学号2011021111《钢结构设计》课程设计哈尔滨市某雪糕厂轻型门式刚架设计院（系）名称：航天与建筑工程学院专业名称：土木工程学生姓名：韩学彬指导教师：张建华副教授2014年6月1. 设计资料 (1)2.荷载计算 (2)1）荷载取值计算 (2)2）各部分作用的荷载标准值计算 (3)3.内力分析 (4)1）在恒荷载作用下 (4)2）在活荷载作用下 (6)3）在风荷载作用下 (8)4.内力组合 (15)5.刚架设计 (17)5.1 截面设计 (17)5.2 构件验算 (17)（1）验算刚架柱在风荷载作用下的侧移 (17)（2）构件宽厚比验算 (17)（3）刚架梁的验算 (18)（4）刚架柱的验算 (20)5.3 节点验算 (23)（1）梁柱连接节点： (23)（2）横梁跨中节点 (25)（3）柱脚设计 (27)6.其他构件设计 (28)6.1 檩条的设计 (28)（1）荷载及内力： (28)（2）截面选择及截面特性 (29)（3）强度验算： (31)（4）挠度验算： (31)（5）构造要求： (32)6.2 隅撑的设计 (32)6.3墙梁的设计 (32)（1）荷载计算 (33)（2）内力计算 (33)（3）强度计算 (33)（4）挠度计算 (34)参考文献 (34)1. 设计资料哈尔滨市某雪糕厂房，采纳单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱距6m，柱高6m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。
刚架平面布置如下图（a）所示，刚架形式及几何尺寸如下图（b）所示。
屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采纳冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，钢材采纳Q345钢，焊条采纳E43型。
（a）钢架平面布置图（b）钢架形式及几何尺寸2.荷载计算1）荷载取值计算（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）YX51-380-760型彩色压型钢板 0.15kN/m250mm厚保温玻璃棉板 0.05kN/m2PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02kN/m2檩条及支撑 0.10kN/m2刚架斜梁自重 0.40kN/m2悬挂设备 0.20kN/m2合计 0.92kN/m2（2）屋面可变荷载标准值屋面活荷载：0.30KN/m雪荷载：差不多雪压S0=0.45kN/m2。
关于单跨双坡屋面，屋面坡角α=5°42' 38",µz=1.0，雪荷载标准值S k=µz S0=1.0 0.45kN/m2=0.45kN/m2。
取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.45kN/m2，不考虑积灰荷载。
（3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱，墙骨架等）0.5kN/m2（4）风荷载标准值按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002)附录A 的规定计算。
差不多风压ω0=1.05⨯0.55kN/m2=0.58kN/m2，地面粗糙度类不为B 类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）的规定采纳，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采纳，µz=1.0。
风荷载体型系数µs。
迎风面柱及屋面分不为+0.25和-1.0，背风面柱及屋面分不为-0.55和-0.65（CECS102:2002中间区）。
（5）地震作用据《全国民用建筑工程设计技术措施——结构》中第18.8.1条建议：单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于7度的地区可不进行抗震计算。
故本工程结构设计不考虑地震作用。
2）各部分作用的荷载标准值计算（1）屋面恒荷载标准值：0.92×6kN/m2=5.52kN/m2活荷载标准值：0.45⨯6kN/m2=2.70kN/m2（2）柱荷载恒荷载标准值：（0.5⨯6⨯6+5.52×13.5）kN=95.52kN活荷载标准值：2.70×13.5kN=36.45kN（3）风荷载标准值迎风面：柱上q w1=0.58×6×0.25kN/m=0.87kN/m横梁上q w2=-0.58⨯6⨯1.0kN/m=-3.48kN/m背风面：柱上q w3=-0.58⨯6×0.55kN/m=-1.91kN/m横梁上q w4=-0.58⨯6⨯0.65kN/m=-2.26kN/m3.内力分析考虑本工程刚度跨度较小，厂房高度较低，荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采纳等截面，梁柱选用相同截面。
柱脚按铰接支承设计。
采纳弹性分析方法确定刚架内力。
引用《建筑结构静力计算手册》（中国建筑工业出版社）中表8-7公式计算刚架内力。
（1）在恒荷载作用下（见图3-1~3-3)λ=l/h =27/6=4.5Ψ=f/h=1.35/6=0.225k=h/s=6/13.5673=0.4422µ=3+k+Ψ(3+Ψ)=3+0.4422+0.225(3+0.225)=4.1678 Φ=μψ458+= 4.1678×40.225×8＋＋=0.5474 H A =H E =8ql λΦ=5.52⨯27⨯4.5⨯0.5474/8kN/m=45.89kN M C =82ql [1-(1+Ψ)Φ]=9.181⨯272⨯[1-(1+0.225)⨯0.5474]/8kN/m=165.71kN ·mM B =M D =-82ql Φ=-5.52⨯272⨯0.5474/8kN/m=-275.35kN ·m图3-1 恒荷载作用下的M图图3-2 恒荷载作用下的N图图3-3 恒荷载作用下的V 图刚架的内力图符号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
（2）在活荷载作用下（见图3-4~3-6）V A =V E =2ql =2.70×27／2kN=36.45kN H A =H E =8ql λΦ=0.5474×4.5×827×97.2kN=22.45kN M C =82ql [1-（1+Ψ）Φ]=827×70.22⨯[1-(1+0.225)⨯0.5474]kN ·m=81.05kN ·mM B=M D=-82qlΦ=-2.70⨯272⨯0.5474/8kN·m=-134.68kN·m图3-4 活荷载作用下的M图图3-5 活荷载作用下的N图图3-6 活荷载作用下的V 图（3）在风荷载作用下关于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力q x 和竖向的分力q y 。
（1）在迎风面横梁上风荷载竖向分力q w2y 作用下（见图3-7）Φ=μ161（8+5Ψ）=1866.4161⨯（8+5⨯0.225）=0.1368 V E =8ql =3.48×27／8kN=11.75kN; V A =(3.48⨯13.5-11.75)kN=35.23kN H A =H E =4ql λΦ=0.1368×4.5×427×48.3kN=14.46kN M B =M D =42ql Φ=40.1368×27×3.482kN ·m=86.76kN ·mM C =42ql [α2-(1+Ψ)Φ] =427×3.482⨯[0.52-(1+0.225)⨯0.1368]kN ·m=26.57kN ·m图3-7 风荷载q w2y 作用下的M 图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力q w4y 作用下（见图3-8） V A =8ql =2.26×27／8kN=7.63kN; V E =(2.26⨯13.5-7.63)kN=22.88kN H A =H E =4ql λΦ=2.26⨯27⨯4.5⨯0.1368/4kN ·m=9.39kN ·m M B =M D =42ql Φ=2.26×27²／4×0.1368kN ·m=56.35kN ·mM C =)1([422ψα+-ql Φ]=427×26.22⨯[0.52-(1+0.225)⨯0.1368]kN ·m=33.95k N ·m图3-8 风荷载q w4y 作用下M 图（3）在迎风面柱上风荷载q w1作用下（见图3-9）α=1Φ=]5)2(6[41k ++ψμ=1866.441⨯[6⨯(2+0.225)+5⨯0.4422]=0.9334 V A =-V E =l qh 22=-0.87⨯62/(2⨯27)kN=-0.58kN H E =0.58⨯6-3.38kN=1.84kNM B =422αqh (2-Φ)=﹚0.9334-2×41×6×87.022（kN ·m=8.35kN·m M C =422αqh [1-(1+Ψ)Φ]=41×6×87.022×（1-（1+0.225）×0.9334﹚kN ·m=-1.12kN ·mM D =1.84⨯6kN ·m=11.04kN ·m图3-9 风荷载q w1作用下的M 图（4）在背风面柱上风荷载q w3作用下（见图3-10）V A =-V E =lqh 22=-1.91⨯62/(2⨯27)kN=-1.27kN H E =22(2αα--qh Φ)=-21×6×91.1×（2-20.9334）kN=8.79kN H A =(1.91⨯6-8.79)kN=2.67kNM D =(8.79⨯6-1.91⨯62/2)kNm=18.36kN ·mM B =2.67⨯6kN ·m=16.02kN ·mM C =)1(1[422ψα+-qh Φ]=0.9334]×－﹙﹙1＋0.225[1×41×6×91.122kN ·m=-2.47kN ·m图3-10 风荷载q w3作用下的M 图（5）在迎风面横梁上风荷载水平分力q w2x 作用下（见图3-11）α=1;Φ=)34(8ψμψ+=﹚0.225×﹙4＋3×4.1678×8225.0=0.0315V A =-V E =)2(211f h l qf +-=-21.35×48.3×(1+0.0315)=1.16kN H A =)1(21φ+qf =21.35×48.3(1+0.0315)kN=2.28kN H E =(3.48⨯1.35-2.42)kN=2.28kNM C =])1(5.0[2φψψ+-qfh =0.0315]×0.2251-0.225×0.5[×26×1.35×48.3）（+kN·m =1.04kN·mM B =2.42⨯6kN·m=14.52kN·mM D =2.28⨯6kN·m=13.68kN·m图3-11 风荷载q w2x 作用下的M 图(6)在背风面横梁上风荷载水平风力q w4x 作用下（见图3-12）V A=-V E=-2.26×1.35／(2×27)×(2×6+1.35)kN=-0.75kNH E=2.26⨯1.35(1+0.0315)/2kN=1.57kNH A=(2.26⨯1.35-1.57)kN=1.48kNM C=2.26×1.35×6／2×﹙0.225×0.5﹣1.225×0.0315)kN·m=0.68kN·mM B=1.48⨯6kN·m=8.88kN·m，M D=1.57⨯6kN·m=9.42kN·m图3-12 风荷载q w4x作用下的M图（7）用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力（见图3-13~3-3-16）图3-13 左风向风荷载q w作用下的M图图3-14 右风向风荷载q w作用下的M图图3-15 风荷载q w作用下的N图图3-16 左风向风荷载q w作用下的V图4.内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计，依照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定，采纳荷载效应的差不多组合：γS≤R。