轻钢门式刚架厂房设计1 设计资料某单跨车间，跨度21m ，柱距6m ，总长90m ，设有两台A5工作级别轿式吊车。

一台5t ，一台10t 。

吊车采用大连重工起重集团有限公司DQQD 型吊车，轨顶标高6.6m 。

设计使用年限50年，结构安全等级为二级，建筑耐火等级三级，地基基础设计等级为丙级。

不考虑抗震设防。

厂房围护结构系统采用太空板屋面及墙面，塑钢窗。

室内外高差0.3m 。

厂房所在地的地面粗糙度为B 类，基本风压20/70.0m kN w =，组合值系6.0=ψc ；基本雪压20/5.0m kN s =，组合值系数6.0=ψc 。

基础持力层为粉土，粘粒含量8.0=c ρ，地基承载力特征值2/180m kN f ak =，埋深-1.8m ，基底以上土的加权平均重度3/17m kN m =γ，基底以下土的重度3/18m kN m =γ，地基基础的设计等级为丙级。

2 方案设计2.1平面布置一、柱网布置与定位轴线厂房总长度为90m<300m ，无需设伸缩缝。

除房屋端部外，刚架柱柱距采用6m ，横向定位轴线与刚架柱形心轴重合；端部刚架柱形心轴与横向定位轴线相距600m 。

山墙等距离布置4根抗风柱，间距4.2m 。

纵向定位轴线之间的距离为21m 。

假定刚架柱截面高度为700mm ，采用非封闭结合，取D=260mm ，则刚架柱内皮至纵向定位周线的距离=700mm ；查书后附表A.1、5t ，10t 吊车，吊车跨度m m m l l k 50.1975.02212=⨯-=-=λ，吊车轮中心线至轿身外缘的距离=230mm 。

吊车架外缘与刚架柱内皮的净空尺寸：mm mm mm mm mm B B B 8080)700230(260750)(312≥=+-+=+-=λ满足要求。

结构平面布置如图1所示。

二、柱间支撑布置因设有吊车，柱间支撑采用型钢，布置在中部⑧，⑨轴线之间，上，下柱分层设置；另在房屋两端设置屋盖横向水平支撑的开间增设上柱支撑，如图２所示。

三、屋盖布置屋盖采用有檩体系，檩条水平间距1.5m。

在房屋两端第一开间和柱间支撑对应的开间布置屋盖横向水平支撑。

水平支撑的水平杆由檩条代替；斜杆采用圆钢。

无横向水平支撑的区段在刚架柱顶和屋脊处设置纵向水平系杆，其中柱顶纵向水平系杆用檩条替代，两侧用撑杆相连。

檩条跨中设置一道Φ12直拉条，檐口和屋脊处设置斜拉条和撑杆，撑杆外套Φ322钢管。

刚架梁两端负弯矩区段设置两道隅撑。

屋盖布置如图3所示。

2.2 构件选型与截面尺寸的估算 一、刚架刚架柱采用焊接工字型等截面柱。

刚架柱等截面高度一般取柱高的1/25~1/12，现初步选mm c 700h =，相当于14/0H 。

因跨度一般，采用等截面焊接工字形刚架梁。

刚架梁截面高度一般取跨度的1/45~1/30，现取=700mm ，相当于。

屋面坡度取1：10，α。

二、吊车梁及轨道吊车梁跨度与柱距相同，为6m ；吊车跨度m l k 5.19=；一台5t ，一台10t 的A5工作级别吊车。

查书后附表B.3，中间跨选用GDLM6-2B ，边跨选用GDLM6-2Z 。

钢轨型号38kg/m 。

吊车梁截面高度600mm ，上翼缘宽度300mm ，下翼缘宽度220mm ，腹板厚度6mm ，翼缘板厚度14mm ，质量507kg 。

檩条和墙架均采用C 形冷弯薄壁型钢。

2.3剖面设计轨顶标志标高6.6m ，吊车梁高（加垫板）600mm+20mm=620mm ，轨道高度200mm 。

取牛腿顶标高5.7m ，则轨顶实际标高m m m m H A 52.62.062.07.5=++=，与标志标高相差小于±200mm ，满足要求。

查书后附表 A.1，吊车轨顶至桥架顶面的高度m B 876.1H =，刚架截面高度mm h b 700=，桥架顶面至刚架梁底面的空隙距离应满足。

柱顶标高不小于m m m m m h H H H H b C B 399.971.5cos /7.03.0876.152.6cos /A =+++=+++= α，取9.6m ，符合300的模数。

3刚架结构分析3.1 计算简图一、结构形式与周线尺寸横向刚架取一个开间6m 宽作为计算单元。

横梁与立柱刚接，立柱与基础铰接，结构形式如图所示。

横梁计算跨度取立柱截面形心线之间的距离，mm mm mm mm D h l l c 2082026027002100020=⨯+-=+-=。

横梁坡高mm mm l f 104171.5tan 10410tan 5.00=⨯==α；坡长mm mm l s 1046271.5cos /10410cos /5.00=== α。

立柱计算高度取基础顶面到横梁截面形心线之间的距离，设基础顶面标高为-0.5m ，则m m m m h H H b 80.971.5cos /35.05.06.9cos /5.0)5.0(0=-+=---= α基础顶面到牛腿顶面的高度m m m H l 2.6)5.0(7.5=--=。

二、梁柱截面特征刚架梁、柱截面初步选用2013400700⨯⨯⨯焊接工字型截面，363648492310067.1,1017.6,1013.21016.2;132********.24mmW mm W mm I mm I mm t mm t mm h mm A y x y x f w ⨯=⨯=⨯=⨯====⨯=、、、3.2 荷载计算横向刚架的荷载包括永久荷载、屋面可变荷载、风荷载和吊车荷载。

一．永久荷载永久荷载包括屋面（屋面板、檩条及支撑）重量、刚架自重、墙面重量、吊车梁及轨道重量。

其中刚架梁自重以线分布荷载的形式作用于横梁，由檩条传来的屋面重量也近似看成作用于横梁的线分布荷载；刚架柱自重和墙面重量为沿柱高的线分布荷载，作用在柱截面行心线；吊车梁及轨道重量以集中荷载的形式作用于牛腿的轨道中心线位置。

1. 横梁线分布荷载屋面重量（屋面板、檩条、支撑等） m kN m kN m /0.3/5.062=⨯ 横梁自重m N m m /k 94.171.5cos /02458.0/kN 9.7602.123=⨯⨯︒小计 m kN k /94.4g = 2. 立柱线分布荷载立柱自重 m kN m m /94.102458.0/kN 9.7602.123=⨯⨯ 墙面重量（含窗） m kN m kN /0.3/5.0m 62=⨯ 小计 m kN /94.4g k = 刚架柱和墙面总重量 kN m kN m g H G k k 412.48/94.480.90=⨯== 3. 牛腿处集中荷载吊车梁重 kN 0.5kN 108.95073=⨯⨯- 轨道及连接重 kN m kN 4.2/4.0m 6=⨯ 小计 kN F k 4.7= 偏心距mm mm mm mm h c 5603507502602/D =-+=-+λ。

刚架永久荷载的分布如图所示。

二．屋面可变荷载屋面可变荷载取均匀可变荷载0.3kN/和雪荷载0.5kN/中的大值，m kN m kN m q k /00.3/5.062=⨯=。

三．风荷载屋脊离室外地面的高度：9.80m+1.041m-0.2m=10.641m ，风压高度系数019.1z =μ；屋面坡度=5.71°，查《基本教程》附表A.6，迎风墙面的风载体形系数；迎风坡面的风载体型系数；背风墙面和背风坡面的风载体型系数均为；单层，取风振系数。

0ωμμβωz s z k =m kN m k q k /42.3/N 6*7.0019.18.011=⨯⨯⨯=m kN m q k k /14.2/kN 67.0019.1)5.0(1q 42-=⨯⨯⨯-⨯== m kN m kN k /57.2/67.0019.1)6.0(1q 3-=⨯⨯⨯-⨯= 四、吊车荷载横向刚架上的吊车荷载包括作用于牛腿轨道中心线位置的竖向荷载；作用于吊车梁顶面位置、沿厂房横向的横向水平荷载。

1. 吊车竖向荷载查书后附表A.1，一台5t 一台10t 、A5工作级别吊车，5t 吊车桥身宽度B=5200mm 、轮距K=3550mm ，吊车总质量G+g=18.616t 、小车质量g=1.126t ，最大轮压kN 92P max =、最小轮压kN 72.23P min =。

16t 吊车桥身宽度B=5930mm 、轮距K=4050mm ，吊车总质量G+g=20.677t 、小车质量g=3.424t ，最大轮压kN 123P max =、最小轮压kN 32.27P min =。

图中mm K B K B x 17652/)(2/)(2211=-+-=。

由几何关系，325.0y 2=；706.0y 3=；114.0y 4=。

∑==kN y P i i k 57.214D max max,β kN y P i i k 08.50D min min,==∑β2. 吊车横向水平荷载A5工作级别，制动系数12.0=α，每个大车轮子传递的吊车横向水平荷载kN kN g Q 25.24/8.9)126.15(12.04/8.9)(T 1=⨯+⨯=⨯+=α kN kN g Q 95.34/8.9)424.310(12.04/8.9)(T 2=⨯+⨯=⨯+=α吊车横向水平荷载的反力影响线于竖向荷载相同，对于两台相同的吊车kN k 37.6114.0706.025.2325.0195.3T max,=+⨯++⨯=）（）（可变荷载的分布如图5所示。

3.3 内力计算一、永久荷载作用下刚架结构对称，荷载对称，所以可以取图所示的半结构进行分析。

一次超静定，取横梁跨中弯矩作为多余力，如图7所示。

立柱及墙面重量k G 仅引起柱轴力；吊车梁及轨道重量k F 可等效为轴向力和偏心力矩m kN kN m k ⋅=⨯=144.44.756.0M 。

轴向力可不参与内力分析，在计算立柱轴力时直接加上。

采用结构力学中的立法求解。

内力的正负号采取用如下规定：节点弯矩以逆时针为正，杆端弯矩以顺时针为正；杆端剪力以顺时针为正；轴力以受压为正。

在单位多余力1x 作用下，对A 点取矩，可求得C 支座反力)(092.0041.18.91x R 1C −→−=+=+=f H根据水平力平衡条件可求得092.0V ==C AB R根据竖向力平衡条件，0==BA AB N N 。

分别对D 点和B 点取距，可得到570.02.6092.0-=⨯-=-=l AB D A H V M902.08.9092.0BA -=⨯=-=H V M AB根据节点B 的力平衡条件，可得到0915.071.5cos 092.0cos -=⨯-=-= αBA BC V N 00906.071.5sin 092.0sin V =⨯== αBA BC V单位多余力作用下的弯矩图、轴力图和剪力图分别如图7 所示。