钢结构
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荷载组合
钢规3.1.5:按承载能力极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的基本组合,必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。
按正常使用极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的标准组合 条文说明:对钢与混凝土组合梁,尚应考虑准永久组合。
材料
高钢规4.1.2-4:承重构件所用钢材的质量等级不宜低于B级;抗震等级为二级及以上的高层民用建筑钢结构,其框架梁、柱和抗侧力支撑等主要抗侧力构件钢材的质量等级不宜低于C级
螺栓
普通螺栓
分为A、B、C三个等级 ,主要用C级
A、B级:性能等级有5.6级和8.8级
C级:性能等级有4.6级和4.8级
一般仅用于临时安装固定,檩条连接
高强螺栓
分为承压型和摩擦型,摩擦型可承受动力荷载;承压型连接的承载力高于摩擦型,但剪切变形大,不得用于承受动力荷载的结构。
性能等级有8.8级和10.9级
高钢规8.1.6:高层民用建筑钢结构承重构件的螺栓连接,应采用高强度螺栓摩擦型连接。考虑罕遇地震时连接滑移,螺栓杆与孔壁接触,极限承载力按承压型连接计算。
抗拉承载力设计值:N=0.8P,预拉力P值 详钢规11.4.2-2
地脚螺栓节点
参考《钢结构连接节点设计手册》第二版 Q235钢、Q345钢锚栓选用表9-75
柱脚抗剪键的设置
钢规12.7.4:柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力,此水平反力由底板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受,即
YJK需在参数设置中自行选择抗剪键形式和埋深
螺纹处有效截面面积Ae
M16 | M18 | M20 | M22 | M24 | M27 | M30 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
有效de(mm) | 14.13 | 15.66 | 17.65 | 19.65 | 21.19 | 24.19 | 26.72 |
Ae | 156.7 | 192.5 | 244.8 | 303.4 | 352.5 | 459.4 | 560.6 |
构件的计算长度 / 容许长细比
类型 | << | 取值/规范 |
---|---|---|
钢桁架 | 无节点板桁架弦杆和单系腹杆 | 构件的几何长度 |
^^ | 有节点板桁架弦杆和单系腹杆 | 钢规 表7.4.1-1 |
^^ | 钢管桁架结构 | 钢规 表7.4.1-2 |
^^ | 桁架弦杆等分为两段且轴力不同 | 钢规 7.4.3 |
^^ | 桁架交叉腹杆 | 钢规 7.4.2 |
单层或多层框架等截面柱 | 无支撑纯框架平面内一阶 | 钢规 8.3.1、附录E.0.2 |
^^ | 无支撑纯框架平面内二阶 | 每层柱顶附加水平力Hni 详5.2.1-2 |
^^ | 有支撑纯框架平面内 | 钢规 8.3.1、附录E.0.1 |
^^ | 平面外 | 钢规 8.3.5 |
单层厂房框架下端刚性固定的阶形柱 | 单阶柱平面内 | 钢规 8.3.3-1 |
^^ | 双阶柱平面内 | 钢规 8.3.3-2 |
^^ | 平面外 | 钢规 8.3.5 |
单层厂房框架下端刚性固定的带牛腿的等截面柱 | << | 钢规 8.3.2 |
框架柱的计算长度
单层或多层框架等截面柱 按 钢规8.3.1
无支撑框架计算长度系数 查表 钢规附录E
单层厂房框架下端刚性固定的阶形柱 按 钢规8.3.2
线刚度=I/L
长细比λ = 计算长度l0 / 回转半径i
按高规7.2.2计算,对于双轴对称或极对称的构件:
受压构件的容许长细比(非门式刚架,钢规7.4.6)
受拉构件的容许长细比(非门式刚架,钢规7.4.7)
厂房柱间支撑杆件的容许长细比(抗规 9.1.23)
焊接
焊接方法及材料
手工焊时HPB300级钢筋、Q235-B钢采用E43xx型焊条,HRB335、HRB400、Q345-B采用E50xx型焊条, HRB500钢筋与HRB500钢筋及HRB400钢筋互焊时,应采用E5515或E5516型焊条,钢筋与钢材焊接随钢筋定焊条。
对于直接承受动力荷载且需验算疲劳的结构,应选取低氢型焊条并配以相应焊剂,Q235选E4315、E4316,Q345选E5015、E5016
焊缝
单面连接的单角钢和无垫板的单面施焊的对接焊缝,强度需进行折减,见钢规 3.4.2
焊缝质量等级
钢规 7.1.1:焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况,按下述原则分别选用不同的质量等级:
1 在需要进行疲劳计算的构件中,凡对接焊缝均应焊透,其质量等级为:1) 作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝,受拉时应为一级,受压时应为二级;2) 作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。
2 不需要计算疲劳的构件中,凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透,其质量等级当受拉时应不低于二级,受压时宜为二级。
3 重级工作制和起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝均要求焊透,焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝,其质量等级不应低于二级。
4 不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝,以及搭接连接采用的角焊缝,其质量等级为:1)对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁,焊缝的外观质量标准应符合二级;2)对其他结构,焊缝的外观质量标准可为三级。
焊缝强度设计值(钢规3.4.1-3)
焊缝检测
超声波、射线探伤
焊缝质量等级 | << | 一级 | 二级 | 符合标准 |
---|---|---|---|---|
内部缺陷超声波探伤 | 评定等级 | Ⅱ级 | Ⅲ级 | 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》(GB11345) |
^^ | 检验等级 | B级 | B级 | ^^ |
^^ | 探伤比例 | 100% | 20% | ^^ |
内部缺陷射线探伤 | 评定等级 | Ⅱ级 | Ⅲ级 | 《钢熔化焊对接接头射线照相和质量等级》(GB3323) |
^^ | 检验等级 | AB级 | AB级 | ^^ |
^^ | 探伤比例 | 100% | 20% | ^^ |
多层钢框架
焊缝类别 | 质量等级 | 检测方法 | 探伤比例 |
---|---|---|---|
全熔透焊缝 | 二级 | 超声波或射线 | 20% |
部分熔透焊缝 | 三级 | << | |
角焊缝 | 三级 | << |
高层钢框架
焊缝类别 | 质量等级 | 检测方法 | 探伤比例 | |
---|---|---|---|---|
全熔透焊缝 | 加工厂原材拼接接长焊缝;现场安装焊缝(梁翼缘与柱连接;柱拼接焊缝);箱型柱壁板间组合焊缝及焊接H型钢柱腹板与翼缘之间焊缝(柱节点及上下600mm范围、接头上下各100mm范围);板厚不小于16mm的梁腹板(连接板)与柱的焊缝;悬挑梁根部翼缘腹板与支座的焊缝;钢柱与底板间焊缝(外露式柱脚);其他部位受拉的对接焊缝和T形对接焊缝 | 一级 | 超声波或射线 | 100% |
^^ | 其余部位 | 二级 | 超声波或射线 | 20% |
部分熔透焊缝 | 三级(外观质量二级) | << | << | |
角焊缝 | 三级(外观质量二级) | << | << |
角钢角焊缝内力分配
双面角焊缝内力分配
肢尖N1=K1N 肢背N2=K2N N为合力
角钢类型 | << | 肢尖K1 | 肢背K2 |
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等边角钢 | << | 0.3 | 0.7 |
不等边角钢 | 长肢相并 | 0.35 | 0.65 |
^^ | 短肢相并 | 0.25 | 0.75 |
三面围焊角焊缝
端部N3=0.7βfhflw3ff 肢尖N1=K1N-0.5N3 肢背N2=K2N-0.5N3
失稳和屈曲的区别
屈曲是指在微小的干扰下杆件发生的变形。那么你这样想,我有一块板,四面简支,在两侧加荷载,在荷载的作用下板会怎样?当荷载加到一定值时如果有侧向干扰板会向一侧鼓出去,这个“鼓出去”就表明了构件屈曲,但是我们说鼓出去后这个构件依旧是稳定的,为什么呢?因为这个时候我的荷载可以继续增加(如果是失稳的我的荷载时加不上去的,比如材料力学里面的欧拉杆),所以这样的情况就属于构件屈曲但是是稳定的屈曲。在结构稳定理论中叫第三类稳定问题,又叫“稳定的后屈曲性能”。
屈曲是一种变形状态, 看起来像是弯曲。
失稳是一种运动状态, (或者运动状态变化, 平衡状态变化)
节点板计算
高规7.5.1、7.5.2:强度验算
高规7.5.3、7.5.4:稳定性验算
不计算梁的整体稳定的情况
高规4.2:①有铺板(各种钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时;②H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度l1,与其宽度b1之比不超过表4.2.1所规定的数值时;③不符合4.2.1条1款情况的箱形截面简支梁,其截面尺寸(图4.2.4)应满足h/b0≤6,l1/b0≤95(235/fy),符合上述规定的箱形截面简支梁,可不计算整体稳定性。
加劲肋设置原则
钢规4.3.2:梁腹板加劲肋的布置
钢规8.4.3:格构式柱或大型实腹式柱,在受有较大水平力处和运送单元的端部应设置横隔,横隔的间距不得大于柱截面长边尺寸的9倍和8m。
缀板柱采用钢板横隔,缀条柱采用角钢横隔,实腹柱采用横向加劲肋
支座反力较大时,应计算梁端支承加劲肋的焊缝和平面外稳定性,见钢规4.3.7
单层工业厂房纵向设计
荷载
恒载:屋面板及天沟传递到柱顶的集中力
活载:屋面活载传递到柱顶的集中力
吊车纵向刹车力(注意中柱有两台吊车)
山墙传给柱顶的风荷载(左风体型系数:左山墙0.8、右山墙0.5;柱底刚接取总风载的3/8,柱底铰接取总风载的1/2;女儿墙风载全计入)
重力荷载代表值:山墙(加在两端)Gs=0.5Gwt,纵墙(加在每根柱顶)Gs=0.7Gwl,吊车桥架(加在某柱的吊车梁与柱交点)Gs=0.5Gwt+0.7Gwl
自振周期
①按抗规附录K估算周期
②软件中周期折减系数取1,得到软件计算的基本周期
③周期折减系数=估算周期 / 软件计算周期
结构计算
- 50t以内吊车荷载一般不起控制作用,多由风载控制;
- 采用外围护砖墙时,多由地震作用控制;
- 算结果尽量让柱间支撑承受大部分水平力,避免柱配筋过大,可以通过加大柱撑杆件截面和道数来实现;
- 支撑以下柱子配筋过大时:①当基础埋深小于2m且吊车吨位小于15吨时,不设压梁,仅对±0以下柱子加强或加设柱墩;②否则设置±0以下混凝土压梁、人字撑或者交叉支撑;
- 柱子平面外配筋按文本给出的实际计算结果配置,面外纵筋配筋率满足0.2%;
- 型钢支撑忽略压杆的卸载作用,定义为单拉杆计算;
- 压型钢板外墙的门刚可忽略地震作用,采用PKPM中的支撑计算模块 计算风载和吊车荷载下的作用;
- 支撑施工图可参照柱间支撑图集或用PKPM钢结构工具箱绘制;
- 高大柱,不论是混凝土柱还是钢柱,均可通过增设上下之间支撑及相应通长系杆来减小柱的平面外计算长度;
- 混凝土柱子一般不存在稳定问题,吊车梁能够作为纵向系杆;对于吨位小、吊车梁偏心也较小的H型钢柱,吊车梁也可以作为纵向系杆,否则应计算柱的扭转并单独设置约束柱内外翼缘的支撑;
- 一般排架单层和不小于5吨的门式刚架应采用型钢支撑。
门式刚架
门刚规1.0.2:适用于房屋高度不大于18m,房屋高宽比小于1,承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1~A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层钢结构房屋
屋面雪荷载应采用100年重现期的雪压(荷规7.1.2)
加腋梁作为变截面梁分段输入,两端不应铰接
门式刚架梁柱连接节点端板厚度应≥16mm,端板与刚架柱翼缘和斜梁翼缘的连接应采用全熔透对接焊,焊缝质量等级为二级;端板与刚架构件腹板的连接应采用角对接组合焊缝或与腹板等强的角焊缝
轴心受拉构件
主要是屋面水平支撑及柱间支撑的拉杆、直拉条、斜拉条。
轴心受压构件
主要是摇摆柱、系杆、屋面水平支撑和柱间支撑的压杆、隅撑、檩条撑杆。
摇摆柱、系杆、隅撑、檩条撑杆为两端铰接的轴心受压构件,其计算长度为几何长度,双向相同,所以构件尽量选用双轴对称截面,摇摆柱可以是宽翼缘H型钢、方钢管或圆钢管;系杆一般为管钢管、双拼角钢;隅撑为单角钢;檩条撑杆为圆管套圆钢。
屋面水平支撑和柱间支撑为两端铰接的轴心受压构件,其平面内的计算长度取斜杆节间距离,平面外的计算长度取斜杆全长。因平面内外计算长度不同,相应的惯性矩要求也不同。屋面水平支撑一般为单角钢或长肢背相连双角钢,柱间支撑为角钢格构式双拼,长肢在面内方向。
当需要减小轴心受压构件的计算长度时,作为减小轴心受压构件面外失稳侧移的系杆需通过其剪心,否则效率降低,应另行细算。
受弯构件
主要是屋面梁,抗风柱、吊车梁、檩条、墙梁、墙柱。
屋面梁一般为H型钢,上下翼缘兼有可能受压,其上翼缘的支撑为水平支撑与系杆结合的静定结构,水平支撑开间以外的其他开间系杆可由檩条替代,该支撑水平面内刚度很大,可以作为不动点,当水平支撑间距大时,可减小间距,支撑角度满足30~60度,或者中间交叉点增设一道压杆,参见《轻型钢结构设计》第329页图11-5。;其下翼缘的支撑一般可由隅撑檩条组合提供,檩条兼做系杆使用,可以考虑同时约束上下翼缘,但此时应计算隅撑的承载力及其对檩条的作用力,且檩条应与两侧水平支撑相连。当钢梁翼缘面积很大时,可采用上下独立的水平支撑系统。
抗风柱一般为H型钢,两端简支,也可以作为边榀钢梁的竖向支撑,按压弯构件设计。
吊车梁一般为H型钢,两端简支,上翼缘受压,可比下翼缘做得更宽。一般吊车梁平面外计算长度取全长,当采用制动板或者制动梁时,可与制动结构共同分析。
檩条、墙梁、墙柱,一般采用C型钢简支梁,跨度大时也可以采用支座区域Z型钢搭接的连续檩条,此时上下翼缘兼有受压区。檩条一般为稳定控制,故需要合理设置受压翼缘支撑。一般设置靠近上翼缘的拉条,约束受压上翼缘,减小上翼缘的面外计算长度,下翼缘面外计算长度取总长;当檩条截面大时可以设下翼缘拉条,拉条的端部必须有设置斜拉条形成端部不动点;门窗洞口两侧的竖直檩条可以认为是墙梁内外翼缘的拉条和撑杆。墙梁受压翼缘侧与彩钢板采用自攻螺丝固定,可考虑对该侧翼缘有效约束,当然墙板端部必须为不动点。
压弯构件
主要是刚架柱、跨内带屋脊的屋面梁。
压弯构件平面外计算长度取受压翼缘侧向支撑点之间的距离。
对于吊车吨位大,柱截面大的钢柱,其内外翼缘兼有可能受压,柱间支撑及系杆一般做成角钢格构式双拼,分别支撑柱的内外翼缘;因柱截面一般较大,隅撑檩条组合不作为柱的受压翼缘有效支撑。
查看陈绍蕃《钢结构稳定设计指南》P224和《钢结构设计原理》P148,为减小压杆计算一半长度,①对十字形这种抗扭刚度较弱的压杆,必须验算抗扭转屈曲临界应力是否小于计算长度为一半的弯曲屈曲临界力。②对H型钢这种抗扭刚度较好的压杆,当支撑偏心不大,增大其刚度仍然可减小一半计算长度,反之在偏心过大时,即使增大支撑刚度(比如吊车梁),也无法使压杆计算长度减少一半。H型钢的侧向支撑轴线在翼缘上时,通长不能减小一半计算长度。但依然能起到减小计算长度的作用。
容许长细比
门式刚架厂房支撑布置
屋面横向水平支撑和柱间支撑宜同时布置在房屋温度区段端部第一开间或第二开间。当无法布置在同一跨间时,可布置在相邻跨间,有一定搭接区。
屋面横向水平支撑布置在第二开间时,第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置应布置刚性系杆
参考依据
《建筑抗震设计规范》第9.1、9.2节的支撑部分;
《钢结构设计规范》P215P223;
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS第6.1.4,6.1.6条;
《冷弯薄壁型钢》第50、51、57页;
《钢结构计算手册》第113、552、460~466、477页;
《轻型钢结构设计指南》第324页 第11章 支撑;
陈绍蕃《钢结构稳定设计指南》P224和《钢结构设计原理》P148等;
《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》第66页支撑系统设计;
柱脚
门刚规5.1.4:宜按铰接支承设计
有吊车时宜设计为刚接
柱腹板节点域加强
性能化设计
抗规方法 附录M:
对于钢构件、钢管混凝土构件,软件不区分正截面、斜截面设计的荷载组合,均按斜截面设计要求进行荷载组合。
高规方法 3.11:
按《高钢规》规定,材料强度按《高钢规》取值,软件不区分正截面、斜截面设计的荷载组合,均按斜截面设计要求进行荷载组合;软件不区分是否屈服验算,均按不屈服项进行验算
高钢规 | 性能水准1 | << | 性能水准2 | << | 性能水准3 | << | 性能水准4 | << | 性能水准5 | << |
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^^ | 荷载组合 | 材料强度 | 荷载组合 | 材料强度 | 荷载组合 | 材料强度 | 荷载组合 | 材料强度 | 荷载组合 | 材料强度 |
耗能构件 | 基本组合 | 设计值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 |
普通构件 | 基本组合 | 设计值 | 基本组合 | 设计值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 |
关键构件 | 基本组合 | 设计值 | 基本组合 | 设计值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 | 标准组合 | 标准值 |