车 梁 常 采 用 实 腹 式 吊 车 梁, 吊 车 梁 的 下 翼 缘 和 制 动 梁 的 外 翼 缘 之 间 每 隔 一 定 距 离 用 斜 撑 杆 连 接 起 来 ( 图 4-46 c ), 或 用 板 铰 把 制 动 梁 的 翼 缘 挂 在 墙 架 柱 上 ( 图 4-46 a ) 对 于 设 在 边 列 柱 上 跨 度 8m 的 轻 中 级 工 作 制 和 跨 度 m 的 重 级 工 作 制 吊 车 梁, 应 设 辅 助 桁 架 ( 即 图 4-40b 中 的 竖 向 桁 架 ), 以 及 水 平 支 撑 系 统 和 竖 向 ( 即 横 隔 ) 支 撑 系 统 辅 助 桁 架 设 在 制 动 梁 的 外 翼 缘 ( 或 弦 杆 ) 处 的 竖 向 平 面 内, 桁 架 高 度 与 吊 车 梁 相 等, 其 下 弦 杆 与 吊 车 梁 的 下 翼 缘 用 水 平 支 撑 相 连, 形 成 空 间 体 系, 再 每 隔 一 定 距 离 设 置 竖 向 支 撑 作 为 横 隔 以 增 加 空 间 抗 扭 刚 度 ( 图 4-46b ) 对 于 中 列 柱 上 成 对 设 置 的 等 高 吊 车 梁 可 省 去 辅 助 桁 架, 只 需 在 相 邻 吊 车 梁 的 下 翼 缘 间 设 置 水 平 支 撑 和 适 当 设 置 几 道 竖 向 支 撑 ( 图 4-47) 图 4-46 吊 车 梁 支 撑 形 式 之 一 图 4-47 吊 车 梁 支 撑 形 式 之 二 [ 例 4-] 焊 接 实 腹 吊 车 梁 设 计 例 题 设 计 资 料 吊 车 资 料 表 例 4-A 台 数 吊 车 吊 车 小 车 级 别 起 重 量 跨 度 重 量 重 钩 别 (kn) (m) (kn) (kn) 最 大 轮 压 (kn) 轨 道 型 号 简 图 两 台 重 级 Qu /00 软 钩 () 吊 车 资 料 见 表 例 4-A; () 走 道 荷 载,k N/m ; () 采 用 简 支 焊 接 实 腹 工 字 形 吊 车 梁, 跨 度 为 m; 50

197 (4) 制 动 结 构 用 焊 接 实 腹 制 动 梁, 宽 度 为.0m; (5) 吊 车 梁 用 Q45B 钢, 焊 条 用 E50 型 内 力 计 算 结 果 见 表 例 4-B 5

198 内 力 计 算 表 表 例 4-B 计 算 项 目 计 算 简 图 内 力 支 座 处 最 大 剪 力 P P P P P P V ma 计 算 强 度 时, 跨 中 绝 对 最 大 弯 矩 M ma 计 算 制 动 梁 强 度 时, 跨 中 最 大 水 平 弯 矩 M Tma 计 算 疲 劳 强 度 时, 跨 中 最 大 竖 向 弯 矩 p M ma p M T 及 水 平 弯 矩 P= αηγ QψcPk,ma = = 498kN A 406 P P R P B 简 图 同 上 8 ( ) T = γψ Q ctk,h = = =.kn 00 4 H = αγψ Q cpk,ma = = 4.kN R P P P P A P= P k,ma = 4kN B H = 0. 4 =.4kN P C C 498 V ma = ( ) 498 = = 97kN RA = ( ) = 059kN M ma = ( ) = 48kN m V =-( R - P) =- (498? ) =- 45kN B c 4. M Tma = 48 = 47.kN m 498 R A = [4 4 ( )] = 50kN p M ma = 50( ) = 7 = 06kN m p.4 M T = 06 = 06.kN m 4 5

199 注 : 第 一 栏 的 P 按 式 (4-0) 计 算, 但 计 入 了 表 4-4 的 荷 载 增 大 系 数 η 和 表 4- 的 多 台 吊 车 的 荷 载 折 减 系 数 ψ c 第 三 栏 的 T 按 式 (4-) 计 算, 但 计 入 了 表 4- 的 荷 载 折 减 系 数 ψ 第 三 栏 的 H 按 式 (4-) 计 算, 但 计 入 了 表 4- 的 荷 载 折 减 系 数 ψ 4 第 四 栏 的 P H 均 为 一 台 吊 车 时 的 标 准 值, 因 此 H 按 式 (4-5) 计 算 c c 5

200 截 面 选 择 () 梁 的 高 度 按 经 济 要 求 W = = mm ( 按 式 4-9b) 95 h = = 687mm ( 按 式 -0) 按 刚 度 要 求 : l 6 hmin = 0.65 l 0 = v ( 按 式 4-4b) = 5mm 对 建 筑 净 空 无 特 殊 要 求, 采 用 腹 板 高 度 h w = 60cm () 腹 板 厚 度 按 经 验 公 式 : 按 抗 剪 要 求 : t t w = 7 + h = =.8mm.5V h = ma w min = w v z 0.mm 按 局 部 挤 压 要 求 : ag QPk,ma.创 tw? = 4.8mm l [? 50 5? 0 50] 创.0 0 选 用 腹 板 :600 4 () 翼 缘 尺 寸 试 用 :500 A W h t w w = = = 0566mm hw 图 4-48 吊 车 梁 截 面 尺 寸 (4) 截 面 几 何 特 征 ( 图 4-48) 毛 截 面 几 何 特 性 I 4 = = = 9485cm = mm 4 W 9485 = = 47cm = 47 0 mm 8. S = = = 40cm = 40 0 mm = = 89cm = 89 0 mm S 净 截 面 几 何 特 性 A n = (50.5) = 44.5cm 54

201 计 算 项 目 正 应 力 σ 制 动 梁 的 截 面 特 性 (50.5). 6. = = cm In = (50.5). ( ) ( ) 4 4 = = 8678 cm = mm 8678 = = 69cm = 69 0 mm Wn 毛 截 面 特 性 A = = 88.cm = 880mm = =.cm = mm I = (00.) (58.) = = 69 cm = 69 0 mm 净 截 面 几 何 特 性 A n =. + (50.5) = 78.6cm = =.7cm I n = (00.7) (58.7) (50.5).7 = = 540cm = mm 540 W n = = 565cm = mm 承 载 能 力 和 刚 度 验 算 () 强 度 验 算 见 表 例 4-C 强 度 验 算 表 表 例 4-C 计 算 内 容 上 翼 缘 : M M ma σ = + = + W n Wn = = 9.5N/mm < 95N/mm 4 55

202 剪 应 力 τ 腹 板 局 部 压 应 力 σ c 折 算 应 力 σ zs 下 翼 缘 : s M ? (79.4 ) 08.4N/mm 95N/mm ma = = = < = 4 Wn 凸 缘 支 座 处 剪 应 力 ( 考 虑 截 面 削 弱 系 数.) t 重 级 制 V S 97000创 40 0 ma =?.?. 8N/mm < 4 v = 80N/mm It w 9485创 0.40 ψ =.5; lz = = 46cm αψγ P σ c = = = 04.6N/mm < = 0N/mm t l Q w z 计 算 跨 中 正 应 力 最 大 处 (B 点 轮 压 范 围 内 ) τ = = 4.4N/mm M ma h0 88 σ = = 7.5 =.8N/mm Wn h 840 σ zs = σ + σ c σ σ c + τ = = 85.N/mm <. 0 = 4.0N/mm 计 算 跨 中 正 应 力 最 大 处 (B 点 附 近 轮 压 影 响 范 围 外 ) τ = 4.4N/mm σ =.8N/mm σ c = 0 σ zs = σ + τ = =.N/mm <. 0 = 4.0N/mm () 整 体 稳 定 验 算 本 吊 车 梁 有 制 动 梁, 整 体 稳 定 不 需 验 算 () 刚 度 验 算 验 算 吊 车 梁 竖 向 挠 度 ( 不 考 虑 动 力 系 数 ) ' v Ml = = l 0EI 0创.06 0 创 v = < 60 = l 制 动 结 构 水 平 挠 度 ( 一 台 重 级 吊 车 作 用 下 ) v Ml = = l 0EI 0创.06 0 创 v = < 800 = l 00 (4) 疲 劳 强 度 验 算 见 表 例 4-D 疲 劳 强 度 验 算 表 表 例 4-D 计 算 项 目 计 算 内 容 受 拉 翼 缘 与 腹 板 连 接 ( 自 动 电 焊 ) 处 焊 缝 及 附 近 的 主 体 金 属 疲 劳 允 许 应 力 幅 Δσ [ ] 6 0 ( 焊 缝 质 量 经 无 损 检 查 符 合 二 级 标 准 ) [ Δ σ ] 6 = 44N/mm 0 欠 载 系 数 α =0.8 疲 劳 应 力 验 算 α Δ σ = 0.8 (79.4 )

203 横 向 加 劲 肋 端 点 处 手 工 焊 缝 附 近 的 主 体 金 疲 劳 允 许 应 力 幅 Δσ [ ] 6 0 欠 载 系 数 属 ( 采 用 回 焊 ) 疲 劳 应 力 验 算 = 69.N/mm < ( 采 用 回 焊, 肋 端 不 断 弧 ) [ Δ σ ] 6 = 0N/mm 0 44N/mm α = a 譊 s = 0.8 创 ( ) = 64.9N/mm < 0N/mm (5) 翼 缘 和 腹 板 局 部 稳 定 验 算 翼 缘 自 由 外 伸 宽 度 b 与 其 厚 度 t 的 比 值 b 50 5 = =.4<5 =.4 t 45 腹 板 高 度 h w 与 t w 厚 度 的 比 值 hw = = 4< 70 = 40 t w 因 受 压 翼 缘 处 有 制 动 板 约 束, 按 设 计 规 范 规 定 满 足 以 上 条 件 时, 不 需 设 置 纵 向 加 劲 肋, 只 设 置 横 向 加 劲 肋 即 可 加 劲 肋 间 距 取 为 a =00cm, 符 合 0.5 h 0 =80cm a h 0 =0cm 的 要 求 根 据 现 行 国 家 标 准 钢 结 构 设 计 规 范 GB5007 第 4. 条 要 求 进 行 加 劲 区 格 的 局 部 稳 定 验 算 弯 曲 应 力 下 的 临 界 应 力 按 式 (-) 计 算 : hc / t w 60 /(.4) 45 λ b = = = 0.78< σ = = 0N/mm cr 剪 应 力 下 的 临 界 应 力 按 式 (-4) 计 算 : a / h 0 =00/60=0.65 h / t 60 / w l s = = = ( h 5 0 / a) (60 /00) t cr = v = 80N/mm 局 部 压 应 力 下 的 临 界 应 力 按 式 (-5) 计 算 : 0.5<a / h 0 =0.65< h / t 60 / w l c = = (.8- a/ h0 ) ? ( ) =0.844<0.9 s c,cr = = 0N/mm 以 上 计 算 中 h 0 = h w, h c = h w / 考 虑 最 大 弯 矩 所 在 区 格, 剪 应 力 近 似 取 吊 车 梁 中 的 最 大 值 M ma h s =?? W h 69? n.8n/mm 57

204 V N/mm ht w w αγ QPk,ma σ c = = = 77.5N/mm tl w z 骣 s 骣 t s 骣 c.8 骣 = + + = <.0 珑 s 桫 鼢 桫 t s 珑 桫 0.0鼢 桫 80 0 ma τ = = = cr cr c,cr 5 加 劲 肋 设 计 () 横 向 加 劲 肋 ( 腹 板 两 侧 成 对 设 置 )( 图 4-49) 按 构 造 要 求 0 b h l + 40 = 9mm 0 采 用 b l = 50mm b 50 t l l = = 0mm 5 5 采 用 t l = 4mm () 支 座 加 劲 肋 支 座 采 用 凸 缘 支 承 加 劲 肋 ( 图 4-49) 支 座 处 最 大 支 座 反 力 N 计 算 N = V ma = 97kN 图 4-49 横 向 加 劲 肋 和 支 承 加 劲 肋 稳 定 验 算 腹 板 参 加 受 压 的 宽 度 = 7. cm 45 A = = 4.cm = 40mm 4 I z = 创 创 7..4 = 087cm = mm 4 i = 087 =.9 cm λ = =.4.9 查 附 录 4 附 表 4--(b) 得 j = N s j A 0.988创 4. 0 = 6N/mm < 95N/mm 凸 缘 端 面 支 承 验 算 N σ cd = = = 97.N/mm < 400N/mm A 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 焊 缝 计 算 cd 58

205 上 翼 缘 与 腹 板 焊 接, 采 用 焊 透 的 K 形 坡 口 对 接 焊 缝 ( 它 在 腹 板 上 边 缘 设 坡 口, 并 应 严 格 检 查 焊 缝 质 量 ), 焊 缝 不 必 验 算 下 翼 缘 与 腹 板 的 连 接 采 用 自 动 焊 接 的 角 焊 缝, 焊 脚 尺 寸 h 为 VmaS h = = =.mm w 4.4 I 取 h =8mm 7. 制 动 桁 架 辅 助 桁 架 和 水 平 支 撑 等 的 计 算 从 略 4.5 框 架 柱 设 计 4.5. 框 架 柱 类 型 框 架 柱 可 分 为 等 截 面 柱 台 阶 式 柱 和 分 离 式 柱 等 截 面 柱 ( 图 4-50 a ) 通 常 采 用 工 字 形 截 面, 吊 车 梁 支 撑 在 柱 的 牛 腿 上 这 种 形 式 适 用 于 吊 车 起 重 量 小 于 0t 且 柱 距 不 大 于 m 的 车 间 台 阶 式 柱 ( 图 4-50b 及 c ) 是 最 常 用 的 一 种 形 式, 有 单 阶 和 双 阶 的 ( 图 4-50 e 及 ), 在 一 些 特 重 型 车 间 中 甚 至 有 三 阶 的 分 离 式 柱 ( 图 4-50 d ) 是 将 吊 车 支 柱 和 组 成 横 向 框 架 的 屋 盖 支 柱 分 离, 其 间 用 水 平 联 系 板 联 系 起 来 因 为 水 平 联 系 板 在 竖 向 的 刚 度 很 小, 故 认 为 吊 车 竖 向 荷 载 仅 传 至 吊 车 支 柱 而 不 传 给 屋 盖 支 柱 分 离 式 柱 一 般 较 台 阶 式 柱 重 ( 费 钢 材 ), 刚 度 也 较 小 但 在 吊 车 起 重 量 较 大 且 车 间 高 度 不 大 于 5~8m 的 车 间 中, 采 用 分 离 式 柱 可 能 是 较 经 济 的 车 间 有 扩 建 的 可 能 且 欲 不 受 吊 车 荷 载 的 牵 制 时, 也 可 采 用 分 离 式 柱 框 架 柱 按 其 柱 身 的 构 造, 又 可 分 为 实 腹 式 柱 和 格 构 式 柱 格 构 式 柱 在 制 造 上 较 费 工, 但 当 柱 的 截 面 高 度 b.0m 时, 一 般 较 实 腹 式 柱 经 济 图 4-50 框 架 柱 的 类 型 4.5. 截 面 形 式 和 柱 身 构 造. 框 架 柱 截 面 形 式 重 型 工 厂 框 架 柱 大 多 是 单 阶 柱, 只 有 当 厂 房 内 有 两 层 吊 车 时, 厂 房 柱 才 设 计 成 双 阶 柱 ( 图 4-5) 厂 房 柱 的 截 面 形 式 与 荷 载 作 用 情 况 有 关 有 吊 车 荷 载 作 用 的 厂 房 柱, 其 上 段 截 面 常 用 宽 翼 缘 H 型 钢 和 焊 成 的 实 腹 工 字 形 截 面, 一 般 腹 板 厚 度 为 6~mm, 翼 缘 板 厚 度 为 0~0mm; 下 段 柱 可 为 实 腹 柱 或 格 构 柱 ( 图 4-5 a 和 b ) 对 于 边 列 柱, 由 于 吊 车 肢 承 受 的 荷 载 较 大, 下 段 柱 通 常 设 计 成 不 对 称 的 边 列 柱 的 屋 盖 肢 ( 外 肢 ) 常 用 钢 板 或 槽 形 截 面 做 成, 外 表 面 应 保 持 平 整 以 便 于 和 墙 梁 或 墙 板 连 接, 而 吊 车 肢 则 为 了 增 加 刚 度 常 做 成 工 字 形, 并 尽 可 能 采 用 热 轧 型 钢 内 外 两 肢 的 宽 度 b 应 相 同 以 便 于 处 理 上 下 段 柱 的 连 接 和 柱 脚 构 造 ; 但 钢 板 做 成 的 外 肢 ( 图 4-5 a ) 可 比 吊 车 肢 小 0~0mm, 因 为 此 时 不 难 在 柱 脚 处 把 外 肢 放 宽 到 与 内 肢 相 同 中 列 柱 两 肢 均 支 撑 吊 车 梁, 一 般 都 采 用 工 字 形 截 面 ( 图 4-5b ), 整 个 截 面 常 做 成 对 称 的 ; 但 是, 如 果 两 个 跨 间 的 吊 车 起 重 量 相 差 悬 殊 时, 也 可 做 成 不 对 称 的 图 4-5 阶 形 柱 59

206 - 上 段 柱 ;- 单 阶 柱 的 下 段 柱 或 双 阶 柱 的 中 段 柱 ;- 双 阶 柱 的 下 段 柱 ;4- 缀 条 分 离 式 柱 的 屋 盖 肢 常 做 成 宽 翼 缘 H 型 钢 和 焊 接 工 字 形 钢, 吊 车 肢 一 般 采 用 工 字 钢 ( 图 4-5) 吊 车 肢 在 框 架 平 面 内 的 稳 定 性 靠 连 在 屋 盖 肢 上 的 水 平 连 系 板 ( 与 缀 板 不 同, 它 不 能 传 递 竖 向 力 ) 来 解 决, 因 为 屋 盖 肢 在 框 架 平 面 内 的 刚 度 较 大 水 平 连 系 板 的 间 距 可 根 据 吊 车 肢 在 框 架 平 面 内 和 框 架 平 面 外 的 长 细 比 相 等 的 条 件 来 决 定 ; 一 般 采 用.5m 左 右 较 为 合 适 吊 车 肢 的 截 面 高 度 和 屋 盖 肢 的 截 面 宽 度 应 仅 可 能 相 同 以 简 化 柱 脚 的 构 造 沿 车 间 的 纵 向, 柱 的 截 面 尺 寸 b 应 足 够 大, 以 保 证 柱 在 框 架 平 面 外 的 稳 定 性 以 及 柱 脚 构 造 和 柱 与 吊 车 梁 连 接 的 合 理 性 下 段 柱 的 宽 度 b 通 常 应 不 小 于 0.4m 图 4-5 阶 形 柱 的 截 面 形 式 图 4-5 分 离 式 柱 的 截 面 形 式 在 起 重 量 较 大 的 重 型 厂 房 中 柱 的 用 钢 量 约 占 厂 房 结 构 总 用 钢 量 的 5% 左 右, 因 此 在 设 计 柱 时 要 特 别 注 意 节 约 钢 材 下 段 柱 宜 采 用 格 构 式, 格 构 柱 不 仅 用 钢 省, 且 可 省 去 大 量 钢 板 而 代 之 以 型 钢, 后 者 单 价 较 低. 柱 身 构 造 实 腹 式 柱 的 腹 板 厚 度 t 一 般 为 ( /00 ~ /0) h w 即 8~mm, h w 为 腹 板 高 度 这 样 薄 的 腹 板 需 进 行 局 部 稳 定 的 验 算 当 腹 板 采 用 纵 向 加 劲 肋 或 当 h w /t >80 时, 应 设 横 向 加 劲 肋 以 提 高 腹 板 的 局 部 稳 定 性 和 增 强 柱 的 抗 扭 刚 度 横 向 加 劲 肋 的 间 距 约 为 (.5~) h w 此 外, 在 柱 与 其 他 构 件 ( 例 如 屋 架 牛 腿 等 ) 连 接 处, 当 有 水 平 力 传 来 时, 也 应 设 置 横 向 加 劲 肋 纵 向 加 劲 肋 的 设 置 使 制 造 很 费 工, 因 此 只 用 于 截 面 高 度 很 大 的 柱 中 在 重 型 柱 中, 除 横 向 加 劲 肋 外, 还 需 设 横 隔 来 加 强, 横 隔 的 间 距 约 为 4~6m, 横 隔 的 形 式 如 图 4-54 ( a ) 和 () b 所 示 实 腹 柱 的 腹 板 与 翼 缘 的 连 接 焊 缝 应 根 据 所 受 剪 力 计 算 根 据 构 造 要 求, 焊 脚 尺 寸 不 宜 小 于 腹 板 厚 度 的 0.7 倍 此 外 在 连 接 重 要 构 件 处 及 柱 脚 范 围 内 的 翼 缘 焊 缝 应 作 适 当 加 强 图 4-54 柱 身 的 构 造 格 构 式 的 缀 条 布 置 可 采 用 单 斜 杆 式 和 有 附 加 横 撑 ( 水 平 缀 条 ) 的 三 角 式 以 及 交 叉 式 体 系 缀 条 可 直 接 与 柱 肢 焊 接 ( 图 4-54 e ) 或 用 节 点 板 与 柱 肢 连 接 ( 图 4-54 ) 节 点 板 可 与 柱 肢 对 接 或 搭 接 缀 条 的 轴 线 应 尽 可 能 汇 交 于 柱 肢 的 轴 线 上 为 了 减 少 连 接 偏 心, 可 将 缀 条 焊 在 柱 肢 外 缘, 而 将 横 缀 条 ( 水 平 缀 条 ) 焊 在 柱 肢 的 内 缘 ( 图 4-54 e ) 在 格 构 柱 中 也 必 须 设 置 横 隔 以 加 强 柱 的 抗 扭 刚 度 ( 图 4-54 c 和 d ) 4.5. 台 阶 柱 计 算. 构 件 设 计 内 力 框 架 柱 承 受 轴 向 力 N, 框 架 平 面 内 的 弯 矩 M 和 剪 力 V, 有 时 还 要 承 受 垂 直 于 框 架 平 面 的 弯 矩 M 在 一 般 情 况 下, 柱 的 截 面 尺 寸 由 N 和 M 决 定 当 柱 内 没 有 M 作 用 或 M 作 用 相 对 很 小 时, 实 腹 式 柱 的 截 面 选 择 及 验 算 可 按 平 面 压 弯 构 件 的 计 算 方 法 进 行 60

207 验 算 柱 在 框 架 平 面 内 的 稳 定 时, M 取 该 柱 段 的 最 大 弯 矩, 验 算 柱 在 垂 直 于 框 架 平 面 的 稳 定 时, M 取 柱 间 支 撑 节 点 或 纵 向 系 杆 之 间 的 等 效 弯 矩 β t M 通 常 从 所 有 的 荷 载 效 应 组 合 中 取 出 如 下 4 种 情 况 进 行 框 架 柱 的 截 面 设 计 和 强 度 及 稳 定 性 验 算 () N ma 及 其 对 应 的 M 和 V ; () N min 及 其 对 应 的 M 和 V ; () M, ma 及 其 对 应 的 N 和 V ; M 及 其 对 应 的 N 和 V (4), min. 柱 子 计 算 长 度 柱 在 框 架 平 面 内 的 计 算 长 度 应 根 据 柱 的 形 式 及 其 两 端 的 固 定 情 况 而 定 规 范 规 定, 单 层 或 多 层 框 架 等 截 面 柱, 在 框 架 平 面 内 的 计 算 长 度 应 等 于 该 柱 的 长 度 乘 以 计 算 长 度 系 数 μ 单 层 厂 房 下 端 刚 性 固 定 的 阶 形 柱, 在 框 架 平 面 内 的 计 算 长 度 应 按 下 列 规 定 确 定 : () 单 阶 柱 ) 下 段 柱 的 计 算 长 度 系 数 μ : 当 柱 上 端 与 横 梁 铰 接 时, 等 于 按 附 录 4 附 表 4--4( 柱 上 端 为 自 由 的 单 阶 柱 ) 的 数 值 乘 以 表 4-7 的 折 减 系 数, 当 柱 上 端 与 横 梁 刚 接 时, 等 于 按 附 录 4 附 表 4--5( 柱 上 端 可 移 动 但 不 转 动 的 单 阶 柱 ) 的 数 值 乘 以 表 4-7 的 折 减 系 数 ) 上 端 柱 的 计 算 长 度 系 数 μ, 应 按 下 式 确 定 : μ μ = (4-5) η 式 中 η 系 数, 按 附 表 4--4 或 4--5 中 的 公 式 计 算 单 层 厂 房 阶 形 矩 计 算 长 度 的 折 减 系 数 表 4-7 单 跨 或 多 跨 单 跨 厂 房 类 型 纵 向 温 度 区 段 内 一 个 柱 列 中 的 柱 数 屋 面 情 况 等 于 或 少 于 6 个 多 于 6 个 多 跨 非 大 型 混 凝 土 屋 面 板 屋 面 大 型 混 凝 土 屋 面 板 屋 面 非 大 型 混 凝 土 屋 面 板 屋 面 大 型 混 凝 土 屋 面 板 屋 面 厂 房 两 侧 是 否 有 通 长 的 屋 盖 纵 向 水 平 支 撑 无 纵 向 水 平 支 撑 有 纵 向 水 平 支 撑 无 纵 向 水 平 支 撑 有 纵 向 水 平 支 撑 折 减 系 数 注 : 有 横 梁 的 露 天 结 构 ( 如 落 锤 车 间 等 ), 其 折 减 系 数 可 采 用 0.9 () 双 阶 柱 ) 下 段 柱 的 计 算 长 度 系 数 μ : 当 柱 上 端 与 横 梁 铰 接 时, 等 于 按 附 录 4 附 表 4--6( 柱 上 端 为 自 由 的 双 阶 柱 ) 的 数 值 乘 以 表 4-7 的 折 减 系 数 ; 当 柱 上 端 与 横 梁 刚 接 时, 等 于 按 附 录 4 附 表 4--7( 柱 上 端 可 移 动 但 不 转 动 的 双 阶 柱 ) 的 数 值 乘 以 表 4-7 的 折 减 系 数 ) 上 段 柱 和 下 段 柱 的 计 算 长 度 系 数 μ 和 μ, 应 按 下 列 公 式 计 算 :

208 μ μ = (4-5 a ) η μ μ = (4-5b ) η 式 中 η η 系 数, 按 附 表 4--6 或 附 表 4--7 中 的 公 式 计 算 计 算 框 架 格 构 式 柱 和 桁 架 式 柱 横 梁 的 线 刚 度 时, 应 考 虑 缀 件 ( 或 腹 杆 ) 变 形 和 横 梁 或 柱 截 面 高 度 变 化 的 影 响 框 架 柱 沿 房 屋 长 度 方 向 ( 在 框 架 平 面 外 ) 的 计 算 长 度, 应 取 阻 止 框 架 平 面 外 位 移 的 支 承 点 ( 柱 的 支 座 吊 车 梁 托 架 支 撑 和 纵 梁 固 定 节 点 等 ) 之 间 的 距 离. 局 部 弯 矩 作 用 当 吊 车 梁 的 支 承 结 构 不 能 保 证 沿 柱 轴 线 传 递 支 座 压 力 时, 两 侧 吊 车 支 座 压 力 差 会 产 生 垂 直 于 框 架 平 面 的 弯 矩 M 吊 车 梁 支 座 假 定 作 用 在 吊 车 梁 支 座 加 劲 肋 处, 由 两 侧 吊 车 梁 支 座 压 力 差 值 Δ R = R R 所 引 起 的 弯 矩 为 ( 图 4-55): M = ΔR e (4-5) 式 中 e 柱 轴 线 至 吊 车 梁 支 座 加 劲 肋 的 距 离 由 于 台 阶 柱 的 腹 板 或 缀 条 缀 板 均 不 能 有 效 地 传 递 纵 向 弯 矩 M, 因 此 认 为 M 完 全 由 吊 车 肢 承 受 假 定 吊 车 肢 的 下 端 为 固 定, 上 端 为 铰 接, 则 柱 弯 矩 M 的 变 化 如 图 4-55 () b 所 示 吊 车 肢 中 N 和 M 引 起 的 轴 向 力 N 由 下 式 计 算 ( 图 4-56) N z M N = + (4-54) h h 式 中 的 N 和 M 为 框 架 柱 组 合 而 得 的 轴 向 力 和 弯 矩 ; 应 该 注 意 产 生 N 和 M 的 荷 载 与 产 生 M 的 荷 载 必 须 相 应 这 样 就 可 把 吊 车 单 肢 单 独 作 为 承 受 压 力 N 和 弯 矩 M 的 偏 心 压 杆 来 补 充 验 算 图 4-55 单 阶 柱 中 的 弯 矩 M 图 4-56 偏 心 受 压 缀 条 柱 柱 肢 内 力 计 算 4. 柱 子 强 度 计 算 实 腹 式 柱 段 按 压 弯 构 件 计 算 截 面 强 度 考 虑 单 向 压 弯 时 N M 保 / A g W γ (4-55) n n 式 中 N M 柱 段 的 轴 力 设 计 值 和 弯 矩 设 计 值, 需 考 虑 前 述 荷 载 效 应 组 合 ; A W 净 截 面 面 积 和 对 弯 曲 轴 的 净 截 面 截 面 模 量 ; n n γ 与 截 面 模 量 相 应 的 截 面 塑 性 发 展 系 数, 按 附 录 4 附 表 4-4- 采 用 ; 钢 材 强 度 设 计 值 γ 系 数, 对 于 非 抗 震 设 计, γ = γ 0 ; 对 于 抗 震 设 计, γ = γ 格 构 式 柱 段 的 截 面 强 度 也 采 用 上 式, 但 取 γ =.0 5. 柱 子 稳 定 计 算 ⑴ 实 腹 式 柱 段 RE 6

209 弯 矩 作 用 平 面 内 的 稳 定 性 按 下 式 计 算 N 保 j A g W b mm N (- 0.8 ) ' NE 式 中 N M 计 算 柱 段 的 轴 力 设 计 值 和 最 大 弯 矩 设 计 值 ; ϕ 弯 矩 作 用 平 面 内 的 轴 心 受 压 构 件 稳 定 系 数 ; / γ (4-56) β m 等 效 弯 矩 系 数, 厂 房 框 架 柱 与 主 框 架 平 面 内 一 般 为 无 支 撑 框 架, ' E β m 可 取.0; N 参 数, N ' = π EA/(. λ ) ; E A W 分 别 为 毛 截 面 面 积 和 弯 矩 作 用 平 面 内 对 较 大 受 压 纤 维 的 毛 截 面 模 n 量 弯 矩 作 用 平 面 外 的 稳 定 性 按 下 式 计 算 : 式 中 b N btm 保 h / γ (4-57) j A j W ϕ 弯 矩 作 用 平 面 外 的 轴 心 受 压 构 件 稳 定 系 数 ; ϕ b 均 匀 弯 曲 的 受 弯 构 件 整 体 稳 定 系 数, 按 附 录 4 附 4. 的 5 确 定 ; η 截 面 影 响 系 数, 闭 口 截 面 η = 0.7, 其 他 截 面 η =.0 ; β t 等 效 弯 矩 系 数, 按 下 列 规 定 采 用 : ) 弯 矩 作 用 平 面 外 有 支 撑 的 构 件, 如 构 件 段 无 横 向 荷 载 作 用 时, M β t = +, 其 中 M M M 是 构 件 段 弯 矩 作 用 平 面 内 的 端 弯 矩, 使 构 件 端 产 生 同 向 曲 率 时 取 同 号, 产 生 反 向 曲 率 时 取 异 号, 且 M M ; 如 构 件 段 内 有 端 弯 矩 和 横 向 荷 载 同 时 作 用, 使 构 件 段 产 生 同 向 曲 率 时, β =.0, 产 生 反 向 曲 率 时, β = 0.85 ; 构 件 段 内 无 端 弯 矩 但 有 横 向 荷 载 t 作 用 时, β t =.0 ) 弯 矩 作 用 平 面 外 为 悬 臂 的 构 件, β t =.0 ⑵ 格 构 式 柱 段 弯 矩 绕 虚 轴 ( 轴 ) 作 用 时, 弯 矩 作 用 平 面 内 的 整 体 稳 定 性 按 下 式 计 算 : N b mm 保 / γ (4-58) j A W (- j ) NN t ' E 式 中 W = I / 0, I 为 对 轴 的 毛 截 面 惯 性 矩, 0 为 由 轴 到 压 力 较 大 分 肢 的 轴 线 距 离 或 者 到 压 力 较 大 分 肢 腹 板 外 边 缘 的 距 离, 二 者 取 较 大 值 ; ϕ N 由 换 算 长 细 比 确 定 弯 矩 作 用 平 面 外 计 算 分 肢 的 稳 定 性, 详 细 可 参 考 钢 结 构 基 本 原 理 6. 格 构 柱 计 算 的 其 他 问 题 承 受 偏 心 压 力 或 承 受 轴 心 压 力 但 截 面 高 度 较 大 的 格 构 柱, 均 宜 采 用 缀 条 柱 而 不 宜 采 用 缀 ' E 6

210 板 柱 对 于 单 层 厂 房 中 常 用 的 格 构 柱, 还 需 对 吊 车 肢 另 行 补 充 验 算 即 偏 于 安 全 地 认 为 吊 车 最 大 压 力 D ma 完 全 由 吊 车 肢 单 独 承 受 此 时, 吊 车 肢 的 总 压 力 为 : ( N Dma ) z M M D N B = Dma + + (4-59) h h 式 中 D ma 作 用 在 台 阶 处 两 相 邻 吊 车 梁 所 产 生 的 最 大 压 力 ; h 和 z 见 图 4-56; N 和 M 见 图 4-56 当 吊 车 梁 的 端 部 支 撑 加 劲 肋 为 下 伸 突 缘 ( 吊 车 梁 支 座 压 力 的 偏 心 很 小 ) 时, 吊 车 肢 即 按 N B 值 作 为 轴 心 受 压 构 件 来 补 充 验 算 它 在 框 架 平 面 内 的 单 肢 稳 定 对 其 他 情 况, 应 和 实 腹 柱 一 样 验 算 M ( 见 式 4-5) 的 作 用, 即 把 吊 车 肢 作 为 承 受 N 和 M 的 偏 心 受 压 构 件 来 进 行 补 充 验 算 7. 分 离 柱 计 算 的 注 意 事 项 分 离 式 柱 ( 图 4-5) 中 的 屋 盖 肢, 除 承 受 屋 盖 墙 壁 和 风 荷 载 等 作 用 外, 尚 需 承 受 吊 车 的 横 向 制 动 力 它 在 框 架 平 面 内 的 计 算 长 度 和 等 截 面 柱 一 样 来 确 定, 而 不 考 虑 吊 车 肢 的 影 响 它 在 垂 直 于 框 架 平 面 方 向 的 计 算 长 度 则 为 纵 向 固 定 点 ( 包 括 吊 车 梁 ) 间 的 距 离 分 离 式 柱 的 吊 车 肢 按 轴 心 受 压 柱 来 计 算 如 果 有 弯 矩 M 时, 则 还 需 按 偏 心 受 压 构 件 来 验 算 M 的 影 响 吊 车 肢 在 框 架 平 面 内 的 计 算 长 度 取 水 平 连 系 板 之 间 的 距 离, 而 在 其 垂 直 方 向 则 取 纵 向 固 定 点 之 间 的 距 离 B 图 4-57 柱 的 入 孔 构 造 及 计 算 见 图 8. 设 有 人 孔 的 柱 段 计 算 框 架 柱 上 段 有 时 设 有 人 孔 ( 图 4-57), 此 时 需 验 算 人 孔 处 截 面 中 的 内 力 人 孔 将 实 腹 柱 分 成 两 个 肢, 人 孔 处 柱 截 面 的 计 算 内 力 ( 应 按 可 能 的 荷 载 组 合 分 别 计 算 )M N V 在 肢 顶 或 肢 底 中 产 生 的 内 力 为 ( 图 4-57 c ): N M N = ± (4-60 a ) c Vh M = (4-60b ) 4 算 出 N 和 M 后, 按 偏 心 受 压 构 件 验 算, 而 其 计 算 长 度 一 般 取 人 孔 的 净 空 高 度 吊 车 梁 平 台 处 的 构 造 和 计 算 在 台 阶 柱 中, 吊 车 肢 顶 上 设 置 水 平 支 撑 板, 形 成 支 撑 吊 车 梁 的 平 台 吊 车 竖 向 压 力 通 过 支 撑 板 与 连 接 焊 缝 传 给 吊 车 肢 当 连 接 焊 缝 的 强 度 不 足 时, 可 在 吊 车 肢 的 翼 缘 和 腹 板 上 焊 以 肩 梁 ( 或 加 强 板 ) 和 肋 板, 以 增 加 焊 缝 长 度 ( 图 4-58 和 4-59) 计 算 焊 缝 时 应 根 据 吊 车 梁 的 支 承 结 构 和 平 台 构 造, 考 虑 焊 缝 局 部 有 承 受 较 大 竖 向 压 力 的 可 能 情 况 布 置 加 劲 肋 时 要 考 虑 到 固 定 吊 车 梁 的 螺 栓 位 置 吊 车 梁 用 垫 板 调 整 到 所 需 标 高 后, 用 ~4 个 螺 栓 固 定 在 支 撑 板 上 图 4-58 单 壁 式 肩 梁 ( 边 列 柱 ) 的 工 地 拼 接 64

211 分 离 式 柱 在 吊 车 平 台 处 的 构 造 与 台 阶 柱 相 似 台 阶 柱 上 下 段 拼 接 处 应 具 有 必 要 的 强 度 和 刚 度 根 据 制 造 运 输 及 见 安 装 等 条 件, 在 工 厂 拼 接 或 在 工 地 拼 接 拼 接 有 两 种 形 式 : () 单 壁 式 拼 接 主 要 用 于 上 下 两 段 柱 都 是 实 腹 柱 的 场 合, 也 可 用 于 下 段 柱 为 较 小 的 格 构 柱 中 ( 图 4-58) () 双 壁 式 拼 接 主 要 用 于 下 段 柱 为 格 构 柱, 以 及 拼 接 刚 度 要 求 较 高 的 重 型 柱 中 ( 图 4-59) 图 4-59 双 壁 式 肩 梁 ( 中 列 柱 ) 的 工 地 拼 接 单 壁 式 拼 接 用 料 较 省, 在 边 列 柱 中 采 用 较 多 上 下 段 柱 的 腹 板 通 过 插 入 其 间 的 水 平 肋 用 水 平 焊 缝 来 连 接 焊 脚 尺 寸 按 该 截 面 中 腹 板 边 缘 处 的 剪 力 和 法 向 力 计 算 腹 板 边 缘 单 位 长 度 ( 水 平 方 向 ) 上 剪 力 和 法 向 力 分 别 为 : V T = (4-6 a ) N 其 合 力 由 两 条 水 平 焊 缝 承 受 h w N A M W h h t w = ± w (4-6 b ) T + N g h = (4-6).4 w 上 下 段 柱 的 外 翼 缘 通 过 对 接 焊 缝 传 力 ( 图 4-58) 上 段 柱 内 翼 缘 有 一 槽 口 插 入 下 段 柱 的 腹 板, 槽 口 的 长 度 由 计 算 所 需 的 焊 缝 长 度 l w 确 定 焊 缝 按 上 段 柱 翼 缘 的 内 力 N 计 算 : N M N = + A A W (4-6 a ) 或 按 与 翼 缘 等 强 度 来 确 定 N = A (4-6b ) 由 此 得 Ng lw = w 4 0.7h (4-64) 公 式 (4-6)~(4-64) 中 M N V 上 段 柱 下 端 截 面 处 计 算 内 力 ; A W 上 段 柱 的 截 面 面 积 和 抵 抗 矩 ; h w w A 上 段 柱 内 翼 缘 的 截 面 面 积 ; t 上 段 柱 腹 板 高 度 和 厚 度 ; h 上 段 柱 的 截 面 高 度 w 如 果 下 端 柱 为 格 构 柱, 则 上 段 柱 的 内 力 将 通 过 肩 梁 传 给 下 端 柱 如 果 上 段 柱 的 截 面 对 称, 则 由 上 段 柱 的 翼 缘 传 至 双 壁 式 肩 梁 的 两 个 集 中 力 N M N = ± (4-65) h 肩 梁 可 按 简 支 梁 计 算, 它 的 高 度 由 传 递 内 力 N 所 需 的 焊 缝 长 度 决 定 为 了 保 证 上 下 段 柱 拼 接 处 的 刚 度, 肩 梁 高 度 不 宜 太 小, 一 般 可 取 下 段 柱 柱 肢 轴 线 之 间 的 距 离 的 0.4~0.7 倍 在 肩 梁 的 上 面 和 下 面 必 须 设 置 水 平 隔 板 ( 水 平 支 承 板 兼 作 隔 板 ) 65

212 重 型 机 器 厂 及 大 型 电 机 厂 的 强 大 台 阶 柱 中, 常 把 肩 梁 直 接 与 柱 肢 对 接 起 来 ( 又 称 插 入 式 肩 梁, 见 图 4-60) 图 4-60 用 插 入 式 肩 梁 的 拼 接 工 地 拼 接 的 构 造 与 工 厂 的 拼 接 类 似, 但 在 做 法 上 必 须 考 虑 到 工 地 上 施 工 的 方 便 例 如 上 段 柱 翼 缘 开 槽 的 做 法, 在 工 地 上 施 工 不 方 便, 故 须 在 下 端 柱 中 先 焊 上 连 接 板 与 上 段 柱 拼 接 柱 脚 构 造 和 计 算. 实 腹 式 柱 的 刚 性 柱 脚 连 接 框 架 柱 下 段 为 实 腹 式 柱 时, 柱 脚 一 般 采 用 刚 性 连 接 的 构 造 图 4-6 是 常 见 的 刚 性 柱 脚 的 形 式 图 4-6 实 腹 式 柱 的 刚 性 柱 脚 刚 性 柱 脚 不 但 要 传 递 轴 力, 也 要 传 递 弯 矩 和 剪 力 在 弯 矩 作 用 下, 倘 若 底 板 范 围 内 产 生 拉 力, 就 需 由 锚 栓 来 承 受, 所 以 锚 栓 须 经 过 计 算 为 了 保 证 柱 脚 与 基 础 能 形 成 刚 性 连 接, 锚 栓 不 宜 固 定 在 底 板 上, 而 应 采 用 图 4-6 所 示 的 构 造, 在 靴 梁 两 侧 焊 接 两 块 间 距 较 小 的 肋 板, 锚 栓 固 定 在 肋 板 上 面 的 水 平 板 上 为 了 方 便 安 装, 锚 栓 不 宜 穿 过 底 板 柱 脚 通 常 埋 在 地 面 下, 也 可 将 柱 脚 安 于 略 高 于 地 面 的 基 础 顶 面 上 柱 脚 抗 剪 的 方 式 与 铰 接 柱 脚 相 同, 参 见 第 章 有 关 内 容 () 底 板 尺 寸 设 计 柱 脚 的 实 际 受 力 情 况 与 柱 脚 和 基 础 顶 面 是 否 平 整 和 紧 密 接 触 锚 栓 预 应 力 的 大 小, 柱 脚 锚 栓 和 基 础 顶 面 受 力 后 的 变 形 等 因 素 有 关, 因 此 精 确 计 算 比 较 困 难 本 节 介 绍 一 种 比 较 简 单 的 实 用 计 算 方 法 假 定 柱 脚 底 板 与 基 础 接 触 面 的 压 应 力 成 直 线 分 布, 最 大 压 应 力 按 下 式 计 算 ( 忽 略 预 应 力 的 影 响 ) N 6M σ ma = + (4-66) BL BL 式 中 N M 柱 脚 底 面 的 反 力 设 计 值 ; B L 分 别 为 底 板 的 宽 度 和 长 度 h σ ma 不 应 超 过 基 础 所 用 混 凝 土 的 局 部 承 压 强 度 设 计 值 ce, 根 据 此 条 件 可 确 定 底 板 的 尺 寸 一 般 先 按 构 造 要 求 决 定 底 板 的 宽 度 B, 然 后 求 出 底 板 的 长 度 L 底 板 另 一 边 缘 的 应 力 为 N 6M σ min = (4-67) BL BL 如 果 σ min 小 于 零, 说 明 底 板 与 基 础 之 间 产 生 拉 应 力, 此 时 假 定 拉 应 力 的 合 力 由 锚 栓 承 受 设 压 应 力 合 力 的 作 用 点 在 D ( 图 4-6), 根 据 对 D 点 的 力 矩 平 衡 条 件 ΣM = D 0, 得 锚 栓 拉 力 Z 为 M Na Z = (4-68) 66

213 式 中 L c c σ ma a =, = d, c = σ + σ b t ma min 锚 栓 所 需 的 净 截 面 面 积 为 Zg An = (4-69) b 式 中 t 锚 栓 的 抗 拉 强 度 设 计 值 底 板 的 厚 度 可 采 用 与 轴 心 受 压 柱 脚 相 同 的 计 算 方 法, 其 中 底 板 各 区 格 单 位 面 积 上 的 压 应 力 q 可 偏 安 全 地 取 该 区 格 下 的 最 大 压 应 力, 四 边 支 承 的 区 格 ( 图 4-6 区 格 ) 可 查 表 - 没 计 算 弯 矩, 三 边 支 承 的 区 格 ( 图 4-6 区 格 ) 和 两 相 邻 边 支 承 的 区 格 ( 图 4-6 区 格 ) 可 查 表 -6 计 算 弯 矩 板 的 厚 度 一 般 不 小 于 0mm L 图 4-6 刚 接 柱 脚 实 用 计 算 方 法 的 应 力 分 布 图 () 靴 梁 隔 板 设 计 在 轻 型 厂 房 柱 脚 中, 通 过 柱 子 翼 缘 板 腹 板 与 柱 脚 的 底 板 的 焊 接, 就 能 把 柱 脚 底 板 的 区 格 划 分 到 只 产 生 较 小 弯 矩 的 程 度 但 重 型 厂 房 的 柱 底 反 力 较 大, 还 需 其 他 一 些 板 件 来 细 分 底 板 区 格, 加 强 底 板 面 外 刚 度, 如 图 4-6 所 示 的 靴 梁 隔 板 和 肋 板 柱 的 压 力 一 部 分 由 柱 身 通 过 焊 缝 传 给 靴 梁 隔 板 或 肋 板, 再 传 给 柱 底 板 ; 另 一 部 分 则 直 接 通 过 柱 端 与 底 板 之 间 的 焊 缝 传 给 底 板 但 制 作 柱 脚 时, 柱 端 不 一 定 平 齐, 有 时 为 了 控 制 标 高, 柱 端 与 底 板 之 间 可 能 出 现 较 大 的 且 不 均 匀 的 缝 隙, 因 此 柱 端 与 底 板 之 间 的 焊 缝 质 量 不 一 定 可 靠 ; 而 靴 梁 隔 板 和 肋 板 的 底 边 可 预 先 刨 平, 拼 装 时 可 任 意 调 整 位 置, 使 之 与 底 板 密 合, 它 们 与 底 板 之 间 的 焊 缝 质 量 是 可 靠 的 所 以, 计 算 时 可 偏 安 全 地 假 定 柱 端 与 底 板 间 的 焊 缝 不 受 力 当 柱 底 主 要 承 受 压 力 时, 靴 梁 隔 板 肋 板 与 底 板 的 角 焊 缝 可 按 柱 的 轴 心 压 力 N 计 算 ; 柱 与 靴 梁 间 的 4 条 竖 向 角 焊 缝 也 按 受 力 N 计 算, 注 意 每 条 焊 缝 的 计 算 长 度 不 应 大 于 60 h 但 当 柱 底 的 弯 曲 应 力 不 容 忽 视 时, 比 较 合 理 的 算 法 是 用 底 板 平 面 上 靴 梁 隔 板 肋 板 形 成 的 截 面 特 性, 计 算 弯 矩 和 轴 力 产 生 的 应 力, 然 后 确 定 必 要 的 焊 缝 尺 寸 靴 梁 可 作 为 承 受 由 底 板 传 来 的 反 力 并 支 承 于 柱 边 的 外 伸 梁 计 算 当 只 考 虑 压 力 作 用 时, 靴 梁 的 计 算 见 图 如 图 4-6 () b 所 示 ; 当 同 时 考 虑 轴 力 与 弯 矩 作 用 时, 靴 梁 的 分 布 力 如 图 4-6 () c 所 示 根 据 算 得 的 伸 臂 梁 内 力, 可 以 确 定 靴 梁 所 需 的 截 面 高 度 和 板 厚 ; 根 据 伸 臂 梁 支 座 反 力, 可 以 确 定 靴 梁 与 柱 身 角 焊 缝 的 长 度 和 焊 脚 尺 寸,( 一 般 可 根 据 构 造 要 求 选 择 焊 脚 尺 寸 ), 并 使 靴 梁 高 度 和 焊 缝 长 度 的 要 求 相 协 调 靴 梁 的 高 度 不 宜 小 于 450mm 图 4-6 靴 梁 的 计 算 简 图 隔 板 肋 板 都 可 按 照 与 设 计 靴 梁 相 同 的 方 法 确 定 板 的 尺 寸 和 焊 缝 尺 寸 一 般 可 取 隔 板 肋 板 的 厚 度 比 靴 梁 小 一 个 规 格 (~mm) 靴 梁 隔 板 和 肋 板 除 满 足 强 度 要 求 外, 都 要 有 一 定 的 刚 度, 不 应 在 内 力 设 计 值 作 用 下 局 部 失 稳 另 外, 设 计 柱 脚 焊 缝 时, 要 注 意 施 工 的 可 能 性, 例 如 柱 端 靴 梁 隔 板 围 成 的 封 闭 框 内, 有 些 地 方 难 以 布 置 受 力 焊 缝. 格 构 式 柱 的 刚 性 连 接 柱 脚 67

214 在 重 型 格 构 柱 中, 为 了 节 约 钢 材, 常 用 横 向 或 纵 向 分 离 式 柱 脚 每 一 个 肢 件 下 的 柱 脚 都 可 按 轴 心 受 力 柱 脚 设 计, 相 邻 柱 肢 下 的 柱 脚 反 力 所 形 成 的 合 力 和 合 力 矩 与 柱 底 反 力 平 衡 图 4-64 表 示 横 向 分 离 式 柱 脚 的 构 造, 靴 梁 与 柱 的 翼 缘 用 对 接 焊 缝 连 接, 柱 肢 腹 板 上 的 加 劲 肋 是 连 续 的 ( 腹 板 开 槽 ), 以 改 善 它 与 腹 板 柱 肢 相 连 接 的 角 焊 缝 的 受 力 情 况 在 这 种 柱 脚 中, 一 般 都 采 用 焊 缝 将 柱 的 压 力 传 至 底 板, 但 当 压 力 很 大 时 也 可 将 柱 端 刨 平 使 之 与 底 板 顶 紧 来 直 接 传 递 压 力 图 4-65 表 示 一 种 特 大 型 柱 的 纵 向 分 离 式 柱 脚 为 了 便 于 运 输, 柱 身 和 柱 脚 可 以 分 成 几 个 单 元, 在 工 地 用 高 强 度 螺 栓 进 行 扩 大 拼 接 在 分 离 式 柱 中, 屋 盖 肢 和 吊 车 肢 常 采 用 共 同 的 柱 脚 ( 图 4-66) 如 果 屋 盖 肢 的 翼 缘 宽 度 比 吊 车 肢 的 截 面 高 度 为 小, 则 屋 盖 肢 可 利 用 隔 板 与 靴 梁 相 接 图 4-64 横 向 分 离 式 柱 脚 图 4-65 纵 向 分 离 式 柱 脚 图 4-66 分 离 式 柱 的 柱 脚 4.6 柱 间 支 撑 设 计 4.6. 柱 间 支 撑 布 置 柱 间 支 撑 分 为 两 部 分 : 吊 车 梁 以 上 的 部 分 称 为 上 层 支 撑, 吊 车 梁 以 下 的 部 分 称 为 下 层 支 撑 下 层 支 撑 一 般 应 布 置 在 温 度 区 段 的 中 部, 使 厂 房 结 构 在 温 度 变 化 时 能 较 自 由 地 从 支 撑 架 向 两 端 伸 缩, 从 而 减 少 纵 向 构 件 及 支 撑 架 中 的 温 度 应 力 温 度 区 段 长 度 小 于 90m 的 厂 房, 可 以 在 区 段 的 中 央 设 置 一 道 柱 间 支 撑 ( 图 4-67 a ); 区 段 长 度 超 过 90m 时, 则 应 在 长 度 的 / 处 各 设 置 一 道 柱 间 支 撑 ( 图 4-67b ), 以 免 传 力 路 线 太 长 而 影 响 结 构 的 纵 向 刚 度 在 短 而 高 的 厂 房 中, 下 层 支 撑 也 可 布 置 在 厂 房 的 两 端 ( 图 4-67 c ) 采 用 轻 型 围 护 材 料 的 厂 房 下 层 采 用 柔 性 支 撑 时, 也 可 布 置 在 厂 房 两 端 上 层 支 撑 应 布 置 在 温 度 区 段 的 两 端 以 及 有 下 层 支 撑 的 开 间 中 (4-67) 为 了 传 递 从 屋 架 下 弦 横 向 支 撑 传 来 的 纵 向 风 力, 在 温 度 区 段 的 两 端 设 置 上 层 支 撑 是 必 要 的 由 于 上 段 柱 的 刚 度 一 般 都 较 小, 因 此 不 会 引 起 很 大 的 温 度 应 力 也 可 以 在 温 度 区 段 两 端 设 置 单 斜 杆 式 的 上 层 支 撑, 其 余 上 层 支 撑 可 采 用 交 叉 腹 杆 体 系 或 其 他 形 式 图 4-67 柱 间 支 撑 的 布 置 柱 间 上 层 支 撑 承 担 屋 架 上 下 弦 横 向 支 撑 传 来 的 纵 向 风 力 柱 间 下 层 支 撑 承 受 纵 向 分 力 和 吊 车 纵 向 制 动 力 当 厂 房 位 于 抗 震 设 防 区 时, 柱 间 支 撑 要 承 受 纵 向 水 平 地 震 的 作 用 4.6. 支 撑 形 式 下 层 支 撑 以 交 叉 腹 杆 体 系 最 为 经 济 且 刚 度 较 大 在 某 些 车 间, 往 往 由 于 生 产 上 的 要 求, 不 可 能 采 用 交 叉 腹 杆 体 系 的 下 层 支 撑 在 这 种 作 用 下, 门 框 式 支 撑 ( 图 4-68) 是 最 常 见 的 68

215 一 种 这 种 支 撑 形 式 可 以 利 用 吊 车 梁 作 为 门 框 式 支 撑 的 横 梁 ( 图 4-68 a 及 b ), 也 可 以 另 设 横 梁 ( 图 4-68 c ), 但 是, 将 支 撑 直 接 连 在 吊 车 梁 上 (4-68 a ) 不 是 一 种 很 好 的 方 案, 因 为 这 种 支 撑 除 了 承 受 纵 向 水 平 风 力 和 吊 车 纵 向 制 动 力 外, 还 要 承 受 巨 大 吊 车 竖 向 荷 载, 所 以 很 费 钢 材, 而 且 在 构 件 截 面 组 合 和 构 造 方 面 也 存 许 多 困 难 图 4-68( b ) 所 示 的 支 撑 形 式 是 比 较 好 的 一 种 方 案, 但 支 撑 构 件 的 计 算 长 度 很 大, 一 般 可 按 受 拉 构 件 设 计 ( 图 4-68b 中 实 线 所 示 ), 如 刚 度 不 足, 可 将 内 力 计 算 的 杆 件 截 面 再 放 大 0~40% 另 设 横 梁 的 门 框 式 支 撑 ( 图 4-68 c ), 由 于 能 很 好 地 满 足 刚 度 以 及 构 造 方 面 的 要 求, 用 钢 量 相 对 较 节 约, 所 以 比 较 常 用 图 4-68 门 框 式 柱 间 支 撑 4.6. 支 撑 设 计 和 构 造. 支 撑 截 面 上 层 支 撑 通 常 选 用 热 轧 角 钢 双 角 钢 为 了 避 免 支 撑 刚 度 过 大 而 引 起 很 大 的 温 度 应 力, 上 层 支 撑 可 按 拉 杆 设 计 下 层 支 撑 一 般 承 受 较 大 的 纵 向 水 平 荷 载, 通 常 采 用 轧 制 的 双 角 钢 槽 钢 工 字 型 钢 和 H 型 钢, 也 可 采 用 钢 管 当 厂 房 两 端 设 置 下 层 支 撑 时, 应 选 用 刚 度 较 小 的 构 件, 在 高 大 的 厂 房 中, 主 要 为 承 受 风 荷 载 而 设 置 的 端 开 间 支 撑, 可 采 用 张 紧 的 圆 钢 除 了 端 开 间 的 支 撑 仅 按 拉 杆 设 计 外, 其 余 下 层 交 叉 支 撑 应 按 刚 性 杆 设 计 支 撑 杆 计 算 长 度 的 确 定 与 第.6 节.6. 中 的 规 定 相 同. 支 撑 杆 件 的 长 细 比 限 值 参 见 第.7 节 表.4 和 表.5 的 规 定. 支 撑 与 柱 的 连 接 柱 间 支 撑 在 柱 截 面 上 的 位 置 按 下 述 原 则 确 定, 等 截 面 柱 的 上 下 层 柱 间 支 撑 以 及 台 阶 式 柱 的 上 层 支 撑 应 布 置 在 柱 的 轴 线 上 ( 图 4-69 a b c ) 中 虚 线 所 示 ; 如 有 人 孔 时, 则 移 向 两 侧 布 置 ( 图 4-69 d ) 在 台 阶 式 边 列 柱 的 下 层 支 撑, 如 外 缘 有 大 型 板 材 或 墙 梁 等 构 件 连 牢, 可 只 沿 柱 的 内 缘 布 置 ( 图 4-69 a ), 否 则 内 外 翼 缘 两 侧 均 需 布 置 在 中 列 柱 中, 柱 的 两 侧 均 需 布 置 下 层 支 撑 ( 图 4-69b ) 在 柱 的 两 侧 布 置 的 支 撑 之 间 需 用 杆 件 连 系 起 来 ( 图 4-69 e ) 图 4-69 柱 间 支 撑 在 柱 子 截 面 中 的 位 置 下 层 支 撑 与 柱 的 连 接 构 造 见 图 4-70 图 4-70 柱 间 下 层 支 撑 与 柱 的 连 接 4.7 端 墙 抗 风 体 系 设 计 4.7. 端 墙 结 构 抗 风 体 系 端 墙 墙 面 承 受 风 荷 载 作 用 的 传 力 路 径 为 : 墙 面 墙 梁 抗 风 柱 抗 风 桁 架 和 屋 架 框 架 柱 用 于 承 受 永 久 荷 载 的 墙 柱 一 般 兼 作 抗 风 柱 抗 风 柱 上 端 连 接 于 屋 架 上 弦 屋 架 上 弦 为 抗 风 柱 提 供 了 支 承 点, 抗 风 柱 上 端 的 水 平 反 力 经 由 屋 架 上 弦 ( 下 弦 ) 上 弦 ( 下 弦 ) 横 向 支 撑 和 系 杆 构 成 的 桁 架 体 系 传 递 到 框 架 柱, 再 由 框 架 柱 和 柱 间 支 撑 构 成 的 纵 向 水 平 抗 力 系 统 传 递 69

216 到 基 础 ; 抗 风 柱 的 柱 脚 也 传 递 了 相 应 的 水 平 风 荷 载 由 于 重 型 厂 房 通 常 比 较 高 大, 也 即 承 受 水 平 荷 载 的 抗 风 柱 的 跨 度 很 大, 可 能 达 到 0~0m 为 此 抗 风 柱 可 以 做 成 格 构 式 构 件, 强 轴 与 端 墙 面 平 行, 以 提 高 抗 弯 刚 度 和 承 载 力 此 外 在 抗 风 柱 中 间 部 位, 设 置 ~ 道 水 平 放 置 的 桁 架, 作 为 抗 风 柱 的 中 间 支 点, 可 以 有 效 提 高 抗 风 柱 的 抗 弯 能 力 图 4-7 显 示 了 抗 风 桁 架 的 位 置 和 形 式 图 4-7 端 墙 的 抗 风 桁 架 和 竖 向 支 撑 山 墙 系 统 如 果 仅 由 墙 梁 抗 风 柱 抗 风 桁 架 组 成, 如 果 没 有 将 部 分 节 点 处 理 成 刚 接, 墙 面 系 统 的 几 何 不 变 性 较 差 ( 此 处 不 考 虑 墙 面 的 蒙 皮 效 应 ) 为 此, 高 大 的 端 墙 还 应 设 置 竖 向 支 撑 ( 图 4-7) 竖 向 支 撑 保 证 了 端 墙 面 内 的 刚 度, 也 减 少 了 抗 风 柱 平 面 外 的 计 算 长 度 4.7. 抗 风 柱 和 抗 风 桁 架 设 计. 抗 风 柱 抗 风 柱 承 受 墙 体 重 量 引 起 的 轴 力 和 风 荷 载 引 起 的 弯 矩, 可 按 压 弯 构 件 进 行 计 算 屋 架 横 向 支 撑 抗 风 桁 架 和 柱 脚 支 座 可 分 别 看 作 抗 风 柱 的 端 支 承 和 中 间 支 点, 也 即 抗 风 柱 可 以 作 为 连 续 梁 分 析 风 荷 载 作 用 下 的 内 力 屋 架 横 向 支 撑 和 抗 风 桁 架 都 有 一 定 的 弹 性 变 形, 但 分 析 时 假 设 为 抗 风 柱 的 不 动 支 承 点 如 果 抗 风 柱 上 的 轴 力 效 应 很 小, 也 可 以 按 受 弯 构 件 计 算 抗 风 柱 平 面 外 的 计 算 长 度 为 竖 向 支 撑 连 接 点 之 间 的 距 离 抗 风 柱 的 强 度 稳 定 性 和 变 形 计 算 相 应 按 压 弯 杆 件 或 受 弯 杆 件 的 有 关 规 定 执 行. 抗 风 桁 架 抗 风 桁 架 为 平 行 弦 桁 架, 按 铰 接 杆 系 进 行 分 析 和 计 算 抗 风 桁 架 按 跨 设 置, 两 端 支 承 在 框 架 柱 上 与 抗 风 柱 的 连 接 应 设 置 在 桁 架 节 点 的 位 置 上, 以 形 成 节 点 集 中 力, 而 避 免 桁 架 弦 杆 中 间 受 力 抗 风 桁 架 平 面 外 的 自 重 一 般 影 响 很 小, 不 必 进 行 计 算 抗 风 桁 架 的 设 计 方 法 以 及 容 许 长 细 比 的 规 定 与 用 于 屋 架 的 桁 架 相 同 图 4-7 端 墙 抗 风 柱 与 抗 风 桁 架 屋 架 及 屋 面 支 撑 的 联 系 4.7. 连 接 构 造 端 墙 抗 风 柱 不 应 承 受 屋 架 上 的 竖 向 荷 载, 因 此 柱 上 端 与 屋 架 可 以 采 用 只 能 传 递 水 平 力 的 板 铰 连 接 ( 图 4-7d) 抗 风 柱 位 置 应 尽 量 与 屋 架 横 向 支 撑 的 节 点 一 致 当 两 者 难 以 对 应 时, 可 以 采 取 一 定 变 换 措 施, 如 图 4-7(c) 所 示, 通 过 介 于 抗 风 柱 和 屋 架 节 点 桁 架 之 间 的 分 布 梁 将 抗 风 柱 传 递 的 力 变 成 桁 架 上 的 节 点 力 抗 风 桁 架 的 设 置 高 度 应 与 吊 车 梁 或 纵 向 连 系 梁 的 高 度 一 致, 以 使 其 支 承 反 力 可 以 直 接 传 递 到 纵 向 抗 侧 系 统, 避 免 框 架 柱 在 纵 向 平 面 内 受 到 中 间 集 中 力 的 作 用 70

217 第 四 章 (a) (b) 图 4- 厂 房 骨 架 透 视 图 屋 架 托 架 支 撑 和 檩 条 4 上 弦 横 向 支 撑 5 制 动 桁 架 6 横 向 平 面 框 架 7 吊 车 梁 8 屋 架 竖 向 支 撑 9 檩 条 0 柱 间 支 撑 框 架 柱 中 间 柱 ( 墙 架 柱 ) 4 墙 架 梁 5 屋 面 6 天 窗 架 7 下 弦 纵 向 支 撑 图 4-

218 a) c) A B C D b) A B C b b b = 4 5 b b b 6 7 b b b b m 图 4-

219 c c (a) (b) 6000 图 4- b b m d c h h h hb h l l K c' 500 c' 人 孔 构 造 l=800 吊 车 梁 上 翼 缘 顶 面 (a) (b) 图 4-4

220 小 车 小 车 移 动 方 向 ( 横 向 ) g 桥 架 桥 架 桥 架 移 动 方 向 ( 纵 向 ) G F ma 主 钩 F min 轮 子 吊 车 梁 d Q 吊 重 lk 图 4-5 m m m m m (a) (b) (c) 图 4-6 a) l b) l c) l I 0 台 阶 柱 上 段 l0 台 阶 柱 下 段 e h I I h 柱 脚 l0 图 4-7

221 a) ( 4 h ~ 6 )L L b) 500 h L ~ 6 L c) h 4 6 ( ~ ) L L a) 图 4-8 b) L L 600~ ~400 h h ~ 0 )L ( 6 ( 6~ 0) L c) L 600~400 h ~ 0 )L ( 6 图 4-9

222 a) b) c) d) 图 4-0 a) B b) 屋 架 檩 条 屋 架 A 檩 条 B--B A--A B 屋 架 A 图 4- a) 上 弦 横 向 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 竖 向 支 撑 -

223 b) l<0m l>0m 上 弦 横 向 支 撑 竖 向 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 下 弦 纵 向 支 撑 c) 天 窗 上 弦 横 向 支 撑 - 天 窗 架 上 弦 支 撑 平 面 布 置 图 4- 屋 架 屋 架 下 弦 纵 向 支 撑 中 间 屋 架 刚 性 系 杆 系 杆 系 杆 托 架 托 架 刚 性 系 杆 下 弦 横 向 支 撑 图 4-

224 l>0m 支 撑 梁 轨 道 梁 l>0m 轨 道 梁 下 弦 横 向 支 撑 支 撑 梁 轨 道 梁 增 设 下 弦 横 向 支 撑 下 弦 纵 向 支 撑 6000=66000 下 弦 横 向 支 撑 图 4-4 a) b) W/ W W W W W W/ c) d) 图 4-5 图 4-6 q( 屋 面 均 布 荷 载 ) M h 支 座 节 点 0.8M 0 0.6M 0 N d d d d d N 图 4-7 图 4-8

225 l l 0 = l 0 = l l =0.8l 0 l 0 = l L l 0 l = l l 图 4-9 a) 弦 杆 支 撑 l N N 屋 架 b) 腹 杆 屋 架 C N B N l A l 图 4-0

226 节 点 板 0~5 50~80 垫 板 ld 0~5 ld ld - 图 4- 杆 件 形 心 线 屋 架 轴 线 ee 杆 件 形 心 线 图 4- a) b) c) d) 图 4- a) b) α 5 α 5 合 适 N 不 合 适 N 图 4-4

227 δ 焊 缝 P 大 型 屋 面 板 N N e N e N 图 4-5 a) a z z b a c b) - 图 4-6

228 50 P/ P/ 50 棱 角 消 除 截 去 t+h+5mm (a) 天 窗 架 屋 架 上 弦 安 装 螺 栓 (b) 图 4-7

229 a) 屋 架 下 弦 拼 接 角 钢 b) 屋 架 下 弦 拼 接 角 钢 屋 架 下 弦 角 钢 肢 宽 >5mm 图 4-8 a) 上 弦 b) 下 弦 加 劲 肋 c 底 板 锚 栓 节 点 板 - b a V M b 图 4-9 e R a

230 上 弦 柱 子 端 斜 杆 下 弦 支 托 图 4-0 图 4- h h 图 4- A B C D E F G H I J K g a b c d e (a) 屋 架 简 图

231 (b) 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 布 置 (c) 屋 架 下 弦 横 向 支 撑 布 置 - - (d) 屋 架 竖 向 支 撑 布 置 图 4- 例 4- 屋 架 图 4-A 钢 屋 架 起 拱

232 B 6 5 C 6 5 D a b c 图 4-B 下 弦 节 点 b A B C a b 75.6 图 4-C 上 弦 节 点 B.7 K J g 图 4-D 屋 脊 节 点 K

233 A 图 4- E 支 座 节 点 a V M 图 4-F 加 劲 肋 计 算 简 图

234 Y 型 节 点 T 型 节 点 K 型 节 点 KT 型 节 点 直 接 焊 接 图 4-4 a) b) c) 图 4-5 e<0 e>0 图 4-6

235 a) 中 间 屋 架 托 架 b) 托 架 中 间 屋 架 a) 上 弦 图 4-7 b) 托 架 - 图 4-8

236 a) b) c) d) e) ) g) 图 4-9 a) 制 动 梁 加 劲 肋 吊 车 梁 b) 图 4-40 吊 车 梁 水 平 支 撑 制 动 桁 架 辅 助 桁 架 横 隔 ( 竖 向 支 撑 )

237 a) b) F F c c F F4 F a/ a/ F L/ L/ R L/ a 4 / R L/ Mma Mg c) TH F 制 动 梁 d) 框 架 柱 吊 车 梁 a 吊 车 梁 c TH a TH d 制 动 桁 架 b b - 图 4-4 h h0 h h 横 向 加 劲 肋 纵 向 加 劲 肋 a (a)

238 a a a 短 加 劲 肋 h 纵 向 加 劲 肋 h0 h 横 向 加 劲 肋 h a (b) 图 4-4 tw /( 0mm) tw t w/( 0mm) 图 制 动 桁 架 制 动 板 图 4-44

239 400 5~0 图 4-45 a) b) 制 动 梁 c) 花 纹 钢 板 加 劲 肋 h 角 钢 斜 撑 加 劲 肋 图 4-46

240 c c c 制 动 梁 ( 或 制 动 桁 架 ) 横 隔 ( 竖 向 支 撑 ) 吊 车 梁 图 A=. I=68 孔 图 4-48

241 z z 图 4-49 a) b) c) b/ 750 h 截 面 - 截 面 - h c 截 面 - h 截 面 -

242 d) e) ) 截 面 - 截 面 - 图 4-50 a) b) c) H H 4 H H 4 H H ( 边 列 柱 ) ( 边 列 柱 ) ( 中 列 柱 )

243 d) e) 4 H H H 4 H H H ( 边 列 柱 ) ( 中 列 柱 ) 图 4-5

244 b) a) h b h b h b h b b h b h b h h b b h h b 图 4-5

245 a) 图 4-5 e) ) b) c) d) 图 h a) b) M N M R R e e N A z h-z N B M 图 4-55 图 4-56

246 a) a b 00 h=800~ b) 吊 车 梁 上 翼 缘 顶 面 0 a b h=800~000 c) 吊 车 梁 上 翼 缘 顶 面 M d) M N M V V/ V/ V/ V/ c h/ h/ e b b 单 肢 重 心 线 t c - - t c e 图 4-57 连 接 板 a ( 与 制 动 结 构 连 接 ) 连 接 板 b ( 与 吊 车 梁 上 翼 缘 连 接 ) h b 工 地 拼 接 a a t c t e 刨 平 顶 紧 b d c - c a A RA P P h h ' h B RB h 60~80 b 0~50 00~50 50~60 0~0 刨 平 c "V" d 图 4-58

247 g 拼 缝 g d 刨 平 顶 紧 d 拼 接 缝 n b "V" c "V" n "V" 刨 平 孔 50( 螺 栓 安 装 用 ) d n 孔 00 图 4-59 "V" "V" 图 4-60

248 靴 梁 肋 板 肋 板 靴 梁 隔 板 靴 梁 隔 板 图 4-6 实 腹 式 柱 的 刚 接 柱 脚 σmin N M L/ c D Z σma a c/ d 图 4-6 刚 接 柱 脚 实 用 计 算 方 法 的 应 用 分 布 图

249 L 块 靴 梁 担 负 的 底 板 反 力 B q0 q9 q q q5 q4 q q q q (a) R R q= 0.5N BL (b) 主 要 承 受 轴 力 时 靴 梁 的 计 算 简 图 R R q 5 q 4 q q i 可 根 据 底 板 各 区 格 反 力 的 最 大 值 合 成 后 确 定 q q (c) 承 受 轴 力 和 弯 矩 时 靴 梁 的 计 算 简 图 图 4-6 (a) -

250 (b) t = 0 t = 图 图 4-65

251 屋 盖 肢 柱 吊 车 支 柱 图 4-66 ( a) W T W W + T (b) W T (c) W T 图 4-67

252 (a) W+T F F (b) W+T (c) W+T 图 4-68 (a) (b) (c) (d) (e) 图 4-69

253 (a) 填 板 普 通 螺 栓 吊 车 梁 T 柱 子 的 外 肢 吊 车 梁 高 强 度 螺 栓 柱 的 吊 车 肢 柱 间 支 撑 柱 的 外 肢 ( 屋 盖 肢 ) - 柱 的 吊 车 肢 (b) 外 肢 吊 车 肢 预 埋 抗 剪 型 钢 支 撑 预 埋 抗 剪 型 钢 支 撑 图 4-70

254 (a) 4 抗 风 柱 屋 架 抗 风 桁 架 竖 向 支 撑 框 架 柱 吊 车 梁 (b) - - 图 4-7 a) b) c) 板 铰 分 布 梁

255 d) 板 铰 e) 屋 架 上 弦 杆 屋 架 上 弦 杆 分 布 梁 墙 架 柱 屋 架 下 弦 杆 墙 架 柱 屋 架 下 弦 杆 板 铰 板 铰 分 布 梁 - - 图 4-7