《门式刚架轻型钢结构设计》计算书.pdf

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门式刚架轻型钢结构设计计算书门式刚架轻型钢结构设计计算书1、工程情况：

无吊车门式刚架跨度13.1m，刚架间距5m，共10榀。

钢架柱高4.6m，屋面坡度1/6，屋面及墙板采用加JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板，芯板面板厚为0.50mm，板厚为80mm，自重0.25kN/m2，檩条为薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，自重0.05kN/m2。

钢材采用Q235钢，焊条为E43型。

抗震设防烈度为6度。

刚架梁在1/3处变截面。

静载：

为0.2kN/m2；活载：

0.5kN/m2；雪载：

0.2kN/m2；风载：

基本风压W0=0.55kN/m2，地面粗糙度B类i=1;61/3处拼接图图1.刚架简图刚架简图2、钢架的布置及类型2.1钢架的布置按CECS102:

2002规范,门式钢架轻型钢结构广房的纵向温度区（伸缩缝间距）应不达于300m,横向温度区段应不大于150m.该工程可不设伸缩缝.柱网及平面布置如图2:

AB1238910图图2.刚架平面布置图刚架平面布置图12.2钢架的类型根据门式钢架类型钢结构特点,为了充分利用材料的作用达到节省材料的目的,截面应选用变截面实腹式门式钢架轻型钢架结构。

由于厂房内无吊车采用铰接柱脚刚架。

3、屋面构件与支撑设置3.1屋面板根据保温隔热的要求及建筑外形设计要求,考虑施工方便选用JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板,芯板面板厚为0.50mm，板厚为80mm.。

3.2檩条根据屋面板对檩条的要求,檩条间距采用1.5m.按荷载采用冷弯薄壁C型钢C180x70x20x3,跨中设拉条一道.3.3屋面支撑与柱间支撑为了保证厂房的强度，空间结构的稳定性，门式钢架结构左右跨横梁顶面设置横向水平支撑，在柱间设置柱间支撑。

3.3.1屋面横向支撑根据CECS102:

2002的要求：

屋盖的横向支撑和柱间的支撑一般设置在温度区段端部或第一或第二开间区。

柱间支撑布置如图3：

1238910图3.刚架柱间支撑布置图

（1）柱间支撑设计：

柱间支撑计算简图见图4.按CECS102：

2002附录A：

0.650.150.8s=+=z按GB50009-2001低于10m取0.1s=20.81.01.050.550.462kszokNwwm=110.46213.1515.12wk=N按一半山墙荷载的12考虑节点活荷载标准值：

1113.77522wkFW=kNN即节点荷载设计值：

1.437755.29wFk=2Fw=5.29图图4.柱间支撑计算图柱间支撑计算图柱间支撑构件为柔性构件只能承受拉力。

则：

直杆的反力设计值：

15.29NkN=斜杆的反力设计值：

25.29/cos7.23NkN=

（2）杆件验算直杆承受压力采用C18070203.0按轴心压杆进行验算，斜杆受拉采用圆钢就按轴心拉杆验算。

161）直杆：

截面性质244A=9.92,473.09,6.9160.92,2.65xxyycmIcmicmIcmicm=强度验算：

22252905.33/215/9.9210NNmmfNmmA=满足要求刚度：

500072.320069.15000188.720026.5xxyylili=满足要求稳定性：

只需要验算平面外的稳定性：

B类截面查表得0.206y=222529025.9/215/0.2069.9210yNNmmfNmmA=，满足要求。

b）斜杆：

截面性质2A=201.1mm强度验算：

2723035.95/215/201.1NNmmfNmmA=2，满足要求。

3刚度验算：

张紧的圆钢不需要考虑长细比。

34墙梁设计墙板采用加JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板。

按文献（4）中墙梁截面选用表11-1，墙梁选用冷弯薄壁卷边槽钢C160602020，跨中设拉条一道。

4、荷载计算4.1荷载取值计算（标准值）：

（1）恒载：

屋面板（JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板）；0.252/kNm檩条及支撑：

0.152/kNm钢架横梁：

0.15静载：

0.220.75/kNm=墙面及柱的自重：

0.52/kNm

（2）活载：

雪载：

0.22/kNm屋面均布活载：

由于刚架的受荷水平面积为13.1565.560,所以屋面活荷载取为0.32m2m2/kNm根据GB5009-2001两种取最大值。

取活载0.32/kNm（3）风荷载：

0.8-0.5-0.5-0.67.43-2.02-2.43-4.65ABCDE图图5风荷载体形系数与风荷载作用风荷载体形系数与风荷载作用基本风压地面粗糙类别B类，按CECS102：

2002的规定，基本风压乘以1.05的系数。

即20.55/owkN=1.05o=mNm20.550.5775/wk=4以柱顶为标准风压高度变化系数：

1.0,1.0zz=4.2各部分作用荷载：

（1）屋面恒载：

标准值：

0.755/cos3.80/kNm=设计值：

1.23.84.56/kNm=柱身恒载：

0.55=2.5kN设计值：

2.51.2=3kN

（2）屋面活荷载：

标准值：

0.35/cos1.52/kNm=设计值：

1.41.522.13/kNm=（3）风荷载：

仅以左风为例，右风相反。

屋面风压设计值；（）1.41.01.00.60.551.0552.43/wbcqk=Nm（）1.41.01.00.50.551.0552.02/wcdqk=Nm柱顶集中风载设计值（对于铰接变截面柱按简化取上半段风载为集中风载作用于柱顶计算）1.41.01.00.80.551.0552.37.43bwpkN=（）1.41.01.00.50.551.0552.34.65Dwpk=N则风荷载作用如图6：

7.084-4.43ABCDEq1q2q3q4图图6.风荷载作用图风荷载作用图122.43/qqkNm=342.02/qqkNm=55、截面初择截面初选按以下的方法进行，单跨双坡对称实腹式变截面刚架的几何尺寸如图7所示：

1113100437327.530403040=400mm4600460306.710151015ccLmmhhHmm=:

取11807215025chbmmb=取:

mm100200133200mm=250mm23ccchhmmmmhh=且取:

0cABhc1hc0hb1hb0H（250400）x150x8x10H（400200）x150x8x10H200x150x8x10图图7.刚架截面初选刚架截面初选11310043737430353035bLh=:

mm1，由于一般情况下取1cbhh=，故取1400bh=115060b=15025bhbmm=，取:

0013100238200=200mm55655565bbLhmm=，取:

h选取截面的特性如表1所示：

表表1.截面特性截面特性截面2Ammx4Immy4Immx3mmWy3mmWxmmiymmi6柱梁大头小头大头小头604048406040444081.51107105.1381.511073.10105.646105.636105.646105.636104.115107.535107.535103.1051075216751307521675102157.9103.0157.983.530.634.130.635.6柱截面的平均惯性矩：

（）（）88401101.510.5131.01102cccIIImm=+=+=梁截面的平均惯性矩：

（）（）0127741222103.1015.113.102337.0910bbbbIIIImm+=+=6、内力和侧移计算6.1内力计算内力计算采用弹性分析法。

用梁，柱平均刚度将梁，柱简化为等截面刚梁，然后采用结构力学求解器进行求解。

6.1.1屋面恒荷载作用1）输入文件结点,1,0,0结点,2,0,4.6结点,3,4.37,5.33结点,4,6.55,5.69结点,5,8.73,5.33结点,6,13.1,4.6结点,7,13.1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,0结点支承,7,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0单元荷载,2,3,4.56,0,1,90单元荷载,3,3,4.56,0,1,90单元荷载,4,3,4.56,0,1,90单元荷载,5,3,4.56,0,1,907单元荷载,6,3,0.5,0,1,180单元荷载,1,3,0.5,0,1,0单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12）输出文件杆端内力值（乘子=1）-杆端1杆端2-单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-1-32.1680567-11.16798360.00000000-29.8680567-11.1679836-51.37272472-15.936492927.6197595-51.3727247-15.93649297.4164378226.24214013-15.92266847.4460574526.2421401-15.9226684-2.6293758031.56342904-15.92266842.6294724031.5634290-15.9226684-7.4459608526.24235355-15.9363403-7.4163410726.2423535-15.9363403-27.6196628-51.37208276-29.867936911.1678440-51.3720827-32.167936911.16784400.00000000-3）内力图（设计值）1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）-51.37-51.3726.2426.2431.5632.3031.5626.2432.3026.24-51.37-51.37a.M图（kNm）1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）-11.1727.627.427.45-2.632.63-7.45-7.42-27.6211.1711.17b.V图（kN）81234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）-32.17-29.87-15.94-15.92-15.92-15.94-29.87-32.17c.N图（kN）图图8.刚架在恒荷载作用下的内力图刚架在恒荷载作用下的内力图6.1.2屋面活荷载作用：

1）输入文件结点,1,0,0结点,2,0,4.6结点,3,4.37,5.33结点,4,6.55,5.69结点,5,8.73,5.33结点,6,13.1,4.6结点,7,13.1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,0结点支承,7,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0单元荷载,2,3,2.13,0,1,90单元荷载,3,3,2.13,0,1,90单元荷载,4,3,2.13,0,1,90单元荷载,5,3,2.13,0,1,90单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12）输出文件内力计算杆端内力值（乘子=1）-杆端1杆端2-单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-91-13.9515265-5.216623940.00000000-13.9515265-5.21662394-23.99647012-7.4440460212.9013350-23.9964701-7.444046023.4642571412.25784173-7.437561043.4780926212.2578417-7.43756104-1.2281952814.74344384-7.437530521.2282404014.7434438-7.43753052-3.4780475012.25794145-7.44393921-3.4642119512.2579414-7.44393921-12.9012898-23.99617026-13.95147055.21655874-23.9961702-13.95147055.216558740.00000000-3）内力图1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）-24.00-24.0012.2612.2614.7415.0914.7412.2615.0912.26-24.00-24.00a.M图（kNm）1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）-5.2212.903.463.48-1.231.23-3.48-3.46-12.905.22b.V图（kN）1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）-13.95-7.44-7.44-7.44-7.44-13.95c.N图（kN）图图9.刚架在活荷载作用下的内力图刚架在活荷载作用下的内力图106.1.3风荷载作用：

1）输入文件结点,1,0,0结点,2,0,4.6结点,3,4.37,5.33结点,4,6.55,5.69结点,5,8.73,5.33结点,6,13.1,4.6结点,7,13.1,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,0结点支承,7,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0结点荷载,2,1,7.43,0结点荷载,6,-1,4.65,180单元荷载,2,-3,2.43,0,1,90单元荷载,3,-3,2.43,0,1,90单元荷载,4,-3,2.02,0,1,90单元荷载,5,-3,2.02,0,1,90单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12）输出文件内力计算杆端内力值（乘子=1）-杆端1杆端2-单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-119.311463711.39889630.0000000019.311463711.398896352.434923427.09643555-18.393641152.43492347.09643555-7.62739736-5.2088719737.08251953-7.64048352-5.208871977.08251953-2.27133817-16.159080045.97656250-4.42773271-16.15908005.976562500.03550746-21.011445455.976074220.02441674-21.01144545.976074228.97413382-1.0771678069.836138240.23416691-1.077167809.836138240.234166910.00000000-3）内力图111234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）52.4352.43-5.21-5.21-16.16-16.16-21.01-21.01-1.08-1.08a.M图（kNm）1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）11.40-18.39-7.63-7.64-2.27-4.430.040.028.970.23b.V图（kN）1234567

（1）

（2）（3）（4）（5）（6）19.317.107.085.985.989.84c.N图（kN）图图10.刚架在风荷载作用下的内力图刚架在风荷载作用下的内力图6.2侧移验算（采用标准值计算）：

刚架梁坡度1：

61：

5，故柱顶的侧移按下计算：

由于无吊车梁，处于6度地震区故水平力作用有风载引起.。

柱顶的等效水平力：

（）（）140.670.671.012.224.69.95HqqhkN=+=+=刚度与梁的线刚度比值12871.011013.14.067.09104.6ctbILIh=则刚架柱顶的水平侧移。

（）（）333589.95104600224.0612122.06101.011023.5tcHhuEImm=+=+=墙板为轻型钢板墙得lim460076.676060hum=mlimuu满足要求。

7）内力组合7.1选取控制截面。

由于刚架布置，恒载和活载作用下对称。

故选择取控制截面为a-a，b-b，c-c，d-d，e-e。

如图所示：

bbccddeeaa图图11.刚架控制截面刚架控制截面7.2内力组合：

内力组合考虑以下三种

（1）永久荷载+活荷载

（2）永久荷载+风荷载（3）永久荷载+0.85（活荷载+风荷载）组合内力见表2：

表表2.刚架组合内力：

刚架组合内力：

截面内力恒荷载活荷载风荷载恒荷载+活荷载恒荷载+风荷载恒荷载+0.85（风荷载+活荷载）a-aN-32.17-13.9519.31-46.12-12.86-27.61V-11.12-5.2211.4-16.340.28-5.8713M000000.00b-bN-29.87-13.9519.31-43.82-10.56-25.31V-11.12-5.2211.4-16.340.28-5.87M-51.37-2452.43-75.371.06-27.20c-cN-15.94-7.447.1-23.38-8.84-16.23V27.6212.9-18.3940.529.2322.95M-51.37-2452.43-75.371.06-27.20d-dN-15.94-7.447.08-23.38-8.86-16.25V7.423.46-7.6410.88-0.223.87M26.2412.26-5.2138.521.0332.23e-eN-15.92-7.447.08-23.36-8.84-16.23V-2.63-1.23-2.27-3.86-4.9-5.61M31.5614.74-16.1646.315.430.35注：

表中注：

表中N、V的单位为的单位为kN，M的单位为的单位为kNm。

8、结构截面验算8.1刚梁横梁和柱的计算长度

（1）横梁在刚梁平面内的计算长度由于刚架坡度1：

61：

5，因此，刚架横梁在平面内稳定性能够得到保证，不需要验算平面内的稳定性。

（2）横梁在刚梁平面内的计算长度考虑屋面压型钢板与檩条紧密的连接，有一定的蒙皮效应，在出平面能起到支撑作用，但为了安全计算长度按两个檩条之间考虑即0215003000ylmm=8.1.2刚架柱的计算长度刚架柱在刚架平面内的计算长度采用一阶分析法来计算;柱顶在水平位移作用下的侧移刚度39.9510423.323.5HKNu=mm当门式铰接单跨对称：

034.142.09crEIkh=柱在平面内计算长度：

02.0946009614xrhhmm=

（2）柱在平面外的计算长度考虑屋面压型钢板与墙梁紧密的连接，有一定的蒙皮效应，在出平面能起到支撑作用，但为了安全计算长度按两个墙梁之间考虑，即0215003000ylmm=8.2构件的局部稳定性验算由于梁柱的腹板厚度相同，翼缘宽度相同，因此仅验算梁、柱大头的局部稳定：

14柱大头：

翼缘部分：

（）150823527.1151510ybcf=，满足要求；40021023547.52502508wwyhtf=腹板部分：

=满足要求;梁大头:

翼缘部:

（1508）/22357.1151510ybtf=满足要求;腹板部分：

40021023547.52502508wwyhtf=，满足要求;满足要求

（1）柱加劲肋：

a-a其腹板均匀剪力梁柱局部稳定性均8.3加劲肋设置32max016.34105.38/0.0253808ywwvtNmht=mf38047.58wwht=，仅在柱端设置加劲肋。

（2）梁加劲肋：

C-C截面：

则柱腹板可不设加劲肋32max040.521013.32/0.0623808ywwvtNmht=mf38047.58wwht=d-d截面：

32010.88107.56/0.0351808ywwvtNmht=mf184464wwht=加劲肋，仅在梁端设置加劲肋力最大处为c-c截面，但d-d截面较小且剪力比e-e截面大因而对c-c，d-d截面c-c截面：

故，梁腹板可不设8.4刚架梁的验算84.1抗剪验算刚梁截面的剪进行验算：

150wha=仅考虑支座加劲肋，380235810.5010.8415.34415.34wwsyhtf=,满足要求仅考虑支座加劲肋，d-d截面：

0wha=180235810.2370.8415.34415.34wwsyhtf=uwwv满足要求8.4.2弯，Vhtf=由于横梁跨中可能出现较大弯矩，故6.69KN/mN=23.38kNV=40.52kNM=75.37kNmV=3.86N=23.36kNM=46.3kNmC-Ce-ex图图12.刚架梁计算简图刚架梁计算简图1626.6940.5275.37cos2xxxM=令0xxdMd=xx=50.75.MKNm=06.696.140sin23.3816.63VNK=相应的N

（2）c-c截面在弯，剪，压共同作用下的强度验算c-c截面内力：

75.37.,23.38,40.5240.520.50.53801900.5uuMkNmNkNVkNVVkNVV=M，取M=Mf故，2100.5fueufMM1VMM+=，满足要求。

（3）d-d截面：

d-d截面内力：

V38.5.,23.38,10.88MkNmNkNVkN=0.880.50.5180900.5uuVVVVkN=取fMM=210故，1ffVMM+=，满足要求。

（4）对d-d截面和e-e截面均有，MMf，V0.5Vu均取，MM0.5ueuV,0.5uVV=fMM=172MMV101f+=均满足要求。

共同作用下强度满足要求。

性刚架横梁的坡度1：

60.280.281.071.070.9843.26bbr=则刚架梁变截面段的平面外稳定性：

3623.38101.075.3710NM221501101.7/215/0.65944400.9847.5310tybyeNmmfNmm