门式刚架钢结构设计分析(共5页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上门式刚架钢结构设计分析门式刚架钢结构设计分析 摘要：设计方案优选：门式钢架结构设计主要从结构形式，柱距与跨度，钢材选用，焊接材料选用，螺栓选用梁柱节点，抗风柱，防腐蚀和防火设计优选方面，防火设计各方面来考虑。 关键字：轻钢结构; 计算长度; 抗剪键；结构形式等 中图分类号：TU391文献标识码： A 前言：随着我国经济的迅速蓬勃发展，作为钢产量大国和世界上需用钢量最大的国家之一21世纪将是我国钢结构快速发展时期，门式刚架轻型房屋钢结构由于其自身的又是，在我国应用已经比较广泛，技术日趋成熟，但同时暴漏出来的问题比较多，有很多的问题亟待解决，只有充分理解该类结构的设计概念

2、，才能使结构设计既经济合理又安全可靠，才能在我国的建筑工程中取得更好的经济效益和社会效益。 门式刚架轻型钢结构具有比其他的传统结构有更多的优点，具有自重轻、耗材少、基础造价低，施工速度快、环境污染少等优点，在实际的工程中正在逐步的被人们所认可，结合门式刚架轻型钢结构体系以及作者在工程设计中经常遇到的一些常见问题，本文对门式刚架轻型钢结构设计进行简单的总结和探讨。 一、门式刚架的设计 门式刚架设计可用弹性设计法和塑性设计法。 在我国塑性设计法的竞争力尚未得到开发,原因为,大学很少开设塑性设计课程,出现塑性铰后柱子的稳定性计算,规范中虽有公式,但与弹性设计时的公式相同,需要介绍一些背景材料;塑性设

3、计时钢材的强度设计值减少10%,抵销了一部分塑性设计带来的好处;塑性设计时板件宽厚比限制较严,限制了板件展开可能带来的好处。下面只讲弹性设计法。 弹性设计法首先根据荷载分析内力,然后验算柱子的强度,平面内外的稳定性,验算斜梁的强度和平面外稳定。在强度和平面外的稳定计算公式上看,我国与欧美国家相差不大。在强度计算上,我们利用弹性设计或允许开展部分塑性,而西方发达国家根据板件宽厚比对截面分类,分别采用完全弹性或完全塑性设计法,这可造成5%左右的应力差距。平面外稳定的计算公式与外国公式及试验资料进行过比较而确定,因而无太大的差别。 对门架的平面内有侧移失稳,我们根据横梁展开的线刚度与柱的线刚度比值,

4、查表或用近似公式确定柱子计算长度,对柱脚铰接的情况,计算长度系数在2一4之间,大部分在2.5一3.5之间,致使一根5m长的门架柱要按12一15m长确定压杆稳定系数。 对平面内稳定,英国的做法是:在各檐口节点施加大小为立柱轴力设计值l%的水平力,对门架进行线弹性分析,求得各门架柱的倾角小，由此确定系数。国外对门架的设计具有我们无法比拟的优势,主要原因是,他们的设计方法是基于框架足尺或半足尺试验,这些试验多有金属房屋公司委托大学或自己进行,无从了解试验细节。门架设计方法属于金属房屋供应商的技术财产,公开发表的文献很难查到。虽然从平面外稳定计算公式上看不出差别,但墙梁连于门架柱受拉翼缘一侧,我们是忽

5、略墙梁的支撑作用,因此需设置较强的侧向支撑,国外通过试验确认了墙梁的一部分支撑作用,从而仅需设置很弱的侧向支撑,因此差别仍然存在。对这种偏心支撑的偏压杆，有时还变截面,理论分析难度大,试验研究是必要的。 随着屋面坡度的降低,门架结构出现了通常薄壳结构才会遇到的新的一类失稳形式一一跳跃失稳,国内对门架的这类失稳现象尚未研究过,英国钢结构新规范已有这方面的设计公式。 横梁在檐口部位的下翼缘受压,上翼缘受拉,此时横梁仅在受拉区有擦条侧向支撑,不能将其作为横梁的完全的侧向支撑。设计手册要求通过设置隅撑来防止梁的侧向弯扭失稳。但从参观的许多厂房看,很多没有设隅撑,是否需要设隅撑,是否需在每一根檀条处都设

6、隅撑,是需要加以深入研究的问题。这一问题与门架柱的问题相似(图9)。只是横梁轴力较小一些。英国对这一问题已有设计建议。 带中间铰接柱的新型多跨门架结构,在结构设计中出现了一个新问题:带摆柱结构的稳定性计算问题。这一问题的特殊性在于;摆柱承受竖向荷载的能力是由其他柱子提供的。没有其他结构,中间绞接柱会象一个摆一样绕柱脚转动,所以西方学者对它有一个专门的名字:摆柱。 带摆柱结构稳定计算的特殊性可以用图11所示的“陷阱框架”来说明。按传统方法,图11的左柱计算长度系数为2.0,而右柱计算长度系数,按有侧移框架计算时为无穷大,因而整个框架被判断为无承载力。粗心的人可能会认为右柱计算长度系数为1.0,从

7、而右柱承载力反而比左柱更高,这又会让人怀疑。实际上该框架左柱的计算长度系数为2.69,右柱为1.0。柱子的计算长度还与荷载作用点的位置有关。当W作用在左柱顶上时,左柱计算长度系数为2.氏当w作用在离左柱0.8L的横梁上时,左柱的计算长度系数为4.14。 摆柱结构的平面内和平面外稳定计算,要记住的一点:摆柱的稳定性靠它的邻柱提供,因而加重了邻柱的负担,邻柱的计算长度系数要相应增大。增大多少户具体情况应具体分析。欧共体的钢结构设计规范(EC3)对钢结构稳定性计算有一整套规定,能自动处理这种带摆柱结构的稳定计算问题。陷阱框架,国内有的资料对右边柱子给出过大于1.0的系数。实际上摆柱本身的稳定计算总是

8、按两端铰接柱考虑计算长度系数取应引起注意。 二、节点问题 简单的门架结构,一般都用端板式螺栓连接,且没有必要采用摩擦型高强度螺栓连接。对普通螺栓连接节点承受弯矩作用,我们假定螺栓群绕最下一排螺栓转动,从而求得各螺栓的拉力。英国对这种连接,假定螺栓群绕工形截面的受压翼缘中心转动,并有条件地利用螺栓群的塑性承载力,即从上向下第二排螺栓的拉力在一定条件下也达到强度设计值。 端板连接节点承受弯矩,在螺栓中产生拉力,同时端板和柱子的翼缘之间产生橇力,使螺栓承受更大的拉力。英美等国都显式地计算橇力,将橇力作为螺栓承受外载的一部分进行计算。而我们则通过对螺栓的容许拉应力进行折减,相当于考虑橇力大小为0.25

9、倍的由弯矩产生的螺栓拉力,并且不再对橇力进行计算。 节点的设计其实应包含端板、柱子翼缘柱子腹板等的强度和稳定计算，并由此判断是否需要设置加劲肋。端板应验算它是否会形成板的塑性机构,并以此确定端板的厚度。柱子翼缘也验算它是否会形成机构,即形成机构时的承载力,如承载力不足,则应设置加劲肋。柱子腹板应验算受拉和受压区的强度,受压区腹板的稳定性,节点区腹板的抗剪强度和节点区在剪力作用下的稳定性。这些内容规范中没有,但本科钢结构的教材中都介绍了一些内容,可以参考,外文资料包含的内容则更全面。 三、柱脚 柱脚采用铰接和刚接两种。当侧向风力组合起控制作用时,或侧向位移限值控制设计时,采用刚接柱脚是经济的,否

10、则采用铰接柱脚较好。如采用刚接柱脚,则不必验算檐口的侧向位移。 铰接柱脚的传统做法,是用放置在柱脚截面中和轴上的两个锚栓。但是最近参观的许多厂房,柱脚多用四个锚栓,放置在工形截面高度之内,并且柱脚底板不开大豁口。这种构造的柱脚,构造简单了,但施工略复杂,它实际上提供了一定的抗弯能力,但仍应按铰接计算。根据英国的规定,四个锚栓柱脚是防火所要求的;要求在火灾事故发生时,即使横梁烧蹋下来,柱子仍需有直立的能力。 传统的铰接柱脚对柱子稳定的影响:试验表明,铰接柱脚对压杆稳定的作用,在轴力较大时,接近于嵌固。如何利用这一嵌固作用尚无定论,尤其门架柱的轴力常较小,嵌固作用将减小。目前只能这样认为:确定柱子的计算长度系数时按铰接考虑是偏安全的。 结语：希望不久将来,通过消化、吸收和自主研究,能把门架钢结构的设计技术提高到一个新水平,以降低用钢量,增强钢结构相对于混凝土结构的竞争力,提高国内金属结构厂家相对于外国厂商的竞争力。对某些门架结构,降低用钢量的一个非常有效的途径是利用压型钢板屋面的应力蒙皮作用。这是一种全新的门架结构设计思想,限于篇幅,本文不便就此展开。 参考文献： 【1】杨风第，周永麟 & 轻型钢结构房屋柱基础设计的探讨P 钢结构 【2】 何天森，李国强平端板连接组合节点性能研究P 建筑钢结构进展，-最新【精品】范文 专心-专注-专业