钢结构课程设计---王子涵一、设计资料该设计为单层厂房设计，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度18m，柱高6m；共有12榀刚架，柱距6m，屋面坡度1:10；地震设防列度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值0.05g。

刚架平面布置见图1(a)，刚架形式及几何尺寸见图1(b)。

屋面及墙面板均为彩色压型钢板,内填充以保温玻璃棉板，详细做法见建筑专业设计文件；考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。

二、荷载计算（一）荷载取值计算1．屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）2．屋面可变荷载标准值3．轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.50 KN/m24．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/m2，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)。

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。

（二）各部分作用的荷载标准值计算三、内力分析考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。

柱脚按铰接支承设计。

采用弹性分析方法确定刚架内力。

引用《钢结构设计与计算》（包头钢铁设计研究院编著，机械工业出版社）中表2－29（铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。

1．在恒荷载作用下λ=l/h=18/6=3 ψ=f/h=0.9/6=0.15 k=h/s=6/9.0449=0.6634μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.6634+0.15×(3+0.15)=4.13595289.01359.4415.058458=⨯⨯+=ψ+=Φμ H A =H E =ql λΦ/8=4.02×18×3×0.5289/8=14.35KNM C =ql 2[1－(1+ψ) Φ]/8=4.02x182[1－(1+0.15)×0.5289]=63.78KN ·m M B =M D =－ql 2Φ/8=－4.02×182×0.5289/8=－86.11KN ·m 刚架在恒荷载作用下的内力如图。

内力计算的“+、－”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V A=V E=27.00KNH A=H E=3.00×18×3×0.5289/8=10.71KNM C=3.00×182[1－(1+0.15)×0.5289]/8=47.60KN·m M B=M D=－3.00×182×0.5289/8=－64.26KN·m刚架在活荷载作用下的内力如图。

3．在风荷载作用下对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 。

现分别计算，然后再叠加。

(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力q w2y 作用下1322.0)15.058(1359.4161)58(161=⨯+⨯=+=ΦψμKN l qa V E 35.6182982.2222=⨯⨯==V A =2.82×9－6.35=19.03KNH A =H E =ql λΦ/4=2.82×18×3×0.1322/4=5.03KN M B =M D =5.03×6=30.18KN ·mM C = ql 2[α2－(1+ψ) Φ]/4=2.82×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=22.38KN ·m 刚架在q w2y 作用下的内力如图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力q w4y 作用下KN l qa V E 12.4182983.1222=⨯⨯==V A =1.83×9－4.12=12.35KNH A =H E =ql λΦ/4=1.83×18×3×0.1322/4=3.27KN M B =M D =3.27×6=19.62KN ·mM C = ql 2[α2－(1+ψ) Φ]/4=1.83×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=14.52KN ·m 刚架在q w4y 作用下的内力如图。

(3)在迎风面柱上风荷载q w1作用下 α=1，9803.0]16634.0)6634.015.02(6[1359.441])2(6[4122=⨯-++⨯⨯=-++=ΦαψμK KV A =－V B =－qh 12/2L=－0.71×62/(2×18)=－0.71KNKN qh H A 22.3)9803.0212(21671.0)22(2-=⨯-⨯⨯-=Φ--=αα H E =0.71×6－3.22=1.04KNM D =1.04×6=6.24KN ·mmKN qh M B ⋅=-⨯⨯=Φ-=52.6)9803.02(41671.0)2(42222αmKN qh M C ⋅-=⨯+-⨯⨯=Φ+-=81.0)]9803.0)15.01(1[41671.0])1(1[42222ψα刚架在q w1作用下的内力如图。

(4)在背风面柱上风荷载q w3作用下V A =－V B =－qh 12/2L=－1.55×62/(2×18)=－1.55KNKN qh H E 02.7)9803.0212(21655.1)22(2=⨯-⨯⨯=Φ--=αα H A =1.55×6－7.02=2.28KNM D =7.02×6－1.55×62/2=14.22KN ·m M B =2.28×6=13.68KN ·mmKN qh M C ⋅-=⨯+-⨯⨯=Φ+-=78.1)]9803.0)15.01(1[41655.1])1(1[42222ψα刚架在q w3作用下的内力如图。

(5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力q w2x 作用下 α=1，β=00202.0)15.0134(1359.4815.0=⨯⨯+⨯=ΦKN V V E A 91.0)9.062(1829.082.2=+⨯⨯⨯=-=H A =2.82×0.9(1+0.0202)/2=1.29KN H E =2.82×0.9－1.29=1.25KNm KN M C ⋅=⨯-⨯⨯⨯=39.0]0202.015.15.015.0[269.082.2 M B =1.29×6=7.74KN ·m M D =1.25×6=7.50KN ·m 刚架在q w2x 作用下的内力如图。

(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力q w4x 作用下KN V V E A 59.0)9.062(1829.083.1-=+⨯⨯⨯-=-= H A =1.83×0.9(1+0.0202)/2=0.84KN H E =1.83×0.9－0.84=0.81KNm KN M C ⋅=⨯-⨯⨯⨯=26.0]0202.015.15.015.0[269.083.1 M B =0.81×6=4.86KN ·m M D =0.84×6=5.04KN ·m 刚架在q w4x 作用下的内力如图。

(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。

四、内力组合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。

对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定：A．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应B．1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应C．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应+0.6×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应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，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：梁端截面：(1)M max及相应的N、V；(2)M min及相应的N、V梁跨中截面：(1)M max及相应的N、V；(2)M min及相应的N、V对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：(1)M max及相应的N、V；(2)M min及相应的N、V(3)N max及相应的±M max、V ； (4)N min及相应的±M max、V 内力组合见表1。

刚架内力组合表（以左半跨为例）表117注：内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方18向旋转为正。

19五、刚架设计（一）截面设计参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450×200×8×12，截面特性：B=200mm ，H=450mm ，t w =8.0mm ，t f =12.0mm ，A=82.1cm 2I x =28181cm 4，W x =1252cm 3，i x =18.53cmI y =1602cm 4，W x =160.2cm 3，i x =4.42cm（二）构件验算1．构件宽厚比的验算翼缘部分： 15235/f 15896/12b/t y =<==腹板部分： 250235/f 50225.356/824/t h y w 0=<==2．刚架梁的验算(1)抗剪验算梁截面的最大剪力为V max =77.60KN考虑仅有支座加劲肋，8.0562.0235/34.541/0<==y ws f t h λf v =125N/mm 2V u =h w t w f v =426×8×125=426000N=426.0KNV max =77.60KN<V u ，满足要求。