门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，跨度24m ，长度90m ，柱距67.5m ，檐高8m ，屋面坡度1/10。

刚架为等截面的梁、柱，柱脚为刚接。

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 20.55/O W KN m ，基本雪压 20.2/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90m ，跨度24m ，柱距67.5m ，共有1613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。

刚架平面布置见图1，刚架形式及几何尺寸见图2。

图1 刚架平面布置图图2 刚架形式及几何尺寸三、荷载的计算（一）计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用刚接，刚架梁和柱采用等截面设计。

厂房檐高8m ；屋面坡度为1：10。

（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） 90 7.5 30 8 0.3 0.5 0.55907.52480.30.50.551．屋盖永久荷载标准值 屋面板20.30/KN m刚架斜梁自重（先估算自重）20.15/KN m合计0.45 2/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0.50 2/KN m 。

雪荷载：0.22/KN m取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 2/KN m，不考虑积灰荷载。

3．轻质墙面自重标准值0.25 2/KN m4．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=0.55 2/KN m，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）屋面荷载：标准值：10.456 2.71/cosKN Mθ⨯⨯=柱身恒载：0.256 1.5/KN M⨯=（2）屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载10.506 3.01/cosKN Mθ⨯⨯=（3）风荷载01.0510 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）风载体形系数示意图2122231.05 1.00.250.550.144/0.14460.86/1.05 1.0 1.00.550.5775/0.57756 3.47/1.05 1.00.550.550.3176/0.31766 1.91/kN m q kN m kN m q kN m kN m q kN m ωωω=⨯⨯⨯==⨯==-⨯⨯⨯=-=-⨯=-=-⨯⨯⨯=-=-⨯=-k k k 迎风面 侧面， 屋顶，背风面 侧面， 241.05 1.00.650.550.3754/0.37546 2.25/kN m q kN m ω=-⨯⨯⨯=-=-⨯=-k 屋顶，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焊接的H 型钢68-⨯⨯⨯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H600300，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2()mm xI64(10)mm ⨯ x W 43(10)mm ⨯ y I 64(10)mm ⨯ yW 43(10)mm ⨯ximm yimm柱60030068H⨯⨯⨯720094725201733624234 61.6梁60030068H⨯⨯⨯1055294725201733624234 61.6 8668612522.0610947210 1.9510,2.06105201010 1.0710xEA knEI kn m--=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯•（2）截面内力根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，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：恒载作用下轴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：活荷载作用下轴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：风荷载作用下轴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。

本工程取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：组合1：1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载、雪荷载} +1.4×0.7风荷载组合2：1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载、雪荷载}+1.4×风荷载组合3：1.0×永久荷载+1.4×风荷载组合1、2－用于截面强度和构件稳定性计算，组合3 －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-44.56 -36.1837.92 Q-21.26 -23.6328.36 M-65.56 -72.8584.622－2 N-24.40 -36.1837.92 Q21.26 23.63-21.48 M-104.55 -116.17114.743－3 N-32.56 -27.1125.15 Q30.28 33.65-35.59 M104.55 116.17-114.744－4 N-21.16 -23.5225.15 Q 2.12 2.35-6.25 M65.29 72.55-62.16控制截面内力组合截面内力 1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载、雪荷载} +1.4×0.7风荷载1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载、雪荷载}+1.4×风荷载1.0×永久荷载+1.4×风荷载N-66.96 -35.84 -104.12（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)③N max与相应的M，V (以最大轴力控制)④N 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180.66m104.1258.59，，=-•=-=-M kN N KN Q KN 2-2截面的控制内力为288.10M79.9358.59，，M KN N KN Q KN=-•=-=3-3截面的控制内力为288.1077.0383.45，，M KN M N KN Q KN=•=-=4-4截面的控制内力为179.9258.32 5.83M 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。