轻型门式刚架钢结构设计(配pkpm4.1实操).ppt
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1、门式刚架钢结构设计门式刚架钢结构设计 内容 内容纲要内容纲要 一、一、钢结构基本知识回顾钢结构基本知识回顾 二、门式刚架结构设计分析二、门式刚架结构设计分析 三、设计实例分析三、设计实例分析 四、总结四、总结 一、钢结构基本知识回顾一、钢结构基本知识回顾1.材料性质2.钢结构的主要荷载3.构件设计4.钢结构的连接1.材料性质钢结构的特点:钢结构的特点:钢结构的特点:钢结构的特点:优点:轻质高强,材质均匀,工业化生产,施工 工期短;钢结构抗震性能好。缺点:耐腐蚀性较差,耐火性差,造价较高。钢材种类及规格(1)碳素结构钢 常用Q-235,质量等级A、B、C、D(2)低合金高强度钢 常用Q345、Q
2、390、Q420,质量等级A、B、C、D、E设计指标钢材的规格1.钢板热轧钢板有厚钢板(厚度4.560mm),薄钢板(厚度0.354mm),还有扁钢(厚度460mm,宽度30200mm),符号“-长度宽度厚度)2.热轧型钢H型钢、角钢、工字钢、槽钢具体规格可查阅型热轧钢规格表3.冷弯薄壁型钢由薄钢板经模压或弯曲而制成,其壁厚一般为1.55mm,包括C型,Z型,压型钢板等。建筑钢结构主要荷载:建筑钢结构主要荷载:恒、活荷载风荷载雪荷载(下雪地区)地震作用吊车荷载恒荷载恒荷载 轻型钢板屋面恒荷载一般为轻型钢板屋面恒荷载一般为0.20.3 kN/M20.20.3 kN/M2活荷载(与屋面雪荷载不同时
3、考虑)活荷载(与屋面雪荷载不同时考虑)风荷载(一般为控制性荷载)风荷载(一般为控制性荷载)风对屋面、墙体的压力、吸力风对屋面、墙体的压力、吸力 山墙采用抗风柱抵抗风载山墙采用抗风柱抵抗风载雪荷载(积雪不均匀系数)雪荷载(积雪不均匀系数)地震荷载作用地震荷载作用一般来讲,对于门式轻钢结构,低烈度区,地震不起控制作一般来讲,对于门式轻钢结构,低烈度区,地震不起控制作用。用。钢结构的阻尼比取钢结构的阻尼比取0.030.050.030.05,比混凝土结构要小。,比混凝土结构要小。钢结构抗震方面的优势主要是从材料较轻,承载力高,地钢结构抗震方面的优势主要是从材料较轻,承载力高,地钢结构抗震方面的优势主要
4、是从材料较轻,承载力高,地钢结构抗震方面的优势主要是从材料较轻,承载力高,地震过程中弹塑性变形较大,基本不会发生断裂,震过程中弹塑性变形较大,基本不会发生断裂,震过程中弹塑性变形较大,基本不会发生断裂,震过程中弹塑性变形较大,基本不会发生断裂,即钢结构即钢结构允许的变形能力大。允许的变形能力大。吊车荷载(厂房中经常见)吊车荷载(厂房中经常见)吊车梁一般设计成简支梁。吊车梁一般设计成简支梁。钢结构构件设计计算(强度、刚度、稳定性)钢结构构件设计计算(强度、刚度、稳定性)1.轴心受力构件轴心受力构件 承载能力极限状态:强度、整体稳定、局部稳定(型钢不必验算)承载能力极限状态:强度、整体稳定、局部稳
5、定(型钢不必验算)正常使用极限状态:刚度(对于轴心受力构件,主要由长细比控制)正常使用极限状态:刚度(对于轴心受力构件,主要由长细比控制)轴心受力构件的强度及整体稳定轴心受力构件的强度及整体稳定:轴心受力构件的刚度轴心受力构件的刚度:钢规:门规:受压构件的局部稳定受压构件的局部稳定:计算内容:强度、整体稳定、局部稳定、刚度2.受弯构件受弯构件强度:整体稳定:局部稳定:腹板:通过加劲肋保证局部稳定翼缘:通过限制翼缘宽厚比防止局部失稳拉弯或压弯构件强度:稳定性:刚度:主要由梁的挠度和柱的侧移控制钢结构的连接方法钢结构的连接方法 钢结构的连接方法有钢结构的连接方法有焊缝连接焊缝连接、螺栓连接螺栓连接
6、和和铆钉连接铆钉连接三种。三种。铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接 焊缝连接焊缝连接(一)焊缝连接(一)焊缝连接 焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部熔化,经冷却凝结成焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部熔化,经冷却凝结成焊缝,从而将焊件连接成为一体。焊缝,从而将焊件连接成为一体。优点:优点:不削弱构件截面,节约钢材,构造简单,制造方便,连接刚度大,不削弱构件截面,节约钢材,构造简单,制造方便,连接刚度大,密封性能好,在一定条件下易于采用自动化作业,生产效率高。密封性能好,在一定条件下易于采用自动化作业,生产效率高。缺点:缺点:焊缝附近钢材因焊接高温作用形成的热影响区可能使某些
7、部位焊缝附近钢材因焊接高温作用形成的热影响区可能使某些部位材质变脆,对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响;焊缝连接的塑性材质变脆,对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响;焊缝连接的塑性和韧性较差,施焊时可能产生缺陷,使疲劳强度降低。和韧性较差,施焊时可能产生缺陷,使疲劳强度降低。焊缝符号集及标注方法焊缝符号集及标注方法 焊缝符号表示法规定:焊缝符号一般由基本符号与指引线组成,必要时还可加上补充符号和焊缝尺寸。基本符号:基本符号:表示焊缝的横截面形状,如用“”表示角焊缝,用“V”表示V形坡口的对接焊缝;补充符号:补充符号:补充说明焊缝的某些特征,用“”表示现场安装焊缝,用“”表示焊件三面带
8、有焊缝;指引线指引线 :一般由横线和带箭头的斜线组成,箭头指向图形相应焊缝处,横线上方和下方用来标注基本符号和焊缝尺寸等。焊缝符号焊缝符号 (二)螺栓连接(二)螺栓连接 螺栓连接是通过螺栓这种紧固件把连接件连接成为一体。螺栓连接是通过螺栓这种紧固件把连接件连接成为一体。螺栓连接分螺栓连接分普普通螺栓连接通螺栓连接和和高强度螺栓连接高强度螺栓连接两种。两种。优点:优点:施工工艺简单、安装方便,特别适用于工地安装连接,也便于拆施工工艺简单、安装方便,特别适用于工地安装连接,也便于拆卸,适用于需要装拆结构和临时性连接。卸,适用于需要装拆结构和临时性连接。缺点:缺点:需要在板件上开孔和拼装时对孔,增加
9、制造工作量,且对制造的需要在板件上开孔和拼装时对孔,增加制造工作量,且对制造的精度要求较高;螺栓孔还使构件截面削弱,且被连接件常需相互搭接或增设精度要求较高;螺栓孔还使构件截面削弱,且被连接件常需相互搭接或增设辅助连接板(或角钢),因而构造较繁且多费钢材。辅助连接板(或角钢),因而构造较繁且多费钢材。普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造普通螺栓的形式和规格普通螺栓的形式和规格 钢结构采用的普通形式为大六角头型,其代号用字母钢结构采用的普通形式为大六角头型,其代号用字母M与公称与公称和直径(和直径(mm)表示。工程中常用)表示。工程中常用M18,M20,M22,M24。按国际。按国际标准,螺栓统
10、一用螺栓的性能等级来表示,如标准,螺栓统一用螺栓的性能等级来表示,如“4.6级级”、“8.8级级”等。小数点前数字表示螺栓材料的最低抗拉强度,如等。小数点前数字表示螺栓材料的最低抗拉强度,如“4”表示表示400N/mm2,“8”表示表示800N/mm2。小数点后的数字(。小数点后的数字(0.6、0.8)表示)表示螺栓材料的屈强比,即屈服点与最低抗拉强度的比值。螺栓材料的屈强比,即屈服点与最低抗拉强度的比值。高强度螺栓的受力特点(钢结构连接节点通常采用高强螺栓)高强度螺栓的受力特点(钢结构连接节点通常采用高强螺栓)高强度螺栓连接按设计和受力要求可分为高强度螺栓连接按设计和受力要求可分为摩擦型摩擦
11、型和和承压型承压型两种。两种。摩擦型连接摩擦型连接在承受剪切时,以外剪力达到板件间可能发生的最大摩阻力在承受剪切时,以外剪力达到板件间可能发生的最大摩阻力为极限状态;当超过时板件间发生相对滑移,即认为连接已失效而破坏。为极限状态;当超过时板件间发生相对滑移,即认为连接已失效而破坏。承压型连接承压型连接在受剪时,则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移,然在受剪时,则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移,然后外力可以继续增加,并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极后外力可以继续增加,并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极限状态。限状态。两种形式螺栓在受拉时没有区别。两种形式螺栓在受
12、拉时没有区别。高强度螺栓和普通螺栓连接受力的主要区别是:普通螺栓连接的螺母拧高强度螺栓和普通螺栓连接受力的主要区别是:普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小,受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。而高强度螺栓时紧的预拉力很小,受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。而高强度螺栓时靠拧紧螺母,对螺杆施加强大而受控制的预拉力,此预拉力将被连接的构件靠拧紧螺母,对螺杆施加强大而受控制的预拉力,此预拉力将被连接的构件夹紧。靠构件夹紧而由接触面间的摩阻力来承受连接内力是高强度螺栓连接夹紧。靠构件夹紧而由接触面间的摩阻力来承受连接内力是高强度螺栓连接受力的特点。受力的特点。钢柱柱脚的构造钢柱柱脚的构造 柱脚的作用是
13、将柱身的压力均匀的传给基础,并和基础牢固的连柱脚的作用是将柱身的压力均匀的传给基础,并和基础牢固的连接起来。在整个柱中,柱脚是比较费钢费工的部分。设计时应力求简接起来。在整个柱中,柱脚是比较费钢费工的部分。设计时应力求简明,并尽可能符合结构的计算简图,便于安装固定。明,并尽可能符合结构的计算简图,便于安装固定。柱脚按其与基础的连接方式的不同可分为铰接和刚接两类,轴心柱脚按其与基础的连接方式的不同可分为铰接和刚接两类,轴心受压柱、框架柱或压弯构件,这两种形式均有采用受压柱、框架柱或压弯构件,这两种形式均有采用铰接柱脚不能抵抗铰接柱脚不能抵抗弯矩,刚接柱脚可以抵抗弯矩。弯矩,刚接柱脚可以抵抗弯矩。
14、柱脚通过锚栓固定于基础,柱脚通过锚栓固定于基础,锚栓的直锚栓的直径一般为径一般为2432mm。a)锚栓锚栓底板双螺母及垫板柱b)底板双螺母及垫板柱铰接柱脚a)b)锚栓锚栓底板柱加劲板加劲板底板锚栓支承托座柱刚接柱脚 次梁与主梁连接示意,次梁与主梁连接示意,a,b,c为铰接连接,为铰接连接,d为固结连接为固结连接 (a)(b)(c)(d)正在建设的门式刚架工程实例正在建设的门式刚架工程实例山墙抗风柱山墙抗风柱吊车梁吊车梁天窗架天窗架二、门式刚架结构设计分析二、门式刚架结构设计分析结构形式及布置门式刚架特点及应用情况1、结构特点(1)刚架梁、柱采用轻型H型钢(等截面或变截面)组成;(2)刚架梁与柱
15、刚接,柱脚与基础宜采用铰接;当设有桥式吊车、檐口标高较高或对刚度要求较高时,柱脚和基础可采用刚接;(3)刚架构件的刚度较好,为制造、运输、安装提供了便利;(4)用C形、Z形薄壁型钢做檩条、墙梁,以彩钢板或夹芯板做屋面、墙面;(5)和屋架结构相比,整个构件的横截面尺寸较小,可以有效地利用建筑空间,降低房屋的高度,减小建筑体积。始始于于20世世纪纪60年年代代,屋屋面面用用瓦瓦材材;20世世纪纪70年年代代在在工工程程上上极极少少应应用用。20世世纪纪80年年代代在在经经济济特特区区引引进进国国外外门门式式刚刚架架轻轻钢钢房房屋屋,压压型型钢钢板板始始见见用用于于屋屋面面和和墙墙面面;20世世纪纪
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