门式钢架的受力分析实例

门式刚架设计实例(总27页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--轻型门式刚架——计算原理和设计实例 <9>来源：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= N/mm2；材质选用：Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。

2 荷载取值静载：为 kN/m2；活载： kN/m2 ；雪载： kN/m2；风载：基本风压W0= 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). 恒载 + 活载(2). 恒载 + 风载(3). 恒载 + 活载+ × 风载(4). 恒载+× 活载 + 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 973974 82 L450x180x8x10 9045 7040 974 227283 L450x180x8x10 9045 7040 974 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：（恒载 + 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 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M12345构件截面验算根据协会规程第条进行板件最大宽厚比验算。

（一）荷载分析及受力简图：1、永久荷载永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

恒载标准值（对水平投影面）：板及保温层 0.30kN/㎡檩条 0.10kN/㎡悬挂设备 0.10kN/㎡0.50kN/㎡换算为线荷载：7.50.5 3.75 3.8/q KN m =⨯=≈2、可变荷载标准值门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）。

对于屋面结构，《钢结构设计规范》规定活荷载为0.5KN/2m ，但构件的荷载面积大于602m 的可乘折减系数0.6，门式刚架符合此条件，故活荷载标准值取0.3KN/2m 。

由荷载规范查得，大连地区雪荷载标准值为0.40kN/㎡。

屋面活荷载取为 0.30kN/㎡雪荷载为 0.40kN/㎡取二者较大值 0.40kN/㎡换算为线荷载：7.50.43/q KN m =⨯=3、风荷载标准值 ：0k z s z ωβμμω=（1） 基本风压值 20kN/m 6825.065.005.1=⨯=ω（2） 高度Z 处的风振系数z β 取1.0（门式刚架高度没有超过30m ，高宽比不大于1.5，不考虑风振系数）（3） 风压高度变化系数z μ由地面粗糙度类别为B 类，查表得：h=10m ，z μ＝1.00；h=15m ，z μ＝1.14内插：低跨刚架，h=10.5m ，z μ＝ 1.14 1.111.00(10.510)1510-+⨯--＝1.014； 高跨刚架，h=15.7m ，z μ＝ 1.25 1.141.14(15.715)2015-+⨯--＝1.155。

（4） 风荷载体型系数s μ其中，s μ＝0.2010.2 4.760.032301230arctg -⨯=⨯=+ 1s μ＝12 1.00.6(1)0.6(12)0.36915.710.5h h ⨯-=⨯-=+- 各部分风荷载标准值计算：w 1k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.8×1.014×0.6825=4.15 kN/mw 2k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.032×1.014×0.6825=0.17kN/mw 3k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.6）×1.014×0.6825=-3.11kN/mw 4k = 0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.369×1.014×0.6825=1.91 kN/mw 5k = 0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.2）×1.014×0.6825=-1.04 kN/mw 6k = w 7k ＝w 8k ＝0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.5）×1.014×0.6825=-2.60 kN/mw 9k = w 10k ＝0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.4）×1.014×0. 6825=-2.08 kN/m用PKPM 计算门式刚架风荷载结果如下：其中，'1k ω＝4.2KN/m ≈1k ω=4.15 kN/m ；'2kω＝0.2KN/m ≈2k ω=0.17 kN/m ； '3k ω＝-3.1N/m ≈1k ω=-3.11 kN/m ；'4kω＝2.2KN/m ≈2k ω=1.91 kN/m ； '5k ω＝-1.2KN/m ≈1k ω=-1.04kN/m ；'6kω＝-3.0KN/m ≈6k ω=-2.60kN/m ； '7kω＝-3.0KN/m ≈7k ω=-2.60kN/m ；'8k ω＝-2.6KN/m ＝8k ω； '9k ω＝-2.1KN/m ≈9k ω=-2.08kN/m ；'10kω＝-2.1KN/m ≈10k ω=-2.08kN/m 。

门式刚架计算原理和设计实例之五第五章辅助结构系统轻型钢结构的辅助结构系统包括挑檐、⾬篷、吊车梁、⽜腿、楼梯、栏杆、检修平台和⼥⼉墙等，它们构成了轻型钢结构完整的建筑和结构功能。

第⼀节⾬篷和挑檐⼀、⾬篷钢结构⾬篷同钢筋混凝⼟结构⾬篷⼀样，按排⽔⽅式可分为有组织排⽔和⾃由落⽔两种。

钢结构⾬篷的主要受⼒构件为⾬篷梁，其常⽤的截⾯形式有轧制普通⼯字钢、槽钢、H型钢、焊接⼯字形截⾯等，当⾬篷的造型为复杂的曲线时亦可选⽤矩形管或箱形截⾯等。

在轻型门式刚架结构中，⾬篷宽度通常取柱距，即每柱上挑出⼀根⾬篷梁，⾬篷梁间通过C型钢连接形成平⾯。

挑出长度通常为1.5m 或更⼤，视建筑要求⽽定。

⾬篷梁可做成等截⾯或变截⾯，截⾯⾼度应按承载能⼒计算确定。

通常情况下⾬篷梁挑出的长度较⼩，按构造做法，其截⾯做成与其相连的C型钢截⾯同⾼：当柱距为6m时，连接⾬篷梁的C型钢为16＃，⾬篷梁亦取16＃槽钢；当柱距为9m时，连接⾬篷梁的C型钢为24＃，⾬篷梁取25＃槽钢；有组织排⽔的⾬篷可将天沟设置在⾬篷的根部或将天沟悬挂在⾬篷的端部，⾬篷四周设置凸沿，以便能有组织的将⾬⽔排⼊天沟内。

图5-1～5-3为⼏种常见⾬篷的做法。

（a）(b)图5-1 ⾃由落⽔⾬篷(a)(b)(c)图5-2 有组织排⽔⾬篷（a）A-A （b）B-B（c）C-C图5-3 ⾬篷节点详图⼆、挑檐在轻型门式刚架⼚房结构中，通常将天沟（彩钢或不锈钢）放置在挑檐上，形成外天沟。

挑檐挑出构件的间距取柱距，即挑出构件作为主刚架的⼀部分，挑出构件之间由C型钢檩条连接，。

图5-4所⽰为典型的挑檐构造。

图5-4 典型的挑檐构造挑檐柱承受C型钢墙梁传递轻质墙体的竖向荷载和风荷载，挑檐梁主要承受考虑天沟积⽔满布荷载或积雪荷载。

挑檐各构件（挑檐柱、挑檐梁）截⾯通常采⽤轧制⼯字钢或⾼频H型钢，截⾯⼤⼩由承载⼒计算确定。

挑檐计算简图如图5-5所⽰，将挑檐柱和挑檐梁⽰作⼀个整体，端部与刚架柱固接，即作为悬臂构件计算。

轻型门式刚架风荷载分析与抗风措施一、引言介绍轻型门式刚架的应用背景和重要性，并简述本文的研究内容和意义。

二、轻型门式刚架结构分析1.轻型门式刚架结构形式分析2.轻型门式刚架结构受力分析三、风荷载计算1.风荷载标准及规定2.风荷载计算方法3.风荷载数据的采集和分析四、轻型门式刚架风荷载分析1.风荷载作用下的刚架结构响应分析2.刚架结构的稳定性分析3.风荷载作用下的结构变形分析五、抗风措施1.加强刚架结构的稳定性2.采用适当的材料和加强构件3.优化设计方案六、结论与展望总结本文的研究内容和成果，提出未来研究的方向和重点。

一、引言随着现代工业和物流行业的不断发展，轻型门式刚架逐渐成为工业、商业及物流设施中的重要组成部分。

它具有结构强度高、稳定性好，且易于安装等特点，广泛应用于仓库、超市、汽车制造厂等场所。

然而在实际使用过程中，轻型门式刚架也面临着可能遇到的自然灾害等不可控因素的威胁，尤其是对于暴风、暴雨等恶劣天气下的抵抗能力，需要进行充分的考虑和研究。

本文将针对轻型门式刚架风荷载的分析与抗风措施展开相关研究，旨在探究如何提高轻型门式刚架的抗风性能和稳定性，减小风灾因素的影响，为工业、商业及物流设施的建设提供可靠的技术支持。

在此基础上，本文将分别从轻型门式刚架结构分析、风荷载计算、轻型门式刚架风荷载分析和抗风措施四个方面展开研究，以全面掌握轻型门式刚架风荷载问题的核心内容，为下一步工作提供理论基础和参考依据。

在本文的研究中，本着科学、客观、细致和实践的原则，使用了系统的学术方法和实验手段，瞄准轻型门式刚架风荷载的主要问题以及我们需要增强和优化的方面，以保证最终的研究结论具有科学性和实践操作性。

二、轻型门式刚架结构分析轻型门式刚架是以冷轧型钢为主要材料，采用焊接、螺栓连接等工艺加工而成。

其基本组成部分包括上部主梁、下部次梁、立柱、横撑等。

整个结构形式简洁明了，且拥有良好的整体稳定性和耐久性。

在此基础上，本章节将重点介绍轻型门式刚架结构形式和结构受力分析。

门式钢架的受力分析一、问题描述：门式钢架受到均布荷载q=300N/m作用，其柱高4.5m，横梁长12m，柱和梁均采用钢梁制作，杨氏模量E=3×510MPa，泊松比μ=0.25，且已知柱和梁的横截面形式均为工字梁，其中柱的参数为W1=0.15，W2=0.15，W3=0.3，t1=0.015，t2=0.015，t3=0.008，梁的参数为柱的参数的1.565倍。

要求：求在均布荷载q作用下门式钢架的剪力、最大弯矩、最大示意图：图1 门式钢架示意图二、求解过程：（一）：启动ansys开始→所有程序→ansys8.1→configure ANSYS products→指定工Array作目录File management→给定作业名123→run。

（二）：用ansys求解1、点击preference，选structural，然后点OK.2、设定单元类型：打开preprocessor下拉菜单中的Element type，分别添加beam类型中的 2 node 188与 3 node 189。

之后再点击close。

3、设定单元截面形式：Preprocessor→Section→Beam→Common sections。

将出现梁工具对话框，按已知条件输入参数。

点击OK。

4、定义材料属性：按照杨氏模量E=3×510MPa，泊松比μ=0.25，定义材料1。

Material Props→Material models→structural→Linear →Elastic→Isotropic→输入数值→OK。

5、创建模型： (1).定义四点：1：（0，0，0）2（0，4.5，0）3（12，0，0）4（12,4.5,0）preprocessor→modeling→creat→keypoints→In Active CS。

依次输入各点的坐标。

(2).创建直线：依次选择1和2，3和4，2和4创建三条直线。

打开最上面菜单栏的WorkPlane，勾选第一个和第三个，打开WP settings，第二栏选择Grid and Triad，其他最小和最大值以及单位选择见图。

门式刚架荷载取值1.1 门式刚架适用范围门式刚架通常用于跨度9米～36米、柱距6米，柱高4.5米～12米，设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑（超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑）。

设置桥式吊车时，宜为起重量不大于20t的中、轻级工作制的吊车，设置悬挂吊车时，其起重量不宜大于3t。

1.2 轻型门式刚架钢结构由主结构和次结构组成主结构包括横向框架、纵向支撑及系杆，次结构包括檩条、隅撑及屋墙面板。

计算分析一般是将主次结构组成的空间问题简化为二维平面问题，即横向简化为平面刚架，纵向简化为屋面水平支撑和柱间支撑，檩条简化为单跨简支或多跨连续檩条，采用钢结构设计软件进行。

特点主要有：（1）采用轻型屋面，可减小梁柱截面及基础大小。

（2）在大跨建筑中增设中间柱做成一个屋脊的多跨大双坡屋面，以避免内天沟排水。

中间柱可采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小。

（3）刚架侧向刚度可藉檩条和墙梁的隅撑保证，以减少纵向刚性构件和减小翼缘宽度。

（4）跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变截面。

（5）刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后的强度，即按有效宽度设计，可减小腹板厚度，不设或少设横向加劲肋。

（6）竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作用。

但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。

（7）为使非地震区支撑做得轻便，可采用张紧的圆钢。

（8）构件可全部在工厂制作，工业化程度高。

构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，安装方便快速，土建施工量小。

2永久荷载取值问题对于门式刚架轻型钢结构而言，永久荷载包括屋墙面板、通风器、檩条、支撑系杆、刚架梁柱及连接等构配件的自重。

常见永久载取值问题：（1）永久荷载漏算或取值偏小。

少算或漏算建筑已确定的构件自重、吊顶荷载或悬挂荷载，这将导致竖向永久、可变荷载控制设计时，结构计算内力及变形偏小。

（2）计算中漏算刚架自重。

如钢结构在采用STS计算刚架时，计算总信息显示“梁柱自重计算信息IA”为0，即程序设定不算自重。

（一）荷载分析及受力简图：1、永久荷载永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

恒载标准值（对水平投影面）：板及保温层 0.30kN/㎡檩条 0.10kN/㎡悬挂设备 0.10kN/㎡0.50kN/㎡换算为线荷载：7.50.5 3.75 3.8/=⨯=≈q KN m2、可变荷载标准值门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）。

对于屋面结构，《钢结构设计规范》m，但构件的荷载面积大于602m的可乘折减系数0.6，门规定活荷载为0.5KN/2m。

由荷载规范查得，大连地区式刚架符合此条件，故活荷载标准值取0.3KN/2雪荷载标准值为0.40kN/㎡。

屋面活荷载取为 0.30kN/㎡雪荷载为 0.40kN/㎡取二者较大值 0.40kN/㎡换算为线荷载：7.50.43/q KN m =⨯=3、风荷载标准值 ：0k z s z ωβμμω=（1） 基本风压值 20kN/m 6825.065.005.1=⨯=ω（2） 高度Z 处的风振系数z β 取1.0（门式刚架高度没有超过30m ，高宽比不大于1.5，不考虑风振系数）（3） 风压高度变化系数z μ由地面粗糙度类别为B 类，查表得：h=10m ，z μ＝1.00；h=15m ，z μ＝1.14 内插：低跨刚架，h=10.5m ，z μ＝ 1.14 1.111.00(10.510)1510-+⨯--＝1.014；高跨刚架，h=15.7m ，z μ＝ 1.25 1.141.14(15.715)2015-+⨯--＝1.155。

（4） 风荷载体型系数s μ-0.5-0.6-0.4-0.4-0.5-0.5-0.2+0.8μsμs1其中，s μ＝0.2010.24.760.032301230arctg -⨯=⨯=+ 1s μ＝12 1.00.6(1)0.6(12)0.36915.710.5h h ⨯-=⨯-=+-各部分风荷载标准值计算：w 1k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.8×1.014×0.6825=4.15 kN/m w 2k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.032×1.014×0.6825=0.17kN/m w 3k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.6）×1.014×0.6825=-3.11kN/m w 4k = 0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.369×1.014×0.6825=1.91 kN/m w 5k = 0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.2）×1.014×0.6825=-1.04 kN/mw 6k = w 7k ＝w 8k ＝0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.5）×1.014×0.6825=-2.60 kN/m w 9k = w 10k ＝0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.4）×1.014×0. 6825=-2.08 kN/m 用PKPM 计算门式刚架风荷载结果如下：其中，'1k ω＝4.2KN/m ≈1k ω=4.15 kN/m ；'2kω＝0.2KN/m ≈2k ω=0.17 kN/m ； '3k ω＝-3.1N/m ≈1k ω=-3.11 kN/m ；'4kω＝2.2KN/m ≈2k ω=1.91 kN/m ； '5k ω＝-1.2KN/m ≈1k ω=-1.04kN/m ；'6kω＝-3.0KN/m ≈6k ω=-2.60kN/m ； '7kω＝-3.0KN/m ≈7k ω=-2.60kN/m ；'8k ω＝-2.6KN/m ＝8k ω； '9k ω＝-2.1KN/m ≈9k ω=-2.08kN/m ；'10kω＝-2.1KN/m ≈10k ω=-2.08kN/m 。

门式刚架最大承受荷载的计算分析摘要：门式刚架是一种较为成熟的结构体系。

门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快键、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。

普通门式刚架轻型房屋钢结构的设计理论、计算方法、节点制作在传统设计中均有章可依。

然而，关于门式刚架的最大承载计算较少。

关键词：门式刚架；钢结构设计；最大荷载1轻型钢结构在我国的发展现状建筑工程中通常将按建筑面积平摊后，每平方米用钢量小于40公斤的钢结构房屋称为轻型钢结构。

轻型钢结构的层数一般为单层或二层，屋面、墙面通常采用轻质材料，其荷载较轻。

这种结构外形简洁、美观、节省钢材、安装方便、施工速度快、造价相对较低，并可形成系列化和装配化，能像其它商品一样，进行批量生产，是目前最具有竞争力的结构形式之一。

由于门式刚架轻钢结构具有许多其他结构所不具备的优点，而且经济效益十分显著，因此这种结构形式在国外一经推出就得到了广泛应用。

国外轻型钢结构发展较早，由于汽车工业的发展，最初用于建造私人汽车库等简易房屋。

二次世界大战时期，由于战争的需要，一些拆装方便的轻钢结构建筑用于营房和库房。

60年代以来，国外建筑钢材的发展有了很大突破，色彩丰富而耐久的彩色压型钢板的出现，以及H型钢和冷弯型钢的问世，极大地推动了轻型钢结构的发展，至今已形成为一种特殊的商品。

业主不是带着图纸委托加工，而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋，承包商在短时间内按业主要求按质建成，并交付使用。

这种高质量的快速供货方式，使业主感到十分满意，轻钢结构得以迅速发展。

目前，欧美各国由轻钢结构体系建造的非居住单层建筑物占50%以上，日本新建的1—4层建筑大多采用轻钢结构。

许多国家如英、美、日、澳等国家己作为一种经济快捷的建筑结构体系，以商品的形式出售。

近几年以来，随着我国钢材产量的增加和焊接H型钢的出现，我国轻钢结构发展迅速。

特别是随着门式刚架轻型房屋钢结构技术规程6C(Ecs102:98)的颁布实施，对推动我国门式刚架轻型房屋钢结构的发展起了显著作用。