钢结构下册房屋钢结构设计与计算

钢结构设计计算公式及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/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1采用。

钢铸件的强度设计值应按表2采用。

连接的强度设计值应按表3~5采用。

注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较厚板件的厚度。

2钢铸件的强度设计值（N/mm2）表2注：（1）自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》GB/T 5293和《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470中相关的规定；（2）焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定。

钢结构设计与计算钢结构设计和计算是设计和施工钢结构的关键环节，是实现钢结构安全、可靠、有效的主要手段。

钢的性能决定了钢结构设计和施工所需要达到的要求，以确保钢结构符合设计和施工要求，满足用户需求。

因此，钢结构设计和施工必须考虑钢的强度、刚性、疲劳强度、抗震性能以及其它性能，确定基础钢种、构件型号、节点形式等。

钢结构设计和计算的基本原理与钢结构理论及二维和三维结构力学分析相关，但实际设计和计算中，则主要考虑钢结构的强度、稳定等设计要求，以选择钢种和构件，设计构件尺寸和形状，钢材表面防腐处理，节点和刚架组合等。

钢结构设计和计算的基本步骤包括：（1）工程设计：设计完成钢结构草图，确定主要构件型号，尺寸，简图图号；（2）结构性能分析：通过结构强度、稳定性、抗震性能等性能分析，选择和处理节点，构件型号，尺寸及其形状；（3）材料选择：根据构件和节点型号，尺寸，形状及结构性能要求，确定基础钢种，检验和评定；（4）节点及防护装置设计：根据构件型号，尺寸，形状及结构性能要求，设计钢结构的节点和防护装置；（5）施工图绘制：绘制施工图，其中包括构件图，节点图及防护装置图，以供施工；（6）计算校核：根据构件型号，尺寸，形状及结构性能要求，进行计算校核，确保结构安全，可靠，有效。

以上是钢结构设计与计算的基本内容，以保证结构设计准确、可靠、符合用户需求，有效提高钢结构的安全性和可靠性。

此外，钢结构的设计和施工还应配合不断发展的钢结构新技术，提出合理的建议，同时精心细致地认真钢结构施工，确保质量，改善结构性能，使之能长期正常运行。

最后，钢结构设计和施工还应考虑钢结构的经济性，综合考虑钢结构的设计成本和施工成本，为客户提供更优质的服务。

总之，钢结构设计与计算是一门深入研究的重要课题，钢结构设计与计算要求具备设计、施工知识的专业人员，充分利用理论和计算机进行计算模拟，才能确保钢结构的可靠性，实现安全稳定提高经济效益。

一、荷载计算永久荷载（设计值）：预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2×1.35=1.96kN/m2三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.40kN/m2×1.35=0.54kN/m2水泥砂浆找平层0.40kN/m2×1.35=0.54kN/m2保温层0.70kN/m2×1.35=0.95kN/m2一毡二油隔气层0.05kN/m2×1.35=0.07kN/m2水泥砂浆找平层0.30kN/m2×1.35=0.41kN/m2屋架和支撑自重（0.12+0.011×16）×1.35=0.40kN/m2管道荷载0.10kN/m2×1.35=0.135kN/m2合计 5.005kN/m2可变荷载：施工荷载和雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。

屋面活荷载0.70kN/m2×1.4=0.98kN/m2积灰荷载0.70kN/m2×1.4=0.98kN/m2合计 1.96kN/m2屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。

风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。

二、荷载组合本设计按全跨荷载的永久效应组合：5.005+0.7×0.98+0.9×0.98=6.573kN/m2本设计为16m跨度，取5等分，即每单跨3.2m，根据结构布置，存在两种形式的节点荷载，即6m×3.2m和6m×1.6m，分别计算其大小。

F d=6.573×6×3.2=126.20 kNF d=6.573×6×1.6=63.10 kN内力计算kN 利用ansys软件，计算出各节点的杆件内力，得出最大拉力杆件值为596.10；最大压力在杆件值为606.87。

kN 三、杆件截面设计根据腹杆最大内力值,由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板厚度取14mm ；其余节点板与垫板厚度取12mm 。

1-1框架柱的截面尺寸确定方法(1)现浇框架柱的混凝土强度等级，当抗震等级为一级时，不得低于C30;抗震等级为二至四级及非抗震设计时，不低于C20,设防烈度8 度时不宜大于C70,9度时不宜大于C60。

(2)框架柱截面尺寸，可根据柱支承的楼层面积计算由竖向荷载产生的轴力设计值`N V(荷载分项系数可取1.25),按下列公式估算柱截面积`A O`,然后再确定柱边长。

1)仪有风荷载作用或无地震作用组合时N=(10.5~1. 1)N V (5-15)A C^≥`(N)/(F C)~ (5-16)2)有水平地震作用组合时N=Z`N V^ (5-17)_Z为增大系数，框架结构外柱取1.3,不等跨内柱取1.25,等跨内柱取1.2;框剪结构外柱取1.1~1.2,内桩取1.0.有地震作用组合时柱所需截面面积为‘A C^≥`(N)/(M NF C)~ (5-18)其中^F C^为混凝土轴心抗压强度设计值，MN为柱轴压比限值当不能满足公式(5-16)、(5-18)时，应增大柱截面或提高混凝土强度等级。

(3)柱截耐尺寸：非抗震设计时，不宜小于250MM,抗震设计时，不宜小于300MM;圆柱截面直径不宜小于350MM;柱剪跨比宜大于2; 柱截面高宽比不宜大于3。

框架柱剪跨比可按下式计算：A=M/(V`H O`) (5-19)式中A——框架柱的剪跨比。

反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与2倍柱截面有效高度之比值；M-柱端截面组合的弯矩计算值，可取上、下端的较大值；V-柱端截面与组台弯矩计算值对应的组合剪力计算值；H O^——计算方向上截面有效高度。

(4)柱的剪跨比宜大于2,以避免产生剪切破坏。

在设计中，楼梯间、设备层等部位难以避免短柱时，除应验算柱的受剪承载力以外，还应采取措施提高其延性和抗剪能力(5)框架柱截面尺寸应满足抗剪(即剪压比)要求。

矩形截面柱应符合下列要求；无地震组合时N C^≤`0.25B CF CBH O (5-20)N C^≤(1)/(R RE)~(0.2)`B CF CBH O` (5-21)N C^≤(1)/(R RE)(0. 15)`B CF CBH O (5-22)式中`v C`——框架柱的剪力设计值；F C`——混凝土轴心抗压强度设计值；B、`H O`——柱截面宽度和截面有效高度；R RE`----承载力抗震调整系数为085;B C` ——当≤C50时，`B C`取1 . 0;C80时，`B C^取0 . 8;_ _ _C50～C80之间时，取其内插值。

一、 设计资料及有关规定1、跨度L=15m 。

柱距（屋架间距）为6m ；长度为84m 。

2、屋面为彩色涂层压型钢板复合保温板（含檩条） 0.25 KN/m 2屋架及支撑 0.12+0.011×L （m ）KN/m 2 3、雪荷载 0.50KN/m 2 4、钢材为Q235（3号钢）,焊条采用E43型 5、屋面坡度i=1/36、悬挂荷载 0.3 KN/m 27、屋盖承重结构采用三角形钢屋架8、令钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上。

上柱截面为400mm ×400mm ，所用混凝土为C25,轴心抗压强度设计值211.9/c f N m m 。

二、 屋架尺寸及檩条设置1、屋架几何长度及节点编号如图所示，运输单元如图半跨7.5m 运输,最大高度3m 。

起拱高度f =L/500=15000/500=30mm2、檩条支承于屋架上弦节点处。

故采用檩条间距为2.646m 。

檩条跨度6m 。

在檩条间跨中位置设置拉条，圆钢拉条10mm 。

屋脊和屋檐处都设置斜拉条及撑杆。

三、 支撑布置1. 根据厂房长度(84m>60m)、跨度15m 及荷载等情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦横向水平支撑3道，防止屋架水平方向振动。

仅在跨度中央设置一道垂直支撑。

上弦平面内在屋脊处设置刚性系杆及两端设置柔性系杆；下弦平面内在跨中设置刚性系杆及两端设置柔性系杆。

梯形钢屋架支撑布置如图所示：四、杆件内力计算1.荷载计算永久荷载标准值:屋架及支撑0.12+0.011×L=0.285 2K N m(水平)/屋面及保温（檩条） 0.25 2/K N m悬挂荷载 0.3 2K N m/总计 0.835 2K N m/可变荷载标准值:雪荷载 0.8 2K N m/总计 0.82K N m/永久荷载设计值 1.2×0.835=1.002 kN/㎡可变荷载设计值 1.4×0.8=1.12 kN/㎡风荷载不考虑2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载 P=(1.002+1.12) ×2.7×6=34.376 kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载 P1 =1.002×2.7×6=16.232 kNP2 =1.12×2.7×6=18.144 kN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨屋面结构材料+半跨施工荷载屋架上弦节点荷载 P3=1.2×0.285×2.7×6=5.54kNP4=1.2×0.55×2.7×6=10.692 kNP5=1.4×1.0=1.4 kN3.杆件内力计算本设计使用结构力学求解器,计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数。

一、设计资料天津某车间，屋架跨度为18m，房屋总厂为60m，屋架间距6m，屋面坡度i＝1／10，屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN／m2），80mm厚泡沫混凝土（0.3KN／m2），20mm厚水泥砂浆（0.3KN／m2），二毡三油铺绿石砂（0.3KN ／m2），屋面活荷载0.7KN／m2，雪荷载0.5KN／m2，积灰荷载0.5KN／m2，屋架端高1990mm，两端较之于钢筋混凝土柱上，柱混凝土强度C20。

二、屋架形式和几何尺寸屋架计算跨度l0＝l－300＝1800－300＝17700mm屋架端部高度取h0＝1990mm屋架跨中高度h＝h0＋i×l0／2＝1990＋0.1×17700／2＝2875mm屋架高跨比l0／h＝2.875／17.7＝1／6.16为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，上弦节点用平间距取1.5m。

三、屋盖支撑布置根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上下弦横向水平支撑。

由于房间端部为山墙，第一柱间间距小于6m，因此该厂房两端的横向水平支撑设在第二间柱。

设置两道下弦纵向水平支撑。

在第一柱间的上弦设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定，下弦设置刚性系杆以传递山墙的风荷载。

在设置水平支撑的柱间，在屋架跨中及两端，两屋架间共设置三道竖向支撑。

屋脊节点及屋架支座处延厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦设置一道柔性系杆。

屋架支撑的布置如下图：四、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大雨雪荷载取屋面活荷载计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（P10＝0.12＋0.011×跨度）计算，跨度单位为米。

荷载：永久荷载：防水层（二毡三油铺绿石砂）0.3×1.2＝0.36KN／m2找平层（20厚水泥砂浆）0.3×1.2＝0.36KN／m2保温层（80厚泡沫混凝土）0.5×1.2＝0.6KN／m2预应力钢筋混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4×1.2＝1.68KN／m2屋架及支撑自重（0.12＋0.011×18）×1.2＝0.38KN／m2恒载总和∑＝3.38KN／m2可变荷载：屋面荷载0.7×1.4＝0.98KN／m2积灰荷载0.5×1.4＝0.7KN／m2活荷载总和∑＝1.68KN／m2计算荷载时应考虑以下三种荷载组合：1、全跨永久荷载＋全跨可变荷载P 恒＝3.38×1.5×6＝30.42KN P 活＝1.68×1.5×6＝15.12KN2、全跨永久荷载＋半跨可变荷载P 恒＝3.38×1.5×6＝30.42KN P 活＝1.68×1.5×6＝15.12KN3、 全跨屋架包括自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活载P 恒'＝0.38×1.5×6＝3.42KN P 活'＝（1.68＋0.98）×1.5×6＝23.94KN1、2为使用阶段和在情况，3为施工阶段荷载情况，经过计算，第二种荷载组合所产生的杆件内力，对本题的杆件不起控制作用，所以不列入以下计算中。

钢结构设计计算简介本文档旨在介绍钢结构设计计算的基本原理和步骤。

钢结构设计计算的步骤1. 结构荷载计算：根据设计需求、使用环境和相关标准，确定结构所承受的荷载类型和大小。

2. 结构分析：采用结构力学原理，对荷载作用下的结构进行分析，计算各个部位的内力和变形。

3. 钢材选型：根据结构荷载和分析结果，选择适当的钢材，包括型钢、薄板和焊接材料等。

4. 截面设计：根据钢材特性和结构受力情况，进行截面尺寸和配筋的确定，以满足结构的承载能力和刚度要求。

5. 节点设计：设计结构的连接节点，包括焊接、螺栓连接或铆接等方式，确保节点的强度和刚度。

6. 接缝设计：根据结构的特点和使用要求，设计适当的接缝形式，如焊缝、螺栓连接或摩擦连接等。

7. 结构校核：对设计结果进行校核，确保结构的安全性、可靠性和经济性。

8. 绘图和生成报告：根据设计结果，进行结构绘图和报告撰写，用于施工和审查。

注意事项1. 在进行钢结构设计计算时，应遵守相关的设计规范和标准，确保结构的安全性和合规性。

2. 结构设计计算是一个复杂的工作，需要综合考虑力学、材料科学、数学和工程经济等方面的知识。

3. 结构的实际施工过程中，应严格按照设计要求进行，确保结构的质量和稳定性。

4. 在进行设计计算时，应注意保护知识产权和遵守相关法律法规，不使用未经授权的资料或信息。

结论钢结构设计计算是一项重要的工作，它涉及到结构的安全性和可靠性。

通过合理的设计计算，可以确保钢结构在使用过程中承受荷载并保持稳定。

同时，设计计算也需要遵守相关规范和法律法规，保护知识产权和维护工程的合法性。

钢结构设计与计算（第2版）
佚名
【期刊名称】《建筑结构》
【年(卷),期】2006(36)B03
【摘要】由包头钢铁设计研究总院与中国钢结构协会房屋建筑钢结构分会共同组
织编写，主编柴昶、宋曼华，主审武人岱。

本书依据最新的设计规范进行修讯以实例形式介绍钢结构各种基本构件、构件连接，以及框排架、变截面门式刚架、多层框架、屋盖、吊车梁、柱及支撑体系的设计计算方法。

此外还列入压型钢板、蜂窝梁、圆管与方管薄壁屋架、钢-混凝土组合楼盖、圆形与矩形钢管混凝土柱等结构，以及矮肩粱、插入式柱脚、托板与法兰连接、突变截面梁的主拉应力疲劳等项计算，并增加了钢结构设计的基本要求、用钢量参考指标以及新的钢材规格与相关技术标准索引等内容。

【总页数】1页(P23-23)
【关键词】设计计算方法;钢结构设计;第2版;钢-混凝土组合楼盖;矩形钢管混凝土柱;变截面门式刚架;建筑钢结构;设计研究;基本构件;设计规范
【正文语种】中文
【中图分类】TU391;TS211.8
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门式刚架轻型房屋钢结构荷载计算1.使用场所和设计载荷确定根据房屋的实际使用场所和设计目的，确定相应的设计载荷。

例如，住宅的设计载荷包括自重、活载和风载，而仓库的设计载荷包括自重、活载、风载和雪载等。

2.结构布置和材料选用根据荷载计算的结果，确定门式刚架轻型房屋的结构布置和材料选用。

结构布置要满足力学平衡条件，材料的选用要符合相关规范的要求。

3.自重计算4.活载计算活载是指在使用过程中产生的临时荷载，如人员、家具、设备等。

根据设计载荷和相关规范，计算房屋在使用过程中的活载，并按照相应的荷载组合进行叠加计算。

5.风载计算6.雪载计算对于部分地区出现大雪的情况，还需要对门式刚架轻型房屋进行雪载计算。

根据地区的特点和相关规范，确定雪的密度和深度等参数，然后按照相应的荷载组合进行叠加计算。

7.荷载组合计算根据设计要求和相关规范，确定荷载的组合方式。

一般来说，自重和活载按照1.2倍作用于结构，风载按照1.4倍作用于结构，雪载按照1.2倍作用于结构。

8.结构内力计算根据门式刚架轻型房屋的结构布置、荷载组合和材料特性，采用力学方法计算结构的内力。

根据内力计算结果，可以确定结构的强度和稳定性，以及所需的材料规格和截面尺寸。

9.结构验算和设计优化对于门式刚架轻型房屋的钢结构，还需要进行验算和设计优化。

验算是检查结构的强度、稳定性和安全性是否满足相关规范的要求，而设计优化是在满足规范的基础上，通过调整结构布置或材料选用等手段，使结构更经济、更合理。

综上所述，门式刚架轻型房屋钢结构荷载计算需要从使用场所和设计载荷确定开始，逐步进行自重计算、活载计算、风载计算、雪载计算、荷载组合计算、结构内力计算、结构验算和设计优化等步骤。

通过科学的计算和设计，可以确保门式刚架轻型房屋钢结构的安全可靠。