钢结构课程设计计算书作品名称：单跨双坡轻型门式刚架设计学院名称：土木与建筑工程学院姓名：学号：专业班级：指导教师：XXXX大学土木与建筑工程学院2012年月日目录（一）设计资料 (2)（二）结构形式与支撑布置 (2)[1]屋架形式及几何尺寸 (2)[2]屋架支撑布置 (2)（三）荷载计算 (4)[1]荷载设计值 (4)[2]荷载组合 (4)（四）内力计算 (5)（五）杆件设计 (7)[1]上弦杆 (7)[2]下弦杆 (8)[3]斜腹杆“aB” (9)[4]竖杆“Gg” (9)[5]各杆件的截面选择计算 (10)（六）节点设计 (12)[1]下弦节点“c” (12)[2]上弦节点“B” (13)[3]屋脊节点“H” (14)[4]支座节点“a” (15)（七）屋架施工图 (19)参考文献 (20)（一）设计资料某单层厂房采用单跨双坡轻型门式刚架，钢架跨度为15m，柱高4.2m，厂房长90m, 柱距6m，共有16榀刚架，屋面坡度取1/10（ 5.71α= ），地震设防烈度6度。
屋面及墙面板均采用夹芯板；檩条及墙梁均采用薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条为E43型。
荷载：恒载：岩棉夹芯彩色钢板0.25kN/m2，檩条0.05kN/m2，悬挂设备0.15kN/m2；活载：屋面活荷载0.3kN/m 2，雪荷载0.25kN/m 2； 风荷载：基本风压值0.4kN/m 2；地震作用：地震设防6度，设计地震分组为一组，设计基本地震加速度值0.05g 。
（二）结构形式与支撑布置[1]刚架形式及几何尺寸如下图1所示：图1 刚架形式及几何尺寸[2]刚架支撑布置如下图2所示：符号说明：SC —上弦支撑 XC —下弦支撑 CC —垂直支撑GG —刚性系杆 LG —柔性系杆图2 刚架支撑布置（三）荷载计算 [1]荷载标准值2.1 计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。
2.2 荷载取值计算：（1）屋盖永久荷载标准值夹芯板 20.25kN m 檩条 20.5kN m 钢架梁自重 21.5kN m 合计 20.41kN m （2）按照《建筑结构荷载规范》取屋面活荷载标准值20.3/KN m ，雪荷载20.25/KN m取两者大较值： 20.3/KN m （3）夹芯板墙及自重标准值 20.36/KN m（4）风荷载标准值基本风压：20.4/KN m 。
根据地面粗糙度类别为B 类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m 时，按10m 高度处的数值采用， 1.0z μ=。
风荷载体型系数s μ：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。
2.3 各部分作用的荷载标准值计算（1）屋面荷载标准值：10.416 2.48/cos kN mθ⨯⨯=柱身恒载： 0.366 2.16/kN m ⨯=（2）屋面活载标准值：mkN /81.1cos 1630.0=⨯⨯θ（3） 风荷载以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式ωμμωs z k =计算，z μ查表10h m ≤，取1.0，s μ取值如图1.2所示。
（地面粗糙度B 类） ④屋面风荷载标准值迎风面 2 1.0 1.00.46 2.4kN /m ω=-⨯⨯⨯=- 背风面 30.65 1.00.46 1.56kN /m ω=-⨯⨯⨯=-⑤墙面风荷载迎风面 10.25 1.00.460.6kN /m ω=⨯⨯⨯= 背风面 40.55 1.00.46 1.32kN /m ω=-⨯⨯⨯=-三、内力计算根据各个计算简图，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。
3.1 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剪力图恒载作用下弯矩图3.2 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剪力图活荷载作用下弯矩图3.3 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剪力图风荷载作用下弯矩图由对称性可知，右风作用下，钢架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。
四、内力组合[2]刚架承受的荷载设计值选择如下几种组合计算（组合一： 1.2=⨯⨯⨯⨯⨯永久荷载+0.9 1.4屋面均布活荷载+0.9 1.4风荷载）（组合二： 1.0=⨯⨯永久荷载+1.4风荷载）（组合三： 1.2=⨯⨯永久荷载+1.4风荷载））对构件内力值进行验算，如下表所示截面内力恒载活载左风组合值1 组合值2 组合值3柱端A M 0 0 0 0N -122.04 -21.72 40.21 -143.08 Q -24.27 -5.92 19.15 -21.33柱端B M -266.98 -65.12 162.86 -274.74 N -89.04 -21.72 40.21 -103.48 Q -24.27 -5.92 10.46 -25.63梁端B M -266.98 -65.12 14.41 -399.44 N -33.01 -8.05 -38.97 -83.62 Q 86.18 21.02 162.86 269.65梁端C M 232.80 56.79 -78.09 293.27 N -33.01 -8.05 14.41 -38.78 Q -3.30 -0.81 -0.99 -5.93（四）屋面构件设计[1]夹芯板夹芯板型号可采用JXB42-333-1000，芯板面板厚度为0.50mm，板厚为80mm。
[2]檩条檩条可采用冷弯薄壁卷边槽钢1807020 3.0⨯⨯⨯，跨中设拉条一道。
檩托布置见图4 （五）屋面支撑系统设计图5为图6中的节点大样，给出了屋面支撑及柱间支撑的位置。
[1]屋面支撑布置檩条间距为1.5m，水平支撑节距为3m（水平投影距离），见图7所示。
[2]屋面支撑荷载及内力屋面斜支撑为柔性杆件，采用张紧的圆钢。
屋面支撑计算简图见图8。
按一侧山墙面作用受压风荷载的一半考虑，一侧山墙支撑取 1.0zμ=。
节点荷载标准值()0.4 1.0 1.0 3.050.30.62kN 3.54kN wk F =⨯⨯⨯⨯++=； 节点荷载设计值 3.54 1.4kN 4.96kN w F =⨯=；斜支撑拉力设计值 1.5 4.96cos 26.6kN 8.32kN N =⨯= 。
[3]斜支撑校核斜支撑选用12φ的圆钢，截面面积2113.0mm A =。
强度校核：2228320N /mm 73.6N /mm 215N /mm 113N f A σ===<=；刚度校核：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求，但从构造上考虑采用16φ为宜。
（六）柱间支撑系统设计柱间支撑直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力余量，可不再验算。
[1]柱间支撑布置柱间支撑布置图见图8所示。
[2]柱间支撑荷载及内力柱间支撑为柔性杆件，采用张紧的圆钢。
支撑计算简图见图9所示。
作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取5.9m ）：1 5.91.3 1.00.412kN 18.4kN 2ω=⨯⨯⨯⨯=，其中取0.80.5 1.3s μ=+=；按一半山墙面作用风荷载的13考虑节点荷载标准值，节点荷载标准值1118.4kN 3.07kN 32wk F =⨯⨯=；节点荷载设计值 3.07 1.4kN 4.3kN w F =⨯=； 斜支撑轴力设计值 4.3cos 40kN 5.61kN N == 。
[3]斜支撑校核斜支撑选用12φ的圆钢，截面面积2113.0mm A =。
强度校核：2225610N /mm 49.6N /mm 215N /mm 113N f A σ===<=；刚度校核：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求，但从构造上考虑采用16φ为宜。
（七）荷载组合（设计值）根据《建筑结构荷载规范》的要求，永久荷载的分项系数取1.2，活荷载的分项系数取1.4。
设计刚架时，应考虑以下3种荷载组合： [1] 恒荷载+活荷载1 3.26kN /m g =，2 3.24kN /m g =；2.52kN /m q =[2] 恒荷载+风荷载1 3.26kN /m g =，2 3.24kN /m g =；10.84kN /m ω=，2 3.36kN /m ω=-，3 2.18kN /m ω=-，4 1.85kN /m ω=-[3] 恒荷载+0.85（活荷载+风荷载）1 3.26kN /m g =，2 3.24kN /m g =；2.52kN /m q =；10.84kN /m ω=，2 3.36kN /m ω=-，3 2.18kN /m ω=-，4 1.85kN /m ω=-屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如图5、6、7所示。
图4 荷载组合作用下的计算简图（八）内力分析[1] 恒荷载+活荷载情况刚架承受荷载组合[1]作用下的计算简图如下图5所示：图5 刚架计算简图（一）[2] 恒荷载+风荷载情况刚架承受荷载组合[2]作用下的计算简图如下图6所示：图6 刚架计算简图（二）[3] 恒荷载+0.85（活荷载+风荷载）情况刚架承受荷载组合[3]作用下的计算简图如下图7所示：图7 刚架计算简图（三）（九）构件截面设计 [1]构件截面几何参数梁柱均为高频焊接轻型H 型钢（mm ）300150 4.58⨯⨯⨯，45976.11cm x I =，4450.22cm y I =， 3398.4cm x W =，360.03cm y W =，12.75cm x i =， 3.50cm y i =，236.78cm A =。
[2]构件宽厚比的验算①翼缘部分：150 4.519.091528b t -=⨯=<=，满足要求。
②腹板部分：3002863.12504.5w wb t -⨯==<=，满足要求。
[3]刚架梁的验算①强度验算刚架梁端部为最不利截面，15.7kN N =-，35.4kN V =，57kN m M =⋅。
a.梁抗剪承载力设计值d V梁截面的最大剪力为max 35.4kN V =，考虑仅有支座加劲肋，即按1wa h >或0wa h =计算，因不设中间加劲肋，所以5.34k τ=，0.740.8w λ===<则： 125N /mm v v f f '==；()30028 4.5125kN 159.75kN d w w v V h t f '==-⨯⨯⨯=；max 35.4kN 159.75kN d V V =<=，满足要求。
b.梁抗弯承载力设计值e M先计算梁的有效截面：梁腹板的最大应力max σ和最小应力min σ为：()()236max 2224min139.7N /mm 15.7105710142N /mm 4.3135.4N /mm 131.1N /mm 36785976.1110y xM y N A I σσ⎧⨯⨯⨯⎪=±=±=±=⎨-⨯⎪⎩受压受拉梁腹板的受压区高度：max max min139.7284mm 146.5mm 139.7131.1c w h h σσσ⨯===++min max 131.10.938139.7σβσ-===- 则：22.44k σ===由于22max 139.7N /mm 215N /mm f σ=<=，故取22max 1.1139.7N /mm 153.7N /mm R γσ=⨯=代替下式中的y f 计算ρλ，即：0.3830.8ρλ===<因此，1ρ=，即梁腹板不屈曲全部有效，从而可得按有效截面计算的梁抗弯承载力设计值：3398.410215kN m 85.66kN m e e x M W f W f ===⨯⨯⋅=⋅c.弯剪压共同作用下的验算由于35.4kN 0.50.5159.75kN 79.9kN d V V =<=⨯=，故应按下式计算，即：33615.710398.41085.6610kN m 83.96kN m 57kN m3678N e ee eN W MM M A ⋅⨯⨯⨯=-=⨯-⋅=⋅>=⋅②整体稳定验算a.横梁平面内的整体稳定性验算当斜梁坡度不超过15时，因轴力很小，可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。