5、门式钢架

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第二篇大跨度建筑屋盖结构平面结构体系：梁——桁架——拱——悬索空间结构：薄壳结构——薄膜结构——网架结构——悬索结构——网壳结构网架不仅应用于大面积的厂房，还应用于高层建筑楼盖结构。 第五章门式刚架结构水建学院土木系 一、门式刚架的组成门式刚架结构：通常是指由直线形杆件通过刚性节点连接起来的结构。在建筑工程中，习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则常称为框架。因单层单跨刚架具有“门”字型的外形之故，习称门式刚架。第一节门式刚架的结构特点和适用范围 门式刚架、薄腹梁、桁架、拱结构都同属平面结构体系。不过，薄腹梁、桁架、拱是与柱子铰接的，而门式刚架的横梁是与柱子刚性连接的。由于刚性连接的缘故，横梁弯矩比铰接情况下的弯矩得以减少，故门式刚架能够适用于较大的跨度，在结构上与框架同属一类结构问题，不过在大跨度建筑屋盖上的应用，主要就是“门式刚架”这种型式。门式刚架的优点是：杆件较少，制作方便，而且结构内部空间较大，便于利用，所以它广泛用于工业厂房和体育馆、礼堂、食堂等建筑上。钢筋混凝土门式刚架跨度可达40m左右，最适宜18m左右。由于门式刚架刚度较差，受荷后产生挠度，故用于工业厂房时，吊车起重量不宜超过10t。二、门式刚架的特点与适用范围 缺点：门式刚架刚度较差，受荷载后产生挠度。用于工业厂房时，吊车起重量不能过大。与拱结构相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不能充分发挥作用，这就造成了刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。 第二节门式刚架的类型与构造一、门式刚架的受力特点梁和柱整体刚性连接，受力时相互约束，因而刚度得到提高。二、门式刚架类型按其结构组成和构造的不同，可以分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种形式。 1、约束条件对结构内力的影响2、梁柱线刚度比对结构内力的影响3、刚架的高跨比对结构内力的影响4、结构构造对结构内力的影响5、温度变化对结构内力的影响6、支座移动对结构内力的影响三、影响门式刚架结构内力的因素 四、门式刚架结构的经济指标刚架形式刚架用料基础用料总材料用量钢（kg）混凝土（m3)钢（kg）混凝土（m3)钢（kg）混凝土（m3)无铰3643.0068.04.284327.28两铰3652.9835.00.874003.76三铰3802.4235.00.874153.29 五、门式刚架的构造1、门式刚架外形有水平横梁式和折线横梁式两种，它的选择主要服从建筑排水和建筑造型的考虑。刚架之间是以纵梁及板整体连接（即屋盖相当于一肋形屋盖，刚架的横梁相当于肋形楼盖的主梁）。 2、支座构造根据支座的构造，刚架分铰接与刚接两种。铰接时刚架横梁弯矩较大，梁截面大些，柱一般做成变截面，基础较小。固接时刚架横梁截面较小，柱为不变断面而基础较大。选择支座构造，这不仅是经济上的考虑，土壤条件更是一个重要的因素。当土壤的压缩性为可塑或不可靠时，铰接支座比固接好，因为支座有任何位移时，固接刚架的内力比铰接刚架的影响大得多。铰接刚架柱截面向上逐渐增大，目的是与弯矩的变化相适应。 3、刚架的建筑尺寸刚架的纵向柱距一般6m，横向跨度以米为单位取整数，一般为3m的整倍数，如24m，27m，30m以至更大的跨度。其跨度由工艺条件所确定，而部分决定于经济的考虑。4、高跨比门式刚架的跨度与柱高的比例问题，即高跨比了，从结构观点看，由于柱高的减少将使推力增大，从推力线来看，对三铰门架来说，最好的形式是高度大于跨度；但对两铰门架来说，由于跨中弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为合理的了。总的来说，高跨比h/H=0.75是比较合理的。 5、刚架的配筋 钢刚架结构钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。①实腹式：无铰或双铰，横梁的高度L/12~L/40，可设拉杆和施加预应力；跨度L=50~60m ②格构式：双铰式，当L>100m时可为无铰式，还可做成折线形；L较小时采用换算刚度，按实腹式框架求内力；L较大时按杆件的多次超静定体系求解内力。 钢筋混凝土刚架构件的截面形式一般为矩形，也可采用工字形截面。特点：钢筋砼刚架结构 为了提高结构刚度，减小杆件截面，可采用预应力混凝土刚架特点第三节预应力刚架结构 单层刚架的构造和布置一、单层刚架结构外形多样：单跨、多跨、高低跨；单坡、双坡，陡坡、缓坡屋面，等截面、变截面、加腋，实腹、空腹、格构梁柱大跨：柱距6~18m，跨度15~72m； 二、刚架节点的连接构造1、钢刚架节点的连接构造2、混凝土刚架节点的连接构造 三、刚架铰节点的构造刚架铰节点包括三铰刚架中的顶铰及支座铰。铰节点的构造应满足力学中的完全铰的受力要求，即应保证节点能传递竖向压力及水平推力、但不能传递弯矩。 四、刚架结构的支撑系统 单层刚架的设计与应用实例③支撑：柱间支撑、屋面支撑，墙面支撑，保证稳定，减小计算长度；④屋面和上柱支撑设在端部，下柱设在中部；一、单层刚架的设计1、结构布置①纵向长度可达200m，不用设伸缩缝（螺栓连接）；②纵向构件应保证空间稳定性：檩条，墙梁，吊车梁，支撑； 2、结构设计要点按平面有侧移刚架计算，线弹性分析；利用支撑和围护结构提高空间整体稳定性；工字形实腹焊接截面，腹板高厚比较大；考虑屈曲后强度，按有效截面计算； 3、主要研究方向①变截面构件的稳定性②刚架整体稳定性③蒙皮效应④冷弯薄壁型钢结构 72m跨度刚架（机库）二、应用实例72m跨度刚架（机库） 专题：轻型门式刚架结构设计轻钢门式刚架是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸小，房屋高度相应降低，减轻了建筑体积和重量。构件可以在工厂批量生产，工地安装用高强螺栓连接，简便而迅速，施工期短。同时，门式刚架造型简洁美观，在房屋建筑中可适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和各类公共建筑。 1、建筑特点（1）轻型化：屋盖及墙体均为压型钢板，以减轻建筑自重；（2）吊车吨位：A1~A5工作级别的桥式吊车20t；悬挂式起重机3t。（3）常用跨度：1830m，高度4.5~9m。规程规定跨度可作到36m。 2、结构特点（1）主体结构采用门式刚架，刚架可以是单跨、双跨或多跨，还可带附跨。 （2）采用变化构件截面的手段以适应弯矩变化是门式刚架轻型化的技术措施之一。柱脚常用铰接（当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。 （3）刚架间距一般6m左右，亦可采用7.5~9m，间距太大将增加檩条的用钢量。温度区段长度：纵向300m；横向150m。当不超过以上数值时，一般情况下可不考虑温度应力和温度变形的影响。柱间支撑的纵向水平刚度较单独柱大得多（约10～20倍），故厂房纵向温度变形的不动点接近于柱间支撑的中点（有两道柱间支撑时，为两支撑距离的中点）。 新规范增加：“当有计算依据时，温度区段长度可适当加大”，是考虑到影响温度区段长度限值的因素较多，在规范中无法逐一反映，让设计人员根据具体情况考虑增减。当温度区段长度超过规范规定的数值时，应进行温度应力的计算或设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的两种做法：a.在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔；b.设置双柱。此外，吊车梁与柱的连接宜采用长圆孔。 （4）刚架斜梁的坡度取决于屋面排水坡度，一般i=1/8~1/20。减小构件腹板厚度，一般腹板壁厚在4~10mm，（4mm是规程规定的下限），主要利用腹板截面的屈曲后强度。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002推荐采用Q235、Q345钢材。 （5）檩条采用冷弯薄壁型钢，截面一般为C型钢或Z型钢（坡度较大时，可以做到主轴与地面平行）。檩条壁厚一般1.5~3.0mm，1.5mm为规范规定的下限。（6）支撑体系：必须设屋盖支撑系统和柱间支撑系统。屋盖支撑布置在温度区段的两端或端部第二开间（此时第一开间设刚性系杆）。柱间支撑设在与屋盖支撑相同的柱间，无吊车时，间距一般30~45m，不大于60m。有吊车时柱间支撑宜设在温度区段中部。