钢结构门式刚架设计――托梁及屋面单梁的计算

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2018-02-06 17:15:17

一、伸缩缝处理

材料在温度变化时发生膨胀或收缩的性能是以线膨胀系数为指标,该指标具体是指当温度每上升1℃时 ,每单位长度的物体的增量。当物体膨胀或收缩的自由运动方向受到限制时,物体中便产生了应力。这些因温度变化而产生的应力是拉力还是压力,取决于被约束的物体是正在膨胀还是正在收缩。如果在构件的设计中,这些附加应力未被考虑,构件或连接在使用过程中就可能发生损坏。因此必须沿结构每隔一定长度设置伸缩缝,来吸收在结构使用过程中由于温度变化产生的累积变形。根据计算得到的温度变化产生的累计变形来确定伸缩缝的间距或伸缩狭缝扣件的类型,从而确保结构能自由伸缩。

图 1 双刚架伸缩缝和椭圆长空单刚架伸缩逢

为了释放纵向热应力,一种简单但比较昂贵的处理办法是在伸缩缝处采用双刚架,如图1左图所示,刚架的间距以保证柱脚底板不相碰为依据。以双刚架为界,结构两边各自具有独立的檩条、支撑和维护板系统,其中屋面板和墙面板使用可伸缩的连接件相连。在纵向伸缩缝处需要设置防火墙的情况下,这种处理方法是必须的。

另一种释放纵向残余热应力的方法较为经济,具体办法是:在伸缩缝处只设置一榀刚架,而在伸缩缝处的檩条上,设置椭圆长孔来吸收该点的热位移,如图10921×K×△T)-1]70(有空调的建筑物),K既使通过上述公式算得的建筑物允许最大长度远远超过180米,在应用时建筑物的允许最大长度最好不要超过180米,因为当建筑物的长度很大时,当温度变化较大,上部结构将发生很大的伸缩变形,而基础以下还固定于原来的位置,这种变形会使柱梁等构件产生很大的内力,严重的可使其断裂甚至破坏。一般规定的温度缝之间的最大间距在180米到220米之间。

建筑横向的宽度超过100米时,和纵向一样需要考虑温差伸缩应力。在不设施温度缝的情况下,在刚架计算中,需要把温度变化作为一种工况计算由于温差引起的建筑物的内力变化和伸缩变形,纵向板材连接同样需要设置允许伸缩的扣件以释放热应力。

二、 托梁及屋面单梁设计

当某榀框架柱因为建筑净空需要被抽除时,托梁通常横跨在相邻的两榀框架柱之间,支承已抽柱位置上的中间那榀框架上的斜梁。托梁是一种仅承受竖向荷载的结构构件,一般按照简支量模型设计,按照位置分为边跨托梁和跨中托梁,如图 2,图 3。

在外墙处,当沿建筑物纵向要设置大于10M的大开间时,需要设置托梁。在厂房仓库中,当经常要移动大型设备,或使装卸材料的挂车能自由进出而要求设置大开间时,有时必须设置托梁。采用托梁后的开间,其间距可达20m。

在多跨厂房或仓库内部,当为了满足建筑净空间要求而必须抽去一个或多个内部柱子时,托梁常放置在柱顶。当大梁直接搁置在托梁顶部时,需要额外添加隅撑为托梁下翼缘提供面外的支撑。

钢托梁可以是通常的工型组合截面梁或楔形组合截面梁,楔形组合截面梁可以是平顶斜底也可以是平底斜顶,当然,托梁也可以采用其他合适的截面形式的梁或桁架。搁在托梁顶部的斜梁和标准刚架斜梁的边界约束条件有所改变,由原先的刚接变为铰接,必要时需要重新对梁进行复核。

图 2 边跨托梁构造

图3

图 4 中跨托梁构造

图5 单梁与混凝土柱连接构造

在混凝土结构上部搭建的钢结构屋面系统称为屋面钢结构。这种钢结构包括屋面梁、檩条、屋面支撑和屋面板。和全钢结构系统比较,当跨度较大时,单独的屋面钢结构是不经济的,因为该系统把大部分内力集中到跨中,而不是象全钢结构系统那样把内力均匀的传递到各个构件中。

屋面钢结构的大梁搁置在混凝土柱顶的预埋钢板上,并通过埋在混凝土中的锚栓固定。柱一般不能承受较大的水平推力,因此设计时允许梁的一端支座可以做水平滑移,在构造上可以通过开长的椭圆空来实现,如图5。当跨度较小时,可以使用平底面变截面构件,如图6a所示;但当跨度教大时,这种截面形式会造成跨中截面高度过高而使材料浪费,可以采用人字梁形式,如图6b所示。

图6

在下部结构可以承担一定的水平推力的情况下,两端支座不允许滑动,通过底板的摩擦力传递水平力到下部结构,这种情况下人字梁就类似于一个拱结构,轴力代替弯矩起控制作用,这时截面可以为等截面,大梁的用钢量可以得到节省,如图7

图8

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