第一章轻型门式刚架结构ppt课件.ppt
2022/11/23,武汉大学出版社,参考文献,1.黄呈伟.钢结构设计M.科学出版社，2005,82.魏明钟.钢结构M.武汉工业出版社，2002,33.建筑钢结构工程设计构造要点与技术规范实用手册李明华4.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102-2002）.中国工程建设标准化协会标准,武汉大学出版社,2,目录,下页,上页,1 轻型门式刚架结构,武汉大学出版社,3,目录,下页,上页,内容提要,能力要求,目前，轻型门式刚架结构在我国得到迅速的发展，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。通过本章的学习，在了解门式刚架的结构形式及特点的基础上，对门式刚架的结构体系与布置、荷载及作用效应计算、变截面刚架柱和梁的设计、节点设计、围护构件设计有一个大致的了解和掌握。本章的教学重点为变截面刚架的内力、侧移计算，刚架柱、梁的设计以及节点、围护构件的设计。教学难点为内力、侧移计算及构件和节点的设计。,通过对轻型门式刚架结构体系与荷载及作用效应计算的学习和理解，认识轻型门式刚架结构，了解常用轻型门式刚架的设计方法并掌握与之相关的计算和设计步骤。,武汉大学出版社,4,主要内容,1.1 概述1.2 荷载及作用效应计算1.3 构件设计1.4 连接和节点设计1.5 围护构件设计 习题与思考题,目录,下页,上页,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,武汉大学出版社,10,目录,下页,上页,1.1,概述,1.1.1 门式刚架的结构形式及特点 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。 结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素。,单跨单坡,单跨双坡,多跨（中间摇摆柱）,高低跨,双坡双跨,门式刚架的各种结构形式,多跨（梁柱刚结）,四坡双跨,摇摆柱,带挑檐刚架,带毗屋刚架,主要承重骨架门式刚架 檩条、墙梁 冷弯薄壁型钢 屋面、墙面 压型金属板、彩钢夹芯板 屋面及墙面保温芯材 聚苯乙烯泡沫塑料、 聚氨酯泡沫塑料、岩棉等 支撑 屋面支撑、柱间支撑,门式刚架结构的组成,单层轻型钢结构房屋的组成,门式刚架结构的特点,重量轻工业化程度高、施工周期短柱网布置灵活综合经济效益高,2022/11/23,武汉大学出版社,轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征： 1.结构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，建筑造型美观。 2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。 3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/10，是一种经济可靠的结构形式。,2022/11/23,武汉大学出版社,工程实例一： 青岛南车集团，2004年4月投资新建了一座轻钢结构生产车间，建筑面积5000平方米。于2004年7月竣工。主体结构采用轻型单跨门式刚架形式，吊车最大起重量为20吨，中级工作制。 为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排水形式。外墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩棉保温隔热层。,2022/11/23,武汉大学出版社,正在建设的门式刚架工程实例,山墙抗风柱,吊车梁,天窗架,2022/11/23,武汉大学出版社,天窗架,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,工程实例二： 青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩国投资建设的2万平方米轻钢结构多层工业厂房。 主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用钢混凝土组合楼板。 屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构屋面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板的缺点。,2022/11/23,武汉大学出版社,正在建设中的多层轻钢结构厂房,2022/11/23,武汉大学出版社,压型钢板外墙板,门式刚架结构的应用情况,1.我国门式刚架设计规程：门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002) 2.应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。,1.1.2 轻型门式刚架的适用范围及截面形式：(1).屋面荷载较小，横向跨度为924m，柱高为4.59m，柱距一般宜取6m、7.5m或9m。(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。(3).当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。,变截面刚架与等截面刚架的对比:柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。柱脚形式: 门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。,刚接柱脚详图,铰接柱脚详图,刚接柱脚门式刚架,铰接柱脚门式刚架,变截面梁,变截面梁、柱,变截面刚架梁,等截面刚架柱,加劲板,地脚螺栓,刚接柱脚工程实例,2022/11/23,武汉大学出版社,刚接与铰接的区别 能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚接柱脚，相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩。 从实际上看，如果锚栓在翼缘的外侧，就是刚接，而且一般不少于四个，如果在翼缘内侧，就是铰接，一般为两个或四个。 这两种柱脚很明显的区别就是对侧移控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，吊车荷载是动力荷载，对侧移比较敏感，而且侧移过大会造成吊车卡轨现象，此时应把柱脚设计成刚接柱脚。,1.1.3 门式刚架的结构体系与布置1.刚架的建筑尺寸和布置 跨度：一般为9-36m 高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取 4.5-9m 柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m 挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.51.2m 温度分区 ：纵向温度区段300m 横向温度区段150m,2.檩条和墙梁的布置 檩条：应等间距布置。在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长(一般200mm)，在天沟附近应布置一道檩条，以便于天沟的固定。确定檩条间距时，应综合考虑屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。,屋面檁条布置实例,屋面檁条布置实例,墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。,墙梁布置实例,3.屋面支撑和刚性系杆的布置原则：( P5 )在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。 在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。 端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,刚性系杆,系杆根据其能否抵抗轴心压力分为刚性系杆和柔性系杆。刚性系杆，基本上只承受轴力压力或拉力。它把力通过支撑系统，传给基础。刚性系杆的作用：传递轴力主要是山墙风压、吊车纵向力。主要是提高结构的整体刚度，使结构发挥空间作用，保证结构的几何稳定性和受压构件的侧向稳定。,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,刚性系杆,如果用檩条做刚性系杆，一般用双檩条(双檩条之间用连接板或螺栓连接，满足刚性系杆的计算要求，不会发生整体或局部失稳等)； 在常规檩条双向受弯以外，增加檩条兼做刚性系杆时承载的轴力。和普通檩条差别：就是多了轴力。 也可以用方钢管等其他材料来做刚性系杆，在钢梁上翼缘设置连接板来连接它（或焊接或螺栓连接均可）。,4.柱间支撑的布置原则：柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取3045m；有吊车时60m当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间。,武汉大学出版社,42,目录,下页,上页,1.2,荷载及作用效应计算,永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。 可变荷载：屋面活荷载 、屋面雪荷载和积灰荷载 吊车荷载 、地震作用 、风荷载。,荷载组合原则：( P7 )屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值； 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑； 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑； 多台吊车的组合应符合荷载规范的规定； 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。,内力计算原则： 根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。,刚架内力和侧移计算( P7 ),侧移计算原则： 变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。 如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整：放大柱或梁的截面尺寸；改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点连接形式。,2022/11/23,武汉大学出版社,武汉大学出版社,47,目录,下页,上页,1.3,构件设计,控制截面的内力组合主要有：最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。 最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。最小轴压力Nmin和相应的M及V ，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。,梁、柱板件的宽厚比限值： 工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：,刚架柱和梁的设计,腹板屈曲后强度利用：( P11) 在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度。 腹板的有效宽度he： 当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性。,有效宽度he取值：( P12 )当腹板全部受压时：当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：,he：腹板受压区有效宽度；：有效宽度系数；hc: 腹板受压区高度。,刚架梁、柱构件的强度计算( P13 )刚架内力分析在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下,刚架弯矩图,刚架荷载计算简图,在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：,荷载计算简图,刚架弯矩图,轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响，所以门式刚架一般按弹性理论设计。 考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。,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符合下列要求： 当 时 当 时 当截面为双轴对称时,工字形截面受弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N 共同作用下的强度应符合下列要求： 当 时 当 时 当截面为双轴对称时,加劲肋稳定性验算按规范规定进行，计算长度 取腹板高度hw，截面取加劲肋全部和其两侧各 宽度范围内的腹板面积，按两端铰 接轴心受压构件进行计算。,变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算:( P14 ) 变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式计算：,对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面，故公式左端第二项的弯矩M1和有效截面模量We1应以大头为准。公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，小头稳定承载力的 小于大头，且刚架柱的最大轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运算比按大头运算安全。,变截面柱在刚架平面内的计算长度h0 截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为 ，式中 为柱的几何高度， 为计算长度系数。 可由下列三种方法确定：查表法（适合于手算）一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上机计算)二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）,查表法,柱脚铰接单跨刚架楔形柱的 可由表1-2查得。柱的线刚度K1和梁的线刚度K2分别按下列公式计算： 表中和式中 、 分别为柱小头和大头的截面惯性矩； 梁最小截面的惯性矩； 半跨斜梁长度； 斜梁换算长度系数，见图1-12。当梁为等截面时 =1。,在图1-12中，1和分别为第一、二楔形段的斜率。,图1-12楔形梁在刚架平面内的换算长度系数,柱脚铰接楔形柱的计算长度系数 ，表12,多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计算长度应取为,式中 放大系数； 计算长度系数，由表1-2查得，但公式(1-36)中的 取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度 ，如图1-13所示； 摇摆柱承受的荷载； 边柱承受的荷载； 摇摆柱高度； 刚架边柱高度。,引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初始侧倾时，不仅框架柱上的荷载Pfi对框架起倾覆作用，摇摆柱上的荷载Pli也同样起倾覆作用。这就是说，图1-13框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应外，还要加上中间摇摆柱荷载效应。因此需要根据比值(Plihli)(Pfihfi)对边柱计算长度做出调整。,图1-13 计算边柱时的斜梁长度,摇摆柱的计算长度系数取1.0。对于屋面坡度大于1：5的情况，在确定刚架柱的计算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响。此时应按刚架的整体弹性稳定分析通过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。,框架有侧移失稳的临界状态和它的侧移刚度有直接关系。框架上的荷载使此刚度逐渐退化，荷载加到一定程度时刚度完全消失，框架随即不能保持稳定。因此框架柱的临界荷载或计算长度可以由侧移刚度得出。当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度K=Hu时，柱计算长度系数可由下列公式计算：,一阶分析法,对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图1-14a),当柱脚铰接时,当柱脚刚接时,中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1-14b),当柱脚铰接时,当柱脚刚接时,图1-14 一阶分析时的柱顶位移,当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-u效应)的二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱，取=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形柱，其计算长度系数可由下列公式计算：,二阶分析法,图1-15 变截面构件的楔率,式中: 构件的楔率； 、 分别为柱小头和大头的截面高度(图1.12)。,变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算( P19 ) 应分段按公式计算： 公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点：截面几何特性按有效截面计算； 考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩取大头截面。,斜梁和隅撑的设计( P20 )斜梁的设计 当斜梁坡度不超过1：5时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承点的间距。当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁下翼缘宽度的 倍。,当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满足下列公式的要求：,隅撑设计 当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧)作为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。,2022/11/23,武汉大学出版社,隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的 倍。隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下式计算：当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取上式计算值的一半。需要注意的是，单面连接的单角钢压杆在计算其稳定性时，不用换算长细比，而是对 f 值乘以相应的折减系数。例题,武汉大学出版社,78,目录,下页,上页,1.4,连接和节点设计,斜梁与柱的连接及斜梁拼接( P28 ) 一般采用高强螺栓端板连接，按刚接节点设计，其形式：,端板竖放,端板斜放,端板平放,（a）端板竖放,（b）端板斜放,（c）端板平放,（d）斜梁拼接,刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接,2022/11/23,武汉大学出版社,高强螺栓计算,验算最不利螺栓的拉力： 横梁与柱在连接处传递的弯矩； 最远一排螺栓至承压点的距离； 螺栓列数； 任意一排螺栓至承压点的距离； 一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。,分析研究表明，外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩作用下，可假定转动中心位于下翼缘中心线上。 上翼缘两侧对称设置4个螺栓时，每个螺栓承受下面公式表达的拉力，并依此确定螺栓直径： 当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时，可以在翼缘内侧增设螺栓。,螺栓排列应符合构造要求，下图的 ， 应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过400mm。,端板的厚度t可根据支承条件按下列公式计算，但不宜小于12mm，和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度。 (a)伸臂类端板 (b)无加劲肋类端板,(c)两边支承类端板当端板外伸时当端板平齐时(d)三边支承类端板,刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度： 当 时，当 时，,在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力：( P30 ),摇摆柱与斜梁的连接构造( P30 )摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图如下：,柱脚形式( P31 ),平板式铰接柱脚,刚接柱脚,一般情况,当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时,平板式铰接柱脚,刚接柱脚,柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007-2010)的规定，锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。 计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数1.0。 锚栓直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽以防松动。 柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受。,柱脚构造详图,铰接柱脚,刚接柱脚,加劲板,加劲板,地脚螺栓,浇入素混凝土保护地脚锚栓,牛 腿( P31 ) 当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿与柱焊接连接，其构造见下图。牛腿根部所受剪力V、弯矩M根据下式确定：,牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据V和M确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度h不宜小于H2。在吊车梁下对应位置应设置支承加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔。高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M1624螺栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊缝均采用焊透的对接焊缝。牛腿腹板与柱的连接采用角焊缝，焊脚尺寸由剪力V确定。,武汉大学出版社,98,目录,下页,上页,1.5,围护构件设计,截面形式,实腹式,格构式,热轧型钢,H型钢,冷弯薄壁型钢,下撑式,平面桁架式,空腹式,1.5.1 檩条设计,实腹式檩条的截面形式,热轧型钢已不用,H型钢,冷弯薄壁型钢,这两种檩条适用于荷载较大的屋面。,适用于压型钢板的轻型屋面,实腹式冷弯薄壁型钢截面在工程中的应用很普遍。其中，卷边槽钢(亦称C形钢)檩条适用于屋面坡度i13的情况。直卷边和斜卷边Z形檩条适用于屋面坡度i13的情况。斜卷边Z形钢存放时可叠层堆放，占地少。做成连续梁檩条时，构造上也很简单。,适用于屋面坡度1/3,适用于屋面坡度1/3,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,用于屋面的C型檩条,1.2永久荷载+1.4max屋面均布活荷载，雪荷载；,1.2永久荷载+1.4施工检修集中荷载换算值。 当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响 时，还应进行下式的荷载组合：,1.0永久荷载+1.4风吸力荷载。,檩条的荷载和荷载组合,设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下，沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用，属于双向受弯构件（与一般受弯构件不同）。在进行内力分析时，首先要把均布荷载分解为沿截面形心主轴方向的荷载分量qx 、qy。,檩条的内力分析,C型檩条在荷载作用下计算简图如下： q表示垂直向下重力荷载；为屋面坡度,当屋面坡度i1/3时，qx值较小，檩条近似为单向受弯构件。,当=时 q = qy qx = 0,当屋面坡度： i1/3 檩条近似为沿x主轴方向单向受弯。,Z型檩条在荷载作用下计算简图如下： 为Z型檩条两个主轴的夹角；为屋面坡度。,当跨中设置一道拉条时檩条的计算简图及内力,简支梁的跨中弯矩对x轴:,连续梁的支座及跨间弯矩对y轴：,檩条的内力计算表,强度计算 按双向受弯构件计算 当屋面能阻止檩条的失稳和扭转时，可按下列强度公式验算截面： 、 对截面x轴和y轴的弯矩； 、 对两个形心主轴的有效净截面模量,檩条的截面验算 强度、整体稳定、变形,檩条在最大弯矩 、 作用下引起截面正应力符号如下图所示（正号表示拉应力，负号表示压应力）。,截面1.2.3.4点正应力计算公式如下：,（最大压应力）,（最大拉应力）,整体稳定计算 当屋面不能阻止檩条的侧向失稳和扭转时(如采用扣合式屋面板时)，应按稳定公式验算截面： 、 对两个形心主轴的有效截面模量； 梁的整体稳定系数，按规范规定计算。,变形计算实腹式檩条应验算垂直于屋面方向的挠度。对卷边槽形截面的两端简支檩条： 对Z形截面的两端简支檩条 ：,容许挠度v按下表取值,檩条的容许挠度限值,当檩条跨度大于4m时，应在檩条间跨中位置设置拉条。当檩条跨度大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条。拉条的作用是防止檩条侧向变形和扭转并且提供x轴方向的中间支点。此中间支点的力需要传到刚度较大的构件。为此，需要在屋脊或檐口处设置斜拉条和刚性撑杆。,檩条的构造要求( P37 ),拉条和撑杆的布置,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,撑杆,斜拉条,拉条,隅撑,屋面横向水平支撑,拉条,檩条,屋面拉条布置,当风吸力超过屋面永久荷载时，横向力的指向相反。此时Z形钢檀条的斜拉条需要设置在屋脊处，而卷边槽钢檩条则需设在屋檐处。因此，为了兼顾两种情况，在风荷载大的地区或是在屋檐和屋脊处都设置斜拉条，或是把横拉条和斜拉条都做成可以既承拉力又承压力的刚性杆。,拉条通常用圆钢做成，圆钢直径不宜小于10mm。圆钢拉条可设在距檩条上翼缘13腹板高度范围内。当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面宜用自攻螺钉直接与檩条连接，拉条宜设在下翼缘附近。为了兼顾无风和有风两种情况，可在上、下翼缘附近交替布置。,拉条、撑杆与檩条的连接见图所示，斜拉条可弯折，也可不弯折。前一种方法要求弯折的直线长度不超过15mm;后一种方法则需要通过斜垫板或角钢与檩条连接。,屋架横向水平支撑与刚架梁连接节点构造,连接角钢,实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，檩托可用角钢和钢板做成，檩条与檩托的连接螺栓不应少于2个，并沿檩条高度方向布置，见下图。设置檩托的目的是为了阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性。,2022/11/23,武汉大学出版社,当采用扣合式屋面板时，拉条的设置根据檩条的稳定计算确定。 刚性撑杆可采用钢管、方钢或角钢做 成，通常按压杆的刚度要求选择截面: 200,拉条的计算,跨中设一道拉条 L6米,跨中设二道拉条 L6米,拉条为檩条的平面外支承点，因此拉条所受拉力即为檩条承受的水平荷载。拉条支承处支座反力为： 当檩条跨中设一道拉条时： 当檩条跨间三分点处设二道拉条时：,拉条所需要的截面面积计算公式： 拉条净截面面积； 钢材设计强度。,2022/11/23,武汉大学出版社,墙架结构布置图,1.5.2 墙梁设计( P38 ),墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、以及墙面板等组成。拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递的风荷载。墙梁的截面主要是C型和Z型两种冷弯薄壁型钢截面形式。,墙梁,岩棉保温材料,墙梁支架,墙梁,墙梁,窗洞支架,2022/11/23,武汉大学出版社,墙皮柱与墙面檩条节点,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,2022/11/23,武汉大学出版社,通常墙梁的最大刚度平面在水平方向（槽口方向向下），墙梁主要承担水平风荷载。,风荷载,风荷载,双侧挂板,单侧挂板,墙梁的构造要求,墙梁槽口的朝向应视具体情况而定：槽口向上，便于连接，但容易积灰积水，钢材易锈蚀；槽口向下，不易积灰积水，但连接不便。墙梁的间距取决于墙板的材料强度、尺寸、所受荷载的大小等，一般墙梁的间距取11.5米左右，遇有窗口位置等情况作特殊处理。,荷载 1.竖向荷载墙板自重和墙梁自重 2.水平荷载风荷载荷载组合 1.竖向荷载水平风压力荷载（迎风） 2.竖向荷载水平风吸力荷载（背风）,墙梁荷载,墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷载未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产生的双弯矩B（单侧挂墙板）。在竖向荷载 作用下，墙梁产生弯矩 ，拉条作为一个支承点，按连续梁计算，如下图所示。,墙梁内力计算,在水平风荷载 作用下（迎风或背风），墙梁产生弯矩的计算简图：,当墙梁双侧挂墙板（图a），且墙板与墙梁牢固连接时，墙梁受荷不会发生扭转，此时双弯矩B0；当墙梁单侧挂墙板时（图b），由于竖向荷载和水平风载均不通过墙梁中心A，且单侧挂墙板不能有效阻止墙梁的扭转，此时墙梁将产生双弯矩B。,跨中最大双弯扭力矩为： 其中： B的计算系数； 计算截面双向荷载对弯曲中心的合扭 矩，以绕弯曲中心逆时针方向为正； 墙梁跨度。,在 、 、 、B作用下，截面各点应力符号如下图所示。“”表示拉应力，“”表示压应力。,首先根据墙梁跨度、荷载和拉条设置情况，初选墙梁截面，然后对墙梁截面进行验算。截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，整体稳定验算以及刚度验算。,墙梁截面验算,正应力验算 对主轴x的有效净截面抵抗矩 对主轴y的有效净截面抵抗矩 截面的毛截面扇性抵抗矩。,剪应力验算,-钢材的抗剪设计强度； -墙梁在x、y方向承担的剪力最大值； -墙梁沿x、y方向的计算高度； -墙梁壁厚。,整体稳定验算,对于单侧挂墙板的墙梁在背风风载时，尚需计算其整体稳定性。 单向弯矩 作用下墙梁的整体稳定 系数。,刚度验算,分别验算墙梁在竖向和水平方向的最大挠度均不大于墙梁的容许挠度，即： 墙梁的容许挠度。,
