钢结构厂房课程设计 Prepared on 22 November 2020学号11 《钢结构设计》课程设计哈尔滨市某雪糕厂轻型门式刚架设计院（系）名称：航天与建筑工程学院专业名称：土木工程学生姓名：韩学彬指导教师：张建华副教授2014年6月2）3）4.5.（1）（2）1. 设计资料哈尔滨市某雪糕厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱距6m，柱高6m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。
刚架平面布置如下图（a）所示，刚架形式及几何尺寸如下图（b）所示。
屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，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，间距为米，钢材采用Q345钢，焊条采用E43型。
（a）钢架平面布置图（b）钢架形式及几何尺寸2.荷载计算1）荷载取值计算（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）YX51-380-760型彩色压型钢板 m250mm厚保温玻璃棉板 m2PVC铝箔及不锈钢丝网 m2檩条及支撑 m2刚架斜梁自重 m2悬挂设备 m2合计 m2（2）屋面可变荷载标准值屋面活荷载：m雪荷载：基本雪压S0=m2。
对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=5°42' 38",μz=，雪荷载标准值Sk =μzS=⨯。
取屋面活荷载与雪荷载中的较大值m2，不考虑积灰荷载。
（3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱，墙骨架等）m2（4）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=⨯，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 =。
风荷载体型系数μs。
迎风面柱及屋面分别为+和，背风面柱及屋面分别为和（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。
2）各部分作用的荷载标准值计算 （1）屋面恒荷载标准值：×6kN/m 2=m 2活荷载标准值：⨯m 2=m 2（2）柱荷载恒荷载标准值：（⨯⨯+×）kN=活荷载标准值：×=（3）风荷载标准值 迎风面：柱上q w1=×6×m=m横梁上q w2=⨯⨯ 背风面：柱上q w3=⨯×m=m横梁上q w4=⨯⨯内力分析考虑本工程刚度跨度较小，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《建筑结构静力计算手册》（中国建筑工业出版社）中表8-7公式计算刚架内力。
（1）在恒荷载作用下（见图3-1~3-3)λ=l/h=27/6= Ψ=f/h=6= k=h/s=6/=μ=3+k+Ψ(3+Ψ)=3++(3+= Φ=μψ458+= 4.1678×40.225×8＋＋= H A =H E =8qlλΦ=⨯⨯⨯82ql ⨯⨯⨯82ql ⨯⨯图3-1 恒荷载作用下的M图图3-2 恒荷载作用下的N图图3-3 恒荷载作用下的V图刚架的内力图符号规定：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（见图3-4~3-6）V A =VE=2ql=×27／2kN=H A =HE=8qlλΦ=0.5474×4.5×827×97.2kN=M C =82ql[1-（1+Ψ）Φ]=827×70.22⨯[1-(1+⨯]kN·m=·mMB=MD=-82qlΦ=⨯⨯图3-4 活荷载作用下的M图图3-5 活荷载作用下的N图图3-6 活荷载作用下的V 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 。
（1）在迎风面横梁上风荷载竖向分力q w2y 作用下（见图3-7）Φ=μ161（8+5Ψ）=1866.4161⨯（8+⨯）=V E =8ql=×27／8kN=; V A =⨯4ql 0.1368×4.5×427×48.342ql 40.1368×27×3.48242ql 427×3.482⨯⨯图3-7 风荷载qw2y作用下的M图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下（见图3-8）V A =8ql=×27／8kN=;V E =⨯4ql⨯⨯⨯42ql)1([422ψα+-ql427×26.22⨯⨯图3-8 风荷载qw4y作用下M图（3）在迎风面柱上风荷载q w1作用下（见图3-9）α=1Φ=]5)2(6[41k ++ψμ=1866.441⨯[6⨯(2++⨯]= V A =-V E =lqh 22=⨯(2⨯27)kN=H E =⨯422αqh ﹚0.9334-2×41×6×87.022（422αqh 41×6×87.022（1-（1+）×﹚kN ·m=·m M D =⨯·m=·m图3-9 风荷载q w1作用下的M 图（4）在背风面柱上风荷载q w3作用下（见图3-10）V A =-V E =lqh 22=⨯(2⨯27)kN=H E =22(2αα--qh Φ)=-21×6×91.1×（2-20.9334）kN=H A =⨯⨯⨯⨯)1(1[422ψα+-qh 0.9334]×－﹙﹙1＋0.225[1×41×6×91.122 =·m图3-10 风荷载q w3作用下的M 图（5）在迎风面横梁上风荷载水平分力q w2x 作用下（见图3-11）α=1;Φ=)34(8ψμψ+=﹚0.225×﹙4＋3×4.1678×8225.0= V A =-V E =)2(211f h l qf +-=-21.35×48.3×(1+=H A =)1(21φ+qf =21.35×48.3(1+kN= H E =⨯])1(5.0[2φψψ+-qfh0.0315]×0.2251-0.225×0.5[×26×1.35×48.3）（+=·mM B =⨯·m=·m M D =⨯·m=·m图3-11 风荷载qw2x作用下的M图(6)在背风面横梁上风荷载水平风力qw4x作用下（见图3-12）V A =-VE=×／(2×27)×(2×6+kN=HE=⨯⨯⨯，MD=⨯·m=·m图3-12 风荷载qw4x作用下的M图（7）用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力（见图3-13~3-3-16）作用下的M图图3-13 左风向风荷载qw图3-14 右风向风荷载q作用下的M图w作用下的N图图3-15 风荷载qw图3-16 左风向风荷载q作用下的V图w4.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：γS≤R。
本工程结构构件安全等级为二级，γ=。
(1)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①⨯恒荷载标准值计算的荷载效应+⨯活荷载标准值计算的荷载效应；②⨯恒荷载标准值计算的荷载效应+⨯风荷载标准值计算的荷载效应；③⨯恒荷载标准值计算的荷载效应+⨯活荷载标准值计算的荷载效应+⨯⨯风荷载标准值计算的荷载效应；④⨯恒荷载标准值计算的荷载效应+⨯风荷载标准值计算的荷载效应+⨯⨯活荷载标准值计算的荷载效应；⑤⨯恒荷载标准值计算的荷载效应+⨯⨯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如下。
梁端截面:Mmax 及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。
梁跨中截面：Mmax 及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。
对于刚架柱,截面的最不利组合有M max 及相应的N、V；Mmin及相应的N、V；Nmax及相应的±Mmax、V；Nmin及相应的±Mmax、V。
内力组合见表4-1。
表钢架内力组合（左半跨）5.刚架设计截面设计初选梁柱截面均用热轧普通工字钢I63c :630×180×17×22， 截面特性：B =180mm ,H =630mm , w t =mm ，f t =mm ，A =2mm ，x I =1023394cm , x W =3cm ，x i =cm ；y I =4cm ，y W =3cm ，y i =cm 。
构件验算（1）验算刚架柱在风荷载作用下的侧移μc I =b I =1023394cm ，t ξ=l I c /h I b =27000/6000=刚架柱顶等效水平力：W =()21ωω+h =()691.187.0⨯+kN =kN H=W670.=⨯kNμ=()t cEI Hh ξ+2123=()5.4210102339102061260001018.114333+⨯⨯⨯⨯⨯⨯mm =mm ≤[λ]=h /60=100mm （2） 构件宽厚比验算翼缘部分：b /t =22=≤y ／f 235=15 满足 腹板部分：0h /w t =586/17=≤y ／f 235=250 满足（3）刚架梁的验算① 抗剪验算：梁截面最大剪力为max V =kN ，考虑到仅有支座加劲肋，s λ=34.537/0wt h =34.53717/586=≤，u V =v w w f t h =586×17×125kN =1245kN ≥max V =，满足要求。
② 弯、剪、压共同作用下的验算：取梁端截面进行验算，N =kN , V =kN ，M =m kN ⋅。
因V ≤u V ,取V =u V ，按《钢结构设计规范》（GB50017—2003）验算f M =f h A hh A f f ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+222211﹚1797972100﹙310－30422180304304221802⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯= =m kN ⋅≥M =m kN ⋅，取M =f M故 f eu f u M M M M V V --+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-2150.=0≤1，满足要求。