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门式刚架结构设计要综合考虑各种因素
浏览: 发布日期:2019-02-02
  在门式刚架结构设计中,要综合考虑各种因素、各个环节的影响,合理选用荷载、结构构件、结构布置,以使设计更经济、可靠和合理。
  
  一、门式刚架结构的特点
  
  钢结构一般分为普通钢结构和轻钢结构,它们之间并无明显的界限。其计算规则都是一样的。所谓轻钢结构,一般是结构荷载较小,结构杆件也较小,构件壁厚较薄的一类结构,一般采用门式钢架、屋架和网架为主要承重结构。正因为轻钢结构上作用的荷载较小,所以,使得结构效应产生的内力一般较小,这就使得结构的强度往往不成问题,而由于构件断面较小,截面惯性距较小,使得结构的刚度也随着减小,结构的整体和局部稳定成为在设计中必须引起重视的主要问题。这就是轻钢结构自己的特点。了解了这个特点,我们就可以采取相应的措施,比如可以采用增加支撑和拉条,以满足杆件的长细比要求,增设加劲肋以满足构件的局部稳定等。
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  二、门式刚架结构支撑结构的概述及特点
  
  1、门式刚架结构支撑结构的概述
  
  (1) 门式刚架轻钢结构形式 轻钢门式刚架的结构形式多样,主要有以下几种:单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的刚架等。
  
  (2) 门式刚架轻钢结构典型优势 门式刚架轻钢结构属轻型钢结构的一种类型,其结构体系,简言之,是由门式刚架为承重结构,配套轻型屋盖和墙体围护结构,以及相应的支撑系统所组成的结构体系。
  
  2、门式刚架结构支撑的特点
  
  门式刚架轻型房屋,其结构一般由主骨架和支撑系统构成,支撑结构包括:1)墙架;2)檩条等;支撑系统包括:1)刚架柱之间的垂直支承;2)刚架梁之间的水平支撑;3)刚性系杆、拉条;4)隅撑等。
  
  三、檩条的设计
  
  1、檩条作用:承担屋面荷载,并将其传给刚架。檩条还通过螺栓与每榀刚架连接起来,与墙架梁一起与刚架形成空间结构。
  
  2、檩条的形式:实腹式檩条、空腹式檩条、格构式檩条。
  
  3、截面高度的确定:实腹式檩条的截面高度H,一般取跨度的1/35~l/50;桁架式檩条的截面高度H,一般取跨度的1/12~1/20。
  门式刚架结构设计图纸
  4、截面宽度的确定:实腹式檩条的截面宽度B,由截面高度H 所选的型钢规格确定,空间桁架式檩条上弦的总宽度B,取截面总高度的1/1.5~1/2.0。
  
  5、檩条荷载:1)恒荷载,屋面材料重量、支撑及檩条结构自重;2)活荷载,屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载和风荷载,当采用压型钢板轻型屋面时,屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取0.50KN/m2。
  
  6、檩条的布置、连接与构造
  
  檩条在屋架(刚架)上的布置和搁置:1)为使屋架上弦杆不产生弯距,檩条宜位于屋架上弦节点处,当采用内天沟时,边檩应尽量靠近天沟;2)实腹式檩条的截面均宜垂直于屋面坡面,对槽钢和z 型钢檩条,宜将上翼缘肢尖(或卷边)朝向屋脊方向,以减小屋面荷载偏心而引起的扭距;3)桁架式檩条的上弦杆宜垂直于屋架上弦杆,而腹杆和下弦杆宜垂直于地面;4)脊檩方案:一般应采用双檩方案,屋脊檩条可采用槽钢、角钢或圆钢市目连。
  
  7、檩条的拉条和撑竿
  
  1)拉条的设置:檩条的拉条设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关,对于侧向刚度较大的轻型H 型钢钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条,为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转,保证其整体稳定性,一般需在檩条间设置拉条,作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m 时,可按计算要求确定是否需要设置拉条;当屋面坡度i>1/10,檩条跨度>4 时,宜在檩条的跨中位置设置一道拉条;当跨度>6m 时,宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑竿,在檐口处还应设置斜拉条和撑竿。拉条的直径为8一12mm,根据荷载和檩距大小取用。
  
  2)撑竿的设置:檩条撑竿的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑竿的长细比按压杆要求入≤220,可采用钢管、方管或角钢做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法,它的构造简单。撑竿处应同时设置斜拉条。
  
  3)拉条和撑竿的连接:斜拉条与檩条腹板的连接处一般应予弯折,弯折的直段长度不宜过大,以免受力后发生局部弯曲。斜拉条弯折点距腹板边距宜为10~15mm,如条件许可,斜拉条可不弯折,而采用斜垫板或角钢连接。
  
  三、屋面支撑与柱间支撑的确定
  
  1、屋面支撑
  
  屋面支撑受力较小,杆件截面通常可按容许长细比来选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计,可采用单角钢;非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计,可采用双角钢组成十字形或T 形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时,杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时,可假定在水平荷载作用下,交叉斜杆中的压杆退出工作,仅由拉杆受力。
  
  2、柱间支撑
  
  对厂房来说:分为上层支撑和下层支撑上层支撑计算时,为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力,支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢,较大时通常采用角钢或槽钢。交叉斜杆常按拉杆设计,但为了提高厂房的纵向刚度,当吊车较大时,应按压杆设计。
  
  四、隅撑的作用与设置
  
  隅撑的作用主要是阻止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。 隅撑之所以要设,是因为刚架斜梁的受力的变化。在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下,一般的梁受力是上翼缘受压,下翼缘受拉,这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳定提供了可靠的支撑。所以一般情况下梁的平面外计算长度取两倍的檩条间距。上翼缘的稳定可以保证。
  
  但是在受到风吸力荷载作用时时,下翼缘受压,上翼缘受拉,这样下翼缘的稳定性没有可靠的平面外支撑,因此在梁的下翼缘上加设隅撑给钢梁的下翼缘提供支撑。隅撑一边与梁的下翼缘连接,一边与檩条连接。隅撑的做法可以详见门式刚架的规范。研究表明,门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大的翼缘屈曲引起的,而斜梁下翼缘与刚架柱的相交处压应力最大,是结构的关键部位。本规程规定,“在檐口位置,刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处应各设置一道隅撑”,就是为了确保该处的稳定性。此外,还规定在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑,其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16(235/f3)1/2 倍。该规定便于执行,也便于施工质量检查。若翼缘宽度较窄,理所当然地应使隅撑间距减小。规程还特别规定,当斜梁下翼缘不设隅撑时,应采取保证刚架稳定的可靠措施,如设置刚性撑杆或加大截面等。这就较好地保证了结构的安全。
  
  门式刚架轻钢结构是我国钢结构房屋中比较成熟的体系之一,由于建筑、工艺等对结构的要求,各种抽柱情况出现在实际工程应用中,只有在实践工作中积累经验,才能更好更合理地处理门式刚架结构支撑结构设计中存在的问题。

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