钢结构课程设计--- 王子涵II丄一』如6Q H || H)Q EOOO 6COO166DD012二二一二二二二一-18000图1(b).刚架形式及几何尺寸、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。

BI IT1图1(a).刚架平面布置图二、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3 0=1.05 X 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，卩z=1.0。

风荷载体型系数卩s：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和一0.65（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一结构》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 •在恒荷载作用下入=l/h=18/6=3 书=f/h=0.9/6=0.15k=h/s=6/9.0449=0.6634卩=3+k+t (3+ 书)=3+0.6634+0.15 X (3+0.15)=4.1359H=H E =ql 入① /8=4.02 X 18X 3X 0.5289/8=14.35KN2 2M C =ql [1 — (1+ 书)①"8=4.02x18 [1 — (1+0.15) X 0.5289]=63.78KN • m2 2M B =M D = — ql ① /8= — 4.02 X 18 X 0.5289/8= — 86.11KN - m8 5 0.154 4.1359=0.5289刚架在恒荷载作用下的内力如图。

内力计算的“ +、一”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。

g=4.02KN m图3.刚架在恒荷载作用下的N图图4.刚架在恒荷载作用下的V图2•在活荷载作用下V=V E=27.00KNH=H E=3.00 X 18X 3X 0.5289/8=10.71KNM C=3.00 X 182[1 - (1+0.15) X 0.5289]/8=47.60KN • mM B=M D=-3.00 X 182X 0.5289/8= -64.26KN • m刚架在活荷载作用下的内力如图。

q=3.00KN/mJ 1 J 1 1 1 1 J 1 M 1 ,J 1 1 1 1 J-m27.00KN27.00KN图5.刚架在活荷载作用下的M图18000图6.刚架在活荷载作用下的N 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1 1(8 5-) (8 5 0.15)=0.132216」16 4.135913.34KN10.65KN13.34KN27.00KN27.00KN27.00KNVA =2.82 X 9-6.35=19.03KNH=H E =ql 入① /4=2.82 X 18X 3X 0.1322/4=5.03KN M B =M D =5.03 X 6=30.18KN- mM C = ql 2[ a 2-（1+ 书）①]/4=2.82 X 182X [0.5 2- 1.15 X 0.1322]/4=22.38KN • m刚架在q w2y 作用下的内力如图V A =1.83 X 9-4.12=12.35KNH 卄ql 入① /4=1.83 X 18X 3X 0.1322/4=3.27KN M B =M D =3.27 X 6=19.62KN- m2 2 2 2M C = ql [ a — （1+ 书）①]/4=1.83 X 18 X [0.5 — 1.15 X 0.1322]/4=14.52KN • m2 2=6.35 KN2l 2 181口2qa2l1.83 922 18-4.12KNq w2y =2.82KN /m22.38KN -5.03KN6.35KN(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力 q w4y 作用下刚架在q w4y作用下的内力如图1 1 1 1 i 11a =1,I2.24KN • m刚架在q w1作用下的内力如图[6 (20.15 0.6634)-0.6634 1 ]= 0.98034 4.1359/2L= — 0.71 X 67(2 X 18)= — 0.71KN) - -0.71 6 1(^~0.9803) - -3.22KN14.52KN • m3.27KN 12.35KN(3)在迎风面柱上风荷载q wi 作用下2 qh :- , (2 _「)二 40.71 61(2 -0.9803) =6.52 KN mM=1.04 X 6=61 2[6(2川「:; K) 一 M eqh 2 *：2 20.71 61 [1 -(1 0.15) 0.9803)] = -0.81KN mV A=-V B=- qh i2/2L= — 1.55 X 67(2 X 18)= — 1.55KN qho ot 壬 1.5^<^<1 1H E(2 ) (2 0.9803) =7.02KN2 2 2 2H=1.55 X 6—7.02=2.28KNM D=7.02 X 6— 1.55 X 62/2=14.22KN • mM B=2.28 X 6=13.68KN- m 6.24KN，m0.81KN，m (4)在背风面柱上风荷载q w3作用下M C2 21.55 6 14[1 —(1 0.15) 0.9803)] =「1.78KN m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a =1, B =0015(4 3 1 0.15) =0.02028 4.13592.82x0.9V A =「V E(2 6 0.9)=0.91KN2x18H=2.82 X 0.9(1+0.0202)/2=1.29KN H=2.82 X 0.9 — 1.29=1.25KN2.82 0.9 6[0.15 0.5 1.15 0.0202] =0.39KN m2M B =1.29 X 6=7.74KN - m M D =1.25 X 6=7.50KN - m刚架在q w2x 作用下的内力如图q w2x =2.82KZ m(6)在背风面横梁上风荷载水平分力q w4x 作用下1 83 汉 0 9(2 6 0.9) = -0.59KN2 18H=1.83 X 0.9(1+0.0202)/2=0.84KN H=1.83 X 0.9 — 0.84=0.81KN1 83汉0 9疋6M e[0.15 0.5-1.15 0.0202] =0.26KN mM e7.74KN •C1.25KN 0.91KNV A2M B=0.81 X 6=4.86KN - m M D=0.84 X 6=5.04KN - m刚架在q w4x作用下的内力如图⑺用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力q w2y=2.82KN mi 厂左风5.04KN • mC q w4x=1.83KN/m38.84KN- mq w2x=2.82KN m q w4x=1.83KN mq w4y=1.83KN mq w4y=1.83KN m qW2y=2.82KN m38.84KN- m图16.刚架在左风向风荷载q w作用下的N图0.86KN9.95KN0.65KN图17.刚架在左风向风荷载q w作用下的V图四、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： 丫 o S w R 。

本工程结构构件安全等级为二级，丫=1.0 。

+0.6 X 1.4 X 风荷载标准值计算的荷载效应D. 1.2 X 恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4 X 风荷载标准值计算的荷载效应 +0.7 X 1.4 X 活荷载标准值计算的荷载效应E. 1.35 X 恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7 X 1.4 X 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 及相应的土 MU V ； (4)N min 及相应的土 Mn ax 、V内力组合见表 1 。

对于基本组合，荷载效应组合的设计值 A. 1.2 X 恒荷载标准值计算的荷载效应B. 1.0 X 恒荷载标准值计算的荷载效应S 从下列组合值中取最不利值确定：+1.4 X 活荷载标准值计算的荷载效应+1.4 X 风荷载标准值计算的荷载效应刚架内力组合表（以左半跨为例）表1注：内力计算的“ +、一”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向旋转为正。

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 450X 200X 8X 12，截面特性：2B=200mm H=450mmt w =8.0mm t f =12.0mm A=82.1cm l x =28181cm , W=1252cm , i x =18.53cm l y =1602cm , W=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： b/t =96/12 =8 ：：15 235/fy =15腹板部分： h 0/t w 二 426/8 二 53.25 ：： 250. 235/f y 二 2502 •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，f v =125N/mrmV u =h w t w f v =426X 8 X 125=426000N=426.0KN V ma =77.60KN<V ,满足要求。