门式刚架轻型房屋钢结构内力计算及组合
1.1 刚架在各种荷载作用下的弯矩M图、剪力V图、轴力N图
1.1.1 屋面恒载作用下刚架M、N、Q图
kN）
图1.1 刚架恒载作用图（单位：m
图1.2 轴力图（单位：kN）
图1.3 剪力图（单位：kN）
图1.4 弯矩图（单位：kN·m）1.1.2 屋面活载作用下刚架M、N、Q图
图1.5 刚架活载作用图（单位：kN/m）
图1.6 轴力图（单位：kN）
图1.7剪力图（单位：kN）
图1.8 弯矩图（单位：kN·m）
1.1.3 作风荷载作用下刚架M、N、Q图
图1.9刚架上风载作用图（单位：kN/m）
图1.10 轴力图（单位：kN）
图1.11 剪力图（单位：kN）
图1.12 弯矩图（单位：kN/m）
1.2 刚架内力组合见表4-1，表4-2
4-1刚架梁内力组合表
4-2刚架柱内力组合表
钢结构连接计算书 计算依据： 1、《钢结构设计规范》GB50017-2017 一、连接件类别： 普通螺栓。 二、普通螺栓连接计算： 1、普通螺栓受剪连接时，每个普通螺栓的承载力设计值，应取抗剪和承压承载力设计值中的较小者。 受剪承载力设计值应按下式计算： N v b = n vπd2f v b/4 式中d──螺栓杆直径,取 d = 8 mm； n v──受剪面数目，取 n v = 1； f v b──螺栓的抗剪强度设计值，取 f v b =125 N/mm2； 计算得：N v b = 1×3.1415×82×125/4=6283.185 N； 承压承载力设计值应按下式计算： N c b= d∑tf c b 式中d──螺栓杆直径,取 d = 8 mm； ∑t──在同一受力方向的承压构件的较小总厚度，取 ∑t=8 mm； f c b──普通螺栓的抗压强度设计值，取 f c b =250 N/mm2； 计算得：N c b = 8×8×250=16000 N； 故: 普通螺栓的承载力设计值取 6283.185 N； 2、普通螺栓杆轴方向受拉连接时，每个普通螺栓的承载力设计值应按下式计算： N t b= πd e2f t b/4 式中普通螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径，取 de= 8 mm；
f t b──普通螺栓的抗拉强度设计值，取 f t b =215 N/mm2； 计算得：N t b = 3.1415×82×215 / 4 = 10807.079 N； 3、普通螺栓同时受剪和受拉连接时，每个普通螺栓同时承受剪力和杆轴方向拉力应符合下式要求： ((N v/N v b)2 + (N t/N t b)2)1/2≤ 1 N v≤ N c b 式中N v──普通螺栓所承受的剪力，取 N v= 3 kN =3×103 N； N t──普通螺栓所承受的拉力，取 N t= 1 kN =1×103 N； [(N v/N v b)2+(N t/N t b )2]1/2=[(3×103/6283.185)2+(1×103/10807.079)2]1/2= 0.486 ≤ 1； N v= 3000 N ≤ N c b = 16000 N； 所以，普通螺栓承载力验算满足要求！
PKPM做钢结构的经验集萃 1、优化设计并非是把别人的设计拿过来，按照原设计思路死扣用钢量（俗称“蚊子腿上剔 精肉”），因为这样通常大幅度降低了原设计的安全度，“荷载优化”是选取适当的荷载，应当兼顾业主对结构小幅改动的可能性，比如吊挂灯具、功能分区重新布局。把恒载取得很小，用钢量没有减小太多，功能限制则限制太死。优化首先考虑变化方案，简化结构传力模式和传力途径，做到大处节省，具体到杆件节点则要放宽。如果原结构各部件安全储备相差严重时，可以选择一个合适的安全储备标准来调整各构件型号，该加大的加大，该减小的减小。结构安全是整体安全，个别杆件强大没啥用。 2、《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）5.0.6条：检测单位鉴定达不到要 求时，经原设计单位核算认为满足安全时可以验收。一级建造师《项目管理》中讲：检测单位鉴定达不到要求时，经原设计单位核算认为满足安全时可以验收。对未达要求的行为承担“违约责任”。 3、网架焊接球如果采用压制钢板制作，钢板厚度公差接近±2.5mm，《强规》规定偏差不 大于13%和1.5mm。怎么办呢？制作时可以把钢板加厚1mm就可以避质检找麻烦了。 4、设置20吨以上的吊车的厂房在国内不允许按《门式刚架规程》设计，主要在于国内吊 车梁安装偏差和吊车轨道安装偏差造成卡规，使水平力增加4－5倍，导致厂房剧烈晃动，没法正常使用。总之，任何先进的设计方法都无法超越实际施工水平来实现，要求符合国情（或者“公司加工实力”）。比如对20吨驾操吊车的门架按美国规范控制柱头位移为H/240(国内H/400)，晃动得没人愿意驾操，省那一点点钢材和厂房适用性相比就显“设计扣到家”有多么可笑了。 5、什么样的维护系统需要考虑阵风系数？（1）、对脆性材料。如玻璃幕墙，必须采用阵风 系数。（2）、对阵风作用下，对荷载临时提高能够承受的钢材等，不需要考虑阵风系数。 （3）、不该考虑阵风系数的维护系统考虑了阵风系数，安全度比主结构高出一倍，不利于主体安全。 6、挠度有三种：（1）、与安全有关的控制标准。（2）、反映安装质量的控制标准。（3）、外 形美观的控制标准。比如，单层网壳仅仅计算稳定性缺陷考虑1/300，挠度大了影响结构安全。但对双层网壳仅是对施工质量的控制。 7、《网架规程》中：“温度应力计算”仅限于四边支撑网架。 8、生物界的工程原则就是我们追求的工程设计原则：（1）、节省。用最少消耗达到最大效 果。（2）、安全。做可以超载性生物体（建筑物），即使部分损坏也不危及整体生存。（3）、简单快捷。 9、网架、网壳计算风载不大时，永久荷载占总荷载50％以内时，不需要按“1.35*恒载” 考虑。 10、网架活载取值不要小于0.5KN/M2.。 11、如果附加荷载超过25Kg/M2，应当考虑檩条上是否有集中荷载按集中荷载计算。 12、中国的《荷载规范》对风载的规定和美国规范比较：美国规范，向上的风吸力大些， 两端水平风力大，中间风力小。《门式钢架规程》侧移近似计算方法只适合初步估算，正式的侧移计算应用弹性整体计算方法。 13、门式钢架风载取值，对风载《全国民用建筑工程设计技术措施》规定：L/H≤4时 应该用《荷载规程》；L/H>4时应该按门式钢架规程。 14、开敞式：指的是开口面积≥80％的墙面面积。部分封闭式：A、开口集中在一墙面 上。B、该墙面洞口面积大于其他墙面洞口面积之和。C、开口面大于本墙面5％。D、不均匀的大开口，内部风压加大为+0.6、-0.3（不再是±0.2）。
一、设计资料 某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m ，长度48m ，柱距6m ，檐口标高11m ，屋面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，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，钢材采用Q345钢，2 /310mm N f =，2/180mm N f v =，基础混凝土标号C30，2 /3.14mm N f c =，焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面檩条布置图，柱间支撑布置草图， 钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。 刚架平面布置图 屋面檩条布置图
柱间支撑布置草图 计算模型及风荷载体形系数 二、荷载计算 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 彩色钢板 0.40 2kN m 保温层 0.60 2kN m 檩条 0.08 2kN m 钢架梁自重 0.15 2kN m 合计 1.23 2 kN m （2） 屋面活载和雪载 0.30 2 /KN m 。 （3） 轻质墙面及柱自重标准值 0.50 2/KN m
（4） 风荷载标准值 基本风压：m kN /525.050.005.10=?=ω。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，z μ=1.0。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： m kN /42.7cos 1 623.1=??θ 柱身恒载： m kN /00.3650.0=? （2） 屋面活载 屋面活载雪载m kN /81.1cos 1 630.0=? ?θ （3） 风荷载 以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式0ωμμωs z k =计算，z μ查表m h 10≤，取1.0，s μ取值如图1.2所示。（地面粗糙度B 类） 迎风面 侧面2 /131.050.005.10.125.0m kN k =???=ω，m kN q /79.06131.01=?= 屋顶2 /525.050.005.10.100.1m kN k -=???-=ω，m kN q /15.36525.02-=?-=
一、设计题目：梯形钢屋架 二、设计资料 （1）某工业厂房（上海市）：梯形钢屋架跨度为21m ，长度90m ，柱距7.5m ，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm 厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm ，内侧基板厚度0.4mm ， 夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20 kN/m 2 计算），檩条采用冷弯薄壁C 型钢。屋面排水坡度i=1:20,有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m ，柱截面尺寸为400×400mm 。不考虑灰荷载。屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值按0.402/m kN 计算。基本雪压取0.42/m kN ，基本风压取0.452/m kN 。 （2）屋架计算跨度： m m m l 7.2015.02210=?-= （3）跨中及端部高度：采用缓坡梯形屋架，取屋架在21m 轴线处的端部高度 m h 990.1'0=，屋架中间的高度h=2.515m 则屋架在20.7m 处，两端的高度为9975.10=h 。 三、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图所示 根据厂房长度90m 、跨度及荷载情况，设置四道道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格和中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载，在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设置一道×垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。
桁架上弦支撑布置图 桁架下弦支撑布置图 垂直支撑2—2 梯形钢屋架支撑布置图 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 四、荷载计算及内力组合 1.荷载计算 屋面活荷载为0.62/m kN ，雪荷载为0.42/m kN ,计算时取两者最大值。故取屋面活 荷载0.62/m kN 进行计算。 风荷载：基本风压为0.452/m kN ，查表可知，风压高度变化系数为1.0，当屋面夹角α（2.86°）小于15°时，迎风坡面体形系数为-0.6，背风坡面体形系数为-0.5，风载为吸力，起卸载作用，所以负风的设计值（垂直屋面）为 迎风面：1ω=1.4×0.6×1.00×0.45＝0.3782/m kN 背风面： 2ω=1.4×.0.5×1.00×0.45＝0.3152/m kN 对于轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，腹杆中的内力可能变号，必须考虑风荷载组合，但此处风荷载小于永久荷载，可不考虑风荷载的组合。（因为 1ω 2ω均小于屋面永久荷载0.65（荷载分项系数取 1.0），由此可见，风吸力较小）而 且在截面选择时，对内力可能变号的腹杆，不论在荷载作用下是拉杆还是压杆，均控制其长细比不大于150。
2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具
有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。 钢材的强度设计值（N/mm2）表2-77
《钢结构设计原理计算题》 【练习1】两块钢板采用对接焊缝(直缝)连接。钢板宽度L= 250mm厚度t=10mm。 根据公式f t w移项得： l w t N l w t f t w (250 2 10) 10 185 425500N 425.5kN 【变化】若有引弧板，问N ? 解：上题中l w取实际长度250,得N 462.5kN 解：端焊缝所能承担的内力为： N30.7h f l w3 f f f w2 0.7 6 300 1.22 160 491904N 侧焊缝所能承担的内力为： N10.7h f l w1f f w4 0.7 6 (200 6) 160 521472N 最大承载力N 491904 521472 1013376N 1013.4kN 【变化】若取消端焊缝，问N ? 解：上题中令N30 , l w1200 2 6,得N 弘505.344 kN 2t，即250-2*10mm。 300mm 长 6mm。求最大承载力N 钢材米用Q 235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板，焊缝采用三级检验质量标准, 2 185N /mm。试求连接所能承受的最大拉力N 解：无引弧板时，焊缝的计算长度l w取实际长度减去 【练习2】两截面为450 14mm的钢板，采用双盖板焊接连接，连接盖板宽度 410mm中间留空10mm),厚度8mm 钢材Q 235，手工焊，焊条为E43, f f w160N / mm2，静态荷载，h f
【练习3】钢材为Q 235,手工焊，焊条为E43, f f 160N/mm"，静态荷载。双角钢2L125X8采用三面围焊和节点板连接，h f 6mm，肢尖和肢背实际焊缝长度 均为250mm等边角钢的内力分配系数0.7，k20.3。求最大承载力N —｝心｝\2LI25x8 解： 端焊缝所能承担的内力为： N30.7h f l w3 f f f" 2 0.7 6 125 1.22 160 204960N 肢背焊缝所能承担的内力为： N10.7h f l w1f f w20.7 6 (2506) 160327936N 根据N1 N3 k1N —3 2 1N31204960 得: N(N13)(3279360 960 )614880N K120.72【变化】若取消端焊缝，问 解：上题中令N3614.88kN N ? 0，l w1 250 2 6，得N 456.96kN 【练习4】钢材为Q 235，手工焊，焊条为E43, f f w 已知F 120kN，求焊脚尺寸h f (焊缝有绕角，焊缝长度可以不减去 2 160N / mm，静态荷载。 2h f ) 解：设焊脚尺寸为h f，焊缝有效厚度为h e 0.7h f 将偏心力移 到焊缝形心处，等效为剪力V= F及弯矩在剪力作用下： 3 120 10 342.9 M=Fe h e l w 在弯矩作用下: M M f W f , 2 0.7h f 250 120 103150 2 h f 1234 2 (N / mm ) IK W f 1 代入基本公式 h f 2 (N /mm ) 得: (1234 )2 (342.9)2 (1.22h f)( h f) 1068 160 h f 可以解得：h f6.68mm，取h f h f mi n 1.5 14 5.6mm h f 【变化】上题条件如改为已知h 7 mm。 h 12 f max 14.4mm，可以。 f 8mm，试求该连接能承受的最大荷载N 12
“梁梁拼接全螺栓刚接”节点计算书==================================================================== 计算软件：MTS钢结构设计系列软件MTSTool v3.5.0.0 计算时间：2012年12月02日16:53:51 ==================================================================== H1100梁梁拼接全螺栓刚接 一. 节点基本资料 节点类型为：梁梁拼接全螺栓刚接 梁截面：H-1100*400*20*34，材料：Q235 左边梁截面：H-1100*400*20*34，材料：Q235 腹板螺栓群：10.9级-M20 螺栓群并列布置：10行；行间距70mm；2列；列间距70mm； 螺栓群列边距：50 mm，行边距50 mm 翼缘螺栓群：10.9级-M20 螺栓群并列布置：2行；行间距70mm；4列；列间距70mm； 螺栓群列边距：45 mm，行边距50 mm 腹板连接板：730 mm×345 mm，厚：16 mm 翼缘上部连接板：605 mm×400 mm，厚：22 mm 翼缘下部连接板：605 mm×170 mm，厚：24 mm 梁梁腹板间距为：a=5mm 节点前视图如下： 节点下视图如下：
二. 荷载信息 设计内力：组合工况内力设计值 工况N(kN) Vx(kN) My(kN·m) 抗震组合工况1 0.0 115.4 152.3 否 组合工况2 0.0 135.4 172.3 是 三. 验算结果一览 验算项数值限值结果 承担剪力(kN) 6.77 最大126 满足 列边距(mm) 50 最小33 满足 列边距(mm) 50 最大88 满足外排列间距(mm) 70 最大176 满足 中排列间距(mm) 70 最大352 满足 列间距(mm) 70 最小66 满足 行边距(mm) 50 最小44 满足 行边距(mm) 50 最大88 满足外排行间距(mm) 70 最大176 满足 中排行间距(mm) 70 最大352 满足 行间距(mm) 70 最小66 满足净截面剪应力比0.066 1 满足 净截面正应力比0.000 1 满足 净面积(cm^2) 163 最小162 满足 承担剪力(kN) 8.93 最大140 满足极限受剪(kN·m) 9450 最小7670 满足 列边距(mm) 45 最小44 满足 列边距(mm) 45 最大88 满足
综合练习2 2. 绘制图示结构的弯矩图。 3a a 答： 3a a 3. 绘制图示结构的弯矩图。 q 答： A
4. 绘制图示结构的弯矩图。 答： l P 5. 绘制图示结构的弯矩图。 答： 6. 绘制图示结构的弯矩图。 l l 答： 2 2ql 四、计算题
1.用力法计算图示结构，作弯矩图。EI =常数。 l l /2l /2 解：(1) 选取基本体系 (2) 列力法方程 011111=?+=?P X δ (3) 作1M 图、P M 图 1M 图 P M 图 (4) 求系数和自由项 由图乘法计算δ11、?1P ∑?= =s 2111d EI M δEI l 343 ； ==?∑?S P P d EI M M 11EI Pl 48293 -
解方程可得 =1X 64 29P (5) 由叠加原理作M 图 (2) 列力法方程 011111=?+=?P X δ (3) 作1M 图、P M 图 A B C 4 A B C 40 1M 图(单位：m ) P M 图 (单位：m kN ?) (4) 求系数和自由项 由图乘法计算δ11、?1P
∑?==s 2111d EI M δEI 3128 ；= =?∑?S P P d EI M M 11EI 3480 解方程可得=1 X kN 75.3- (5) 由叠加原理作M 图 A B C 32.5 15 M 图(单位：m kN ?) 3. 利用对称性计算图示结构，作弯矩图。EI =常数。 2m 4m 2m 解： (1) 将荷载分成对称荷载和反对称荷载。 (2) 简化后可取半边结构如所示。
2-5 钢结构计算 2-5-１钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q34５钢、Q390钢和Ｑ4２0钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／Ｔ70０和《低合金高强度结构钢》GB/Ｔ159１的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Ｑ23５钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q２３5钢和Ｑ３45钢应具有０℃Ｃ冲击韧性的合格保证;对Q3９0钢和Q4２0钢应具有-２0℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q23５钢和Q345钢应具有-2０℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ39０钢和Ｑ４20钢应具有－４0℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Ｑ3４5钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ３９0钢和Q4２0钢应具有－２0℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T53１３的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表２－77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表２-79至表2-８1采用。 钢材的强度设计值（Ｎ／ｍm2) 表2-77
设计资料 北京地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。车间跨度21m，长度144m，柱距6m，厂房高度15.7m。车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。设计温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6.0m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm ×400mm，混凝土标号为C20。 一、选择钢材和焊条 根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。 二、屋架形式及尺寸 无檩屋盖，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。 ＝L-300＝20700mm， 屋架计算跨度为L ＝1990mm， 端部高度取H 中部高度取H＝H +1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm， 屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。 屋架杆件几何长度（单位：mm） 三、屋盖支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。
一、设计资料 某加工厂一厂房，该厂房为单层，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。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；钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。 112 A B 图1(a).刚架平面布置图 图1(b).刚架形式及几何尺寸 18000 6000900 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） YX51-380-760型彩色压型钢板 0.15 KN/m 2
50mm厚保温玻璃棉板0.05 KN/m2 PVC铝箔及不锈钢丝网0.02 KN/m2 檩条及支撑0.10 KN/m2 刚架斜梁自重0.15 KN/m2 悬挂设备0.20 KN/m2 合计0.67 KN/m2 2．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 KN/m2。 雪荷载：基本雪压S0=0.45 KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角 α=5°42′38″，μr=1.0，雪荷载标准值Sk=μr S0=0.45 KN/m2。 取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 KN/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）0.50 KN/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=1.05×0.45 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，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)。 5．地震作用 据《全国民用建筑工程设计技术措施—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 屋面： 恒荷载标准值：0.50×6=3.00KN/m 活荷载标准值：0.65×6=3.00KN/m 柱荷载： 恒荷载标准值：0.45×6=2.70KN
一、设计资料 温州地区某一单跨厂房总长度60m，纵向柱距6m，跨度18m。建筑平面图如图1所示。 1.结构形式: 钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10； L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m； 厂房内桥式吊车为1台30t（中级工作制）。 2. 屋架形式及材料: 屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图2所示。屋架采用的钢材为Q235钢，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条为E43型，手工焊。 3. 荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.5 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.5 KN/m2 保温层0.55 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式0.120.011 q L =+计算： 0.318 KN/m2 悬挂管道： 0.15 KN/m2 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值：2 7.0m kN / 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 1.2 KN/m2 厂房平面图
.51507.5 9 内力系数图 二、屋盖支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑到上弦横向水平支撑的间距大于60m,应在中间柱间增设横向水 平支撑。 2、下弦横向水平支撑 屋架跨度为18m,应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑，
静定刚架的内力计算及内力图（步骤） 求如图所示的刚架内力图： q XD 解：(1)求支座反力。 ΣΧ=0 求得XD=q α（ ） ΣMA=0 求得YD= 32 q α （ ） ΣY=0解得YA= 12 q α（ ） （2）画轴力图N N AB =- 1 2 q α（压） N AC =- q α (压) N CD =- 32 q α(压) 求轴力可以从任一侧求，可设为正（即拉），按平衡求出为正值即为拉，负值即为压。 注：轴力图画在哪侧皆可，但一定要标出正负号。 轴力图N 如下; q α 32 q α (3)剪力图V
V AE =0 V EB =- q α V DC =q α V BC = 12 q α V CB =- 32 q α v cd=q α 特点：没有荷载部分为平直线，有均布荷载部分为斜直线。 剪力图V 如下 剪力图画在哪侧皆可， （4）画弯矩图（刚架内侧受拉为正，外侧受拉为负） 区段叠加的控制点为 1 端部 2均布荷载的起止点 3其他的位置可分开求或叠加（一般在一个段内有集中力作用在均布荷载的位置上时，在集中力处分开。） 先求每根杆两端的弯矩，用虚线连接，段间空载的直接连接，有力的叠加。 M 图特点：1均布荷载：抛物线 2无荷载：直线 3集中力:与力一致的方向产生尖点 叠加大小 集中力点处：力的方向叠加 Fab l （特别地，当α=b 时代入式子为fl 41 ） 均 布荷载中点：2 8 ql M AB =0 M BA =q α2 (左) M DC =0 M CD = q α×2α=2q α2 (右) M BC = q α2(上) M CB
第四章轴心受力构件 4.1验算由2∟635?组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。轴心拉力的设计值为270KN ，只承受静力作用，计算长度为3m 。杆端有一排直径为20mm 的孔眼（图4.37），钢材为Q235钢。如截面尺寸不够，应改用什么角钢？ 注：计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。 解：（1）强度查表得∟635?的面积A=6.14cm 2，min 1.94x i i cm ==， 22()2(614205)1028n A A d t mm =?-?=?-?=，N=270KN 327010262.62151028 n N Mpa f Mpa A σ?===≥=，强度不满足， 所需净截面面积为3 2270101256215 n N A mm f ?≥= =， 所需截面积为21256 2057282 n A A d t mm =+?= +?=， 选636?，面积A=7.29cm 22729mm =2728mm ≥ （2）长细比 4.2一块-40020?的钢板用两块拼接板-40012?进行拼接。螺栓孔径为22mm ，排列如图4.38所示。钢板轴心受拉，N=1350KN （设计值）。钢材为Q235钢，解答下列问题; （1）钢板1-1截面的强度够否？ （2）是否需要验算2-2截面的强度？假定N 力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算？ （3）拼接板的强度够否？ 解：（1）钢板1-1截面强度验 算： 210min (3)(400322)206680n A b d t mm =-??=-??=∑，N=1350KN
3 1135010202.12056680 n N Mpa f Mpa A σ?===≤=，强度满足。 （2）钢板2-2截面强度验算： （a ），种情况，（a ）是最危险的。 22()0(5)(40080522)206463n a A l d t mm =-??=-??=，N=1350KN 3 2135010208.92056463 n N Mpa f Mpa A σ?===≥=，但不超过5%，强度满足。 对应图（d ）的验算： 22()0(5)(400522)205800n d A l d t mm '=-??=-??=， 3 21038.510179.02055800n N Mpa f Mpa A σ'?===≤=' ，强度满足。 （3）拼接板的强度够否？ 因为拼接板厚度2122420mm mm =?=≥，所以不必验算拼接板。 4.3验算图4.39所示用摩擦型高强度螺栓连接的钢板净截面强度。螺栓直径20mm ，孔径22mm ，钢材为Q235AF ，承受轴心拉力N=600KN （设计值）。 解：（1）净截面验算： 20min (3)(240322)142436n A b d t mm =-??=-??=∑， 3 50010205.32152436 n N Mpa f Mpa A σ'?===≤=，强度满足。 （2）全截面验算 3 60010178.621524014 N Mpa f Mpa A σ?===≤=?，强度满足。 4.4一水平放置两端铰接的Q345钢做成的轴心受拉构件，长9m ，截面由2∟908?组成的肢尖向下的T 形截面，问是否能承受设计值为870KN 的轴心力？ 解：（1）强度验算 查表得∟908?的面积A=13.94cm 2，min 2.76x i i cm ==，
轻钢结构紧固件连接的构造和计算 3.8.1紧固件连接的构造要求 用于薄壁型钢结构中的紧固件应满足下述构造要求： （1）抽芯铆钉（拉铆钉）和自攻螺钉的钉头部分应靠在较薄的板件一侧。连接件的中距和端距不得小于连接件直径的3倍，边距不得小于连接件直径的1.5倍。受力连接中的连接件不宜少于2个。 （2）抽芯铆钉的适用直径为2.6~6.4mm，在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于4mm的抽芯铆钉；自攻螺钉的适用直径为3.0~8.0mm，在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于5mm的自攻螺钉。 （3）自攻螺钉连接的板件上的预制孔径d0应符合下式要求： （4）射钉只用于薄板与支承构件（即基材如檩条）的连接。射钉的间距不得小于射钉直径的4.5倍，且其中距不得小于20mm，到基材的端部和边缘的距离不得小于15mm，射钉的适用直径为3.7~6.0mm。 射钉的穿透深度（指射钉尖端到基材表面的深度，如图3.8.1所示）应不小于10mm。 （5）在抗拉连接中，自攻螺钉和射钉的钉头或垫圈直径不得小于14mm；且应通过试验保证连接件由基材中的拔出强度不小于连接件的抗拉承载力设计值。 上述规定大部分引自国外的相关规范，项次（3）是根据我国自己的试验结果归纳出的经验公式。 3.8.2紧固件的强度计算 1、紧固件受拉 根据大量的试验结果，得到了静荷载和反复荷载作用下，自攻螺钉和射钉连接抗拉强度的计算公式。风是反复荷载的根本起因，在风吸力作用下，压型钢板上下波动，使紧固件承受反复荷载作用，常引起钉头部位的疲劳破坏。因此含风组合时承载力降低。 GB50018规范规定，在压型钢板与冷弯型钢等支承构件之间的连接件杆轴方向受拉的连接中，每个自攻螺钉或射钉所受的拉力应不大于按下列公式计算的抗拉承载力设计值。 当连接件位于压型钢板波谷的一个四分点时（如图3.8.2.b所示），其抗拉承载力设计值应乘以折减系数0.9；当两个四分点均设置连接件时（如图3.8.2c 所示）则应乘以折减系数0.7。
目录 2 荷载计算 (2) 2．1荷载取值计算 (2) 2.1.1 永久荷载标准值（对水平投影面） (2) 2.1.2 可变荷载标准值 (2) 2.1.3 风荷载标准值 (2) 2.1.4 吊车资料 (2) 2.1.5 地震作用 (3) 2.2各部分作用的荷载标准值计算 (3) 3 内力计算 (5) 3.1在恒荷载作用下 (6) 3.2在活荷载作用下 (7) 3.3在风荷载作用下 (8) 3.4在吊车荷载作用下 (9) 3.5内力组合 (10) 4 刚架设计 (14) 4.1截面形式及尺寸初选 (14) 4.2构件验算 (14) 4.2.1 构件宽厚比验算 (15) 4.2.2 有效截面特性 (15) 4.2.3 刚架梁的验算 (18) 4.2.4 刚架柱验算 (19) 4.2.5 位移计算 (21) 4.3节点设计 (21) 4.3.1 梁柱节点设计 (21)
4.3.2 梁梁节点设计 (23) 4.3.3 刚接柱脚节点设计 (26) 5 吊车梁及牛腿设计 (28) 5.1吊车梁设计 (28) 5.2牛腿设计 (31) 6 其它构件设计 (34) 6.1隅撑设计 (34) 6.2檩条设计 (34) 6.2.1 基本资料 (34) 6.2.2 荷载及内力 (34) 6.2.3 截面选择及截面特性 (34) 6.2.4 强度计算 (36) 6.2.5 稳定性验算 (37) 6.3墙梁设计 (37) 6.3.1 基本资料 (37) 6.3.2 荷载计算 (37) 6.3.3 内力计算 (37) 6.3.4 强度计算 (37) 7 基础设计 (38) 7.1刚架柱下独立基础 (38) 7.1.1 地基承载力特征值和基础材料 (38) 7.1.2 基础底面内力及基础底面积计算 (38) 7.1.3 验算基础变阶处的受冲切承载力 (39) 7.1.4 基础底面配筋计算 (39) 7.2山墙抗风柱下独立基础 (39) 结论 (41) 参考文献 (42) 致 (44)
钢结构连接计算书 一、连接件类别： 普通螺栓。 二、普通螺栓连接计算： 1、普通螺栓受剪连接时，每个普通螺栓的承载力设计值，应取抗剪和承压承载力设计值中的较小者。 受剪承载力设计值应按下式计算： 式中 d──螺栓杆直径,取 d = 22.000 mm； n v──受剪面数目，取 n v = 2.000； f v b──螺栓的抗剪强度设计值，取 f v b=125.000 N/mm2； 计算得：N v b = 2.000×3.1415×22.0002×125.000/4=95033.178 N； 承压承载力设计值应按下式计算： 式中 d──螺栓杆直径,取 d = 22.000 mm； ∑t──在同一受力方向的承压构件的较小总厚度，取∑t=12.000 mm； f c b──普通螺栓的抗压强度设计值，取 f c b=250.000 N/mm2； 计算得：N c b = 22.000×12.000×250.000=66000.000 N； 故: 普通螺栓的承载力设计值取 66000.000 N； 2、普通螺栓杆轴方向受拉连接时，每个普通螺栓的承载力设计值应按下式计算：
式中普通螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径，取 de= 21.000 mm； f t b──普通螺栓的抗拉强度设计值，取 f t b=215.000 N/mm2； 计算得：N t b = 3.1415×21.0002×215.000 / 4 = 74467.527 N； 3、普通螺栓同时受剪和受拉连接时，每个普通螺栓同时承受剪力和杆轴方向拉力应符合下式要求： 式中 N v──普通螺栓所承受的剪力，取 N v= 23.000 kN =23.000×103 N； N t──普通螺栓所承受的拉力，取 N t= 35.000 kN =35.000×103 N； [(N v/N v b)2+(Nt/Nt b)2]1/2=[(23.000×103/95033.178)2+(35.000×103/74467.527)2]1/2= 0.529 ≤ 1； N v = 23000.000 N ≤ N c b = 66000.000 N； 所以，普通螺栓承载力验算满足要求！
目录 摘要 (Ⅰ) Abstract (Ⅱ) 1 建筑设计 (1) 1.1 建筑平面设计 (1) 1.2 建筑立面设计 (4) 1.3 建筑平面设计 (6) 2 结构方案设计说明 (7) 2.1 构件截面尺寸及材料选择 (7) 2.2 结构体系抗震防火要求 (7) 3.荷载统计 (9) 3.1恒荷载统计 (9) 3.2活荷载统计 (9) 3.3整个厂房部分作用的荷载 (12) 4.各种荷载作用下的内力分析 (16) 4.1手算内力标准值 (16) 4.2电算内力标准值 (21) 5.门式刚架计算和选型 (24) 5.1 截面选型 (24) 5.2 刚架梁验算 (27) 5.3 刚架柱验算 (28) 5.4 位移验算 (32) 6.檩条设计和计算 (35) 6.1设计说明 (35) 6.2荷载计算 (35) 6.3内力计算 (36) 6.4截面选型及计算 (37) 7.墙梁设计和计算 (41) 7.1 荷载计算 (41) 7.2内力分析 (42) 7.3 截面选型和验算 (42) 7.4 拉条计算 (49) 8 支撑设计 (50)
8.1屋面横向水平支撑设计 (50) 8.2 柱间支撑设计 (53) 9 屋面板设计和计算 (58) 9.1内力及截面验算 (58) 9.2 强度验算 (61) 9.3 刚度验算 (61) 10 吊车梁的设计 (63) 10.1 吊车梁的设计 (63) 11 节点设计 (71) 11.1 柱脚设计 (71) 11.2 梁柱节点设计 (73) 11.3 牛腿 (79) 11.4 抗风柱的计算 (81) 12基础设计计算 (84) 12.1 基础设计资料 (84) 12.2 基础底面尺寸设计 (84) 13 全文总结 (91) 14 参考文献 ...................................... 错误!未指定书签。 15 致谢 (95) 附录：内力组合计算表 (96)
10.2.3门式刚架横梁与立柱连接节点， 可采用端板竖放、平放和斜放三种形式 （图10.2.3a 、b 、 c ）。斜梁与刚架柱连接节点的受拉侧， 宜采用端板外伸式，与斜梁端板连接的柱的翼缘部位应 与端板等厚度；斜梁拼接时宜使端板与构件外边缘垂直（图 使翼缘内外螺栓群中心与翼缘中心重合或接近。 10.2.8屋面梁与摇摆柱连接节点应设计成铰接节点，采用端板横放的顶接连接方式（图 10.2.8 )。 图10.2.9 屋面梁和混凝土柱连接节点 10.2.11吊车梁承受动力荷载，其构造和连接节点须满足以下规定： 4吊车梁与制动梁的连接，可采用高强度摩擦型螺栓连接或焊接。吊车梁与刚架上柱的 连接处宜设长圆孔（图 10.2.11-3a ）；吊车梁与牛腿处垫板采用焊接连接（图 10.2.11-3b ）；吊 车梁之间应采用高强螺栓连接。 10.2.3d ），应采用外伸式连接，并 屛 1 M (b) 端板平放 图 10.2.3 （c ） 刚架连接节点 端板斜放 (d) 斜梁拼接 (a) (b) 图 10.2.8 IT 10.2.9屋面梁与混凝土柱采用锚栓连接（图 10.2.9），该连接节点应为铰接节点，锚栓及底板 设计同铰接柱脚。 (b) 屋面梁和摇摆柱连接节点 (a)
10.2.12用于支承吊车梁的牛腿可做成等截面，当也可做成变截面(图 10.2.12);柱在牛腿上 下翼缘的相应位置处应设置横向加劲肋；为保证传力均匀，在牛腿上翼缘吊车梁支座处应设 置垫板，垫板与牛腿上翼缘连接采用围焊；为避免较大的局部承压应力，在吊车梁支座对应 的牛腿腹板处应设置横向加劲肋。 牛腿与柱连接处承受剪力 V 和弯矩M=Ve 作用，其截面强 度和连接焊缝应按现行钢结构设计规范 GB50017进行计算。 10.2.13在设有夹层的结构中，夹层梁与柱可采用刚接，也可采用铰接(图 10.2.13)。当采用 刚接连接时，夹层梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透焊接，而腹板可采用高强螺栓与柱连接。柱 图10211-3 吊车梁连接节点 (a)等截面牛腿 (b) 图10.2.12 牛腿节点