轻型钢结构门式钢架设计流程简介.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流轻型钢结构门式钢架设计流程简介.精品文档.轻型钢结构门式钢架设计流程简介轻型钢结构时钢材厚度较薄、使用经济截面且荷载较轻、使用年限不太长的结构，由承重构件。轻质围护结构与配套的保温隔热材料及各种连接件、零配件和密封材料所组成。门式刚架轻型房屋钢结构适用范围：单跨或多跨，跨间内可设置夹层，屋面坡度可以为1/81/20，但一般厂房屋面坡度常取1/20（5%），吊车工作级别不高于A5、起重量不宜超过20t，檐口高度一般为4.59m，不超过18m。门式刚架结构的特点：1，采用轻型屋面，可减小梁柱截面及基础尺寸。2.刚架侧向刚度可就檩条和墙梁的隅撑保证

2、，以较少纵向刚性构件和减小翼缘宽度。3.跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变截面。4.刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后的强度，按有效宽度设计，可通过在关键部位设置加劲肋来减小腹板厚度，。5.竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作用。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。一 厂房建筑尺寸及结构形式1.1 工程名称：天津神硕能源科技有限公司厂房1.2 工程简介：本工程采用门式刚架轻型房屋钢结构。厂房总宽度78m，共分4跨,其中主体结构3跨，跨度各21m，局部附房1跨，跨度15m；厂房总长度105m；厂房刚架榀数15榀，其中三跨刚架榀数8榀，带局部附房

3、4跨刚架榀数7榀；屋面坡度5%。二 荷载取值屋面永久荷载： 彩色压型钢板 0.15kN/m2屋面檩条及保温 0.15kN/m2屋面活荷载： 0.30kN/m20.50kN/m2（用于檩条计算）设备吊挂活荷载： 0.15kN/m2屋面雪荷载： 0.40kN/m2基本风压： 0.50kN/m2 地面粗糙度为B类三 带吊车的门式钢架应首先根据吊车样本确定牛腿高度、檐口高度3.1吊车样本吊车工作制及相应的工作级别吊车工作制吊车种类举例工作级别轻级工作制安装、维修用的起重机A1A2中级工作制生产车间及仓库用的一般软钩吊车A3A5根据神硕甲方提供吊车厂家样本：16tLDA型电动单梁桥式起重机一台，轮距19

4、.5m，起升高度9m，起重机总重：8.64t，最大轮压104.7kN，最小轮压16.8kN；10tLDA型电动单梁桥式起重机两台，轮距19.5m，起升高度9m，起重机总重：7.10t，最大轮压80.0kN，最小轮压12.8kN。小车重取值为0.4起重量（如无具体说明情况下）。3.2 牛腿高度的确定在16t吊车样本中，H1是吊钩起吊高度到轨顶标高的距离，此次吊车样本中为1877mm；H2是轨顶标高到吊车主梁的距离此次吊车样本中为1123mm ；其上有200mm的安全距离。在确定牛腿高度时，先确定吊车的起吊高度，此次甲方要求起吊高度为6.5m，即轨顶标高为6.5m+H1;轨道选用GDDL-2,高度

5、为140mm;吊车梁高度为700mm;牛腿最低顶标高为：6500+H1-140-700-20=7517mm，故此次牛腿标高设定为7.600m。3.3 檐口高度的确定吊车主梁顶标高为：7600+20+700+140+H2=9583mm，设备需要净空为300mm，主刚架梁高650mm，则檐口最低高度为：9583+200+300+650=10733mm，故此次檐口标高设定为11.300m。四 结构平面布置4.1屋面横向支撑1） 屋面支撑的主要作用是承担和传递纵向水平荷载，保证屋架的整体稳定。2） 厂房单元两端第一开间各设一道横向水平支撑，中间每隔约60m（净距）再设一道。如果第一开间内不能设置时，可

6、设置在第二开间内，但必须注意，第一开间内相应传递水平荷载的杆件应该设计成压杆。3） 在建筑物内，当柱列有不同柱距时，或当建筑物有高低跨变化时，应设置纵向水平支撑提高结构的整体性，调整结构抗侧刚度的分布，以求减小各刚架柱纵向水平位移的差异，使结构受力均匀、合理。当建筑物平面布置不均匀时，如果局部凸出、凹进、抽柱等情况时，为提高结构的整体抗侧力，在上述区域均需设置纵横向封闭的连续水平支撑系统。 屋盖水平支撑中交叉腹杆按受拉构件设计，满足强度、长细比要求，长细比限值400。压杆同屋面系杆。4.2屋面系杆1）柱间及屋脊处沿房屋全长必须设置2） 刚性系杆按压杆考虑，需要满足强度、长细比、稳定性要求，可用

7、钢管，也可采用双角钢。在建筑物跨度较小、高度较低的情况下，可由檩条兼任，但檩条按压弯构件设计，并应保证檩条平面外的长细比和稳定性。目前程序PKPM工具箱中只能把系杆归于多层柱间支撑中计算，且只能以角钢计算。实际工程中可手算。4.3柱间支撑柱间支撑的作用：1）与框架柱组成刚强纵向框架，以保证厂房骨架的整体稳定和纵向刚度；2）为框架柱平面外提供可靠的支撑或减少柱在框架平面外的计算长度；3）承受厂房端部山墙的风荷载，吊车纵向水平荷载及其他纵向力（如温度应力等）；4）在地震区承受厂房的纵向水平地震作用。柱间支撑的组成；1）屋架端部高度范围内的竖向支撑和上、下系杆；2）在吊车梁或吊车桁架以上至屋架下弦间

8、设置的上段柱支撑；3）在吊车梁或吊车桁架以下至柱脚处设置的下段柱支撑和下段柱系杆。柱间支撑的布置应满足下列条件：1）应满足房屋生产净空的要求。2）应满足房屋纵向刚度的要求，同时还应考虑柱间支撑的设置对房屋结构温度变形的影响及由此产生的附加应力。3）柱间支撑的设置应与屋盖支撑布置相协调，一般均与屋盖上、下弦横向支撑及垂直支撑设在同一柱距内。4）每一温度区段的每一列柱，一般均宜设置柱间支撑。5）下段柱支撑的位置是决定纵向结构变形的方向和产生温度应力的大小，因此，应尽可能设在温度区段的中部。6）等截面柱的柱间支撑，一般在沿柱的中心线设置单片支撑。柱间支撑的截面形式：1）单片支撑常采用单角钢、两个角钢

9、组成的T型截面、两槽钢组成的工字型截面或方管截面。2）双片支撑一般采用不等边角钢以长肢与柱连接及由槽钢组成的截面形式。3）双片支撑之间采用缀条相连接，当双片支撑的间距小于600mm时采用横杆式，当双片支撑的间距大于600mm时则采用斜杆式。此次设计欠缺点：在抗震规范9.2.15中第一条，厂房单元的各纵向柱列，应在产房单元中部布置一道下柱柱间支撑；（厂房中间下部柱间支撑是必须设置的）当7度厂房单元长度大于120m，8度和9度厂房单元大于90m时，应在厂房单元1/3区段内各布置一道下柱支撑；（厂房总长度过长的情况，应在隔1/3区段设置柱间支撑）当柱距数不超过5个且厂房长度小于60m，亦可在厂房单元

10、的两端布置下柱支撑；（厂房总长度过小的情况，可将中部设置的柱间支撑改为分别放置在两端）上柱柱间支撑应布置在厂房单元两端和具有下柱支撑的柱间。（上柱柱间支撑在厂房两端和中间都是必须设置的） 综上所述，得出结论，一般厂房两端的下柱柱间支撑是不用设置的。这次神硕能源厂房均设置了下柱柱间支撑，其实无形间增加了用钢量。柱间支撑设置原则： 1）柱间支撑斜杆倾角3555度间 2）单层柱间支撑斜杆一般按拉杆考虑；如果建筑高度较高时，柱间支撑可设计为两层或三层，斜杆设计为拉杆，但水平杆件必须设置，且应按刚性压杆设计。杆件需满足强度及长细比要求。柱间支撑计算可采用PKPM工具箱计算。4.4隅撑隅撑是是实腹式门式刚

11、架轻型钢结构房屋中特有的构件。隅撑设置在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间。对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。隅撑是一种辅助杆件，不独立成为一个系统。刚架斜梁隅撑的作用是防止斜梁在下翼缘受压时出现侧向失稳。隅撑一般采用角钢，与檩条或墙梁的夹角不应小于35度，最小可采用40X4角钢。隅撑使用螺栓与横梁或边柱和檩条或横梁相连。隅撑按轴心受压构件计算，可采用PKPM工具箱计算。五 构件截面尺寸的初步确定5.1刚架柱与刚架梁建立计算模型时必须初步确定构件的截面尺寸，选择截面尺寸时必须保证构件各板件的尺寸能满足基本构造要求，以保证构件整体稳定 与局部稳定的前提，主要由构件的长细比与

12、高厚比确定。受压构件长细比限值构件类别长细比限值备注主要构件180在永久荷载与风荷载组合作用下受压的构件，其长细比不宜大于250其他构件，支撑与隅撑220受拉构件长细比限值构件类别受静态荷载或间接承受动态荷载的结构直接承受动态荷载的结构桁架构件350250吊车梁与吊车桁架以下的柱间支撑300其他支撑400斜梁截面的高度可取跨度的1/201/55柱截面高度取柱高的1/101/20截面高度与宽度之比h/b可取25（梁端可取h/b6.5）截面的高度h与宽度b通常以10mm为模数，翼缘板厚度t6mm时，以2mm为模数，腹板厚度tw可取4、5、6mm及6mm，超过6mm以2mm为模数。为了保证梁柱等主要

13、构件的局部稳定性，工字型截面构件受压翼缘板的自由外伸宽度b与其厚度t应满足：工字型截面构件腹板的计算高度hw与其厚度tw之比应满足：工程采用强度等级为Q345的钢材，则：5.2屋面檩条一般屋面檩条均采用连续简支实腹式檩条。实腹式檩条应垂直于屋面放置，对C型、Z型和角钢檩条，宜将上翼缘肢尖朝向屋背方向，其跨高比一般为1/301/40。按常规设置有拉条的檩条可不计算檩条的整体稳定性。为减少檩条在使用和安装时的侧向变形和扭转，一般应在檩条之间设置1216的拉条作为侧向支承点，并在屋脊处两侧用斜拉条和撑杆将拉条承受的力传至屋架，拉条位置宜设置在离檩条上翼缘1/3腹板高度处。在厂房端部有较高女儿墙或挡板

14、的，应考虑因雪漂移端部雪堆积导致荷载偏大的影响，将端部檩条截面尺寸适当加大，间距加密或采用双肢檩条。檩条的间距依屋面板材料的力学性能和屋面荷载的大小而定，一般在1.01.5m范围内。檩条跨度大于4m时，在檩条跨中位置需设置拉条或撑杆。当檩条跨度大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆。拉条或撑杆的作用是减小檩条的侧向无支撑长度，提高檩条的稳定性，并减小安装时的侧向变位。当主刚架间距较大1） 设置次刚架2） 增设一层次梁3） 檩条采用工字钢一般檩条一般采用PKPM工具箱计算，拉条或撑杆可按构造要求设置。5.3墙架布置 1）门式钢架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨

15、棚等构件和维护材料的要求。 2） 门式钢架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板作维护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格确定，且不应大于计算要求的值。 3） 门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢板墙或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。目前大多数工程中均采用底部1000左右坎墙、上部彩板做法，坎墙主要为防撞门式钢架轻型房屋钢结构技术规程5.4吊车梁5.4.1吊车梁的作用及受力分析吊车梁是设置于纵向刚架柱与柱之间，用于装载吊车的梁，吊车梁上设置吊车轨道，吊

16、车就通过轨道在吊车梁上来回行驶；钢柱上设置牛腿，作为吊车梁的简支点。吊车梁一般设计成简支结构，故一般普通工字型截面梁即可满足受力要求，但为避免吊车梁的侧向失稳，需要在梁腹板两侧设置加劲肋。吊车梁应满足强度、稳定、挠度要求。重级吊车梁、重级吊车桁架尚应进行疲劳验算。5.4.2吊车梁截面尺寸的确定，及对厂房总高度的影响梁高满足经济要求、刚度要求、净空要求（程序可自行选定截面），腹板厚度构造要求622mm；翼缘板厚度850mm。用压板固定轨道 b320（无制动结构）b360（有制动结构）用钩螺栓固定轨道 宽度无要求 （a为自由外伸长度）当吊车梁的跨度与起重量不大并未轻中级工作制时，可采用上翼缘加宽的

17、不对称截面，不对称截面能充分利用材料强度使界面更为合理。5.4.3吊车梁构件简介及各构件作用与受力分析上翼缘根据计算要求确定，有多种形式进行加强。吊车梁的翼缘板和腹板的拼接应采用加引弧板的对接焊缝，引弧板割去处应打磨平整，并应符合下列要求：1） 上下翼缘板的对接焊缝一般要求采用自动焊的直缝对接，并要求焊透，当下翼缘对接焊缝位于跨中的1/3范围内时，宜采用4555斜缝对接。2）翼缘或腹板的工厂拼接接头不应设在同一截面上，应尽量错开并应200mm，接头位置宜设置在距支座约为1/31/4梁跨度范围内。下翼缘计算需要宽度往往很小，实际设计不宜小于200mm。下翼缘为受拉翼缘，其上不得任意焊接悬挂设备零

18、件，也不允许在该处打火或焊接夹具。横向加劲肋为保证组合截面吊车梁腹板的局部稳定，应在腹板上配置加劲肋，加劲肋宜在腹板两侧成对配置，最小间距为0.5h0，最大间距为2h0，通常取9001000mm；宽度不宜小于90mm；梁支座处的横向加劲肋应与上、下翼缘刨平顶紧焊接；中间横向加劲肋的上端应与梁上翼缘刨平顶紧焊接，下端宜在距受拉下翼缘50100mm处断开；横向加劲肋不得与受拉翼缘焊接，可与受压翼缘焊接。外伸宽度，厚度；横向加劲肋与上翼缘相接处应切角，当切成斜角时，其宽度约为bs/3（但不大于40mm），高约为bs/2（但不大于60mm），bs为加劲肋跨度。吊车轨道其作用是放置于吊车梁上，与吊车梁通

19、过轨道固定件固定，供吊车在其上来回行驶。吊车轨道选用表轨道联结型号轨道型号轨道高度（mm）起重量（t）GDGL-138kg/m1345，10GDGL-243kg/m1405，10,16，20GDGL-350kg/m15250，32轨道固定件分为焊接型与螺栓连接型，采用螺栓连接型时，因为要在吊车梁上翼缘上预留螺栓孔，往往会导致与横向加劲肋位置冲突，所以采用焊接型轨道固定件，固定件底座直接焊接在吊车梁上翼缘，与横向加劲肋不会产生冲突。牛腿连接板主要用于抵抗吊车水平力，如轨道惯性力及刹车阻力等，在非柱撑跨间采用4M20普通螺栓，在连接板与吊车梁间留出空隙，其作用是仅满足抗剪需求；在柱撑跨间采用4M2

20、0普通螺栓并在连接板与吊车梁之间用8mm焊缝焊接，或者直接采用4M20高强螺栓。车档根据吊车轨道联结及车档图集选择。选择时应计算车档承受的吊车纵向水平撞击力F：作用于车档的吊车纵向水平撞击力设计值（kN）冲击体重量（kN），对于软钩吊车吊车总重（自重）（kN）吊车额定起重量（kN）碰撞时大车速度，取大车运行额定速度（m/sec）重力加速度缓冲器行程（m）考虑车档上弹性垫板变形等有利因素系数取0.8吊车荷载分项系数取1.4车 档 选 用 表车档型号GCD-1GCD-2GCD-3GCD-4GCD-5GCD-6吊车额定起重量（t）5101620325075100125250作用车档的吊车纵向水平撞击

21、力F（kN）140.1144.4154.4196.5299.3202.6缓冲器中心至吊车梁顶面距离（mm）117012701410143013701370钢材用量（kg）114.3125.5140.2192.1255.7235.0橡胶用量（kg）5.05.05.05.06.06.05.5牛腿除需满足PKPM计算要求外，还需满足构造要求： 1）板件厚度由计算确定，但一般不小于10mm； 2）柱身横向加劲肋的尺寸应与牛腿上、下翼缘相协调； 3）由钢板焊成的牛腿，其悬臂端的高度不宜小于200mm，牛腿下翼缘板与水平面的倾角为1535； 4）牛腿上、下翼缘与柱翼缘T形对接焊缝宜焊透； 5）角焊缝尺寸不

22、小于8mm。6）当吊车吨位为510t时，牛腿可无需设置倾斜角，这样可节省用钢量，方便加工。5.6柱脚柱脚的类型按受力情况分按柱脚形式分按锚固方式分按柱脚位置分1. 铰接柱脚（不能承受弯矩）2. 刚接柱脚1. 整体式2. 分离式（仅用于格构式柱）1. 锚栓式2. 插入式（仅用于刚接柱脚）1. 外露式2. 埋入式5.6.1铰接柱脚1）当有柱间支撑时，轴力和剪力应包括柱间支撑的作用；2）底板的边长L2B并尽量设计成方形；3）底板厚度不小于24mm，并不小于柱子板件的厚度；4）锚栓不传递剪力，按构造设置，其直径应与钢柱大小及底板厚度相协调，一般为d=2042mm，锚栓孔径d0=d+510mm，锚栓垫板

23、孔径等于d+2mm，垫板厚度为（0.40.5）d，但不小于20mm。5.6.2刚接柱脚锚栓式柱脚1）底板长宽比L/B=24；2）柱脚锚栓直径为24mm50mm；3）底板厚度不小于30mm，且不小于1.0倍螺栓直径；4）螺栓孔中心间距最小容许距离3d0（d0为螺栓孔径），中心至构件边缘最大容许距离4d0，最小容许间距为1.2d0（具体参照钢结构设计规范8.3.4条）埋入式柱脚钢柱插入杯口的最小深度H工字型截面箱型截面圆管型1.5h1.5h1.5d钢柱插入混凝土基础杯口的最小深度H不得小于500mm，亦不宜小于吊装时钢柱长度的1/20。在一般情况下，插入式基础可不考虑柱底剪力的影响，同时应进行抗冲

24、切计算，当冲切不能满足要求时，基础杯口应配纵向钢筋加强。六 输入PKPM验算梁柱截面七 采用PKPM工具箱计算支撑、檩条、吊车梁、抗风柱及某些节点连接八 根据PKPM计算结果绘制施工图8.1构件尺寸构件名称截面规格材质备注刚架柱H600300812Q345抗风柱H350300812Q345刚架斜梁H650250810Q345吊车梁H700103301422012Q345屋面系杆圆管1406.0Q235屋面支撑圆钢22Q235柱间支撑L12510、L14510Q345屋面檩条C25075202.5Q345九 构件设计细部要点总结9.1梁柱节点 门式刚架横梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板平放和端

25、板斜放三种形式。端板及连接节点应符合下列规定：1）端板连接应按所受最大内力设计。2）主刚架构件的连接宜采用高强螺栓，可采用承压型或摩擦型连接。高强螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M16M24螺栓。檩条和墙梁与刚架横梁和柱的连接通常采用M12螺栓。3）端板连接螺栓应成对对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。4）螺栓中心至翼缘板表面的距离，应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm，螺栓短距不应小于2倍的螺栓孔径。5）在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设置一排螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓，

26、其间距可取75mm，且不小于3倍的螺栓孔径。6）与横梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。7）同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉力、剪力共同作用下的强度。8）端板的厚度可根据支撑条件计算，但不宜小于16mm。9.2 抗风柱抗风柱是设置于厂房端部跨的主刚架柱之间，用于支撑山墙墙板及抵抗水平风荷载的钢柱。抗风柱的设计方法和构造措施不但影响到抗风柱本身的受力特点，而且影响到与之相连的刚架和基础的设计与受力。在实际设计中，抗风柱不宜承担上部刚架传递的竖向荷载只承受墙体和自身重量及风荷载。所以抗风柱与主刚架的连接可采用虚接的方式

27、，螺栓孔采用长圆孔来达到只固定不传力的连接方式。9.3 设备吊挂布置及吊架的设计在钢结构厂房中，必然会存在各种管线、风道，为了使这些设备管线合理的布置在厂房中而不影响厂房正常的生产空间，就需要合理的设计吊架的形式及位置来满足设备要求。在厂房中，有几个空间是可以留给设备满足走管需求的：1）吊车主梁上净空（主要用于走大型风管、主电缆桥架）2）吊车梁下（用于各种水暖管道、吊车母线及动力管线等）3）山墙侧壁（适用于各种管道）通过对厂房结构的分析，在支吊架安装上，有以下两种主要的方案：1）通过在钢架梁下面增加二次钢梁，来增加吊点，一次性解决了支吊架着力点问题。但需要大量的二次钢梁，浪费大量的材料，同时也给整个厂房增加了荷载，不利于厂房的稳定。2）通过在钢柱增加抱卡，在钢梁上直拉吊杆或斜拉拉杆，在吊车梁上加挂吊架等方式解决支吊架着力点问题。该方案，不仅解决了支吊架着力点问题，同时，给厂房结构增加的荷载非常小。通过对比以上两方案，应优先采用第二种方案。同时，把所有专业需要的支吊架在一张图中，进行合图，考虑在同一垂直截面，进行各专业共架，即在同一垂直截面，多个专业在不同的标高上需要支吊架的，进行统一考虑，只设一处吊点，这样可以减少支吊架的用量。此次神硕厂房的设备，水暖的管道均在吊车梁以下6.600标高处，而电缆桥架均在吊车主梁上方10.050标高处，这样水暖和电分开，排布比较清晰简单。