(房屋钢结构设计课件)第一章—刚架设计

门式刚架轻型房屋钢结构设计及施工(1)自《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：98）公布已来，此类工程发展很快，但也陆续听到一些令人不安的情况。

去年雨水较大，降雪较多，有些地方雪特别大，结构被压坏恐怕很难避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。

另外，也看到一些工程，有的框架梁太细，令人担心，遇到大雪很可能出问题。

有的骨架立起来摇摇晃晃，没有支撑，说装上墙板就好了，好象有了墙板就可以不支撑。

现在排架多起来。

用钢筋砼柱、轻钢梁，造价较低，但有的严重不合规定。

以下就轻钢结构设计及施工谈自己的几点体会。

关键词：门式刚架钢结构一。

设计方面1.屋面活荷载取值框架荷载取0.3kN/m2 已经沿用多年，但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载提高到0.5kN/m2.《钢结构设计规范》规定不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2，与钢结构设计规范保持一致。

国外这类，考虑0.15 -0.5N/m2的附加荷载，而我们无此规定，遇到超载情况，就出安全问题。

设计时可适当提高至0.5kN/m2.现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有人为减少荷载情况，应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“偷工减料”。

2.屋脊垂度控制框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否验算跨中下垂度？过去不明确，可能不包括屋脊点垂度。

现在应该是计算的。

一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于验算跨中垂度。

跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。

的度本来就小，脊点下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。

有的工程由于屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。

本人有此想法，刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时（例如使坡度小于1/20），验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。

刚架轻型房屋钢结构设计门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。

门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。

门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。

从人类发展历史看,建筑形式与结构体系的产生与发展总与一定时期的生产和生活水平密切相关,门式刚架轻型房屋钢结构的产生也有着特定的历史背景。

轻型钢结构在国外发展较早,最初是随着汽车工业的发展,主要用于建造私人车库等简易房屋。

第二次世界大战期间,由于战争的需要,轻型房屋钢结构主要用于建造一些拆装方便的营房和库房。

门式刚架轻型房屋钢结构最早起源于美国,并且发展最快、应用最广。

后来在欧洲、日本和澳大利亚等国也得到了广泛发展和应用。

因其构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点,此种结构形式一经推出就深受建筑业喜爱。

上世纪20世纪中期,建筑钢材产量大增,钢材的冶炼水平也有了很大突破,色彩丰富、耐久性强的彩色压型钢板随之出现, H型钢和冷弯薄壁型钢相继问世,这些都极大地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展。

加之加工设备的不断改善,设计形式的多样化,使门式刚架轻型房屋钢结构体系逐渐应用于大型工业厂房、商业建筑及公共交通设施等。

实现了结构分析、设计、出图的程序化,构件加工的工厂化,安装施工和经营管理的一体化流程。

目前,大部分国外轻钢结构公司都具有自己的门式刚架轻型房屋钢结构系列,由于门式刚架构件的刚度良好,其平面内、外的刚度差别较小,为制作、运输、安装提供了较有利的条件。

结构构件可全部在工厂制作,工业化程度高,运输便捷,安装方便快速,土建施工量小,综合经济效益高。

在美国、日本等一些钢结构技术比较发达的国家,门式刚架轻型房屋钢结构体系已经作为一种及既经济又快捷的建筑结构体系,以商品的形式对外出售。

《房屋钢结构》门式钢架课程设计姓名：杜修磊学号：20110380班级：2011级土木3班指导教师：张杰2014年12月一、题目要求现有一单层门式钢架厂房，布置一台10t 中级工作制桥式吊车，单跨双坡，跨长18m 。

设计参数：1、建筑物安全等级为三级，设计使用年限为50年；2、基本风压为2/4.0m kN （50年一遇），B 类粗糙度；3、基本雪压为2/35.0m kN （50年一遇）；4、屋面恒载为2/3.0m kN ，屋面活载为2/5.0m kN ；5、抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，场地类别为II 类，抗震设防类别为丙类；6、基础顶面标高为0.000m 。

结构布置形式如图所示：二、输入参数工程名: 01************ PK11.EXE *****************日期:12/18/2014时间: 20:12:44设计主要依据:《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012);《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010);《钢结构设计规范》(GB 50017-2003);《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002，2012年版);结果输出---- 总信息----结构类型: 门式刚架轻型房屋钢结构设计规范: 按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》计算结构重要性系数: 1.00节点总数: 9柱数: 4梁数: 4支座约束数: 2标准截面总数: 5活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置风荷载计算信息: 计算风荷载钢材: Q235梁柱自重计算信息: 柱梁自重都计算恒载作用下柱的轴向变形: 考虑梁柱自重计算增大系数: 1.20基础计算信息: 不计算基础梁刚度增大系数: 1.00钢结构净截面面积与毛截面面积比: 0.85门式刚架梁平面内的整体稳定性: 按压弯构件验算钢结构受拉柱容许长细比: 400钢结构受压柱容许长细比: 180钢梁(恒+活)容许挠跨比: l / 180柱顶容许水平位移/柱高: l / 180地震作用计算: 计算水平地震作用计算振型数： 3地震烈度：7.00场地土类别：Ⅱ类附加重量节点数：0设计地震分组：第一组周期折减系数:0.80地震力计算方法：振型分解法结构阻尼比：0.050按GB50011-2010 地震效应增大系数1.000窄行输出全部内容三、柱强度、稳定、配筋计算钢柱 1截面类型=16; 布置角度= 0; 计算长度：Lx= 13.07, Ly=5.50; 长细比：λx=52.1, λy=99.2构件长度= 5.50; 计算长度系数: Ux=2.38 Uy=1.00抗震等级: 三级截面参数: B1=250, B2=250, H=600, Tw=6, T1=10, T2=10轴压截面分类:X轴:b类, Y轴:c类构件钢号：Q235验算规范: 门规CECS102:2002考虑腹板屈曲后强度，强度计算控制组合号:123,M=-148.31,N=98.89,M=-74.58,N= -93.62考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 0.483抗剪强度计算控制组合号:123,V=-43.30抗剪强度计算应力比 =0.126平面内稳定计算最大应力对应组合号:77,M=-67.25, N=281.33,M=-127.35,N= -276.05平面内稳定计算最大应力 (N/mm*mm) =113.21平面内稳定计算最大应力比 =0.527平面外稳定计算最大应力 (N/mm*mm) =150.69平面外稳定计算最大应力比 =0.701门规CECS102:2002腹板容许高厚比 [H0/TW] =250.00翼缘容许宽厚比 [B/T] =15.00考虑屈曲后强度强度计算应力比= 0.483 < 1.0抗剪强度计算应力比 = 0.126 < 1.0平面内稳定计算最大应力 < f=215.00平面外稳定计算最大应力 < f=215.00腹板高厚比 H0/TW=96.67 <[H0/TW]=250.00翼缘宽厚比 B/T=12.20 < [B/T]=15.00压杆,平面内长细比λ=52. ≤ [λ]=180压杆,平面外长细比λ=99.≤ [λ]=180构件重量 (Kg)=366.12四、梁强度、稳定、配筋计算1、钢梁 1截面类型=27; 布置角度=0;计算长度： Lx=18.09, Ly=3.00构件长度= 3.01; 计算长度系数: Ux=6.00 Uy=1.00抗震等级: 三级变截面 H 形截面 H: B1=250, B2=250, H1=600, H2=450 T1=6 T2=10 T3=10轴压截面分类:X轴:b类, Y轴:c类构件钢号：Q235验算规范: 门规CECS102:2002--- 梁的弯矩包络 ---梁下部受拉:截面 1 2 3 4 5 6 7弯矩 -28.81 -25.67 -26.71 -27.17 -27.06 -27.11 -29.32梁上部受拉:截面 1 2 3 4 5 6 7弯矩 144.94 117.73 97.98 78.91 60.52 43.08 32.58 考虑屈曲后强度强度计算应力比 =0.457抗剪强度计算应力比 = 0.144平面内稳定最大应力 (N/mm*mm) = 91.79平面内稳定计算最大应力比 =0.427平面外稳定最大应力(N/mm*mm) = 88.55平面外稳定计算最大应力比 = 0.412考虑屈曲后强度计算应力比 = 0.457 < 1.0抗剪强度计算应力比 = 0.144 < 1.0平面内稳定最大应力 < f= 215.00平面外稳定最大应力 < f= 215.00腹板高厚比 H0/TW= 84.17 < [H0/TW]= 250.00 (CECS102:2002)翼缘宽厚比 B/T = 12.20 < [B/T] = 15.00--- (恒+活)梁的相对挠度 (mm) ---截面 1 2 3 4 5 6 7 挠度值 0.00 -0.02 0.07 0.25 0.51 0.81 1.14最大挠度值 = 1.14 最大挠度/梁跨度 = 1/7910斜梁坡度初始值: 1/10.00变形后斜梁坡度最小值: 1/10.28变形后斜梁坡度改变率 = 0.027<1/3构件重量 (Kg)=190.052、钢梁 3截面类型= 27; 布置角度= 0;计算长度： Lx=18.09, Ly=3.00构件长度= 3.01; 计算长度系数: Ux=6.00 Uy=1.00抗震等级: 三级变截面 H 形截面 H: B1= 250, B2= 250, H1=450, H2=600 T1=6 T2=10 T3=10轴压截面分类:X轴:b类, Y轴:c类构件钢号：Q235验算规范: 门规CECS102:2002--- 梁的弯矩包络 ---梁下部受拉:截面 1 2 3 4 5 6 7弯矩 -76.34 -76.03 -73.78 -65.87 -52.31 -34.94 -29.32梁上部受拉:截面 1 2 3 4 5 6 7 弯矩 0.00 0.05 3.26 7.03 11.35 16.23 32.58考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 0.279抗剪强度计算应力比 = 0.097平面内稳定最大应力 (N/mm*mm) =56.33平面内稳定计算最大应力比 =0.262平面外稳定最大应力(N/mm*mm) =54.20平面外稳定计算最大应力比 =0.252考虑屈曲后强度计算应力比 = 0.279<1.0抗剪强度计算应力比 = 0.097<1.0平面内稳定最大应力 < f= 215.00平面外稳定最大应力 < f= 215.00腹板高厚比 H0/TW= 80.00 <[H0/TW]=250.00 (CECS102:2002)翼缘宽厚比 B/T = 12.20 <[B/T] =15.00--- (恒+活)梁的相对挠度 (mm) ---截面 1 2 3 4 5 6 7 挠度值 0.00 1.75 2.80 3.16 2.89 2.14 1.14最大挠度值 =3.16 最大挠度/梁跨度 = 1/ 2866斜梁坡度初始值: 1/10.00变形后斜梁坡度最小值: 1/10.32变形后斜梁坡度改变率 = 0.031<1/3构件重量 (Kg)= 373.00五、各种荷载组合模式下的验算1、风荷载作用下柱顶最大水平（X 向）位移:节点(3), 水平位移 dx= 3.580(mm) = H / 20952、地震荷载作用下柱顶最大水平（X 向）位移:节点(3), 水平位移 dx= 3.934(mm) = H /19073、梁的(恒+活)最大挠度:梁( 4), 挠跨比 = 1 /28664、风载作用下柱顶最大水平位移:H/2095< 柱顶位移容许值: H/1805、地震作用下柱顶最大水平位移:H/1907< 柱顶位移容许值: H/1806、梁的(恒+活)最大挠跨比:1/2866< 梁的容许挠跨比: 1/180所有钢柱的总重量 (Kg)=999所有钢梁的总重量 (Kg)=1126钢梁与钢柱重量之和 (Kg)=2125-----PK11 计算结束-----。

门式刚架计算书1、设计资料 (1)厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架（见图1－1）。

长度90m ，柱距6m ，跨度18m ，门式刚架檐高9m ，屋面坡度为1：10。

图1－1 门式刚架简图 (2)材料选用屋面材料：单层彩板。

墙面材料：单层彩板。

天沟：钢板天沟 (3)结构材料材质钢材：235Q ，22215/,125/v f N mm f N mm == 基础混凝土：225,12.5/c C f N mm = (4)荷载（标准值）Ⅰ静载：有吊顶（含附加荷载）0.52kN m Ⅱ活载：20.5/kN mⅢ风载：基本风压200.35/W kN m =，地面粗糙度为B 类，风载体型系数按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。

确定Z 值： ①180.1 1.8,2z 3.6m m ⨯==②0.40.49 3.6,2z 7.2H m m =⨯==取较小值为3.6m ，根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》表A.0.2-1注3，因柱距6 3.6m m >，故风荷载取中间值。

详见图1－2所示图1－2 风荷载体型系数示意图（左风）Ⅳ雪荷载：20.2/kN m (5)其它本课程设计不考虑地震作用 2、荷载计算 (1)荷载取值屋面静载：20.5/kN m 屋面活载：20.5/kN m 轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）：20.5/kN mm风荷载：基本风压20 1.050.350.37/W kN m ⨯＝＝，按地面粗糙度为B 类； 以柱顶为准风压高度变化系数211.0,0.37/z w kN m μ==； 以屋顶为准风压高度变化系数221.0,0.37/z w kN m μ== (2)各部分作用荷载1)屋面静载 标准值：0.56 3.0/kN m ⨯=活载 标准值：0.56 3.0/kN m ⨯= 2)柱荷载静载 标准值：0.56 3.0/kN m ⨯= 3)风荷载迎风面：柱上0.3760.250.555/w q kN m =⨯⨯= 横梁上0.376 1.0 2.22/w q kN m =-⨯⨯=- 背风面：柱上0.3760.55 1.22/w q kN m =-⨯⨯=- 横梁上0.3760.65 1.44/w q kN m =-⨯⨯=- 3、内力分析采用结构力学求解器求解内力，计算简图及结果如下：(1)静载作用下的内力计算图3-1-1 静载内力计算简图（单位：KN/m）图3-1-2 静载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-1-3 静载作用下剪力图（单位：KN）图3-1-4 静载作用下轴力图（单位：KN） (2)活载作用下的内力计算图3-2-1 活载内力计算简图（单位：KN/m）图3-2-2 活载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-2-3 活载作用下剪力图（单位：KN）图3-2-4 活载作用下轴力图（单位：KN）(3)风载作用下的内力计算1)左风情况下：图3-3-1 左风载内力计算简图（单位：KN/m）图3-3-2 左风载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-3-3 左风载作用下剪力图（单位：KN）图3-3-4 左风载作用下轴力图（单位：KN）2)右风情况下：右风荷载作用下，个内力图与左风荷载作用下的内力图刚好对称，不再画出。