【正文】 。 如 ： Q345B—— 屈服強度345N/mm2， B 級鎮(zhèn)靜鋼； Q390D—— 屈服強度390N/mm2， D 級特殊鎮(zhèn)靜鋼； Q345C—— 屈服強度345N/mm2， C 級特殊鎮(zhèn)靜鋼； Q390A—— 屈服強度390N/mm2， A 級鎮(zhèn)靜鋼。時沖擊功 Ak≥ 34J（縱向）。 A 級無沖擊功要求； B 級要求提供 20C176。 b Q215 A F、 b、 Z B Q235 A F、 b、 Z B C Z D TZ Q255 A Z B Q275 —— Z （ 2） 低合金結構鋼 低合金鋼是在碳素結構鋼中添加一種或幾種少量的合金元素（鋼內(nèi)各合金元素的總含量小于 5%），從而提高其強度、耐腐蝕性、耐磨性或低溫沖擊韌性。碳素結構鋼的牌號和表示方式見表 21所示。按鋼材質(zhì)量，碳素結構鋼可分為 A、 B、 C、 D 四個等級， 由A 到 D 表示質(zhì)量由低到高 。其中，輕型鋼結構一般采用碳素結構鋼和低合金結構鋼。 除了結構設計中必須正確設置支撐體系以確保其整體穩(wěn)定性之外，還必須注意結構安裝過程中的整體穩(wěn)定性。支撐桁架的直桿和單斜桿應采用剛性系桿，交叉斜桿可采用柔性構件。當建筑尺寸超過時，應設置溫度伸縮縫?？v向風荷載通過屋面和墻面支撐傳遞到基礎上。屋面檁條和墻面檁條既是圍護 材料的支承結構，又為主結構梁柱提供了部分側(cè)向支撐作用，構成了輕型鋼建筑的次結構。 34 第二章 輕型門式鋼剛架設計的基本理論 第一節(jié) 結構布置和材料選用 一、結構組成 輕型門式鋼剛架的結構體系包括以下組成部分： （ 1）主結構：橫向剛架（包括中部和端部剛架）、樓面梁、托梁、支撐體系等； （ 2）次結構：屋面檁條和墻面檁條等； （ 3）圍護結構：屋面板和墻板； （ 4）輔助結構：樓梯、平臺、扶欄等； （ 5）基礎。屋面板和墻面板起整個結構的圍護和封閉作用，由于蒙皮效應事實上也增加了輕型鋼建筑的整體剛度。 二、結構布置 輕型門式鋼剛架的跨度和柱距主要根據(jù)工藝和建筑要求確定。溫度伸縮縫可通過設置雙柱，或設置次結構及檁條的可調(diào)節(jié)構造來實現(xiàn)。剛性系桿是指圓管、 H 型截面、 Z 或 C型冷彎薄壁截面等，柔性構件是指圓鋼、拉索等只受拉截面。安裝時應該首先構建穩(wěn)定的區(qū)格單元，然后逐榀將平面剛架連接于穩(wěn)定單元上直至完成全部結構。 （ 1） 碳素結構鋼 按含碳量的大小，碳素結構鋼可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。 不同質(zhì)量等級對沖擊韌性（夏比 V 型缺口試驗）的要求有區(qū)別。 表 21 碳素結構鋼的表示方法 牌號 質(zhì)量等級 脫氧方法 說明 Q195 —— F、 b、 Z 鋼材牌號由代表屈服點的字母 Q、屈服點、質(zhì)量等級和脫氧方法四個部分順序組成。低合金結構鋼的含碳量一般較低（少于 %），以便于鋼材的加工和焊接。時沖擊功 Ak≥ 34J（縱向）； C 級要求提供 0C176。不同質(zhì)量等級對碳、硫、磷、鋁的含量的要求也有區(qū)別。 B Q345 A TZ、 Z B C D E Q390 A TZ、 Z B C D E Q420 A TZ、 Z B C D E Q460 C TZ D E 碳素結構鋼用于一般受彎構件可以充分利用鋼材的強度，而撓度和穩(wěn)定的潛力很難充分發(fā)揮；而低合金結構鋼構件的強度、撓度和穩(wěn)定三個主 要控制指標較易均衡地得以發(fā)展，同碳素結構鋼相比可以節(jié)約20%左右的鋼材用量。 厚鋼板主要用于焊接梁柱構件的腹板和翼緣及節(jié)點板，薄鋼板主要用于制造冷彎薄壁型鋼，扁鋼可作為 節(jié)點板和連接板等。薄壁型鋼的壁厚一般為 — 5mm，但承重構件的壁厚不宜小于 2mm。一般而言，輕型鋼結構設計中鋼材的選擇應考慮以下方面： （ 1） 結構類型及其重要性 結構可分為重要、一般和次要三類。 （ 2）荷載性質(zhì) 荷載可分為靜力荷載和動力荷載兩種，動力荷載又有經(jīng)常滿載和不經(jīng)常滿載的區(qū) 別。 F。容許應力設計 法是建立在經(jīng)驗和近似假定基礎上的設計方法。 極限狀態(tài)設計法 是基于這樣的認識：不同類型的荷載，如恒載、活載、風載、地震等，具有不同的分布規(guī)律，并且其超載概率也不同。其中，結構構件的強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗算屬于 承載能力極限狀態(tài)的范疇；結構及其構件的位移和剛度驗算屬于正常使用極限狀態(tài)的范疇。 （ 21） 上式中， 0g 為結構重要性系數(shù)； S 為最不利的荷載效應組合值； R 為結構的抗力。 輕型鋼結構各個構件和各個連接節(jié)點都必須滿足式（ 21）。位移驗算的一般公式為： 38 []ww163。由于輕型鋼結構較柔，在很多情況下構件截面是由位移控制的。結構位移不能引起屋脊線的明顯撓曲； （ 5）不能導致維修時屋面的扭曲運動； （ 6）風荷載作用下結構不產(chǎn)生過度扭曲運動及吱嘎有聲； （ 7）不致影響和危及懸掛于剛架梁上吊車的正常運行； （ 8）不致影響和危及軌道吊車的正常運行； （ 9）不能導致內(nèi)外磚墻的開裂破壞。均布活荷載與雪荷載不同時考慮，取其中較大值 (記為 L)計算；積灰荷載與雪和均布活載中的較大值同時考慮；檢修荷載只與結構自重荷載同時考慮； （ 3）風載 (W)：現(xiàn)行《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》 (CECS102:2020)[3]對于風荷載的取用是以GB500092020為基礎的，關于風荷載體形系數(shù)是按照美國金 屬房屋制造商協(xié)會 MBMA《低層房屋體系手冊》（ 1996）中有關小坡度房屋的規(guī)定取用的； （ 4）溫度 (T)：按實際環(huán)境溫差考慮； （ 5）吊車 (C)：按 GB500092020的規(guī)定取用，但吊車的組合一般不超過兩臺； （ 6）地震作用 (E)：按 GB500092020的規(guī)定取用，不與風荷載作用同時考慮。 G 、 L 、 D 、 M 、 W 等表示荷載的標準值。 （ 8） G+L+。忽略結構柱腳與基礎之間連接的彈性剛度后可以得到理想的鉸接或剛接的結構支座條件。這時，屋面板承受剪力，起深梁的腹板的作用。對于坡 頂門式剛架，抵抗豎向荷載作用的蒙皮效應取決于屋面坡度，坡度越大蒙皮效應越顯著；而抵抗水平荷載作用的蒙皮效應則隨著坡度的減小而增加，見圖 23 所示。 屋脊檁條屋檐檁條剛架梁屋面板 圖 24 蒙皮單元 蒙皮效應的主要性能指標是強度和剛度。板與檁條之間的連接在平行于檁條方向的破壞屬于脆性破壞，其他破壞都屬于延性破壞。 由于蒙皮效應，實際輕型鋼結構建筑中，壓型鋼板在宏觀上參與了受力，為剛架構件分擔了一部分外荷載，同時在有良好連接的情況下為這些構件提供了很好的側(cè)向約束和扭轉(zhuǎn)約束，改善了結構的受力條件。然而，必須注意的是，設計中無論我們是否考慮蒙皮效應，蒙皮效應客觀上都是存在的。 三、一階彈性理論和二階彈性理論 輕鋼結構內(nèi)力和位移的計算采用一階彈性理論，即線性的結構力學方法。荷載效應的組合結果 是指：首先進行各單個荷載工況下的內(nèi)力和位移效應分析，然后進行效應組合疊加所得的結果；荷載組合后的效應分析結果是指：首先進行荷載的組合疊加，然后進行各組合荷載下的內(nèi)力和位移效應分析結果。 事實上，一階彈性理論是近似的。如果結構的二階效應較大而不可忽略，必須采用二階彈性 理論分析其內(nèi)力和位移，相應的這類結構也被稱為非線性彈性結構。 一階彈性理論適用于線彈性結構，其內(nèi)力和位移計算值可以取荷載效應組合值或 荷載組合下的效應計算值；二階彈性理論適用于非線性彈性結構，其內(nèi)力和位移計算值必須取荷載組合下的效應計算值。由冷彎薄壁構件組成的結構的分析應采用薄壁構件結構力學。薄壁構件的扭轉(zhuǎn)有自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)兩類。 由式（ 24）可見，彎曲剪應力 在截面上的分布規(guī)律僅取決于截面的面積矩，而面積矩是由截面 的幾何形狀決定的，所以全截面剪力流合力作用線也就只和截面的幾何有關。 圖 26 平行于截面主軸的外力與截面彎曲剪力流平衡 當荷載不通過剪心軸時，荷載可以分解為過剪心的力和扭矩，相應的構件的分析也可以分解為過剪心的荷載作用下構件的彎曲和扭矩作用下構件的扭轉(zhuǎn)，如圖 27 所示。構件的自由扭轉(zhuǎn)引起的扭矩與構件厚度的立方成正比。圖 a 為薄壁構件橫截面；圖 b 表示一般扇性坐標的定義，取剪心 B 為極點，截面中線任意點 n1 為起點，以所考慮的截面中線上的點為計算點，以極點與起始點、計算點連線和截面中線圍成面積的 2倍，并規(guī)定以 nBn ??1 順時針為正。其中翹曲剪應力分布與扇性面積矩圖形相同，而翹曲正應力的分布同主扇性坐標。圖 29 的左圖中力 F 相距 d，構成力矩 F d，其相對 C 點為力矩的力矩；右圖中表示扇性法向應力對剪心 B 的雙力矩。平面剛架的整體穩(wěn)定設計可分為平面內(nèi)整體穩(wěn)定設計和平面外整體穩(wěn)定設計兩個部分。 圖 211 理想邊界單根構件的整體穩(wěn)定 基本構件穩(wěn)定設計的基本準則有三個。以具有初始缺陷的實際構件的極限承載力作為構件失穩(wěn)的準則，適用于軸心受壓構件和壓彎構件平面內(nèi)的 穩(wěn)定設計。 （ 2）受彎構件 對于受彎構件梁，平面內(nèi)是強度問題，平面 外是第一類穩(wěn)定問題。 （ 3）壓彎構件 對于壓彎構件平面內(nèi)的穩(wěn)定，現(xiàn)行規(guī)范首先基于截面邊緣屈服的準則推導出帶初始缺陷的構件內(nèi)二階彎矩的表達式及截面最大應力。39。 （ 3）雙向壓彎構件 對于雙向壓彎構件，現(xiàn)形規(guī)范采用近似和偏于安全的線性相關公式給出構件繞兩個主軸的穩(wěn)定驗算公式，如下所示： ( ),( 1 / )1/yxx x x x c r x bx yy xy by xy y y c r yMMN fA W N N WM MN fAWW N Nf g a fffga+ + ?+ + ? （ 217） 3．輕型鋼結構整體穩(wěn)定設計的基本理論 輕型鋼結構剛架的穩(wěn)定設計包括平面內(nèi)的穩(wěn)定設計和平面外的穩(wěn)定驗算。雖然現(xiàn)在各種商用軟件包都可以進行結構構件和體系的二階彈塑性分析，但是現(xiàn)行規(guī)范還是采用近似公式設計結構的整體穩(wěn)定。 （ 1）彎矩不均勻系數(shù) 彎矩不均勻系數(shù) mb 反映了彎矩沿構件長度的分布飽滿程度。如果橫向荷載作用于梁上翼緣，一旦梁彎扭屈曲變形，荷載的二階效應對于彎扭變形而言會施加一個正向作用；而如果荷載作用于下翼緣，其二階效 應對彎扭變形是一個反向的作用。實際構件和理想構件的等效原則是兩者屈曲臨界力相等，根據(jù)這一等效原則可以得到實際構件的計算長度。而長度為 0L 的理想構件的屈曲臨界力為220EILp。雖然現(xiàn)有商用軟件包可以容易地確定各類結構及其構件的臨界力，但是在實際設計中還是采用簡化的近似公式或圖表來確定構件的計算長度。輕型鋼結構構件平面外的計算長度為其側(cè)向支撐點間的距離，其依據(jù)主要因為支撐點處一般為平面外失穩(wěn)波形的反彎點。 柱梁墻檁 柱受壓區(qū)梁檁條受壓區(qū)受壓區(qū)受壓區(qū) 圖 215 剛架梁柱單側(cè)翼緣檁條連接處不能作為構件側(cè)向支撐 但是，如果檁條與構件連接處設置了隅撐（如圖 216 所示），這樣的連接能否有效阻止構件兩側(cè)翼緣的側(cè)向位移從而作為構件的側(cè)向支撐點呢？如果是全敞開結構，隅撐連接處可以有效阻止構件的扭轉(zhuǎn)變形從而阻止構件的彎扭屈曲變形，但是卻不能阻止構件平面外的平行性彎曲變形。典型的工字形截面的局部失穩(wěn)波形和屈曲應力見圖 217 所示。這一方法將導致降低截面強度和構件的整體穩(wěn)定承載力； （ 3）設置加勁肋。 加勁板件的屈曲后強度來源于板件的薄膜效應。有效寬度的概念就是假設中間板帶