《门式刚架轻型钢结构设计》计算书1、工程情况：无吊车门式刚架跨度13.1m，刚架间距5m，共10榀。

钢架柱高4.6 m，屋面坡度1/6，屋面及墙板采用加JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板，芯板面板厚为0.50mm，板厚为80mm，自重0.25 kN/m2，檩条为薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，自重0.05kN/m2。

钢材采用Q235钢，焊条为E43型。

抗震设防烈度为6度。

刚架梁在1/3处变截面。

静载：为0.2 kN/m2；活载：0.5 kN/m2 ；雪载：0.2 kN/m2；风载：基本风压W0=0.55 kN/m2，地面粗糙度B类图1.刚架简图2、钢架的布置及类型2.1钢架的布置按CECS102:2002规范,门式钢架轻型钢结构广房的纵向温度区(伸缩缝间距)应不达于300m,横向温度区段应不大于150m.该工程可不设伸缩缝.柱网及平面布置如图2:图2.刚架平面布置图2.2钢架的类型根据门式钢架类型钢结构特点,为了充分利用材料的作用达到节省材料的目的,截面应选用变截面实腹式门式钢架轻型钢架结构。

由于厂房内无吊车采用铰接柱脚刚架。

3、屋面构件与支撑设置 3.1屋面板根据保温隔热的要求及建筑外形设计要求,考虑施工方便选用JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板, 芯板面板厚为0.50mm ，板厚为80mm.。

3.2檩条根据屋面板对檩条的要求,檩条间距采用1.5m.按荷载采用冷弯薄壁C 型钢C180x70x20x3 ,跨中设拉条一道.3.3屋面支撑与柱间支撑为了保证厂房的强度 ，空间结构的稳定性，门式钢架结构左右跨横梁顶面设置横向水平支撑，在柱间设置柱间支撑。

3.3.1屋面横向支撑根据CECS102:2002的要求：屋盖的横向支撑和柱间的支撑一般设置在温度区段端部或第一或第二开间区。

柱间支撑布置如图3：图3.刚架柱间支撑布置图（1）柱间支撑设计：柱间支撑计算简图见图4. 按CECS102：2002 附录A ：0.650.150.8s μ=+=z μ按GB50009-2001 低于10m 取0.1s μ=20.8 1.0 1.050.550.462k s z o kNw w m μμ=××=×××=110.46213.1515.12w k =×××=N按一半山墙荷载的12考虑节点活荷载标准值：,111 3.77522w k F W =××=kN N即节点荷载设计值：1.43775 5.29w F k =×=图4.柱间支撑计算图柱间支撑构件为柔性构件只能承受拉力。

则：直杆的反力设计值： 1 5.29N kN =斜杆的反力设计值：2 5.29/cos 7.23N kN α==（2）杆件验算直杆承受压力采用C180×70×20×3.0按轴心压杆进行验算，斜杆受拉采用圆钢就按轴心拉杆验算。

16Φ 1）直杆：截面性质244A=9.92,473.09, 6.9160.92, 2.65x x y y cm I cm i cm I cm i cm ====强度验算：22252905.33/215/9.9210NN mm f N mm A ==<=×满足要求刚度：[][]500072.320069.15000188.720026.5x x y yl i li λλλλ===<====<=满足要求稳定性：只需要验算平面外的稳定性：B 类截面查表得0.206y ϕ=222529025.9/215/0.2069.9210y NN mm f N mm Aϕ==<=×× ，满足要求。

b ）斜杆：截面性质 2A=201.1mm 强度验算：2723035.95/215/201.1NN mm f N mm A==<=2，满足要求。

刚度验算：张紧的圆钢不需要考虑长细比。

3．4墙梁设计墙板采用加JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板。

按文献 （4）中墙梁截面选用表11-1，墙梁选用冷弯薄壁卷边槽钢C160×60×20×20，跨中设拉条一道。

4、荷载计算4.1 荷载取值计算（标准值）： （1）恒载：屋面板（JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板）； 0.25 2/kN m檩条及支撑： 0.152/kN m 钢架横梁： 0.15 静载： 0.220.75/kN m Σ=墙面及柱的自重 ： 0.52/kN m （2）活载：雪载： 0.2 2/kN m屋面均布活载：由于刚架的受荷水平面积为13.1×5＝65.5＞60,所以屋面活荷载取为0.32m 2m 2/kN m 根据GB5009-2001两种取最大值。

取活载 0.3 2/kN m （3）风荷载：图5风荷载体形系数与风荷载作用基本风压 地面粗糙类别B 类，按CECS102：2002的规定，基本风压乘以1.05的系数。

即20.55/o w kN = 1.05o =×m N m 20.550.5775/w k =以柱顶为标准风压高度变化系数： 1.0, 1.0z z μβ== 4.2 各部分作用荷载： （1）屋面恒载： 标准值：0.755/cos 3.80/kN m α×=设计值：1.2 3.8 4.56/kN m ×=柱身恒载：0.5×5=2.5 kN 设计值：2.5×1.2=3kN (2) 屋面活荷载：标准值：0.35/cos 1.52/kN m α×= 设计值：1.41.522.13/kN m ×= （3）风荷载： 仅以左风为例，右风相反。

屋面风压设计值；()1.4 1.0 1.00.60.55 1.055 2.43/wbc q k =×××−×××=−N m()1.4 1.0 1.00.50.55 1.055 2.02/wcd q k =×××−×××=−N m柱顶集中风载设计值（对于铰接变截面柱按简化取上半段风载为集中风载作用于柱顶计算）1.4 1.0 1.00.80.55 1.0552.37.43bw p kN =×××××××=()1.4 1.0 1.00.50.55 1.055 2.3 4.65Dw p k =×××−××××=−N则风荷载作用如图6：q 1q 2q 3q 4图6.风荷载作用图12 2.43/q q kN m ==−34 2.02/q q kN m ==−5、 截面初择截面初选按以下的方法进行，单跨双坡对称实腹式变截面刚架的几何尺寸如图7所示 ：1113100437327.530403040=400mm 4600460306.710151015c c L mmh h Hmm ⎧==⎪⎪⎨⎪==⎪⎩::::::取 11807215025c h b mm b ===取::mm 100200133200mm =250mm 23c c c h h mm mm h h ==≥且取::0c图7.刚架截面初选11310043737430353035b L h ===:::mm 1，由于一般情况下取1c b h h =，故取1400b h =115060b=15025b hb mm ==，取::0013100238200=200mm 55655565b b L h mm ===，取:::h选取截面的特性如表1所示：表1.截面特性 截面2Ammx4I mmy4I mmx3mmWy3mmWxmmiy mmi柱 梁大头 小头 大头 小头6040 4840 6040 444081.5110×710×5.1381.5110×73.1010×5.64 610×5.63 610×5.64 610×5.63610×4.11510× 7.53510× 7.53510× 3.10510×75216751307521675102 157.9103.0157.983.5 30.634.130.6 35.6柱截面的平均惯性矩：()()88401101.510.513 1.01102c c c I I I mm =+=+×=×梁截面的平均惯性矩：()()127741222103.1015.11 3.102337.0910b b b b II I I mm ββ++−=⎛⎞⎛⎞=+×+−××⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠=×6、内力和侧移计算6.1 内力计算内力计算采用弹性分析法。

用梁，柱平均刚度将梁，柱简化为等截面刚梁，然后采用结构力学求解器进行求解。

6.1.1 屋面恒荷载作用 1）输入文件结点,1,0,0 结点,2,0,4.6 结点,3,4.37,5.33 结点,4,6.55,5.69 结点,5,8.73,5.33 结点,6,13.1,4.6 结点,7,13.1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 单元,4,5,1,1,1,1,1,1 单元,5,6,1,1,1,1,1,1 单元,6,7,1,1,1,1,1,0 结点支承,7,4,0,0,0 结点支承,1,4,0,0,0单元荷载,2,3,4.56,0,1,90 单元荷载,3,3,4.56,0,1,90 单元荷载,4,3,4.56,0,1,90 单元荷载,5,3,4.56,0,1,90单元荷载,6,3,0.5,0,1,180单元荷载,1,3,0.5,0,1,0单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12）输出文件杆端内力值 ( 乘子 = 1)-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2--------------------------------------------- ------------------------------------------ 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1 -32.1680567 -11.1679836 0.00000000 -29.8680567 -11.1679836 -51.37272472 -15.9364929 27.6197595 -51.3727247 -15.9364929 7.41643782 26.24214013 -15.9226684 7.44605745 26.2421401 -15.9226684 -2.62937580 31.56342904 -15.9226684 2.62947240 31.5634290 -15.9226684 -7.44596085 26.24235355 -15.9363403 -7.41634107 26.2423535 -15.9363403 -27.6196628 -51.37208276 -29.8679369 11.1678440 -51.3720827 -32.1679369 11.1678440 0.00000000--------------------------------------------------------------------------------------------3）内力图（设计值）a.M图（kNm）b.V图（kN）c.N图（kN）图8.刚架在恒荷载作用下的内力图6.1.2屋面活荷载作用：1）输入文件结点,1,0,0结点,2,0,4.6结点,3,4.37,5.33结点,4,6.55,5.69结点,5,8.73,5.33结点,6,13.1,4.6结点,7,13.1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,0结点支承,7,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0单元荷载,2,3,2.13,0,1,90单元荷载,3,3,2.13,0,1,90单元荷载,4,3,2.13,0,1,90单元荷载,5,3,2.13,0,1,90单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12）输出文件内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2---------------------------------------- ------------------------------------------ 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1 -13.9515265 -5.21662394 0.00000000 -13.9515265 -5.21662394 -23.99647012 -7.44404602 12.9013350 -23.9964701 -7.44404602 3.46425714 12.25784173 -7.43756104 3.47809262 12.2578417 -7.43756104 -1.22819528 14.74344384 -7.43753052 1.22824040 14.7434438 -7.43753052 -3.47804750 12.25794145 -7.44393921 -3.46421195 12.2579414 -7.44393921 -12.9012898 -23.99617026 -13.9514705 5.21655874 -23.9961702 -13.9514705 5.21655874 0.00000000 --------------------------------------------------------------------------------------------3）内力图a.M图（kNm）b.V图（kN）c.N图（kN）图9.刚架在活荷载作用下的内力图6.1.3 风荷载作用：1）输入文件结点,1,0,0结点,2,0,4.6结点,3,4.37,5.33结点,4,6.55,5.69结点,5,8.73,5.33结点,6,13.1,4.6结点,7,13.1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,0结点支承,7,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0结点荷载,2,1,7.43,0结点荷载,6,-1,4.65,180单元荷载,2,-3,2.43,0,1,90单元荷载,3,-3,2.43,0,1,90单元荷载,4,-3,2.02,0,1,90单元荷载,5,-3,2.02,0,1,90单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12）输出文件内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2---------------------------------------- ------------------------------------------ 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1 19.3114637 11.3988963 0.00000000 19.3114637 11.3988963 52.43492342 7.09643555 -18.3936411 52.4349234 7.09643555 -7.62739736 -5.208871973 7.08251953 -7.64048352 -5.20887197 7.08251953 -2.27133817 -16.15908004 5.97656250 -4.42773271 -16.1590800 5.97656250 0.03550746 -21.01144545 5.97607422 0.02441674 -21.0114454 5.97607422 8.97413382 -1.077167806 9.83613824 0.23416691 -1.07716780 9.83613824 0.23416691 0.00000000 --------------------------------------------------------------------------------------------3）内力图a.M 图（kNm ）b.V 图（kN ）c.N 图（kN ）图10.刚架在风荷载作用下的内力图6.2侧移验算（采用标准值计算）：刚架梁坡度 1：6 〈1：5 ，故柱顶的侧移按下计算：由于无吊车梁，处于6度地震区故水平力作用有风载引起.。