钢结构构件
11 钢结构构件
本章预备知识
本章知识结构
本章内容
11.3.2 屋架支撑
支撑是屋盖结构中不可少的重要构件,其主要作用是增加屋盖结构的空间刚度、保证结构几何不变和稳定性,以及传递作用于屋盖的水平力。根据支撑设置的部位不同有上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、屋架垂直支撑和系杆等。当有天窗时,还应注意天窗架间支撑。
1.上弦横向支撑一般布置在房屋的两端和温度缝的两侧开间,间距控制在50~60m,超过后中间增设一道或几道。位于两榀屋架之间的上弦杆斜平面内。当房屋较长时,每隔离50~60米再增加一道。其作用减小上弦计算长度(平面外),与屋架组成空间体系,保证屋架上弦的稳定性。(图11-16)
2.下弦横向水平支撑一般布置在上弦横向水平支撑的同一开间。当屋架下弦有悬挂设备或下弦弯折的屋架或山墙抗风柱支承于屋架下弦时,必须设置。(图11-17)
3.下弦纵向水平支撑一般都布置在屋架的两端部节间,与屋架下弦横向水平支撑组成封闭的水平支撑系统。当厂房振动较大或有托架时必须设置。
4.屋架垂直支撑布置在屋架之间,并与上下弦横向水平支撑在同一开间。在梯形屋架两端支座处也应布置。当横向水平支撑相隔较远时,可每隔4~5榀屋架设置。屋架垂直支撑的主要作用是保证屋架的稳定和承受纵向水平力。屋架垂直支撑可设计成平行弦桁架。
5.系杆一般设置在屋架上下弦节点之间,沿房屋长度方向统长布置,以保证无横向支撑的各屋架的稳定。当屋架上弦已有檩条或大型屋面板时,一般可不再设上弦系杆。系杆可用角钢组成。
图11-16 上弦横向支撑
图11-17 下弦横向支撑
本章小结
本章介绍了轴心受力构件柱的截面形式与构造要求,着重讲述了轴心受拉构件的强度计算和轴心受压构件的强度计算、整体稳定性和局部稳定性的计算;讲述了抗弯构件梁的抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度等强度计算和梁的刚度、整体稳定、局部稳定的计算;讲述了实腹式轴心受压构件截面设计和验算。介绍了格构式轴心受压构件截面设计和验算,加劲肋的构造要求。
本章简要介绍了常用的钢屋架形式、屋架杆件的受力特点及屋架节点。钢屋架主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架、多边形屋架等形式。屋架的上弦杆一般为受压杆件,下弦杆一般为受拉杆件,腹杆为轴心受力杆件。
12 门式轻型钢结构
本章预备知识:
本章知识结构:
本章内容:
12.1 结构布置和材料选用
12.1.1 结构组成及特点
12.1.1.1结构组成
图12-1 轻型门式刚架的组成
图12-1所示各部件组成能协同工作的、稳定的整体,它们可分成四大部分:
主结构——刚架,吊车梁;
次结构——檩条,墙架柱(及抗风柱),墙梁;
支撑结构——屋盖支撑,柱间支撑,系杆;
围护结构——屋面(屋面板、采光板、通风器等),墙面(墙板、门、窗)。
12.1.1.2传力途径
屋面和墙面承受风、雪等结构荷载的作用,并将这些荷载传到次结构上。次结构(屋面檩条及墙面墙梁等)接受由屋面及墙面传来的荷载,并将其均匀地传到刚架梁、柱上,同时对刚架梁、柱提供有效的侧向约束。吊车梁承受吊车传来的竖向及水平荷载,并将其传给刚架。刚架承受风、雪、吊车荷载及其他荷载并将其传递到建筑基础上。支撑结构以及屋面、墙面为整个建筑提供了整体性。
对于轻钢房屋,必须着重强调风荷载的作用。风荷载垂直作用于屋面,可以是风压力,亦可以是风吸力。当考虑风吸力作用时,屋面板与檩条的连接必须牢固,特别是屋面四个角部以及檐口处。对于刚架,必须重视柱与基础的连接,考虑风荷载的上拔力来设计锚栓,同时充分考虑风荷载在柱脚处产生的水平反力。
12.1.1.3轻型门式刚架的特点
1.允许刚架构件腹板失稳,利用腹板屈曲后强度,腹板高厚比可做得较大,使腹板厚度显著减薄。加之屋面很轻,从而刚架构件可以做得很轻。
2.采用压型钢板轻型屋面和墙面,其本身重量既轻亦使支承它的结构也轻。由于屋面压型钢板的蒙皮作用,可提高刚架结构的整体刚度,有效减小结构的实际位移。
3.刚架采用变截面,基本上按弯矩图形的变化以及施工方便来改变腹板高度和厚度以及翼缘尺寸,充分做到材尽其用。
4.刚架的侧向刚度用隅撑来保证,由于隅撑用料很少,其间距可以做得较小,因而刚架构件的翼缘宽度亦可做得小,而腹板高厚比可加大,从而进一步节省材料。
5.由于刚架构件轻,可以采用平板柱脚以及考虑这种平板柱脚对刚架柱的嵌固作用,支撑也可以做得很轻便。
6.结构构件可全部在工厂制作,工业化程度高。
7.构件单元之间用端板连接,延性好;加之自重轻以及屋面蒙皮作用,对抗震有利。 由于上述特点,这种结构体系用钢省,造价低,制作简便,安装快捷,施工周期短,商品化程度高,而且适用性广,造型美观,在建筑市场上具有很强的竞争力。但亦因其轻,对于风载较大或者房屋较高时,必须特别注意风载作用下的连接设计与施工。
12.1.2 结构布置
12.1.2.1平面布置
门式刚架的跨度取横向刚架柱间的距离,跨度宜为9~36m,宜以3m为模数。
轻型门式刚架的结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。 考虑到温度效应,轻型门式刚架结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m,横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时,应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱,或设置次结构及檩条的可调节构造来实现。
12.1.2.2檩条和墙梁的布置
屋面檩条一般应等间距布置。但在屋脊处,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(一般小于
侧墙墙梁的布置,应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。
12.1.2.3支撑布置
支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。布置的主要原则如下:
1.柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内,形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。支撑桁架的直杆和单斜杆应采用刚性系杆,交叉斜杆可采用柔性构件。刚性系杆是指圆管、H形截面、Z形或C形冷弯薄壁截面等;柔性构件是指圆钢、拉索等只受拉截面。柔性拉杆必须施加预张力,以抵消由于自重作用引起的下垂。
2.支撑的间距一般为30~40m,不应大于60m。
3.支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间。当布置在第二个开间时,第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。
4.45º的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载,当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时,应考虑设置双层柱间支撑。
5.门式刚架柱顶、屋脊等转折处应设置刚性系杆。在支撑桁架节点处应沿结构纵向设置通长的刚性系杆。
6.轻型门式刚架结构中的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作,檩条刚度或承载力不足时设置附加系杆。
除了结构设计中必须正确设置支撑体系,以确保其整体稳定性之外,还必须注意结构安
装过程中的整体稳定性。安装时应该首先构建稳定的区格单元,然后逐榀将平面刚架连接于稳定单元上,直至完成全部结构。在稳定的区格单元形成前,必须施加临时支撑固定已安装的刚架部分。
12.1.3 材料选用
钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢,以及冷弯成型的薄壁型钢等。钢材选用的原则是既能使结构安全可靠地满足使用要求,又尽量节约结构钢材和降低造价。一般而言,轻型门式刚架设计中钢材的选择应考虑以下几方面:
1.结构类型及其重要性:结构可分为重要、一般和次要三类。重级工作制吊车梁和特别重要的轻型钢结构主结构及次结构构件属于重要结构,普通轻型钢结构厂房的主结构梁柱和次结构构件属于一般结构,而辅助结构中的楼梯、平台、栏杆等属于次要结构。重要结构可选用Q345钢或Q235-C或D,一般结构可选用Q235-B,次要结构可选用Q235-B·F。
2.荷载性质:荷载可分为静力荷载和动力荷载两种。动力荷载又有经常满载和不经常满载的区别。直接承受动力荷载的结构一般采用Q235-B、Q235-C、Q235-D及Q345钢。对于环境温度高于-20℃、起重量p
3.工作温度:应根据结构工作温度选择结构的质量等级。例如,工作温度低于-20℃时,宜选用Q235-C或Q235-D;高于-20℃时,可选用Q235-B。
12.2 轻钢结构设计一般原则
12.2.1 设计方法
1.基本方法
我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)采用了极限状态设计法。
2. 门式刚架极限状态设计
轻型门式刚架结构除了满足结构的承载能力极限状态(即γ0S≤R)以外,尚需通过验算结构的变形来确保位移满足相应的容许值,通过限制构件的长细比来确保结构和构件不产生振动。 轻型钢结构的位移指标有柱顶侧移和梁柱构件相对变形两项。位移验算的一般公式为:ω≤[ω];构件长细比验算的一般公式为:λ≤[λ]。
12.2.2荷载及其组合
1.荷载
(1)恒载(G) 风载(W) 吊车(C)等按现行《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用。
(2)活载:包括屋面均布活载、检修集中荷载(M)、积灰荷载(D)、雪荷载等。其中,《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定均布活载的标准值(按投影面积算)取0.5kN/m2;检修集中荷载标准值取1.0kN或实际值;积灰荷载与雪荷载按现行《建筑结构荷载规范》的规定采用。均布活荷载与雪荷载不同时考虑,取其中较大值(记为L)计算,积灰荷载与雪荷载、均布活载中的较大值同时考虑,检修荷载只与结构自重荷载同时考虑。
2.荷载组合
荷载效应的组合一般应遵从《荷载规范》的规定。针对门式刚架的特点,《规程》给出下列组合原则:
(1)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;
(2)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;
(3)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;
(4)多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定;
(5)当需要考虑地震作用时,风荷载不与地震作用同时考虑。
在进行刚架内力分析时,所需考虑的荷载效应组合主要有:
(1)1.2×永久荷载+0.9×1.4×[积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}]+0.9×1.4×(风荷载+吊车竖向及水平荷载);
(2)1.0×永久荷载+1.4×风荷载
组合(1)用于截面强度和构件稳定性计算,组合(2)用于锚栓抗拉计算。
12.2.3 刚架内力与侧移
1.刚架的内力计算
对于变截面门式刚架,应采用弹性分析方法确定各种内力。进行内力分析时,通常把刚架当作平面结构对待,一般不考虑蒙皮效应,只是把它当作安全储备。
变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)编制程序上机计算。当需要手算校核时,可采用一般结构力学方法(如力法、位移法、弯矩分配法等)或利用静力计算的公式、图表进行。
2.刚架变形计算
钢结构的自重轻、材料承载能力高的特点,在许多情况下使得位移成了设计的控制条件。建筑物是由钢骨架、支撑系统及蒙皮组成的共同体,要计算各个组成部分共同工作状态下结构的变形是很困难的,通常只有通过实测得到,设计者能控制的通常只有主刚架的变形。 在门式刚架轻钢结构技术规程中,规定在风荷载标准值的作用下,单层门式刚架轻钢结构柱顶的位移和构件挠度的限值见表12一l,受弯构件的挠度与跨度比限值见表12-2。
12.3 门式轻型刚架主要节点和构件的构造
12.3.1 节点的构造
1.梁、柱连接节点的构造
门式刚架梁与柱的工地连接,常用螺栓端板连接,它是在构件端部截面上焊接平板 (端板与梁柱的焊接要求等强,多采用熔透焊)并以螺栓与另一构件的端板相连的一种节点形式,其连接形式分为端板平放、竖放、斜放三种基本形式(图12-5)。每种形式又可分为端板平齐式及端板外伸式两种连接方法(图12-6)。
图12-5梁柱连接形式
图12-6端板连接形式
梁柱连接节点的构造应符合下列规定:
(1)连接应按所受最大内力设计。当内力较小时,应按能够承受不小于较小被连接截 面承载力的一半设计。
(2)刚架构件的连接应采用高强度螺栓,吊车梁与制动梁的连接宜采用摩擦型高强度螺 栓连接。吊车梁与刚架连接的螺栓孔宜设长圆孔。高强度螺栓直径可根据需要选用,通常采 用M16~M24螺栓。檩条和墙梁与刚架横梁和柱的连接通常采用M10或M12普通螺栓。
(3)板连接螺栓应成对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置,并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近,为此,应采用将
端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。同时应在节点板
外伸部分设置加劲肋(图12-7),使靠近受拉翼缘两侧螺栓受
力均匀,接近一致。螺栓拉力的分布建议按图12-7中情况
考虑,其中要求端板厚度不宜小于螺栓直径。当螺栓群间的
力臂足够大(例如在端板斜置时)或受力较小时 (例如某些横
梁拼接),也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的
端板平齐式连接。
图12-7 端板外伸式节点的连接形式
(4)螺栓中心至翼缘板表面的距离,应满足拧紧螺栓时的施工要求,不宜小于35 mm。螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。
(5)在门式刚架中,受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设一排螺栓尚不能满足承载力要求时,可在翼缘内侧增设螺栓(图12-7),其间距可取75 mm,且不小于3倍螺栓孔径。
(6)与横梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度(图12-8),当端板上两对螺栓间的最大距离大于400 mm时,应在端板的中部增设一对螺栓。
(7)同时受拉和受剪的螺栓,应验算螺栓在拉剪共同作用下强度。
(8)端板的厚度可根据支承条件(图12-9)计算,但不宜小于12 mm。
(9)刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接,应采用全熔透对接焊缝,
图12-8端板竖放时构造 图12-9端板支承构造
2.刚架柱脚节点构造
(1)铰接柱脚及刚接柱脚一般构造(图12-10)所示。铰接柱脚采用低锚栓直接锚固柱底板,可承受柱底剪力,同时也具有一定的抗弯能力以保证柱在安装过程中的稳定;当刚接柱脚为带有一定高度柱靴高锚栓构造时,锚栓不能承受剪力,应由板底与混凝土之间的摩擦力承受,当剪力大于静摩擦力时,应设置专门的抗剪件。当埋置深度受限制时,锚栓应牢固。
(a)一对锚栓铰接柱脚 (b)两对锚栓铰接柱脚 (c)带加劲肋刚接柱脚 (d)带靴梁刚接柱脚
图12-10 门式刚架柱脚型式
(2)柱脚底板厚度i应按底板下作用的反力及几何尺寸等计算决定,一般不宜小于16 mm;柱与底板的连接焊缝一般应比柱身焊缝加厚1~2级。
(3)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)的规定,锚栓端部应设置弯钩或锚板。锚栓的直径不宜小于24mm,且应采用双螺帽。
计算有柱间支撑的柱脚锚栓在风荷载作用下的上拔力时,应计人柱间支撑产生的竖向最大分力,且不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响,恒载分项系数应取1.0。 柱脚底板的锚栓孔径,宜取锚栓直径加5~l0mm;锚栓垫板的锚栓孔径,取锚栓直径加2mm;锚栓垫板的厚度通常取与底板厚度相同。
锚栓的数目常采用2个或4个,同时尚应与钢柱的截面形式、截面的大小以及安装要求相协调。
在埋设锚栓时,一般宜采用锚栓固定架,以保证锚栓位置的准确。在柱子安装校正完毕后,应将锚栓垫板与柱底板焊牢,焊脚尺寸不宜小于l0mm。
锚栓直径一般不宜小于24 mm,并由计算确定。锚栓的螺帽应采用双螺帽等防松措施。
12.3.2 支撑的构造要求
轻钢实腹式屋盖梁的屋盖横向水平支撑可仅设在靠近上翼缘处,交叉支撑可采用圆钢,按拉杆设计;柱间圆钢支撑可设在靠近柱子的外翼缘处,利用墙面墙梁和墙面蒙皮刚度,便于圆钢支撑张紧。对于中柱则设在柱子腹板中部,此时需考虑腹板连接处的局部刚度。对于张紧的拉杆,不用考虑长细比限值,否则,按长细比A≤400考虑,对于按压杆设计的支撑,长细比λ≥220。
2f=170N/mm 圆钢支撑的设计验算应扣除螺纹部分,采用有效截面计算,设计强度取。
冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018—2002的强制性条文规定“当支撑采用圆钢时,
必须具有拉紧装置”,圆钢支撑可采用花篮螺栓张紧,见图12-12所示。花篮螺栓不可直接选用非建筑用的铸钢材料制成品,应选用45号钢或其他有强度保证的类似材料制作。圆钢端头与构件槽孔连接不应采用角钢作垫块,为使连接方便,受力良好,圆钢端部应采用带卡槽的山形楔块或焊接山形垫块见图12-12所示,带卡槽山形楔块可选用球墨类铸钢材料,焊接山形垫块应选用可焊性好的建筑用钢材。
图12-12圆钢支撑配件
(a)六角形花篮螺栓;(b)带卡槽的山形楔块;(c)焊接山形垫块
圆钢支撑直接连于柱子靠近外翼缘或屋盖梁靠近上翼缘的腹板处,应考虑腹板的强度、刚度是否会产生局部屈陷。可采用局部加强的办法解决局部屈陷问题,见图12-13所示。浙江杭萧钢构股份有限公司参考国外的技术资料,设置局部加强板的规定如表12-3; 如果支撑孔开在腹板的中心处,则应考虑在支撑的一侧加焊一块横向加劲肋,见图 12-14所示。
图12-13支撑孔局部加强 图12-14支撑孔附近采用加劲肋
不设加强板的条件 表12-3
1.支撑孔应靠近翼缘板,否则应考虑设置腹板加劲肋,见图2.6.4-3所示; 说明:
2.如不满足表12-3的条件,则应在孔的背面加焊垫板,垫板尺寸可参考表中数值,厚度取6~10mm。
圆钢交叉支撑在有吊车运行或风荷载作用时会出现振动,甚至两支撑相撞击,宜在支撑的交叉中心处将两支撑绑扎在一起,或设置挂钩挂于檩条上或檩条之间的扁担上,可消除振
动产生的撞击,扁担可以用C型冷弯薄壁型钢连在相邻的檩条上,见图12-15所示。
图12-15 挂支撑的扁担
当吊车吨位大于5t时,应考虑吊车梁以下的柱间支撑采用角钢支撑,此时角钢的长细比应满足λ≤300。若吊车吨位大,柱子截面高度大于600mm,宜采用格构式双肢角钢或槽钢分别连于柱子的内、外翼缘处,见图12-16所示。缀条的布置,应使构件满足分肢的长细比λ1,小于最大长细比λmax的0.7倍;斜缀条与构件轴线夹角以45。左右为佳。对于小型的格构式支撑可仅设横向缀板,不设斜缀条。
有吊车梁的建筑柱问支撑分层设置时,宜以吊车梁兼做纵向系杆,此时吊
车梁端部应设置角部隅撑连于柱子外翼缘处,一是克服柱子在吊车纵向水平力作用下发生 扭转,二是使吊车梁更符合纵向系杆的受力条件,见图12-17所示。
图12-16双肢柱柱间支撑 图12-17吊车梁加隅撑连于柱子外翼缘处
12.3.3檩条构造要求
1.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。此中问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。当檩条用卷边槽钢时,横向力指向下方,斜拉条应如图12-18(a)、(b)所示布置。当檩条为Z形钢而横向荷载向上时,斜拉条应布置于屋檐处(图12-18 c)。以上论述适用于没有风荷载和屋面风吸力小于重力荷载的情况。
图12-18拉条和撑杆的布置
当风吸力超过屋面永久荷载时,横向力的指向和图12-18相反。此时Z形钢檩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1/3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。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[λ]≤200来选择截面。
拉条、撑杆与檩条的连接见图12-19。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。
图12-19拉条与檩条的连接
2.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,见图12-20。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。
图12-20檩条
与刚架的连接
3.槽形和Z形檩条上翼缘的肢尖(或卷边)
应朝向屋脊方向,以减少荷载偏心引起的
扭矩。4.计算檩条时,不能把隅撑作为檩
条的支承点。
12.3.4压型钢板的构造规定
1.压型钢板腹板与翼缘水平面之间的夹角不宜小于45º。
2.压型钢板宜采用长尺寸板材,以减少板长度方向的搭接。
3.压型钢板长度方向的搭接端必须与支撑构件(如檩条、墙梁等)有可靠的连接,搭接部位应设置防水密封胶带,搭接长度不宜小于限值:
4.屋面压型钢板侧向可采用搭接式、扣合式或咬合式等不同连接方式(图12-21)。
12.3.5墙梁构造形式
轻钢结构已有一套较为成熟的围护结构体系,墙面板板面内的刚度和连接方式可以对被连接的墙梁翼缘构成侧向约束,利用这个特性可以得到经济合理的墙梁设计,这是墙梁设计的一个新特点,有别于过去传统设计计算模式。
钢结构中墙梁一般采用C型和Z型冷弯薄壁型钢,它对卷边的角度规定以及Z型墙梁上下翼缘不等宽的考虑与檩条相同。
对于普通墙梁,可考虑做成Z型嵌套搭接连续墙梁,对于兼做窗框、门框的墙梁,为了得到一个平整的框洞,应采用C型截面,对于大的门框,可采用双C型截面以获得较大的刚度,见图12-22所示。对于通长的条形窗,C型墙梁兼做窗框时,应加焊连接片以便在墙梁腹板处采用螺栓连接和拉条连接而不影响窗框的安装,见图12-23所示。
墙面板的自重不宜由墙梁来承受,应使其下端直接支承在地面上或矮的砖墙上,以使墙梁不会发生下挠,特别是窗台处的墙梁,如有下挠产生积水造成防渗漏的困难。如墙面板下端不能直接支承在地面上或砖墙上,则应利用拉条来支承其重量,见图12-24所示。
墙梁的受力主要是承受墙面板传来的风压力和风吸力,对于简支墙梁,在风压力作用下,外翼缘受压,但外翼缘有墙面板提供侧向的约束,不会失稳,在风吸力作用下,内翼缘的稳定性验算可参照第七章第四节计算。当有内衬板直接连在内翼缘时,则无需验算内翼缘的稳定性。对于连续Z型墙梁,内翼缘的稳定性按反弯点之间的受压区段计算。
对于无内衬板的墙梁,仍应在靠近内翼缘处设置拉条系统,以提高墙梁在风吸力作用下的稳定承载能力,拉条的设置数量和方法与屋盖拉条相同,在墙面的顶部应设置斜拉条和撑杆,见图12-25所示。
为了克服墙梁在安装施工中产生下挠,在安装墙面板之前,应考虑设置临时木撑支承墙梁,见图12-25所示,待墙面板固定好之后,再拆移临时木撑。
本章小结
本章内容包括轻型门式刚架结构的整体布置、各类构件的计算和节点连接的构造和计算,这些内容综合地反映钢结构设计的下列普遍原则:
(1)保证结构的整体性
门式刚架属于平面结构,它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定整体。结构只有组成空间稳定整体,才能承担各种荷载和其他外在效应。不同构件之间的相互依存,反映结构整体性的另一方面。屋面板为檩条提供约束,使它不致失稳。檩条又为框架梁的受压下翼缘提供约束。中柱做成摇摆柱后,它所承受的荷载对边柱稳定有影响,需要后者承担其侧向效应。总之,设计结构时要有整体概念。
(2)设计者必须明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应,有关
构件如何既分工又协同工作。它们的强度和稳定性如何满足,力的传递过程中导致何种变形,应如何考虑变形的效应和加以控制。
(3)设计必须体现计算和构造的一致性。设计为刚性连接的节点,实际构造应该符合刚性节点的要求,否则将产生不利的后果。如果实际上达不到要求,则应在计算中作必要的修正。