刚架结构计算参考
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(2)由于柱底剪力较小，
Ｖmax=<=，故一般跨间不需剪力键；但经计算在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。另Nmin>0，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M24。
(3)柱脚底板面积和厚度的计算
A．柱脚底板面积的确定
b=b0+2t+2c=200+2×12+2×(20~50)=264~324mm，取b=300mm；
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KN/m2
50mm厚保温玻璃棉板KN/m2
PVC铝箔及不锈钢丝网KN/m2
檩条及支撑KN/m2
刚架斜梁自重KN/m2
悬挂设备KN/m2
合计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 KN/m2。
(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下
VA=×9－=
HA=HE=qlλΦ/4=×18×3×4=
MB=MD=×6=·m
MC= ql2[α2－(1+ψ) Φ]/4=×182×[－×]/4=·m
刚架在qw4y作用下的内力如图。
(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下
α=1，
VA=－VB=－qh12/2L=－×62/(2×18)=－
1．在恒荷载作用下
λ=l/h=18/6=3
ψ=f/h=6=
k=h/s=6/=
μ=3+k+ψ(3+ψ)=3++×(3+=
HA=HE=qlλΦ/8=×18×3×8=
MC=ql2[1－(1+ψ) Φ]/8=[1－(1+×]=·m
MB=MD=－ql2Φ/8=－×182×8=－·m
刚架在恒荷载作用下的内力如图。
HA=×(1+/2=
HE=×－=
MB=×6=·m
MD=×6=·m
刚架在qw2x作用下的内力如图。
(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力qw4x作用下
HA=×(1+/2=
HE=×－=
MB=×6=·m
MD=×6=·m
刚架在qw4x作用下的内力如图。
(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。
四、内力组合
C．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×活荷载标准值计算的荷载效应+××风荷载标准值计算的荷载效应
D．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×风荷载标准值计算的荷载效应+××活荷载标准值计算的荷载效应
E．×恒荷载标准值计算的荷载效应+××活荷载标准值计算的荷载效应
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，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：
基本风压ω0=× 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=。风荷载体型系数μs：迎风面柱及屋面分别为＋和－，背风面柱及屋面分别为＋和－(CECS102：2002中间区)。
5．地震作用
对于等截面构件γ=0，μs=μw=1
λy=μsl/iy0=3000/=，b类截面，查表得ψy=
取ψb’=－ψby=
(4)按《钢结构设计规范》(GB50017－2003)校核刚架柱腹板容许高厚比
柱顶截面：
故 ，满足要求。
柱底截面：
故 ，满足要求。
4．验算刚架在风荷载作用下的侧移μ
Ic=Ib=28181cm4，ζt= Icl/hIb=18000/6000=
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=。
对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定：
A．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×活荷载标准值计算的荷载效应
B．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×风荷载标准值计算的荷载效应
横梁上qw2=－×6×=－m
背风面：柱上qw3=－×6×=－m
横梁上qw4=－×6×=－m
三、内力分析
考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法确定刚架内力。引用《钢结构设计与计算》（包头钢铁设计研究院编著，机械工业出版社）中表2－29（铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。
，βmx=
=mm2<f=215 N/mm2，满足要求。
B．横梁平面外的整体稳定验算
考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=3015mm。
对于等截面构件γ=0，μs=μw=1
λy=μsl/iy0=3015/=，b类截面，查表得ψy=
h=h0+2t+2c=450+2×12+2×(20~50)=514~574mm，取h=550mm；
梁端截面：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V
梁跨中截面：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V
对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：
(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V
(3)Nmax及相应的±Mmax、V；(4)Nmin及相应的±Mmax、V
(2)弯、剪、压共同作用下的验算
取梁端截面进行验算
N=，V=，M=·N
因V<，取V=，按规范GB70017式验算，
=·m>M=·m，取M=Mf
故 ，满足要求。
(3)整体稳定验算
N=，M=·m
A．梁平面内的整体稳定性验算。
计算长度取横梁长度lx=18090，查表得ψx=
3．刚架柱的验算
抗剪验算
柱截面的最大剪力为Vmax=
考虑仅有支座加劲肋，
fv=125N/mm2
Vu=hwtwfv=426×8×125=426000N=
Vmax=<Vu，满足要求。
(2)弯、剪、压共同作用下的验算
取梁端截面进行验算
N=，V=，M=·N
因V<，取V=，按规范GB70017式验算，
=·m>M=·m，取M=Mf
HE=×6－=
MD=×6=·m
刚架在qw1作用下的内力如图。
(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下
VA=－VB=－qh12/2L=－×62/(2×18)=－
HA=×6－=
MD=×6－×62/2=·m
MB=×6=·m
刚架在qw3作用下的内力如图。
(5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下
α=1，β=0
据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第条建议：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：×6=m
活荷载标准值：×6=m
柱荷载：
恒荷载标准值：×6=
风荷载标准值：
迎风面：柱上qw1=×6×=m
刚架柱的计算长度lx=μh=17604mm。
λx=lx/ix=17604/=95。0<[λ]=150，b类截面，查表得ψx=
，βmx=
=mm2<f=215 N/mm2，满足要求。
B．刚架柱平面外的整体稳定验算
考虑屋面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，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即ly=3000mm。
故 ，满足要求。
(3)整体稳定验算
构件的最大内力：N=，M=·m
A．刚架柱平面内的整体稳定性验算。
刚架柱高H=6000mm，梁长L=18090mm.
柱的线刚度K1=Ic1/h=28181×104/6000=
梁线刚度K2=Ib0/(2ψS)=28181×104/(2×9045)=
K2/K1=，查表得柱的计算长度系数μ=。
B
×恒+×风
－
－
（↓）
Mmin及相应的N、V
A
×恒+×活
－
－（↑）
注：内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
五、刚架设计
（一）截面设计
参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450×200×8×12，截面特性：
B=200mm，H=450mm，tw=，tf=，A=
雪荷载：基本雪压S0= KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角
α=5°42′38″，μr=，雪荷载标准值Sk=μrS0= KN/m2。
取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 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） 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。
B
×恒+×风
－
－（←）
柱底（A点）
Mmax及相应的N、V
Mmin及相应的N、V
Nmax及相应的±Mmax、V
A
×恒+×活
0
－（→）
Nmin及相应的±Mmax、V
B
×恒+×风
0
（←）
刚
架
梁
支座（B点）
Mmax及相应的N、V
A
×恒+×活
Ｖmax=<=，故一般跨间不需剪力键；但经计算在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。另Nmin>0，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M24。
(3)柱脚底板面积和厚度的计算
A．柱脚底板面积的确定
b=b0+2t+2c=200+2×12+2×(20~50)=264~324mm，取b=300mm；
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KN/m2
50mm厚保温玻璃棉板KN/m2
PVC铝箔及不锈钢丝网KN/m2
檩条及支撑KN/m2
刚架斜梁自重KN/m2
悬挂设备KN/m2
合计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 KN/m2。
(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下
VA=×9－=
HA=HE=qlλΦ/4=×18×3×4=
MB=MD=×6=·m
MC= ql2[α2－(1+ψ) Φ]/4=×182×[－×]/4=·m
刚架在qw4y作用下的内力如图。
(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下
α=1，
VA=－VB=－qh12/2L=－×62/(2×18)=－
1．在恒荷载作用下
λ=l/h=18/6=3
ψ=f/h=6=
k=h/s=6/=
μ=3+k+ψ(3+ψ)=3++×(3+=
HA=HE=qlλΦ/8=×18×3×8=
MC=ql2[1－(1+ψ) Φ]/8=[1－(1+×]=·m
MB=MD=－ql2Φ/8=－×182×8=－·m
刚架在恒荷载作用下的内力如图。
HA=×(1+/2=
HE=×－=
MB=×6=·m
MD=×6=·m
刚架在qw2x作用下的内力如图。
(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力qw4x作用下
HA=×(1+/2=
HE=×－=
MB=×6=·m
MD=×6=·m
刚架在qw4x作用下的内力如图。
(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。
四、内力组合
C．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×活荷载标准值计算的荷载效应+××风荷载标准值计算的荷载效应
D．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×风荷载标准值计算的荷载效应+××活荷载标准值计算的荷载效应
E．×恒荷载标准值计算的荷载效应+××活荷载标准值计算的荷载效应
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，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：
基本风压ω0=× 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=。风荷载体型系数μs：迎风面柱及屋面分别为＋和－，背风面柱及屋面分别为＋和－(CECS102：2002中间区)。
5．地震作用
对于等截面构件γ=0，μs=μw=1
λy=μsl/iy0=3000/=，b类截面，查表得ψy=
取ψb’=－ψby=
(4)按《钢结构设计规范》(GB50017－2003)校核刚架柱腹板容许高厚比
柱顶截面：
故 ，满足要求。
柱底截面：
故 ，满足要求。
4．验算刚架在风荷载作用下的侧移μ
Ic=Ib=28181cm4，ζt= Icl/hIb=18000/6000=
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=。
对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定：
A．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×活荷载标准值计算的荷载效应
B．×恒荷载标准值计算的荷载效应+×风荷载标准值计算的荷载效应
横梁上qw2=－×6×=－m
背风面：柱上qw3=－×6×=－m
横梁上qw4=－×6×=－m
三、内力分析
考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法确定刚架内力。引用《钢结构设计与计算》（包头钢铁设计研究院编著，机械工业出版社）中表2－29（铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。
，βmx=
=mm2<f=215 N/mm2，满足要求。
B．横梁平面外的整体稳定验算
考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=3015mm。
对于等截面构件γ=0，μs=μw=1
λy=μsl/iy0=3015/=，b类截面，查表得ψy=
h=h0+2t+2c=450+2×12+2×(20~50)=514~574mm，取h=550mm；
梁端截面：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V
梁跨中截面：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V
对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：
(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V
(3)Nmax及相应的±Mmax、V；(4)Nmin及相应的±Mmax、V
(2)弯、剪、压共同作用下的验算
取梁端截面进行验算
N=，V=，M=·N
因V<，取V=，按规范GB70017式验算，
=·m>M=·m，取M=Mf
故 ，满足要求。
(3)整体稳定验算
N=，M=·m
A．梁平面内的整体稳定性验算。
计算长度取横梁长度lx=18090，查表得ψx=
3．刚架柱的验算
抗剪验算
柱截面的最大剪力为Vmax=
考虑仅有支座加劲肋，
fv=125N/mm2
Vu=hwtwfv=426×8×125=426000N=
Vmax=<Vu，满足要求。
(2)弯、剪、压共同作用下的验算
取梁端截面进行验算
N=，V=，M=·N
因V<，取V=，按规范GB70017式验算，
=·m>M=·m，取M=Mf
HE=×6－=
MD=×6=·m
刚架在qw1作用下的内力如图。
(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下
VA=－VB=－qh12/2L=－×62/(2×18)=－
HA=×6－=
MD=×6－×62/2=·m
MB=×6=·m
刚架在qw3作用下的内力如图。
(5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下
α=1，β=0
据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第条建议：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：×6=m
活荷载标准值：×6=m
柱荷载：
恒荷载标准值：×6=
风荷载标准值：
迎风面：柱上qw1=×6×=m
刚架柱的计算长度lx=μh=17604mm。
λx=lx/ix=17604/=95。0<[λ]=150，b类截面，查表得ψx=
，βmx=
=mm2<f=215 N/mm2，满足要求。
B．刚架柱平面外的整体稳定验算
考虑屋面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，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即ly=3000mm。
故 ，满足要求。
(3)整体稳定验算
构件的最大内力：N=，M=·m
A．刚架柱平面内的整体稳定性验算。
刚架柱高H=6000mm，梁长L=18090mm.
柱的线刚度K1=Ic1/h=28181×104/6000=
梁线刚度K2=Ib0/(2ψS)=28181×104/(2×9045)=
K2/K1=，查表得柱的计算长度系数μ=。
B
×恒+×风
－
－
（↓）
Mmin及相应的N、V
A
×恒+×活
－
－（↑）
注：内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
五、刚架设计
（一）截面设计
参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450×200×8×12，截面特性：
B=200mm，H=450mm，tw=，tf=，A=
雪荷载：基本雪压S0= KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角
α=5°42′38″，μr=，雪荷载标准值Sk=μrS0= KN/m2。
取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 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） 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。
B
×恒+×风
－
－（←）
柱底（A点）
Mmax及相应的N、V
Mmin及相应的N、V
Nmax及相应的±Mmax、V
A
×恒+×活
0
－（→）
Nmin及相应的±Mmax、V
B
×恒+×风
0
（←）
刚
架
梁
支座（B点）
Mmax及相应的N、V
A
×恒+×活
