学习指南 1、课程的重要性和学习目标 本课程是土木工程专业的一门重要的专业课，是一门理论和实际结合较强的课程。通过本课程的学习，在钢结构基本原理的基础上掌握常用钢结构的设计计算方法，为今后从事钢结构设计、施工与安装等奠定坚实的基础，养成基本的工程设计能力。 2、前导课程 材料力学、结构力学、房屋建筑学、土力学与地基基础、建筑结构与选型、荷载与结构设计方法、建筑施工、建筑结构CAD、工程抗震、钢结构基本原理。 3、后续课程 后续课程为钢结构课程设计、钢结构毕业设计实践教学环节，通过课程学习掌握钢结构构件及整体结构的内力计算及组合、杆件验算、节点计算、钢结构图纸绘制及表达，具备从事钢结构设计的基本素质和能力。 4、必要学习工具 绘图工具：AutoCAD； 计算分析工具：Ansys、Sap、Abaqus； 设计工具：PKPM、MTS、天正等建筑、结构分析软件。 5、课程能力点 在学习“钢结构基本原理”的基础上，走向应用阶段，即通过本课程的学习，系统地掌握钢结构的基本计算方法和应用技能，具备进行轻型门式刚架结构、重型单层工业厂房钢结构、多层房屋钢结构及高层房屋钢结构等设计计算的能力，了解相关的设计依据、成果及施工验收等知识，同时也为从事建筑钢结构制造、安装及施工管理打下必要的基础。 6、学习方法 以规范为依据，以教材为基础，借助课堂和网络资源，结合理论课、案例实训课及已完成的实习实践环节，认真做好预习、复习、作业、阅读等课外学习，积极参与课堂或课下讨论、科技创新活动、结构设计大赛等活动，提高综合应用能力。
7、与课程相关的国家标准及图集 [1] 钢结构设计规范GB 50017-2003.北京：中国计划出版社，2003 [2] 建筑结构荷载规范GB 50009-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012 [3] 建筑抗震设计规范GB 50011-2010. 北京：中国建筑工业出版社，2010 [4] 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002. 北京：中国计划出版社，2002 [5] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002. 北京：中国计划出版社，2003 [6] 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98. 北京：中国建筑工业出版社，1998 [7] 钢结构工程施工质量验收规范GB50205_2001.北京：中国建筑工业出版社，2002 [8] 建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81-2002. 北京：中国建筑工业出版社，2002 [9] 12m实腹式钢吊车梁-轻级工作制05G514-1 [10] 12m实腹式钢吊车梁-中级工作制05G514-2 [11] 12m实腹式钢吊车梁-中级工作制05G514-3 [12] 12m实腹式钢吊车梁-重级工作制05G514-4 [13] 单层房屋钢结构节点构造详图(工字型截面钢柱柱脚连接)06SG529-1 [14] 吊车轨道联结及车挡05G525 [15] 多高层民用建筑钢结构节点构造详图01(04)SG519 [16] 钢吊车梁(H型钢_工作级别A1-A5)08SG520-3 [17] 钢结构建筑构造图集CDI02J [18] 钢抗风柱10SG533 [19] 钢梯02J401 [20] 轻型屋面梯形钢屋架（圆钢管、方钢管）06SG515-1 [21] 轻型屋面梯形钢屋架（剖分T型钢）06SG515-2 [22] 轻型屋面梯形钢屋架01SG515 [23] 梯形钢屋架05G511 [24] 柱间支撑05G-336 [25] 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1 [26] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(上册).北京：北京：中国建筑工业出版社，2004 [27] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(下册).北京：北京：中国建筑工业出版社，2004
YJK门式刚架设计用户例题展示：
例题：单跨双坡门式刚架 1.设计条件 刚架跨度30m，柱高6m，柱距6m，屋面坡度1/10，柱网及平面布置见图，刚架形式及几何尺寸见图，屋面及墙面为压型钢板复合板。檩条及墙梁为薄壁卷边C型钢，檩条间距1.5m，钢材采用Q345钢。 2.荷载 （1）永久荷载标准值(水平投影) 屋面板及保温屋 0.35 KN/m2 檩条、拉条、支撑等 0.05 KN/m2 悬挂设备及照明灯 0.10 KN/m2 合计 0.5KN/m2; （2）可变荷载标准值 屋面活荷 0.5KN/m2 （3）风荷载标准值 基本风压值0.5KN/m2;地面粗糙度系数按B类取值；风荷载高度变化系数按现行国家标准《建筑结构荷 载规范》的规定采用。当高度小雨10m时按10m高度处的数值采用，；风荷载体型系数按荷载 规范表8.3.1取用。 3.构件设计 （1）门式刚柱、门式刚梁根据门规宽厚比、高厚比要求选用截面分别为：变截面柱H600~400x300x8x12,门式刚梁分成三段截面分别为：变截面H600~400x300x8x12,等截面H400x300x8x12, 变截面H400~600x300x8x12; （2）压型钢板厚度0.6mm。 （3）檩条选用C型薄壁卷边槽钢，檩条间距1.5m， （4）屋面支撑系统：水平交叉支撑采用 （5）边跨及屋脊系杆采用圆钢管 （6）柱间交叉支撑采用角钢L80x6； （7）抗风柱截面为H400x250x8x10.
一：建模型采用普通建模方式 1：布置网格 2：布置门式刚柱、门式刚梁 （1）变截面边柱要根据柱外皮位置来定义垂直边 （2）由于工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，可以填写偏轴偏心来实现，并在支撑布置以及边跨系杆布置时也要考虑偏心；
天津汽车 摘要 通过ＡＤＡＭＳ建模对某轿车后背门开启机构做 运动分析，来解决后背门初开启阶段的干涉问题和完全开启时的漏雨问题。通过ＡＤＡＭＳ的优化分析和运动分析，给出了解决问题的建议：调整相关点位置可以改善后背门与侧围的干涉现象，而且最佳的办法是将铰链机构整体前移；调整相关点位置或修改限位块尺寸可以改善后备门开启角度过大及行李箱漏雨的问题。 ＣＡＥ在汽车工程中的效率和价值都得到了具体体现。 关键词 后背门铰链结构 运动分析 ＤＯＥ ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＰａｓｓｅｎｇｅｒＣａｒＢａｃｋＤｏｏｒＨｉｎｇｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏｐｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃａｒｂａｃｋｄｏｏｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｂｕｉｌｄｉｎｇａｍｏｄｅｌｗｉｔｈ ＡＤＡＭＳ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂａｃｋｄｏｏｒａｎｄｓｉｄｅｐａｎｅｌｗｈｅｎｂａｃｋｄｏｏｒｉｓｏｐｅｎｉｎｇａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇａｎｄｒｅｓｏｌｖｉｎｇｌｅａｋｒａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｗｈｅｎｂａｃｋｄｏｏｒｉｓｉｎｆｕｌｌ－ｓｉｚｅｏｐｅｎｉｎｇ．ＳｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｏｆｆｅｒｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｂｏｔｈｆｉｎｉｓｈｅｄｗｉｔｈＡＤＡＭＳ．Ａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｉｎｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂａｃｋｄｏｏｒａｎｄｓｉｄｅｐａｎｅｌ，ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｔｈｅｂｅｓｔｗａｙｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｉｓｔｏｍｏｖｅｔｈｅｗｈｏｌｅｈｉｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｗａｒｄC ａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｉｎｔａｎｄｒｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｌｉｍｉｔｉｎｇｂｌｏｃｋｃａｎａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇａｎｇｌｅｏｆｂａｃｋｄｏｏｒａｎｄｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｅａｋｒａｉｎ．ＴｈｅｖａｌｕｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＡＥｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｃｌｅａｒｌｙｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂａｃｋｄｏｏｒ ＯｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓＤＯＥ 张德超 杨亚娟 刘红领 陈伟 柳杨 （奇瑞汽车有限公司乘用车工程研究院ＣＡＥ部） 车门是车身上重要部件之一，按其开启方式分 为顺开式、逆开式、水平移动式、上掀式和折叠式等几种。 轿车后背门主要有２种设计方案：第１种方案是典型两厢车的后备门，将后窗玻璃与后背门做成一个整体，也称掀背门，这种设计方案在三厢车及轻型货车等车型中也有广泛应用；另一种方案是将后窗玻璃与后背门做成分离的，其中后窗玻璃与车身是一个整体，２种方案的选择主要根据车身造型及布置来决定。 某轿车的后背门总成如图１所示。开启机构是由１个四连杆和１个气弹簧构成，如图２，左右两侧对称布置。在试制车间装车时，发现有２个问题，第 １个问题是后背门在初始开启阶段会与侧围发生干 涉，会损坏车身油漆；第２个问题是后背门完全打 开的时候，会有雨水漏入行李厢。 解决这２个问题最直接的办法是修改侧围的模具，但是修改量很大，成本很高，下面通过平面四连杆机构的运动分析，来解决这２个问题。 图１ 后背门总成 图２ 后背门开启机构轿车后背门铰链机构的运动分析及修改设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!" 汽车技术
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-=?-=
对门式刚架轻钢房屋抗震设计的几点建议 最近，美国金属房屋制造商协会（MBMA）发表了一本《金属房屋体系抗震设计指南》，是以2000 年建筑法规IBC为依据，由制定IBC和AISC有关标准的抗震专家会同MBMA的抗震专家共同编制的。由于美国的抗震设计是按中震考虑结构延性影响，根据结构体系对设计地震作用作不同程度的折减，设计规定也与我国抗震设计方法有很大差异，很难直接搬用。但其中的一些基本原则是可以而且应该借鉴的。下面参考MBMA的这本指南，结合我国的有关规定，提出几点意见供参考，用于适用范围符合CECS：102规定的房屋。 1. 门式刚架轻房屋钢为单层单跨或多跨结构，根据其跨高比等具体情况，构件截面有时受风荷载组合控制，有时受地震作组合控制。当受风荷载组合控制时，可以不作抗震分析，此时，7度及以下一般可不采取抗震构造措施。MBMA抗震指南也有类似规定。美国按地震烈度由低到高将地区分为A、B、C、D、E、F等级，其中A～C为低烈度区，C级接近我国7度。当结构位于A～C级时，若取结构的抗震系数R＝3时（约相当于我国抗震规范的地震影响系数），可不采取抗震构造措施，但此规定不适用于更高烈度。8度及以上时，或大跨度结构，或其它无法预计的特殊情况时，应采取适当的抗震构造措施。 2.门式刚架构件与普通钢结构相比，长细比和板件宽厚比较大，结构具有较大柔性，截面受地震组合作用控制时，可能出现较大位移。根据MBMA规定，柱顶位移计算必要时应计入P-Δ效应，并符合下列规定，此时柱顶位移采用压型钢墙板时不应大于柱高的1/80. 3.普通单层门式刚架允许高度为18m.采用端板螺栓连接时，恒载不应超过72kg/m2（15psf）。采用砌体外墙时，柱顶侧移不得大于柱高的1/240. 4.门式刚架的抗震分析，可采用单自由度计算模型，根据受载面积，将框架质量集中在柱顶。当屋面坡度小于10°时，房屋高度可取檐口高度；当屋面坡度大于10°时，房屋高度取檐口高度和屋脊高度的平均值。山墙框架当房屋跨度较大应设置支撑。MBMA的例题对宽度为60m的房屋，在山墙两端2、3墙架柱之间，分别设置了支撑。据此，建议当房屋宽度等于或大于60m时，山墙框架宜对称设置支撑。 5.结构计算时，设计地震作用宜分别作用于刚架的两端，类似风荷载计算。有人在计算时为了方便将水平荷载作用于刚架一端，但MBMA指南特别指出，无论风荷载或地震作用，均应将水平力分别作用于刚架两端。门式刚架为单层房屋，高度相对较小而长度较大，计算时将地震作用施加在山墙（侧墙）两端更接近地震惯性力的实际位置，若将地震作用仅作用于一端，将过于保守，得出的梁轴力将非常保守。另外，应对门式刚架、纵向支撑框架和山墙支撑框架（或框架）分别进行抗震分析。 7.当轻钢厂房带有与钢框架相连的混凝土楼板夹层时，应考虑夹层重力由于刚心偏置所产生的剪力和扭矩。进行结构抗扭分析时，可忽略屋面刚度的影响，
门式刚架设计经验知识
一知识点： 门式刚架一般多采用变截面构件，当有吊车时，柱多采用等截面。常用的柱截面高度一般为300~700mm。 截面定义时考虑的原则有： （1）翼缘必须满足宽厚比要求，腹板满足高厚比要求。对于腹板，当不满足要求时，程序按考虑屈曲强度计算。所以说，截面翼缘满足宽厚比，显得很重要。 （2）截面选择要考虑常用的板型，结合市场上常用的材料规格选择比较好。对于翼缘，常选用的规格有180、200、220、250等。 （3）选择截面还要考虑节点螺栓布置的实际情况，满足规范对于螺栓的容许距离要求。 （4）对于腹板截面，考虑的往往是制作问题，以及和翼缘截面厚度的协调问题。腹板的厚度一般以比翼缘的小些为宜，其高厚比用到150左右比较合适。这样，制作中的变形也比较小，板件厚度不宜低于6mm，否则焊穿。 （5）常用的门式刚架翼缘截面一般为：180x8, 180x10, 200x8, 200x10, 220x10, 220x12, 240x10, 240x12, 250x10, 250x12, 260x12,
260x14, 270x12, 280x12, 300x12, 320x14等。 （6）常用的腹板截面一般为6mm和8mm厚。对6mm的其高度范围一般为300~750mmzui最大可到900mm;对8mm厚的腹板高度范围一般为300~900mm,最大可到1200mm。 二知识点： 梁的平面外计算长度通常情况下对于下翼缘取隅撑作为其侧向支撑点，计算长度取隅撑之间的距离。对于上翼缘，一般也可以取有隅撑的檩条之间的距离。檩距 1.5m，隅撑隔一个檩条布置。所以，梁的平面外计算长度取3m。 柱的平面外长度取决于其平面外支点距离，本刚架在牛腿位置设置面外支撑。由于设置了吊车，程序在此把柱分为2段，柱子平面外长度取各段柱实际长度即可。对于平面内计算长度，在通常情况下不需要修改。但有时平面内长度需要根据实际修改。当有夹层时，对于按框架设计的柱的平面内计算长度需要修改。
后背门布置及结构设计指南
目 次 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 后背门简介 (1) 4 后背门设计输入条件 (1) 5 后背门设计流程 (2) 5.1 市场调研 (3) 5.2 造型确定 (3) 5.3 法规校核 (3) 5.4 零部件设计 (3) 5.5 工程分析 (3) 6 后背门结构设计 (3) 7 设计检查 (15) 8 设计检查 (15) 9 失效模式及相应措施 (16)
前 言 为保证本公司后背门布置及结构设计指南设计开发质量，特制定本规范。 本规范参照国内外汽车设计公司及汽车生产企业的先进经验编制而成。
后背门布置及结构设计指南 1 范围 本指南介绍了后背门设计的输入条件、设计思路和步骤、结构设计。 本指南适用于本公司M1类车型的后背门设计。 2 规范性引用文件 GB 15086—2013 汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法 GB 15741—1995 汽车和挂车号牌板(架)及其位置 ECE R26.03 关于就外部突出物方面批准车辆的统一规定 1003/2010/EU 机动车辆及其挂车后牌照板安装空间和固定型式批准 SAE J686 Motor Vehicle License Plates 3 后背门简介 根据目前市场主流的SUV后背门结构分类，后背门可分为：侧开式后背门、侧对开式后背门、上下对开式后背门和上翻式后背门，因市场主流结构为上翻是后背门，所以本设计指南只对此类结构的后背门结构设计和布置展开详细的阐述。 4 后背门设计输入条件 后背门设计输入条件包括： a）造型输入：后背门3D CAS数模 b）边界输入：后围3D数模、顶盖3D数模、后保险杠3D数模、扰流板3D数模、后大灯3D数模、后背门亮饰条3D数模。 c）其它文件：性能描述书、设计FMEA和失效案例、参考样品信息（包含样件、图片、拆解工艺）等与设计相关资料文件
后背门设计指南
后背门设计指南 第一章概论 1-1 该设计指南的主要目的： S12是奇瑞公司第一款正向开发的车型，其概念设计是由意大利博通公司完成的，在结构过程中，我们以可行性分析为依据，并在韩国工程师的指导下对此进行了优化。 门盖系统的设计大致经历了以下几个过程：外观间隙以及平度的定义、典型截面的设计、主模型的建立、CAE分析、工艺问题的分析以及改进、公差的确定以及二位图纸的标准化。在整个项目过程中，我们学习了韩国人的设计理念与流程，为我们在以后的设计中奠定了良好的基础。 后背门的设计与门系统相比来说简单的多，零件也少很多。 编写该设计指南的主要目的在于将我设计S12后背门的全过程中所学到的一些设计理念以及犯过的错误一一罗列出来，大家共同学习一下，也希望大家在以后的设计过程中避免类似错误的重复发生。有不足之处请大家提出意见，我将继续修正。 1-2 该指南的主要内容 第一章概论 第二章后背门设计要求 2-1 后背门法规要求 2-2 后背门设计目标要求及 BENCHMARKING 研究 第三章后背门间隙以及平度间隙 第四章后背门结构设计 1、开启角度的的定义 2、铰链轴线的布置 3、典型截面的解析 4、数模的构造 5、尺寸以及公差的设定 第五章CAE分析、设计校核及评审
1、CAE分析 2、失效模式及相应措施 第六章材料定义以及减重 1、材料定义 2、减重 第七章设计心得 第二章后背门设计要求 2-1 后背门法规要求 1、ECE NO.26/01 EEC NO. 74/483-79/488——关于车辆就其外部突出物认证的统一 规定 法规大致内容如下（详见标准ECE NO.26/01 ）： 高出地面2m的零部件，或者低于底线的零部件，或者在工作状态或静止状态下，均不能被直径为100mm的球体所触及的零部件，车身外表面凸出零部件的曲率半 径不得小于2.5mm。
轻型门式刚架 ——计算原理 和设计实例 <9> 来源：https://www.doczj.com/doc/e214367920.html, 发布时间：06-06 编辑：段文雁
二、设计实例一 1 设计资料 门式刚架车间柱网布置：长度60m；柱距6m；跨度18m。 刚架檐高：6m；屋面坡度1：10；屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25，fc=12.5 N/mm2；材质选用：Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。 2 荷载取值 静载：为0.2 kN/m2；活载：0.5 kN/m2 ；雪载：0.2 kN/m2；风载：基本风压W0=0.55 kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数如下图： 图3-41 风载体型系数示意图 3 荷载组合 (1). 1.2 恒载+ 1.4 活载 (2). 1.0 恒载+ 1.4 风载 (3). 1.2 恒载+ 1.4 活载+ 1.4×0.6 风载 (4). 1.2 恒载+1.4×0.7 活载+ 1.4 风载 4 内力计算 （1）计算模型 图3-42 计算模型示意图 （2）工况荷载取用 恒载活载 左风右风 图3-43 刚架上的恒载、活载、风载示意图 各单元信息如下表：
表3-5 单元信息表 单元号截面名称长度(mm) 面积(mm2) 绕2轴惯性矩(x104mm4) 绕3轴惯性矩(x104mm4) 1 Z250~450x160x8x10 5700 54407040 973974 599822728 2 L450x180x8x10 9045 7040 974 22728 3 L450x180x8x10 9045 7040 97 4 22728 表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值 图3-44 梁柱截面示意简图 （3）计算结果 刚架梁柱的M、N、Q见下图所示： 图3-45 恒载作用时的刚架M、N、Q图 图3-46 活载作用时的刚架M、N、Q图 图3-47 （左风）风载作用时的刚架M、N、Q图 选取荷载效应组合：（1.20 恒载+ 1.40 活载）情况下的构件内力值进行验算。组合内力数值如下表所示： 表3-6 组合内力表 单元号小节点轴力N(kN) 小节点剪力Q2(kN) 小节点弯距M(kN.m) 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M(kN.m) 1 -67.97 23.16 0.00 -56.89 -23.16 132.03 2 -28.71 -54.30 -132.0 3 -23.05 -2.30 -103.14 3 -23.05 -2.30 103.1 4 -28.71 -54.30 132.03 4 -56.89 -23.16 -132.03 -67.97 23.16 0.00 5构件截面验算
前言 设计题目来源于山西省某机械厂的二期机械配件加工厂房计划。本次毕业设计主要任务是加工厂房的结构设计。课题来源于实际，其成果可直接或间接的满足市场的需求，为社会服务，实现了毕业设计的社会经济效应。 此次设计的目的是为了培养我正确的设计思想，严谨的设计态度，掌握国内外先进的设计方法（PKPM、3DS钢结构设计软件的学习）。通过解决具有一定复杂程度的实际工程问题，使所学的专业知识与实践相结合，进一步掌握轻型钢结构的设计方法和设计原理。 设计说明书内容详实、完整、涉及面广，对众多参考资料进行了比较和校正，然后选择采用双跨四坡门式刚架的结构形式。依次按照主结构、次结构、支撑体系、围护体系的顺序进行详细的设计计算。从材料、设计计算到构造要求等作了充分的考虑，在细节中附有大量的图表加以说明。本设计还涉及到了薄壁型钢和压型钢板以及保温材料。这些材料性能十分优越，并获得了较好的技术、经济效果。 从第一本《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》颁发以来，门式刚架轻型钢结构经历了数十年的发展。门式刚架是工业厂房发展的趋势，国内外对门式刚架的研究已相当成熟，正逐步向技术标准定型化、加工过程工厂化、施工工艺机械化的目标发展。国内外关于门式刚架设计的争议主要集中在荷载取值和计算理论体系。本设计依据我国相关钢结构设计规范，采用以概率论为基础的极限状态设计方法。 在设计过程中，我收集了较多的工程设计资料，并深入现场进行实践，从工程概况、方案论证、总体设计到结构设计，以科学的理论知识为基础，以工程实例为依据，根据国家标准规范，结合科学手段精心设计完成。 由于缺乏实践经验，错误在所难免，敬清诸位老师批评指正。 1设计资料与依据 1.1 工程概述 本设计是长春市一汽轻型车厂机械加工装配车间设计，该车间采用单跨双坡的门式刚架结构。设计使用年限50年，安全等级二级，抗震等级丙类。车间跨度21m，长度51.8 m，柱间距7.4m，柱高9.3m，屋面坡度1/20，带一个起重量为5t的电动单梁吊车。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充保温玻璃纤维棉，檩条间距1.47m 。当地屋面活荷载标准值0.30KN/m, 屋面恒荷载0.30KN/m2，基本风压0.55 KN/m2，基本雪压0.55KN/m2。
第二章轻型门式钢刚架设计的差不多理论 第一节结构布置和材料选用 一、结构组成 轻型门式钢刚架的结构体系包括以下组成部分： （1）主结构：横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等； （2）次结构：屋面檩条和墙面檩条等； （3）围护结构：屋面板和墙板； （4）辅助结构：楼梯、平台、扶栏等； （5）基础。 图2-1给出了轻型门式钢刚架组成的图示讲明。 图2-1 轻型钢结构的组成
平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻型钢结构的要紧受力骨架，即主结构体系。屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。 外部荷载直接作用在围护结构上。其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身刚度抵抗外部作用。纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。 二、结构布置 轻型门式钢刚架的跨度和柱距要紧依照工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的要紧问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。 考虑到温度效应，轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱，或设置次结构
及檩条的可调节构造来实现。 支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。布置的要紧原则如下：（1）柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。支撑桁架的直杆和单斜杆应采纳刚性系杆，交叉斜杆可采纳柔性构件。刚性系杆是指圆管、H型截面、Z或C型冷弯薄壁截面等，柔性构件是指圆钢、拉索等只受拉截面。柔性拉杆必须施加预紧力以抵消其自重作用引起的下垂； （2）支撑的间距一般为30m-40m，不应大于60m； （3）支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间，当布置在第二个开间时，第一开间的相应位置应设置刚性系杆； （4） 45的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载，当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时应考虑设置双层柱间支撑； （5）刚架柱顶、屋脊等转折处应设置刚性系杆。结构纵向于支撑桁架节点处应设置通长的刚性系杆； （6）轻钢结构的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作，刚度或承载力不足时设置附加系杆。 除了结构设计中必须正确设置支撑体系以确保其整体稳定性之外，还必须注意结构安装过程中的整体稳定性。安装时应该
门式刚架钢结构设计说明 1、根据甲方提供的基地平面图. 2、本工程抗震设防烈度为七度.建筑抗震设防类别为丙类；场地类别为II类.设计基本加速度0.15g；设计地震分组第二组. 3、本工程室内设计标高%%p0.000相当于绝对标高(罗零或黄海标高) 32.80 . 4、标高以米计,其余尺寸以毫米计.图纸中所有尺寸均以标注为准，不得以比例尺量取图中尺寸. 5、本工程合理使用年限50年.结构安全等级为二级. 6、本工程上部结构为单层门式刚架结构体系.跨度12米,柱距6米.屋面彩钢板,墙面标高3米以下砖墙,以上彩钢板.基础采用独立基础. 7、设计遵循的主要规范:国家现行建筑结构设计规范、规程. <<钢结构设计规范>> GB50017-2002 <<钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程>> JGJ82-2001 <<门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>> CECS102:2002 <<建筑钢结构焊接规程>> JGJ81-2002 <<冷弯薄壁型钢结构技术规程>> GB50018-2002 <<涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级>> GB8923 8、设计荷载取值 （1）屋面静荷载：檩条+单层彩钢暗扣板426＋保温棉50=0.2KN/m （2）屋面活荷载：0.30KN/m （3）基本风压:0.80KN/m,地面粗糙度为B类，刚架、檩条、墙梁及围护结构体型系数按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002. （4）未经本院同意，施工，使用过程中荷载标准值不得超过上述载限值.
9、本工程施工时，应严格按现行<<钢结构工程施工及验收规范>> GB50205-2001的规定执行. 10、钢结构施工中必须密切配合建施、电施、水施、暖通及空调等有关图纸施工，如：配合建施预留孔洞及柱与墙身的拉结钢筋等；电施的预埋管线、防雷接地；水施的预埋管及预留洞等. 11、本说明为本工程钢结构部分，基础及钢筋混凝土部分结构设计说明详结施. 二、材料选用： 1、型钢、组成钢柱、钢梁的钢板及梁柱端头板、加劲肋材质均采用SS400及Q235.B钢，其质量标准应符合<<碳素结构钢>> GB/T700-2006<<低合金高强度结构钢>> GB/T1591-2008规定的要求,保证其抗拉强度、伸长率、屈服点，碳、硫、磷的极限含量. 2、檩条采用Q345镀锌冷弯檩条.隅撑、柱间支撑、屋面水平支撑及拉条均采用Q235.B钢. 3、高强度螺栓、螺母和垫圈采用摩擦型，其性能应满足《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T1231-2006中的规定.强度等级为10.9s. 4、钢结构焊接所需的焊条型号选用E4301或E4303，埋弧自动焊焊丝及焊剂型号选用HJ401-H09；焊条性能需符合《碳钢焊条》GB/T5117-95规定，焊丝性能需符合《熔化焊用钢丝》GB/T14957-94规定. 5、檩条与檩托、隅撑与刚架斜梁等次要连接采用普通螺栓，符合现行国家标准《六角头螺栓－C级》GB5780的规定.基础锚栓采用Q235. 6、屋面压型钢板为0.426mm厚（基材厚度）镀锌彩色钢板.单层，波高>41mm,波宽为215mm.墙板采用950型，0.426mm厚（基材厚度）.单层，波高>35mm,波宽为195mm.彩色钢板收边泛水基材厚度0.426mm. 7、钢板镀层：冷轧钢板经连续热浸镀铝处理，其镀铝锌量为275g/m2. 8、固定屋、墙面钢板自攻螺丝应经镀锌处理，螺丝之帽盖用尼龙头覆著，且钻尾能够自行钻孔固定在钢结构上. 9、止水胶泥：应使用中性之止水胶泥(硅胶). 10、本工程所有钢构件规格、型号未经本院同意严禁任意替换. 三、钢结构的制作与安装
后背门设计指南 第一章概论 1-1 该设计指南的主要目的： S12是奇瑞公司第一款正向开发的车型，其概念设计是由意大利博通公司完成的，在结构过程中，我们以可行性分析为依据，并在韩国工程师的指导下对此进行了优化。 门盖系统的设计大致经历了以下几个过程：外观间隙以及平度的定义、典型截面的设计、主模型的建立、CAE分析、工艺问题的分析以及改进、公差的确定以及二位图纸的标准化。在整个项目过程中，我们学习了韩国人的设计理念与流程，为我们在以后的设计中奠定了良好的基础。 后背门的设计与门系统相比来说简单的多，零件也少很多。 编写该设计指南的主要目的在于将我设计S12后背门的全过程中所学到的一些设计理念以及犯过的错误一一罗列出来，大家共同学习一下，也希望大家在以后的设计过程中避免类似错误的重复发生。有不足之处请大家提出意见，我将继续修正。 1-2 该指南的主要内容 第一章概论 第二章后背门设计要求 2-1 后背门法规要求 2-2 后背门设计目标要求及BENCHMARKING 研究 第三章后背门间隙以及平度间隙 第四章后背门结构设计 1、开启角度的的定义 2、铰链轴线的布置 3、典型截面的解析 4、数模的构造 5、尺寸以及公差的设定 第五章CAE分析、设计校核及评审 1、CAE分析 2、失效模式及相应措施 第六章材料定义以及减重 1、材料定义 2、减重 第七章设计心得
第二章后背门设计要求 2-1 后背门法规要求 1、ECE NO.26/01 EEC NO. 74/483-79/488——关于车辆就其外部突出物认证的统一 规定 法规大致内容如下（详见标准ECE NO.26/01 ）： 高出地面2m的零部件，或者低于底线的零部件，或者在工作状态或静止状态下， 均不能被直径为100mm的球体所触及的零部件，车身外表面凸出零部件的曲率半 径不得小于2.5mm。 2、S12的后牌照是安装在后保险杠上面的，对于后牌照安装在后背门外板上面的，后 牌照尺寸还要满足： 北美：SAE J686 欧洲：EEC 70/222 国内：GB17541-1995 2-2 后背门设计目标要求及BENCHMARKING 研究 S12的定位是一款小型普及经经济型轿车；用途主要是家用、上班代步、休闲旅行；用户主要面向：年轻积极向上、刚具初步经济实力的男性时尚青年兼顾性格开朗的年轻女性。因此要求该车在设计上要求时尚、美观、便宜、性能要好。 第三章后背门间隙以及平度的定义
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 1．屋盖永久荷载标准值 屋面板 20.30/K N m 刚架斜梁自重（先估算自重） 20.15/KN m 合计 0.45 2/KN m 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 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 m 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=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： 1 0.456 2.71/ cos KN M θ ??= 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 1 0.506 3.01/ cos KN M θ ??=
轻钢结构设计技术标准化手册 2011-9
目录 1.总则 (1) 2.钢结构材质 (2) 3.钢结构用材规格 (3) 4.建筑定位轴线与基准线 (4) 5.主刚架设计 (5) 5.1主刚架标准化连接构造 (5) 5.2主刚架构件的焊缝标准 (8) 5.3主刚架构件的加劲肋设置 (9) 5.4 抗风柱的挠度规定 (9) 5.5 主刚架构件端板式连接的安装 (10) 6.支撑体系设计 (11) 6.1支撑布置 (11) 6.2支撑设计 (11) 6.3圆钢支撑标准配件 (12) 7.檩条和墙梁设计 (13) 7.1檩条和墙梁的标准规格 (13) 7.2各种檩条与墙梁的分类设计 (15) 7.3标准檩托板 (18) 7.4墙梁的标准连接配件 (20) 7.5檩条和墙梁的安装定位尺寸 (24) 7.6内天沟支架 (26)
1总则 1.1本手册的技术条件主要依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002》、《冷弯 薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002》、《钢结构设计规范GB50017-2003》、《钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001》，同时结合公司多年来技术水平、工程经验和工艺特点编写本手册。 1.2本手册所给出的技术规定主要是配合本公司技术标准化开发，指导设计人员进行轻钢结 构标准化、系列化设计，以提高设计效率和设计质量，方便制作和安装，取得综合性的经济效益。其设计原理和计算公式可直接参考上述所列技术规范和规程，本手册不再重复罗列。 1.3本手册的应用范围符合《门式刚架轻房屋钢结构技术规程CECS102:2002》所列范围。 1.4本手册未作规定的，应按现行有关标准执行。
1.设计资料 南京的某厂房采用单跨双坡门式刚架。长度90m，柱距6m，跨度15m。门式刚架檐高6m，屋面坡度为1:10。刚架为变截面梁、柱，柱脚铰接。钢材选用Q345钢，焊条采用E43型。基础混凝土C25。 屋面材料：夹芯板0.25kN/㎡。 墙面材料：夹芯板0.25kN/㎡。 天沟：钢板天沟。 自然条件：基本雪压0.65 kN/㎡基本风压0.4 kN/㎡不考虑地震作用，屋面无积灰，厂房无吊车。 恒载0.25 kN/㎡活载0.5 kN/㎡ 经过验算可以选择檩条为C160×60×20×3.0 水平间距1.5m 2.梁柱界面选择及截面特性 截面简图截面特性
1-1剖面 2-2（3-3）剖面 4-4剖面 5-5剖面
3.荷载计算 （1）荷载取值计算 屋面自重（标准值，沿坡向）： 夹芯板 0.25kN/㎡ 檩条及支撑 0.15kN/㎡ 刚架横梁 0.10kN/㎡ 总计 0.50kN/㎡ 屋面雪荷载（标准值） 0.65kN/㎡ 屋面均布活荷载（标准值） 0.50kN/㎡ 柱及墙梁自重（标准值） 0.55kN/㎡ 风载 基本风压w 0=0.4 kN/㎡，地面粗糙度为B 类，按封闭建筑选取中间区单元，刚架风载体型系数如下： （2）分项荷载作用计算 1）屋面永久荷载作用 标准值为 0.5×α cos 1 ×6=3.01 kN/㎡ 2）屋面可变荷载作用
1×6=3.92 kN/㎡ 标准值为0.65× α cos 3）柱及墙梁自重 标准值为0.55×6=3.3 kN/㎡ 4）风载 墙面风荷载变化系数按柱顶标高计算取为1.0，则 W=1.0×0.4=0.4 kN/㎡ 墙面风雅标准值为q w AB=0.4×（+0.25）×6=+0.6 kN/㎡ q w =0.4×（-0.55）×6=-1.32 kN/㎡ DE 屋面负风压标准值为q w BC=0.4×(-1.00) ×6=-2.4 kN/㎡ q w =0.4×(-0.65) ×6=-1.56 kN/㎡ CD 4.刚架内力计算及组合 （1）刚架内力计算
门式刚架厂房设计计 算书
门式刚架厂房设计计算书 一、设计资料 该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度21m ，长度90m ，柱距9m ，檐高7.5m ，屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。 材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。 22750.6450/160/mm EPS mm N mm g mm ≥2y 屋面和墙面采用厚夹芯板，底面和外面二层采用厚镀锌彩板，锌板厚度为275/gm ；檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z 形钢檩条，屈服强度f ，镀锌厚度为。(不考虑墙面自重) 自然条件：基本风压：20.5/O W KN m =，基本雪压20.3/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21m ，柱距9m ，共有11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。 檩条间距为1.5m 。 厂房长度>60m ，因此在厂房第二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；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，因此柱间支撑不用分层布置。 （布置图详见施工图） 三、荷载的计算 1、计算模型选取 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。厂房檐高7.5m ，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m ；屋面坡度为1：10。 因此得到刚架计算模型： 2.荷载取值 屋面自重：
屋面板：0.182/KN m 檩条支撑：0.152/KN m 横梁自重：0.152/KN m 总计：0.482/KN m 屋面雪荷载：0.32/KN m 屋面活荷载：0.52/KN m （与雪荷载不同时考虑） 柱自重：0.352/KN m 风载：基本风压200.5/W kN m = 3.各部分作用荷载： （1）屋面荷载： 标准值： 10.489 4.30/cos KN M θ ??= 柱身恒载：0.359 3.15/KN M ?= kn/m （2）屋面活载 屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载10.509 4.50/cos KN M θ ??=