门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，长度150m ，檐高H=7.5m ，屋面坡度B=1/10，跨度L=15m ，柱距S=7.5m 。

刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。

屋面材料、墙面材料采用单层彩板。

檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z 型钢，间距为1.5m ，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。

基本风压 20.35/O W kN m ，地面粗糙度B 类。

二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度150m ，跨度12m ，柱距7.5m ，共有21榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m 、横向温度区段不大于150m ，因此不用设置伸缩缝。

厂房长度>60m ，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m ；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＞柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。

三、荷载的计算（一）计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。

厂房檐高7.5m ，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m ；屋面坡度为1：10。

因此得到刚架计算模型：（二）荷载取值计算长度（m ） 柱距（m ） 跨度（m ） 檐高（m ） 恒载（kN/m2） 活载（kN/m2） 基本风压（kN/m2） 1507.5127.50.60.50.351．屋盖永久荷载标准值屋面板20.60/kN m刚架斜梁自重（先估算自重）20.15/kN m合计0.752/kN m2．屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.502/kN m ，不考虑积灰荷载。

3．轻质墙面及柱自重标准值 0.252/kN m 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。

基本风压ω0=1.05×0.45 kN/m 2，地面粗糙度类别为B 类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。

风荷载体型系数μs：迎风面柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65(CECS102：2002中间区)。

（三）各部分作用荷载：（1）屋面恒载：标准值：10.757.5 5.60/coskN mθ⨯⨯=柱身恒载：0.257.5 1.88/kN m⨯=（2）屋面活载屋面活荷载10.507.5 3.76k/cosN mθ⨯⨯=（3）风荷载010 1.0k z s z s h m ωμμωμμ=≤ 以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：（地面粗糙度B 类）—0.6 —0.5风载体形系数示意图风荷载如下图：（四）内力计算： （1）截面形式及尺寸初选梁、柱都采用热轧中翼缘H 型钢HM588300-⨯梁的截面高度h 一般取(1/301/45)L,故取梁截面高度为600mm ；暂取，截面尺寸见图所示,柱的截面采用与梁相同截面截面名称长度()mm 面积（m ㎡）xI64(10)mm ⨯xW43(10)mm ⨯ yI64(10)mm ⨯ yW43(10)mm ⨯ximm yimm柱 HM 588300⨯ 7200187211128.27388.95 90.09 60.07 247.15 69.37梁 HM 600300⨯6030187211128.27388.95 90.09 60.07 247.15 69.37（2）截面内力根据各个计算简图，用《结构力学求解器V2.0》计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：注：剪力图：“+”表示方向“→”；轴力图：拉为正，压为负。

（ A ）恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值（考虑基础埋深0.8m）：恒载作用下轴力图恒载作用下剪力图恒载作用下弯矩图（ B ）活载作用(标准值)下，计算简图及内力值（考虑基础埋深0.8m）：活荷载作用下轴力图活荷载作用下剪力图活荷载作用下弯矩图（C）风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值（不考虑基础埋深）：风荷载作用下轴力图风荷载作用下剪力图风荷载作用下弯矩图（3）内力组合由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用。

刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)的规定，采用荷载效应的基本组合：γ0S≤R。

本工程结构构件安全等级为二级，γ0=1.0按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下3种组合：A：1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载} +1.4×0.7风荷载B：1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载}+1.4×风荷载C：1.0×永久荷载+1.4×风荷载组合A、B --用于截面强度和构件稳定性计算，组合C --用于锚栓抗拉计算。

本工程不进行抗震验算。

最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，取四个控制截面：如下图：控制截面示意图各情况作用下的截面内力及内力组合见下表：各情况作用下的控制截面内力截面内力恒载活载左风1－1 N-48.64 -22.5619.59 Q-5.79 -3.899.17 M0 002－2 N-9.10 -22.5619.59 Q-5.79 3.89 4.20 M-46.31 -31.0948.113－3 N-33.60 -6.11 6.13 Q32.86 22.06-19.08 M-46.31 -31.09-48.114－4 N-5.76 -3.87 6.13 Q0.58 0.39-2.43 M51.02 34.25-16.74控制截面内力组合（五）截面验算控制内力组合项目有：① ＋M max 与相应的N ，V (以最大正弯矩控制) ② －M max 与相应的N ，V (以最大负弯矩控制) ③ N max 与相应的M ，V (以最大轴力控制) ④ N min 与相应的M ，V (以最小轴力控制) 所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1截面的控制内力为070.75 3.41M N KN Q KN ==-=-，，2-2截面的控制内力为51.95M 23.31 2.61M KN N KN Q KN =-•=-=，， 3-3截面的控制内力为146.2542.8751.62M KN M N KN Q KN =-•=-=，， 4-4截面的控制内力为92.77 6.32 1.14M KN M N KN Q KN =•=-=-，，（1）刚架柱验算：取2-2截面内力 平面内长度计算系数：00012.06 1.51 1.11588 1.1158.92R R x l I H H Mμμ===∴===⨯=c I K=，，， 平面外长度计算系数：8000/24000mm==0Y 考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为了安全起见计算长度按两个墙梁间距考虑，即H 8920400038.164.923461.6x y λλ∴====， （A ） 局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。

① 柱翼缘()1503212.17156b t -==<==（满足要求）② 柱腹板600161462504w w h t -==<==（满足要求）（B ）柱有效截面特征max 4min 2max min 0max 00288.1079.9358.59947217310174.638.48166.15/157.67174.63157.67 1.90174.6358497480.526.284.16X x w M KN M N KN Q KNN M A W N mm h t σσσσασαλ=-•=-=⎫⨯⨯=±=±⎬⨯⎭⎧=±=⎨-⎩-+=====<+-=36，，79.9310288.1010 因97>70，故可以考虑屈曲后强度。

220.5157.670.90174.63584174.63306.9174.63157.671621.5[(1)0.112(1)]10.560.8,1c p h mmσσβσβββλρ-∴==-=⨯=+==++-++===≤=21由于考虑屈曲后强度：=k 则，截面全部有效。

（C ）抗剪强度验算：'2'358.590.850.8 1.4,[10.64(0.8)]0.973125121.63/5848121.6310568.2w w v w v d w w v kNf f N mm V h t f KN λλλ-====<<=--=⨯===⨯⨯⨯=>max max 柱截面的最大剪力为V 则V ,满足要求。

460.5/1731021510371.95/371.9579.93371.95/9472371.95 3.14368.81N d e e e e e e N e e e e V V M M M NW A M W f kN m M M NW A kN m kN m -<≤=-==⨯⨯⨯=⋅=-=-⨯=-=⋅>⋅弯剪压共同作用下的验算:因为，按公式进行验算，其中 288.10，满足要求。

（D ）稳定性验算：① 刚架柱平面内稳定性验算：[]225'22'38.1180,38.10.9063.14 2.0610947212048, 1.0,(1.1)(1.138.1)1.0[10.8(/)]1731x Exmx x mx x x x Ex x b EA N kN M N A N N W λλλλϕπβλβϕγ=<====⨯⨯⨯====⨯⨯⨯⨯+=+-⨯⨯⨯x 36类截面，由《钢结构设计规范》附表C-2查得，则79.9310288.10100.9069472 1.054279.930(10.8)120489.31159.45168.76/N mm f ⨯-⨯=+=< 满足要求。

② 刚架柱平面外稳定性验算212236464.90.7810.650.350.650.350.825264.91.07 1.070.97444004400079.93100.825288.10101.00.7894720.9741731010.81tx b tx x b px b M M M A W λλϕβλϕβηϕϕ====+=+⨯==-=-=⨯⨯⨯+=+⨯⨯⨯=y y 类截面，由《钢结构设计规范》查得，N 则 2141.01151.82/N mm f +=<满足要求。