端部带夹层门刚设计

一.夹层门刚介绍

1.类型

对于普通门式刚架结构厂房多采用轻型围护结构，自重很小，通常由风荷载及雪荷载控制，在抗震设防烈度为7度的地区地震力往往不起控制作用，但一旦设置了这种夹层，其整体受力特征将发生较大的变化。

带夹层的门式刚架结构在工程中通常有两种：一种为局部的小范围夹层(纵向或者端跨)，一种为大面积的满布夹层。             

           

对于局部夹层布置，如果条件允许，应将夹层与主体结构采用防震缝分开。因为当夹层结构与主结构相连，由于夹层结构往往采用钢筋混凝土楼盖结构，自重荷载相对其他部位增大很多，在地震作下由于刚心和形心的偏置而引起扭转，这就改变了门刚原有的平面受力特点，地震作用和扭转效应会产生较大的水平力传递给刚架柱，对刚架柱受力很不利。

当不可避免的需要采用这种布置形式时，则必须采用整体建模(三维建模计算)对结构进行内力分析，同时设置相应的构造措施以减少夹层区地震作用对主结构的影响，建议在夹层周边设置较强支撑，将夹层产生的地震力直接传至自身的基础，同时在有夹层的屋盖上设置局部水平支撑，并向两端各延伸一个开间/跨度，以协调夹层区域和非夹层区域的侧移。

对于满布的夹层结构形式，可以理解为下部钢框架、上部门刚结构。此时应根据下部结构的具体情况，考虑其对顶层柱底位移的影响，重点考虑上下层结构的连接构造，并采用整体建模对结构进行分析。

对于以上两种形式在夹层结构梁布置时，还应注意由于H型钢平面内外的惯性矩差别较大，布置夹层梁时应尽量采用单向布置，使主要荷载作用在平面内夹层梁上(使弯矩作用在H型钢平面强轴内)，使下部夹层主要受力方向与上部结构均处于同一平面内，如图所示。

2.结构计算

①模型建立

由于这种结构形式既不完全属于门刚也不属于钢框架，而夹层与主结构部分又存在较大的相互作用和影响，一般来说都是采用三维模型计算，进行整体分析。

结构建模时应当按实际布置情况将纵向支撑、屋面支撑及刚性系杆等受力构件都布置在模型里面。由于目前程序均采用振型分解反应谱法计算结构的地震作用，门刚部分由于平面外刚度很小，很容易在计算中出现局部振动，导致有效质量系数很难满足90％，刚度小则周期大，故一些局部刚度小的部位容易发生振动，周期甚至会很大，但这种周期不是结构主周期，要剔除，并且局部振动的参与质量很小，对此应把振型数量增多。因此对门刚部分屋面应当根据按实际情况布置屋面支撑，并且刚性系杆应根据模型计算情况通长设置，避免主要振型发生局部振动。夹层处楼面通常采用钢筋混凝土楼盖，在模型中可以按实际情况输入，而门刚部分的屋面板当采用压型钢板时，一般将屋面板厚度取为0，仅利用其进行荷载倒算，不考虑其刚度。

②计算长度取值

带夹层的门刚刚架柱，对其计算长度的取值按【门刚附录A】取值，例如一层或多层的夹层，查变截面阶型柱【门刚A.0.4、A.0.5】

③设计规范选择

上部门刚按【门刚】，下部夹层按【钢标】。

(1)挠度限值

查【门刚3.2.2】，主梁1/400、次梁1/250，这与【钢标附录B.1.1】一致。

(2)层间位移角位移控制

查【钢标附录B.2.2】，这种上部门刚下部框架属于“竖向框-排架”，门刚为1/150，框架为1/250。当有吊车时，都取1/400严一点。

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二.STS设计

1.参数设置

①端部夹层柱间距一般与山墙抗风柱一致

②夹层荷载：按实际输入，对于端部刚架来说，夹层只有一半荷载传递给端部刚架(对边传导)，所以此处的受荷宽度为一跨时，夹层荷载应按一半输入。另外这是简便算法，夹层的面荷载传给夹层的次梁，次梁以集中力作用于刚架主梁上，实际上应该是集中荷载，此处按线荷载是进行了简化，当次梁较多时(一跨＞2)，差别不大。此处输入的荷载默认为相容荷载，对于门刚屋面活荷载和雪荷载应为互斥荷载，故需要调整(删掉重新布置)；而对于夹层荷载，属于室内，故可以只设置活荷载，不用与雪荷载取大值。还有夹层的屋面荷载不要漏掉，注意区分门刚屋面。

另外还有夹层上的一些填充隔墙荷载等。

2.约束信息

夹层为连续梁，夹层梁柱交接处为框架刚接，夹层柱柱脚可铰接也可刚接；夹层梁与刚架柱连接做铰接(只连接腹板)，刚架柱柱顶刚接，柱脚可铰接也可刚接。

【门刚10.2.11】给出连接要求：

3.计算长度

对于夹层梁上有混凝土楼板时不用计算稳定问题，对于夹层屋顶梁，设置了檩条，当没有隅撑时，可以不考虑檩条平面外的支点作用，并且屋面荷载也较小，按实际长度计算即可。

由于本例计算的是端部门刚，故端部门刚刚架梁的平面外计算长度可取横向水平支撑的间距。

4.连接计算

夹层处梁柱框架刚接，STS提供了单板连接和双板连接，单板连接比较简单，但受剪面只有一个；双板连接是一个板提前焊上去，施工时再焊接另一个板再拧螺栓，施工麻烦，但受剪面增加，腹板抗剪能力提高。

其他参数按实际输入，默认即可。

另外，当夹层主梁直接与牛腿相连时，这种做法比较特殊，STS画不出来，并且牛腿受力上也要复核。STS的牛腿只计算了吊车传来的荷载，应计入夹层梁传给牛腿的力

查吊车梁处节点的荷载，如图为设计荷载P=203.1KN，看剪力包络图，将夹层梁端剪力加入设计荷载。在本例中剪力为13.3KN，放大为=(13.3+203.1)/203.1=1.07，增幅7%。本例夹层采用轻屋盖，故剪力比较小，采用混凝土屋盖时，剪力会较大。

在水平荷载和竖向荷载下，夹层梁也有轴力，夹层梁与柱铰接时，腹板通过螺栓连接，此处的螺栓不仅受到竖向剪力，还有夹层梁水平剪力，可以取SRSS组合。

 

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