钢结构课程设计—门式钢架
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钢结构课程设计—门式钢架 ·
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门式钢架设计
一、设计资料
某厂房为单跨双坡门式刚架，长度150m，檐高H=7.5m，屋面坡度B=1/10，跨度L=15m，柱距S=7.5m。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。
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 20.35/OWkNm，地面粗糙度B类。
二、结构平面柱网及支撑布置
该厂房长度150m，跨度12m，柱距7.5m，共有21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。
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： ·
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（二）荷载取值计算
长度（m） 柱距（m） 跨度（m） 檐高（m） 恒载（kN/m2） 活载（kN/m2） 基本风压（kN/m2）
150 7.5 12 7.5 0.6 0.5 0.35
1．屋盖永久荷载标准值
屋面板 20.60/kNm
刚架斜梁自重（先估算自重） 20.15/kNm
合计 0.752/kNm
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0.502/kNm，不考虑积灰荷载。
3．轻质墙面及柱自重标准值 0.252/kNm
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； ·
4 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）屋面恒载：
标准值： 10.757.55.60/coskNm
柱身恒载：0.257.51.88/kNm
（2）屋面活载
屋面活荷载10.507.53.76k/cosNm
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（3）风荷载
0101.0kzszshm 以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：
（地面粗糙度B类）
—0.6 —0.5
风载体形系数示意图
风荷载如下图：
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6 （四）内力计算：
（1）截面形式及尺寸初选
梁、柱都采用热轧中翼缘H型钢
HM588300梁的截面高度h一般取(1/301/45)L,故取梁截面高度为600mm；暂取，截面尺寸见图所示,柱的截面采用与梁相同
截面 截面名称 长度
()mm 面积
（m㎡） xI
64(10)mm xW
43(10)mm yI
64(10)mm yW
43(10)mm xi
mm yi
mm
柱 HM
588300 7200 18721 1128.27 388.95 90.09 60.07 247.15 69.37
梁 HM
600300 6030 18721 1128.27 388.95 90.09 60.07 247.15 69.37 ·
7 （2）截面内力
根据各个计算简图，用《结构力学求解器V2.0》计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：
注：剪力图：“+”表示方向“→”；轴力图：拉为正，压为负。
（ A ） 恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值（考虑基础埋深0.8m）：
恒载作用下轴力图
恒载作用下剪力图 ·
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恒载作用下弯矩图
（ B ）活载作用(标准值)下，计算简图及内力值（考虑基础埋深0.8m）：
活荷载作用下轴力图 ·
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活荷载作用下剪力图
活荷载作用下弯矩图
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10 （C）风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值（不考虑基础埋深）：
风荷载作用下轴力图
风荷载作用下剪力图 ·
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风荷载作用下弯矩图
（3）内力组合
由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用。
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：γ0S≤R。本工程结构构件安全等级为二级，γ0=1.0
按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下3种组合：
A：1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载} +1.4×0.7风荷载
B：1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载}+1.4×风荷载
C：1.0×永久荷载+1.4×风荷载
组合A、B --用于截面强度和构件稳定性计算，
组合C --用于锚栓抗拉计算。
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，取四个控制截面：如下图： ·
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控制截面示意图
各情况作用下的截面内力及内力组合见下表：
各情况作用下的控制截面内力
截面 内力 恒载 活载 左风
1－1 N -48.64 -22.56 19.59
Q -5.79 -3.89 9.17
M 0 0 0
2－2 N -9.10 -22.56 19.59
Q -5.79 3.89 4.20
M -46.31 -31.09 48.11
3－3 N -33.60 -6.11 6.13
Q 32.86 22.06 -19.08
M -46.31 -31.09 -48.11
4－4 N -5.76 -3.87 6.13
Q 0.58 0.39 -2.43
M 51.02 34.25 -16.74 ·
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控制截面内力组合
截面 内力 1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载}
+1.4×0.7风荷载 1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载}+1.4×风荷载 1.0×永久荷载+1.4×风荷载
1－1 N -70.75 -53.05 -21.214
Q -3.41 2.08 7.05
M 0 0 0
2－2 N -23.31 -5.60 18.33
Q 2.61 2.74 0.09
M -51.95 -18.69 21.04
N -42.87 -37.73 -25.02 ·
14 3－3 Q 51.62 34.34 6.15
M -146.25 -135.39 -113.66
4－4 N -6.32 -2.12 2.82
Q -1.14 -2.32 -2.82
M 92.77 71.35 27.58
（五）截面验算
控制内力组合项目有：
① ＋Mmax与相应的N，V (以最大正弯矩控制)
② －Mmax与相应的N，V (以最大负弯矩控制)
③ Nmax与相应的M，V (以最大轴力控制)
④
Nmin与相应的M，V (以最小轴力控制)
所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：
1-1截面的控制内力为070.753.41MNKNQKN，，
2-2截面的控制内力为51.95M23.312.61MKNNKNQKN，，
3-3截面的控制内力为146.2542.8751.62MKNMNKNQKN，，
4-4截面的控制内力为92.776.321.14MKNMNKNQKN，，
（1）刚架柱验算：
取2-2截面内力
平面内长度计算系数：
0007.5K+412.067.51.51+41.511.1157.5187.51.51181.1158.92RRxlKIHHMcI，其中K=，，，
平面外长度计算系数： ·
15 8000/24000mm0Y考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为了安全起见计算长度按两个墙梁间距考虑，即H
8920400038.164.923461.6xy，
（A） 局部稳定验算
构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。
① 柱翼缘
1503223523512.171515156235ybtf（满足要求）
②
柱腹板
600162352351462502502504235wwyhtf（满足要求）
（B）柱有效截面特征
max4min2maxmin0max00288.1079.9358.59947217310174.638.48166.15/157.67174.63157.671.90174.6358497480.526.284.16XxwMKNMNKNQKNNMAWNmmht36，，79.9310288.1010
因97>70，故可以考虑屈曲后强度。
220.5157.670.90174.63584174.63306.9174.63157.671621.5[(1)0.112(1)]1/584/80.560.8,28.1235/28.121.51cwwpyhmmhtf21由于考虑屈曲后强度：=kk则，截面全部有效。
