多层钢结构厂房框架柱平面内计算长度研究
何喜洋1 黄长华 宋 扬
（广东省电力设计研究院，广州，510663）
摘 要：多层钢结构厂房是火电、核电工程主厂房常用的结构形式。对于钢框架结构设计，我国的钢结构设计规范采用的是计算长度设计法；由于荷载工况和荷载组合的复杂性，对主厂房采用考虑二阶效应的非线性分析方法还有一定难度。本文在总结各种钢框架柱计算长度系数算法的基础上，从计算长度系数的定义出发，通过三种有代表性的计算长度分析模型的比较研究，提出了一种适用于火电、核电工程钢结构主厂房框架柱计算长度确定方法。该方法考虑了（包含重力二阶效应的）模型的几何非线性效应和荷载分布情况对计算长度的影响，并能与主厂房建模过程紧密结合，也符合工程设计简单、便利的原则。最后，本文通过某核电工程常规岛主厂房框架柱计算长度实例分析，阐明了本文提出的方法和步骤，获得了一些有益的结论，供设计人员参考。
关键词：多层钢结构厂房；计算长度；整体稳定；线性屈曲；临界荷载
Frame Column Plane Effective Length Study on Multiple-Storey Steel Plant
HE Xiyang 1 HUANG Zhanghua SONG Yang
（Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou, 510663, China）
Abstract: Multiple-storey steel plant is a general structural system of thermal and nuclear power plant. For steel frame structure design, effective length design method is adopted by steel structure design code in our country; because of the complexity of load case and load combination, it is difficult to use nonlinear analysis method considering two order effects to analyze the plant. In this paper, all kinds of method to calculate the effective of frame column are summarized, starting with the definition of effective length, three representative model are studied and compared with each other, a new method to decide the effective length of thermal and nuclear plant frame column are proposed by the author based on comparison and study. Influence of Geometry nonlinear including gravitational two order effect on effective length is considered in this method, the method is convenient and closely associated with the modeling process. At the end of this paper, an example to calculate the effective length of nuclear plant column is used to describe the steps of the method mentioned above, good effects, which are a useful reference for civil engineer, are acquired during this example.
Keywords：Multiple-storey steel plant; effective length; integral stability; linear buckling; critical load
前 言
多层钢结构厂房是火力发电厂主厂房和核电站常规岛常用的结构形式。要做出安全、经济、合理的钢结构设计，除了把握好工艺要求和结构布置以外，还应重视设计分析方法和构造要求。钢结构设计方法的关键在于如何理解和确定柱子的计算长度。我国现行的钢结构设计规范采用的是计算长度设计法，缺点是：无法反映结构的整体稳定性；计算长度在设计软件上难于应用。因此，计算长度设计法遭到不少的批评[1]。实际结构的布置和荷载情况往往复杂多样，而柱的计算长度确定时，这些因素却都被计算假定所消除；我们在内力分析的时候是弹性分析，而构件和截面的设计却采用了利用材料塑性性能的方法[1]。作为钢结构设计的首
第一作者简介：何喜洋（1979-），男，工学硕士，主要从事火力发电厂土建结构设计工作.
要方法，这难免会引工程师的怀疑。因为计算长度系数法的缺点，加拿大钢结构规范取消了计算长度法而改为采用二阶分析方法。然而，文献[1]又指出，满足平衡条件且不违背屈服条件的情况下得到的承载力是实际结构承载力的下限，设计人员担心安全度不足的顾虑可以消除。基于这样一种简单明了的原则，计算长度法被我国规范采用至今。
我国规范[2]给出了高层民用建筑钢结构框架柱以及单层厂房变截面柱子计算长度的计算公式（超越方程）和表格；文献[3]研究了厂房框架带牛腿柱的计算长度，提出了实用的简化计算公式；文献[4]论述了考虑重力二阶效应进行结构二阶内力分析与柱计算长度的关系；文献[5]采用位移法进行了某特殊构筑物柱计算长度的解析分析，给出了计算表格；文献[6]推导了侧移和无侧移钢框架柱计算长度系数的公式,并对计算长度系数的公式进行了修正。在数值分析方面，文献[7]和文献[8]利用屈曲分析来进行柱计算长度的确定，论述了三种实用的计算方法。
由此可见，计算长度仍然是我国钢结构设计的焦点话题。然而，研究多层钢结构厂房柱计算长度的文献很少。对于多层钢结构厂房框架柱平面内的计算长度，规范未做出明确的要求，需要工程师根据实际情况自行分析确定。多层钢结构厂房由于结构布置的复杂性，导致实际情况难于采用理想的解析模型来获得长度系数的表达式或方程，因此，研究多层钢结构厂房柱计算长度需要采用数值分析方法。本文则旨在从计算长度系数的定义出发，通过三种有代表性的计算长度分析模型的比较研究，提出了一种适用于火电、核电工程的多层钢结构主厂房框架柱计算长度确定方法。
1 计算模型
柱计算长度的定义首先来自等截面理想轴心受压构件的弯曲屈曲，此时，柱计算长度的物理意义是反弯点间的距离。如果独立柱的临界荷载为N cr ，对应的两端铰接的理想轴心受压构件的临界荷载为N E ，则计算长度系数为两临界荷载比值N E : N cr 的平方根。在多高层钢框架结构中，柱计算长度系数的概念同样可以按此
加以推广，此时柱计算长度的物理意义则更为突出地表现为柱的侧移刚度[1]。
按照文献[7]的说法，柱计算长度的确定有三种方法：整体模型法、独立构件模型法、局部实体有限元分析法。本文也打算采用三种方法（独立柱子法，归结为方程的特征值问题；整体线性屈曲法，归结为矩阵的特征值问题；几何非线性法，归结为非线性代数方程组的求解问题）来确定算例中的框架柱在平面内的计算长度系数，从计算假定和计算结果的比较中进行分析论述，并结合工业建筑设计的工程实践经验推荐采用第三种方法。
选取的算例为某大型核电站常规岛主厂房，主框架柱上柱截面WH1800×900×50×80；下柱截面WH 2800×900×70×80；上柱高度15.42m （从屋架下弦算起），下柱高度14.58m ；控制工况下，上、下柱轴向压力之比约为1：20；主要楼层有6.50m 、15.0m 和25.0m 三层。总的特点是：荷载种类繁多，组合复杂；屋架跨度大，屋架与上段柱刚接，吊车竖向荷载大；整体结构与汽轮发电机基础（机岛）分离，各楼面梁与机岛之间采用滑动连接。这些特点有的体现了多层钢结构主厂房的一般性，有的体现了该工程的特殊要求；然而，从后面的分析比较中我们发现，这些特点都是规范的计算长度系数公式和表格所不能体现的。
2 独立柱子模型
独立柱子模型的分析对象是单根柱子，此方法显然是来自两端铰接的理想轴心受压构件，不同之处在于独立柱子模型的两端约束条件除了铰接以外还可以是固定端、滑动等等多种情况（图1）。按照图1所示的计
算模型，可以采用初参数法获得下段柱的计算长度系数的超越方程[9]：
11122tan tan 0K πηπημμ+?=， 12121I H K I H =?，
1η= （1） 其中1H 和2H 为分别为上段柱和下段柱高度；1N 和2N 分别为上段柱和下段柱的轴向压力；1I 和2I 分别为上段柱和下段柱截面的惯性矩；为下段柱的计算长度系数。方程（1）实际上就是我国《钢结构设计规范》附录
表D-3“柱上端可移动但不转动的单阶柱下段柱的计算长度系数2μ”的依据。因此，我们可以通过求解方程或者查表获得算例模型下段柱的计算长度系数为：
121210.12514.580.3160.30.373815.42
I H K I H =?=×=≈
115.420.4090.414.58η=
==≈ （2） 因此有， 2 1.83μ=； 211
4.58μμη==
图1 独立柱子模型及其计算简图 图2 多层钢结构有侧移失稳模式
独立柱子模型将其他构件的作用体现为简单的弹性边界或固定约束（此处，独立柱模型假定了上段柱顶部和下段柱底部都没有转角；也假定了下段柱底部没有水平位移），无法考虑结构的相互作用，自然也无法反映结构的整体稳定性。从后面的比较和分析看来，这种方法求得计算长度系数是最小的，因此，往往过高地估计柱子的稳定承载力。
3 整体线性屈曲模型
如果要考虑构件之间的相互作用，体现失稳时结构的整体稳定性，可在独立柱子模型的基础上，将其他
构件考虑进入计算模型。正如图2所显示的那样，经济的多高层框架是柱是同时失稳的[10]。然而，这对于多
层钢结构厂房框架柱来说是难以实现的，因为框架柱的控制工况中往往带有吊车荷载，而施加于两个牛腿上的荷载是不相等的；因此，轴力大的柱子会先失稳，并且带动未到达临界荷载的、轴力较小的柱子失稳。换
言之，先失稳的柱子会由于收到阻碍作用而计算长度变小；被带动而失稳的柱子其计算长度会变大[10]。基于
这样的考虑，可以从中抽出一榀框架进行研究，将多层钢结构失稳的概念应用到算例模型中，体现柱间相互作用以及框架柱受荷的不均匀性。这就是我们要采用的第二个计算模型：整体线性屈曲模型。
图3 第一阶失稳模态（反对称） 图4 第二阶失稳模态（对称）
图3和图4分别展示了整体线性屈曲模型的前两阶失稳模态（M1和M2）。按照计算长度的定义，两个失稳模态对应的柱轴力与欧拉临界力的比值就是柱的计算长度系数。我们从程序中读出前两阶失稳模态的荷载因子，根据施加荷载的大小，就可以计算出上下柱的临界轴力。具体如下表所示：
表1 整体线性屈曲模型的框架柱临界轴力计算
模态特征 1N （kN ）2N （kN ） λ 1cr N （kN ）2cr N （kN ） 1μ 2μ
反对称 200 4000 129 25800 516000 6.44 2.63 对 称 --- --- --- ---
--- --- ---
其中上、下段柱的欧拉临界力为： 22861E1221 3.14 2.06100.125 1.0710kN 15.42
EI N H π×××===× 22862E2222
3.14 2.06100.374 3.5710kN 1
4.58EI N H π×××===× 从表中我们看到，前两阶失稳模态对应的荷载因子相差很远，表明第二阶失稳模式（对称失稳）发生的概率是很小的，几乎是不可能的。第二阶失稳模态对应的临界荷载是没有实际意义的，实际上柱子只会按照第一种模式（反对称）失稳。第二个计算模型已经考虑了下段柱加载的不均性，也就是已经体现了小轴力柱对大轴力柱失稳的有利贡献。然而，这个有利贡献还是无法与定向的约束条件（第一种计算模型的端部约束条件）相比，表中的计算长度系数比第一个计算模型计算得出的系数要大。
第二个计算模型计算出来的长度系数要比第一个计算模型大。这是必然的，问题在于大多少，这视乎小轴力柱的刚度，当然也与屋架刚度、各层梁刚度有关。这些构件的刚度越大，第二个计算模型的情况就与第一个计算模型的约束条件越接近，长度系数之间的差异也越小。如果将小轴力柱视为大轴力柱的抗侧移约束，并且约束的刚度足够大（也即顶部位移足够小），我们有理由按照规范的要求，将大轴力柱视为无侧移框架中的柱子来对待。
4 整体非线性模型
整体线性屈曲模型还不是最保守、最安全的，因为我们还忽略了作用在楼层梁上的荷载以及除吊车竖向荷载以外的水平荷载，例如风荷载和吊车横向水平荷载。在整体线性屈曲模型中，我们没有考虑吊车竖向荷载在牛腿处作用位置的偏移（图2和图3），这不是偶然的，也不是为了简化。如前所述，独立柱子模型和整体线性屈曲模型最终都归结为特征值问题，此类模型的最大的缺陷是：无法计算有变形结构的失稳临界荷载。采用特征值模型来分析结构临界荷载的前提都是假定作用荷载只有柱轴向力，并且忽略轴向力作用下柱的变形。无变形条件使得特征值模型只能解决分支点失稳问题，而这种理想化的无变形结构在工程实际中是不存在的，实际结构在各式各样的荷载作用下必然产生变形，有变形结构的失稳问题（极值点失稳）引出本文的第三个计算模型：整体非线性模型。
整体非线性模型中，我们同样取出一榀横向框架作为研究对象，除了施加柱子的轴心荷载以外，还增加考虑了其他作用荷载，包括风荷载、吊车水平荷载和梁上荷载；并且，在施加吊车竖向荷载时，反映荷载偏心位置等等真实的荷载要素；第三，采用静力非线性分析方法，逐步施加荷载，按照各荷载工况的比例施加荷载，直到结构失稳（在程序中表现为迭代计算不收敛），对应的总加载量即为结构的临界荷载，相应的柱轴力即为该柱的临界轴力。整体非线性模型的分析结果如下表：
表2 整体非线性模型的框架柱临界轴力计算
变形特征 1N （kN ）2N （kN ） λ 1cr N （kN ）2cr N （kN ） 1μ 2μ
反对称 --- --- --- 9000 390100 10.9 3.03
对 称 --- --- --- ---
--- --- ---
从上表可知，在整体线性屈曲模型的基础上考虑了除轴力以外的其他荷载以及几何非线性的影响后，框架柱的临界轴力都变小了，这意味着柱计算长度系数变大；与整体线性屈曲模型的结果相比，非线性模型所反映出来的长度系数差异是不可忽略的。实际上，工程结构的失稳都是极值点失稳，因此，特征值模型计算
出来的临界荷载只能是结构实际稳定承载能力的一个上限[11]，本文的整体非线性模型分析结果也证明了这一
点。另外，由于水平荷载的影响，结构失稳时的变形基本呈现反对称的特征（图5）；然而文献[12]指出，作用在梁上的竖向荷载引起的结构的失稳变形呈现对称的特征。因此，图中的变形特征其实是两者共同影响的结果，只是算例框架是水平荷载的影响占优，可以预料，如果水平荷载很小而梁上竖向荷载很大，结构失稳的时的变形将呈现对称特征。
图5 临界状态下框架的变形（二阶效应） 图6 下段柱的临界轴力确定
本文的整体非线性分析模型只考虑了几何非线性（相当于考虑了规范所要求的二阶效应），未考虑材料方面的非线性。可以预计，考虑了材料的非线性以后，长度系数会更大。规范在给出柱子曲线的时候，已经考虑了柱子的弹塑性失稳，因此，我们在设计中可只考虑几何方面的非线性，相信已经能满足工程精度的要求。值得注意的是，表1和表2都只给出了厂房柱在运转层楼面以上单阶柱平面内的计算长度系数，而本文所要研究的内容是框架柱平面内的计算长度，并且强调的是多层厂房。因此，除了解决运转层以上变阶柱在平面内计算长度以外，夹在各层楼面间的框架柱也是本文的研究对象；推而广之，如果是框架柱平面外的计算长度又该如何确定呢？从柱计算长度的定义出发，这些问题都能迎刃而解，本文所列的三种方法都是同样适用的。由于篇幅所限，此处不再详述。
5 结 论
本文从柱计算长度的定义出发，论述了柱计算长度确定的三个计算模型。这三个模型从简单到复杂，计算结果越来越保守，但计算精度则从低到高。独立柱子模型只适用于单层厂房；对于多层厂房，如果运转层梁和运转层以下部分的柱子刚度很大，并且屋架的刚度足够大，独立柱子模型也是适用的。整体线性屈曲模型比独立柱子模型有所进步，考虑了结构的整体性，因而其使用范围不再受其他构件刚度大小的制约；然而，整体线性屈曲模型采用了理想的无变形假定，无法体现除柱轴力以外的其他荷载对结构整体稳定性的影响，其理想临界荷载只能是真实临界荷载的一个上限。整体非线性模型真实地反映了框架平面内各种因素对柱计算长度系数的影响，并且能方便地与结构整体分析、设计过程相结合；现在都使用三维建模进行计算分析和结构设计，它并不比查表（或按公式计算）慢，不失为一种简单、实用、合理的计算长度确定方法。
参考文献
[1] 童根树,施祖元,李志飚.计算长度系数的物理意义及对各种钢框架稳定设计方法的评论.建筑钢结构进展.2004,6(4):1-8.
[2] 钢结构设计规范.
[3] 陈绍蕃.厂房框架带牛腿柱的计算长度.建筑结构学报.2007,28(5):54-60.
[4] 李国强.关于多高层钢结构柱计算长度-理论解释.2009,11(2):1-7.
[5] 满杰,王农.一类特殊构筑物的柱计算长度.工程结构.2006,26(2):96-97.
[6] 刘开强,彭伟.计算长度系数法在框架稳定分析中的运用.四川建筑科学研究.2007,33(3):36-39.
[7] 郑竹.利用屈曲分析确定跨层柱计算长度的实用方法.四川建筑-工程结构.2009,29(1):110-112.
[8] 郑竹,尧国皇,黄用军.屈曲分析确定跨层柱计算长度方法的应用.四川建筑-工程结构.2009,29(2):152-154.
[9] 龙驭球,包世华.结构力学下册(第二版).高等教育出版社,1996.
[10] 李国强等.钢结构框架体系高等分析与可靠度设计.中国建筑工出版社,2006.
[11] SAP2000中文版使用指南.人民交通出版社,2006.
[12] 刁云云,刘坚,黄襄云.影响钢框架柱计算长度系数的因素.钢结构-科研开发.2006,21(6):9-12.
钢结构工业厂房设计计 算书 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
钢结构工业厂房设计 计算书 单层工业厂房设计计算书 一、设计概况 单层工业厂房，长60米，宽30米，梁与柱均为桁架结构，屋面只有雪荷载和活荷载。 二、设计条件 1.设计使用年限：50年 2.自然条件 （1）地理位置：兰州市某郊区 （2）环境条件：除雪荷载外不考虑其他环境条件 3.荷载条件 ①结构自重（Q235）：容重7.698×10-5N/mm3 ②静力荷载（雪荷载）：50年一遇最大雪荷载0.15kN/m2 ③动力荷载（吊车）：起重最大量10吨 4.材料 （1）Q235碳素结构钢 （2）①热轧普通槽钢（格构式柱） ②冷弯薄壁方钢管（横梁、檩条） ③热轧普通工字钢（吊车梁） ④热轧普通H型钢（吊车轨道） ⑤钢板（缀板）
⑥压型钢板（屋面） 4.安装条件：梁与柱铰接，柱与基础固定连接，其他连接部分焊接。 二、结构尺寸 ①模型透视图 ①俯视图 长宽A×B=60m×30m ②左视图 柱高H=5.5m 单跨宽度b=30m/3=10m 吊车梁高度h=5m 桁架屋盖高h'=2m ③正视图 单跨长度a=60m/8=7.5m 吊车轨道支柱距离a'=60m/12=5m 三、内力计算及构件设计 1.格构式轴心受压柱设计 由软件模拟分析得柱的轴心受压最大设计值为N=50000N=50kN ①对实轴计算，选择截面尺寸 假定λ y =50,按Q235钢b类截面查表得：ψ=0.856，f=215N/mm2 所需截面面积： A=N/(ψf)=50000/(0.856×215)N/cm2=2.7cm2 回转半径： i y =l oy /λ y =500cm/50=10cm 查表试选： 2[25a A=2×34.91=69.82cm2，i y =9.81cm，i 1 =2.42cm,Z =2.07cm,I 1 =175.9cm4 验算绕实轴稳定：λ y =l oy /i y =500cm/9.81cm=50.97<[λ]=150,满足要求 查表得：ψ=0.852(b类截面)
PKPM软件关于混凝土柱计算长度系数的计算 软件关于混凝土柱计算长度系数的计算 错层结构的计算（一）错层结构的模型输入⑴错层高度不大于框架架高时的错层结构的处理；⑵对于错层高度大于框架梁高的单塔错层结构的输入⑶对于错层高度大于框架梁高的多塔错层结构的输入⑷错层洞口的输入（二）错层结构的计算⑴规范要求⑵错层结构设计中应注意的问题：SATWE软件在计算错层结构时，会在越层的柱和墙处施加水平力。由于在越层处水平力的存在，从而使越层构件上下端的配筋不一样，设计人员在出施工图时可以取二者的大值。（本章可能是讲课人员的提纲，没有具体内容。后面还有相类似的情况，只有标题）第七章PKPM软件关于混凝土柱计算长度系数的计算（一）规范要求⑴《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）（以下简称《混凝土规范》）第7.3.11条第2款规定：一般多层房屋梁柱为刚接的框架结构，各层柱的计算长度系数可按表7.3.11-2取用。⑵第7.3.11条第3款规定：当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75％以上时，框架柱的计算长度l0可按下列两个公式计算，并取其中的较小值：l0＝［l＋0.15（u＋l)]H （7.3.11-1）l0＝（2十0.2min）H （7.3.11-2）式中：u、l 柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值；min比值u、l中的较小值；H柱的高度，按表7.3.11-2的注采用。（二）工程算例⑴工程概况：某工程为十层框架错层结构，首层层高2m，第二层层高4.5m。其第一、二层结构平面图、结构三维轴侧图如图1所示。（图略）（三）SATWE软件的计算结果⑴计算结果
钢结构框架柱计算长度系数说明 很多用户对于STS框架柱的计算长度系数计算都存有疑问，尤其是在框架柱存在跃层柱的时候，有的时候会觉得得软件得出的计算长度系数偏大，或者不准确。下面我通过一个用户的模型，来详细的讲解一下计算长度系数的问题。 1 跃层柱计算长度系数显示的问题 首先我们需要了解一下软件对于跃层柱计算长度系数显示结果的问题 用户模型如下： 选取其中一根柱子，看一下软件（satwe）对于计算长度系数输出：
绕构件X轴的计算长度系数两层分别是和，因为分了标准层，所以输出了两个计算长度系数，但如果我么手算的话，肯定是按照一个柱子来求计算长度系数，那么现在软件输出的计算长度系数，和我们手算的到底有什么区别呢 我们可以利用二维门式钢架计算验证一下，抽取这个立面，形成PK文件，二维门刚计算的计算长度系数如下：
二维门刚是按照一整根柱子求出了一个计算长度系数 计算长度系数主要涉及到构件长细比的计算，截面是确定的，那我们来看计算长度：Satwe计算结果： 下段柱计算长度=*米（层高）=米 上段柱计算长度=*米（层高）=米 二维门刚计算结果： *（+）=米 结论：从上面的计算可以得知，satwe对于跃层柱的计算长度系数，是按照一整根柱来得到的，但是输出的时候是分层输出的，所以对于求得的计算长度系数按照层高做了处理，但是结果是一样的，这个我么在后面可以手算验证。 2 如何核对计算长度系数 Satwe对于构件的的计算长度系数的计算是按照《钢规》附录D来计算的，很多用户对软件的计算长度系数存在疑问，但是通过我们的核对，绝大多数的情况，软件还是严格按照规范来计算的，但是对于一些连接情况特别复杂的情况，规范也没有特别说明的的情况，软件也会出现一定的问题，那么我们该怎样核对构件的计算长度系数呢 第一个方法，就是我们上面用到的，抽一榀，用我们的二维门刚来验证。这样的计算结果比较简洁，直观，分别看两个方向的计算长度系数，然后和satwe的计算结果对比。
抗震框架柱计算公式 一、基本参数： 1、柱净高hn Hn：柱净高=本层层高-梁高 底层柱净高=底层层高+基础顶至嵌固部位高度-梁高 2、连接长度： 机械连接： 短筋：0 长筋：35d 焊接 短筋：0 长筋：Max(35d,500) 柱纵筋中长筋和短筋各50%。 3、非链接区长度： 底部非连接区 嵌固部位高度=Hn/3 （注：首层必为嵌固部位，看标注。） 非嵌固部位高度=max(Hn/6,Hc,500) （二层及以上柱根部位） 顶部非连接区 高度=梁高+max(Hn/6,Hc,500) Hc＝柱长边尺寸 非连接区箍筋加密，箍筋起步：50mm 二、基础插筋 长度＝弯折长度+纵筋插入长度+底部非连接区长度+连接长度 弯折长度取值： 1、Hj>laE(la) 弯折长度=Max(150,6d) 2、Hj<=laE(la) 弯折长度=15d Hj为基础高度，LaE=38d 纵筋插入长度=基础高度Hj-基础保护层 基础内箍筋（简单的2肢箍，矩形封闭箍筋，非复合箍筋） 基础内箍筋的作用仅起一个稳固作用，也可以说是防止钢筋在浇注时受到挠动。一般是按2 根进行计算（软件中是按三根）。箍筋基础顶面下起步：100mm 三、首层柱纵筋 纵筋长度＝首层层高-首层非连接区Hn/3+max(Hn/6，hc，500)+连接长度 四、中间层柱纵筋 纵筋长度＝中间层层高-当前层非连接区+（当前层+1）非连接区+连接长度 非连接区＝max（1/6Hn、500、Hc） Hc＝柱长边尺寸 五、顶层柱纵筋 顶层KZ 因其所处位置不同，分为角柱、边柱和中柱，各种柱纵筋的顶层锚固各不相同。 1、中柱 中柱顶层纵筋的锚固长度为 弯锚（≦Lae）：梁高－保护层＋12d 直锚（≧Lae）：梁高－保护层 中柱纵筋长度=层高-梁高－非搭接区长度+锚固长度-连接长度 2、边柱、角柱
《钢结构设计原理计算题》 【练习1】两块钢板采用对接焊缝（直缝）连接。钢板宽度Ｌ＝250mm ，厚度t=10mm 。钢材采用Ｑ235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板，焊缝采用三级检验质量标准， 2/185mm N f w t =。试求连接所能承受的最大拉力?=N 解：无引弧板时，焊缝的计算长度w l 取实际长度减去2t ，即250-2*10mm 。 根据公式 w t w f t l N
【变化】若取消端焊缝，问?=N 解：上题中令03=N ，622001?-=w l ,得kN N N 344.5051==
单层钢结构厂房结构计算 一、设计资料 河南省某加工厂一厂房,该厂房为单层,采用单跨双坡门式刚架,刚架跨度18m,柱高6m;共有12榀刚架,柱距6m,屋面坡度1:10;地震设防列度为6度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度值0、05g。刚架平面布置见图1(a),刚架形式及几何尺寸见图1(b)。屋面及墙面板均为聚氨酯复合保温板;考虑经济、制造与安装方便,檩条与墙梁均采用冷弯薄壁卷边C 型钢,间距为1、5m,钢材采用Q235钢,焊条采用E43型。 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0、15 KN/m2 50mm厚保温玻璃棉板0、05 KN/m2 PVC铝箔及不锈钢丝网0、02 KN/m2 檩条及支撑0、10 KN/m2 刚架斜梁自重0、15 KN/m2 悬挂设备0、20 KN/m2 合计0、67 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0、50 KN/m2。 雪荷载:基本雪压S0=0、45 KN/m2。对于单跨双坡屋面,屋面坡角 α=5°42′38″,μr=1、0,雪荷载标准值Sk=μrS0=0、45 KN/m2。 取屋面活荷载与雪荷载中得较大值0、50 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)0、50 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得规定计算。 基本风压ω0=1、05×0、45 KN/m2,地面粗糙度类别为B类;风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)得规定采用,当高度小于10m时,按10m高度处得数值采用,μz=1、0。风荷载体型系数μs:迎风面柱及屋面分别为＋0、25与－1、0,背风面柱及屋面分别为＋0、55与－0、65(CECS102:2002中间区)。 5.地震作用 据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18、8、1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度得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)各部分作用得荷载标准值计算 屋面: 恒荷载标准值:0、67×6=4、02KN/m 活荷载标准值:0、50×6=3、00KN/m 柱荷载: 恒荷载标准值:0、5×6×6+4、02×9=54、18KN
2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 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/T 700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2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。 钢材的强度设计值（N/mm2）表2-77
一．建筑设计说明 一、工程概况 1.工程名称：青岛市某重型工业厂房； 2.工程总面积：3344㎡ 3.结构形式：钢结构排架 二、建筑功能及特点 1.该拟建的建筑位于青岛市室内，设计内容：重型钢结构厂房，此建筑占 地面积3344㎡。 2.平面设计 建筑物朝向为南北向，双跨厂房，每跨跨度为21m，柱距为6m，采用柱网为21m ×6m，纵向定位轴线采用封闭式结合方式。 3.立面设计 该建筑立面为了满足采光和美观需求，设置了大面积的玻璃窗。 4.剖面设计 吊车梁轨顶标高为 6.9m，柱子高度H=6.9+3.336+0.3=10.536,取柱子高度为10.8m。 5.防火 防火等级为二级丁类，设一个防火分区，安全疏散距离满足房门只外部出口或封闭式楼梯间最大距离。 室内消火栓设在两侧纵墙处，两侧及中间各设两个消火栓，满足间距小于50m 的要求。 6.抗震 建筑的平面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，满足抗震要求。 7.屋面 屋面形式为坡屋顶：坡屋顶排水坡度为10%，排水方式为有组织内排水。屋面做法采用《01J925-1压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》中夹芯钢板屋面。 8.采光 采光等级为Ⅳ级，窗地比为1/6,窗户面积为1160㎡，地面面积为3344平方米，窗地比满足要求，不需开设天窗。 9.排水 排水形式为有组织内排水，排水管数目为21个。 三、设计资料 1.自然条件 2.1工程地质条件：场区地质简单，无不利工程地质现象，条件良好， 地基承载力标准值1000Kpa，为强风化花岗岩，场区内无地下水。 冻土深度为0.5m。 2.2抗震设防：6度 2.3防火等级：二级 2.4建筑物类型：丙类 2.5基本风压:W=0.6KN/㎡，主导风向：东南风
竭诚为您提供优质文档/双击可除下柱的计算长度,规范 篇一：柱的计算长度系数 柱的计算长度：程序中增加了一个选项“柱长度系数按混凝土土规范的7.3.11-3计算。以前老程序是按表7.3.11-1和表7.3.11-2采用的。7.3.11-3条是新规范新增的。“当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时，框架柱的计算长度lo可按公式7.3.11-1和公式7.3.11-2计算结果的较小者取值。 这是因为近年来对框架结构二阶效应的研究表明，竖向荷载在有侧移的框架中引起的p-△效应只增大有水平荷载 在柱端截面中引起的弯矩mh，而原则上不增大由竖向荷载引起的弯矩mv。因此，框架柱柱端考虑二阶效应后的总弯矩应是： m=mh+ηs*mv（1-1） 式中ηs为反映二阶效应增大mh幅度的弯矩增大系数。但在传统的η——lo法中，是用η同时增大mv和mh的，即：m=η（mh+mv）（1-2） 因此，如果要使所求的总弯矩相等，那么必然有：
ηs>η 与ηs相应的lo也就必然比与η相应的lo取得大一点。 对于一般工程中的多层框架结构，（在mv/mh为常见比例，即>1/3，框架节点的柱梁线刚度的比例也为常见值时）按规范表7.3.11-2的lo计算出的η再按1-2公式计算出的弯矩和按规范7.2.11-3条计算出的lo在按公式1-1算出的弯矩，两者差异不大。所以在一般多层框架，没有特殊的水平荷载和特殊的框架节点情况下，采用7.2.11-2和7.2.11-3计算的lo对计算结果没有大的影响。 但是，对于mv/mh 本来规范采用η——lo法就是不尽和理的，因此规范就在7.3.12条要求采用刚度折减法，这种方法也是国外通行的考虑二阶效应的计算方法，且也是准确的较为合理的计算方法，但遗憾的是这种方法在pkpm 程序中还没有得到实现。 篇二：柱计算长度系数 （一）规范要求 ⑴《混凝土结构设计规范》（gb50010-20xx）（以下简称《混凝土规范》）第7.3.11条 第2款规定：一般多层房屋梁柱为刚接的框架结构，各层柱的计算长度系数可按表7.3.11-2取用。 ⑵第7.3.11条第3款规定：当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75％以上时，框架柱的计算长度l0
如果结构设计仅由材料强度控制，则应该无须引入计算长度，当涉及到稳定时，才有必要考虑计算长度，这是当前结构设计中众所周知的。对于一些复杂结构，计算长度是比较难以确定的，而软件计算结果往往是明显错误的，当人工调整是会加入过多猜测的成分，而且稳定的概念模糊不清，这也是不少人常常遇到的问题。我想把此问题比较好的解决，这可能需要从根源上讨论计算长度的问题。就是当初是何许人将计算长度和稳定问题牵扯到一起，有没有比较好的资料，就是关于计算长度的来源。国内的钢结构稳定方面的书籍，我还是有一些的。陈老，夏志斌等的书我都有，但是总有一些根源性的问题搞不清楚。 计算长度是用杆件（微观）计算整个结构的工具。稳定应力其实也是反算而已，材料某点应力岂能变化。而整体结构自然和荷载大小，方向和分布以及相互支持作用有关。规范为了操作性，采用3中情况下的计算长度，忽略微处影响。而且小注和说明也提出来适用情况。深入无力说清。 如果进一步，可以看看陈骥《钢结构稳定理论与设计》，陈绍蕃《钢结构设计原理》和《钢结构稳定设计解说》，另外夏志斌姚谏编《钢结构设计－方法与例题》也有简单引导。希望对你用帮助。 以下是个人观点，仅供参考： 1、构件的计算长度是用钢结构稳定理论（如经典的欧拉公式）计算出构件的稳定极限承载力后，再通过公式反算出构件的计算长度。从公式中可以看出构件的稳定系数是和长度有关系的，进而引入了计算长度的概念。从本质来说，是为了简化稳定系数的计算而引入了物理意义明确的计算长度的概念。 2、计算长度计算不需要考虑构件的各种缺陷，缺陷等是在规范制定稳定系数表格时考虑在内了。计算长度和构件两端约束有关，还和荷载分布等其它因素有关（典型例子就是框架柱的计算长度）。结构稳定的相关性和整体性决定了结构中构件的计算长度也具有同样的特性。 3、计算长度一般分轴心受压构件计算长度和受弯构件计算长度，用来计算φ和φb，规范只给出了规则条件下构件计算长度的计算方法，并且计算方法是有前提假定的。规范的方法是利用计算长度查表得出φ和φb，然后利用公式计算构件的稳定，构件稳定保证结构稳定，这是一阶分析加稳定系数校核方法，是适用的设计方法，缺点是特殊结构的构件计算长度难以确定，同时这种方法并不能保证一些结构的整体稳定，如缺陷敏感的单层网壳（规范要求采用考虑缺陷的几何非线性屈曲分析）。 4、结构稳定的本质是因为结构存在P-u，P-Δ效应，如进行考虑这些效应的二阶分析，同时计入各种缺陷影响，可直接计算出构件的内力进行验算，不需要引入计算长度的概念（有的规范要求按计算长度系数为1补充校核）。有些文献介绍了采用有限元数值屈服分析方法来反算特殊构件的计算长度，也是有适用范围的，对某些情况一旦考虑稳定的形式，相关和整体影响，工作量太大，难以实现。 5、举个例子说明：一单跨平面框架，跨度、高度、截面确定，右柱顶一竖向集中力P2，求左柱的竖向屈曲荷载P1（可反算出柱的计算长度），利用SAP2000的屈服分析可以确定P2不同，P1不同，这和理论分析也是一致的。左柱的计算长度并不是简单的按规范的梁柱刚度比查表得出的与P2无关的数值
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。 承重结构的钢材宜釆用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。当釆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°C但高于-20°C时，Q233钢和Q345钢应具有O°CC冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20°C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°C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40°C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°C时，对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°C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釆用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），应根据钢材卑度或直径按表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。
毕业设计说明书（毕业论文） 毕业设计（论文）题目 专业：土木工程专业 学生：赵鹏 指导教师：王羡农 河北工程大学土木工程学院 2013年05月29日
摘要 本设计工程为邯郸地区一67.5米双跨钢结构。主要依据《钢结构设计规范})GB50017-2003和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GECS 102:2002等国家规范，综合考虑设计工程的规模、跨度、高度及用途，依据“适用、经济、在可能条件下注意美观”的原则，对各组成部分的选型、选材、连接和经济性作了比较，最终选用单层门式钢架的结构形式。梁、柱节点为刚性连接的门式钢架具有结构简洁、刚度良好、受力合理、使用空间大及施工方便等特点，便于工业化，商品化的制品生产，与轻型维护材料相配套的轻型钢结构框架体系己广泛应用于建筑结构中，本设计就是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。主要对承重结构进行了内力分析和内力组合，在此基础上确定梁柱截面，对梁柱作了弯剪压计算，验算其平而内外的稳定性;梁柱均采用Q235钢，10. 9级摩擦型高强螺栓连接，局部焊接采用E43型焊条，柱脚刚性连接，梁与柱节点也刚性连接;屋面和墙面维护采用双层彩色聚苯乙烯夹芯板;另外特别注重了支撑设置、拉条设置，避免了一些常见的拉条设计错误。 关键词:轻型钢结构门式钢架内力分析双层彩色聚苯乙烯夹芯板节点
Abstract This project in handan area is a 67.5m double-span steel structure. The project designed strictly complies with the relavant stipulations of the "CODE FOR DESIGN OF STEEL STRUCTURES (GF50017-2003)" and "TECHNICAL SPECIFICATION FOR STEEL STRUCTURE OF LIGHT WEIGHT BUILDINGS WITH GABLED FRAMES (CECS 102:2002)", and some others. Synthesize the scale of the consideration design engineering and across a principle for span and use, according as" applying, economy, under the possible term attention beautifully", Connecting method, structure type and material of each part which consist of a light-weight steel villa are analysed, then choose the construction form that use single layer a type steel. The beam, pillar node is a light steel construction frame system that rigid and copular a type steel a ware for having construction Simple, just degree goodly, suffering dint reasonablely, using space bigly and starting construction convenience etc. characteristics, and easy to industrialisation, commercializing produce, thinking with light maintenance material the kit the already extensive applying in the building construction inside, this design is to proceeds the building, construction design to the structural and actual engineering in light steel and calculation. The tractate includes the internal force analyzes and combines, based on these analyses; we can choose the section of beam and calumniation. Next, checking computatians of stability calculatian of the plane structure. The steel beam and column employs Q235 carbon structural steel. Connection bolts are high strength bolt of friction type with behavioral grade 10.9. Common bolts are rough type made by Q235-B.F steel. Rod for manual welding usually adopts E43..Rigid connections apply to the column leg and the connection of column and beam adopts hinged connection. The metope and roofage adopts the Bauble-decked colored polystyrene clamps the circuit board. otherwise, it is analysed that the forced state of the bracing system for a steel factor building under wind land, and the design of a bracing truss for a building with larger width. Avoid some errors in the design of brace, tension rod, and tension rod jpints. Keywords:Lightweight steel structures; gabled frame; the internal force analyzes; The double-decked colored polystyrene clamps the circuit board;joint
问题讨论6 柱的计算长度问题 柱的计算长度问题，需要分两个方面讨论。一是钢筋混凝土结构柱的计算长度，二是钢结构柱的计算长度。 1.钢筋混凝土结构柱的计算长度 1.1.单层排架结构柱的计算长度 1.1.1.无吊车房屋柱 这种情况相对简单，计算长度按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表7.3.11—1直接取用即可。但应注意，在SATWE程序中的隐含值是以多高层框架的规定为准，与单层房屋的规定不同。应用时应根据实际要求对柱计算长度系数进行修改。 1.1. 2.有桥式吊车的房屋柱 1.1. 2.1.考虑吊车作用计算 计算长度应按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表7.3.11—1取用。使用SATWE程序时，应根据有吊车的要求对柱计算长度系数进行修改。1.1.2.2.不考虑吊车作用计算 在有桥式吊车的房屋中，吊车在房屋中的位置并不固定。因此，内力计算应该包括没有吊车作用时的计算。在一般程序的内力分析中，有吊车作用时的内力可以完全涵盖无吊车作用时的内力。但是，无吊车时柱的计算长度一般要大于有吊车时的计算长度。如果吊车吨位不大，柱配筋很可能是无吊车时起控制作用。 不考虑吊车作用时，柱计算长度系数的修改原则： 在SATWE程序中，柱的计算长度实际上隐含的是现浇楼盖多层框架柱的计算规则：底层柱 1.0H，其余各层柱 1.25H。在吊车梁处如果主跨方向有横梁联系，则该方向的计算长度就是隐含值，否则应按越层柱考虑确定柱的计算长度。越层柱计算长度的计算规则见第1.3节。需注意，对于单跨的无吊车房屋柱，规范规定的计算长度是1.5H，不要误认为是1.25H。 1.1. 2. 3.有桥式吊车的房屋柱使用SATWE程序时的解决方案：宜分两次计算。先考虑有吊车的作用，注意应按有吊车的要求对柱计算长度系数进行修改后计算。再考虑无吊车的作用，注意应按无吊车的要求对柱计算长度系数进行修改后计算。两次计算中，以配筋大者作为设计的依据。 1.2.多层框架柱的计算长度 1.2.1.多层框架柱的计算长度应按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表7.3.11—2取用。 1.2.2.《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)中7.3.11条第二项中规定，“当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时”，框架柱的计算长度另有计算公式。规范的条文说明对此已有解释，按照框架结构二阶效应规律的分析，此时直接采用表7.3.11—2中的计算长度是偏于不安全的。因此，采用SATWE程序计算时，可在设计信息中选取“混凝土柱的计算长度系数计算执行混凝土规范7.3.11—3条”选项，这样做偏于安全。当然，如果在非地震区，风荷载产生的柱弯矩不大时，没有必要用此选项。在框架剪力墙结构中，即使在地震区，由于剪力墙的作用使框架的侧向位移相对较小，此时框架柱的二阶效应介
教你学钢结构算量 钢结构是未来发展的方向，土建算量的不会钢结构算量的大有人在，但日后如果再不会，就要谈谈自己的工资是涨不上去了。钢结构一直以来是与土建分开的，后来的劲钢结构及钢组合结构在施工的过程中，都是先有钢结构公司安装再有总包施工砼，如此以来接合也会慢慢的相近，有时候基本上融合在一起，我只能说我会做钢结构的算量，报价谈不上，因为我的经验不足。 1。算量最基本的就是看图纸，土建的人都烦钢构图纸的太乱，其实我也有这种看法，因为平法并没有用在其上面，图样还保留了一前土建制图的原则，所以做为老人看比较习惯（101图集出之前的人），后来像我这样人看钢结构图纸真的看不习惯，不过没有办法，还是要习惯的，我们知道麻烦，但任何事情都有规律的，钢结构的详图结点相当的多，但这些变化真的在算的时候影响相当的小，重要是大的方向把握好，钢结构的结点图也是相当科学的，都和科学受力相对应。有许多是重复或对称等。认真的看都会看出来。对于图纸的特点，我会在下面讲 2。算重量，因为钢结构的算量基本上全是按吨计（板按M2）。钢材+钢材就是钢结构。而钢材多指型钢，对于型钢的分类算量的方法，我也会一一列出。并做出讲解。 3。统计汇总，哈哈，此类应该是不难的，以清单为基本，分类汇总而以了。 识图问路 1。我对钢结构的认识，应该比大家深一些，因为我毕业的时候就进了一家钢结构公司，工作不到两个月，经常的工作就是画一个图纸的钢构件，把这个钢构件看明白了，画出来，他们叫钢结构深化设计（细化方案）做加工所用，说白了，一张钢板怎么加工这样的东东的。我讲的图识别，其它就是0 3G102上面的东东，大家有机会可以去下载看一下。闲言碎语不多讲，说说吧，钢结构图应该怎么看不头痛。 把握好看图不难的原则，其实很简单，比建筑的施工简单多了，因为他每个部分都有详图，哪里不明白了，就看此图有没有什么详图符号，有就找，其实我看明白的地方不是详图的地方，拿出来与原图一对就明白了，是什么柱，是什么梁就明白了许多。 一. 钢结构 1 钢结构设计制图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两阶段。 2 钢结构设计图应由具有设计资质的设计单位完成，设计图的内容和深度应满足编制钢结构施工详图的要求；钢结构施工详图（即加工制作图）一般应由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成，也可由具有该项资质的其他单位完成。 注：若设计合同未指明要求设计钢结构施工详图，则钢结构设计内容仅为钢结构设计图。 3 钢结构设计图 1）设计说明：设计依据、荷载资料、项目类别、工程概况、所用钢材牌号和质量等级（必要时提出物理、力学性能和化学成份要求）及连接件的型号、规格、焊缝质量等级、防腐及防火措施； 2）基础平面及详图应表达钢柱与下部混凝土构件的连结构造详图； 3）结构平面（包括各层楼面、屋面）布置图应注明定位关系、标高、构件（可布置单线绘制）的位置及编号、节点详图索引号等；必要时应绘制檩条、墙梁布置图和关键剖面图；空间网架应绘制上、下弦杆和关键剖面图；
目录 摘要 (Ⅰ) Abstract (Ⅱ) 1 建筑设计 (1) 1.1 建筑平面设计 (1) 1.2 建筑立面设计 (4) 1.3 建筑平面设计 (6) 2 结构方案设计说明 (7) 2.1 构件截面尺寸及材料选择 (7) 2.2 结构体系抗震防火要求 (7) 3.荷载统计 (9) 3.1恒荷载统计 (9) 3.2活荷载统计 (9) 3.3整个厂房部分作用的荷载 (12) 4.各种荷载作用下的内力分析 (16) 4.1手算内力标准值 (16) 4.2电算内力标准值 (21) 5.门式刚架计算和选型 (24) 5.1 截面选型 (24) 5.2 刚架梁验算 (27) 5.3 刚架柱验算 (28) 5.4 位移验算 (32) 6.檩条设计和计算 (35) 6.1设计说明 (35) 6.2荷载计算 (35) 6.3内力计算 (36) 6.4截面选型及计算 (37) 7.墙梁设计和计算 (41) 7.1 荷载计算 (41) 7.2内力分析 (42) 7.3 截面选型和验算 (42) 7.4 拉条计算 (49) 8 支撑设计 (50)
8.1屋面横向水平支撑设计 (50) 8.2 柱间支撑设计 (53) 9 屋面板设计和计算 (58) 9.1内力及截面验算 (58) 9.2 强度验算 (61) 9.3 刚度验算 (61) 10 吊车梁的设计 (63) 10.1 吊车梁的设计 (63) 11 节点设计 (71) 11.1 柱脚设计 (71) 11.2 梁柱节点设计 (73) 11.3 牛腿 (79) 11.4 抗风柱的计算 (81) 12基础设计计算 (84) 12.1 基础设计资料 (84) 12.2 基础底面尺寸设计 (84) 13 全文总结 (91) 14 参考文献 ...................................... 错误!未定义书签。 15 致谢 (95) 附录：内力组合计算表 (96)
一、设计资料 1.1厂房信息 该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m，柱顶高度5.1m，共8榀刚架，柱距6.3m，屋面坡度1/10，柱底铰接。窗高出柱脚1.5m，尺寸为1.5x3m，每个柱距间居中设置一个。两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为3.3x4.5m。 1.2材料 刚架构件截面采用等截面焊接工字形。钢材采用Q235B，焊条E43型。1.3屋面及墙面材料 屋面及墙面均为带100mm厚岩棉夹层的双层压型钢板；檩条（墙梁）采用薄壁卷边C型钢，间距为1.5m。 1.4自然条件 抗震设防烈度为6度（不考虑地震作用）。地面粗糙度系数按C类。 二、结构布置 该厂房跨度12m，柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵向长度6.3×（8-1）=44.1m,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。柱间支撑宜布置在温度区段的中部，以减小纵向温度应力的影响。并在屋盖相应部位设置檩条、拉条及撑杆，同时应该在柱间支撑布置的柱间布置屋盖横向水平支撑。由于无吊车，且柱高<柱距，因此柱间支撑不用分层布置。 结构布置图见附录 2.1截面尺寸确定 （1）焊接工字型截面尺寸：截面高度h以10mm为模数；截面宽度b以5mm为模数，但工程中经常以10mm为模数；腹板厚度t w可取4mm、5mm、
6mm，大于6mm以2mm为模数；翼缘厚度t≥6mm，以2mm为模数，且大于腹板厚度。 （2）工字型截面的高厚比（h/b）：通常取h/b=2～5；梁与柱采取端板竖放连接时，该梁端h/b≤6.5。 （3）等截面梁的截面高度一般取跨度的1/40～1/30，即300mm～400mm。 综上所述，初步选择梁柱截面均用等截面H型钢300×300×10×15 2.2截面几何特性
5.3 构件的计算长度和容许长细比 5.3.1 确定桁架弦杆和单系腹杆（用节点板与弦杆连接）的长细比时，其计算长度应按表5.3.1 采用 表5.3.1 ※注： 1 为构件的几何长度（节点中心间距离）；为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。 2 斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹 杆。 3 无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度（钢管结构除外） 当桁架弦杆侧向支承点之间的距离为节间长度的 2 倍（图5.3.1 ）且两节间的弦杆轴心压力不相同时，则该弦杆在桁架平面外的计算长度，应按下式确定（但不应小于0.5 ）： （5.3.1） 式中：较大的压力，计算时取正值；
：较小的压力或拉力，计算时压力取正值，拉力取负值。 桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆及 K 形腹杆体系的竖杆等，在桁架平面外的计算长度也应按公式 ( 5.3.1 )确定(受拉主斜杆仍取 )；在桁架平面内的计算长度则取节点中心间距离。 5.3.2 确定在交叉点相互连接的桁架交叉腹杆的长细比时， 在桁架平面内的计算长度应取节点中心到交叉点 间的距离；在桁架平面外的计算长度，当两交叉杆长度相等时，应按下列规定采用： 1 压杆 相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以节点板搭接，则： 当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接， 度 时，取 式中 1) 相交另一杆受压， 两杆截面相同并在交叉点均不中断，则： 2) 相交另一杆受压， 此另一杆在交叉点中断但以节点板搭接，则： 3) 相交另一杆受拉， 两杆截面相同并在交叉点均不中断，则： 4) 若 或拉杆在桁架平面外的抗弯刚
2、结构选型 2.1.模型设计 本结构造型为轻式门式钢架，整体造型简约、构件布置合理、立面效果良好，明确地反映了轻式门式钢架的主要构件的组合。 结构根据轻式门式钢架的基本要求，确定合理跨度、柱距和高度以后，以变截面工字钢柱、等截面梁、C型檩条、柱间支撑、屋面支撑、压型钢板、工字型吊车梁以及等截面工字钢的山墙柱共同组成轻式门式钢架。根据实际构件的受力情况，灵活设计杆件的形式及尺寸，结合使用材料卡纸的力学性能，综合设计，形成所成模型。 2.2 作品简图
2.3 模型几何尺寸
材料表 截面尺寸单件长度数量单件质量“W”柱17*7*0.552684*2 4.6 “W”柱27*7*0.552594*2 4.4 “X”柱8*8*0.552832*27.4 上梁110*7*0.554002*27.4 上梁211*7*0.551483*2 2.9 地梁18*7*0.551962*2 3.1 地梁27*6*0.551482*2 2.3 质量总计170.2 注：以上长度单位均为mm，质量单位均为g 要求 模型总高度应267mm, 满足赛题2655mm 2.4制作流程 计算数据 制作杆件制作组合构件拼装结构节点处补胶加工局部结构 3、模型特点 3.1 受力合理的结构选型 “X”站跷的结构选型为桁架，通过每根杆件的连接，有效地使上部荷载较为均匀地传递下来。同时，桁架的受力特点使得结构的杆件基本只受拉或受压，不受弯或所受弯矩很小，从而能充分发挥构件的力学性能。 “X”站跷的外观为两品“W”造型的斜杆，通过五根横梁（三根在上，两根在下）连接，站跷中间安装两根斜放的交叉直杆，呈“X”型。通过对桁架的受力分析，主要的承压杆件为中部的六根斜杆，前端和后端杆件为辅助承压杆件。结构构造简单，杆件长度较小、数量较少、结构质量小，传力明确，侧移刚度沿高度分布均匀，杆件数量较少，柱截面为变截面，利用了竹节的思想，柱子每隔一定间距加入横向肋，增加了柱子的稳定性。仿照竹子有节的天然特征，我们在所有柱中和梁中设置了横向肋，既增强了构件的承载力，又提高了杆件的