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1、钢结构课程设计-王子涵一、设计资料该设计为单层厂房设计，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)。屋面及墙面板均为彩色压型钢板,内填充以保温玻璃棉板，详细做法见建筑专业设计文件；考虑经济、制造和安装方便，檩条和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
2、50mm厚保温玻璃棉板0.05 KN/m2PVC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/m22屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50KN/m2。雪荷载：基本雪压S0=0.45KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角=54238，r=1.0，雪荷载标准值Sk=rS0=0.45KN/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50KN/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/m24风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS10
3、2：2002附录A的规定计算。基本风压0=1.050.45 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)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，z=1.0。风荷载体型系数s：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)。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：0.676
4、=4.02KN/m活荷载标准值：0.506=3.00KN/m柱荷载：恒荷载标准值：0.566+4.029=54.18KN活荷载标准值：3.009=27.00KN风荷载标准值：迎风面：柱上qw1=0.4760.25=0.71KN/m横梁上qw2=0.4761.0=2.82KN/m背风面：柱上qw3=0.4760.55=1.55KN/m横梁上qw4=0.4760.65=1.83KN/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
5、出版社）中表229（铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。1在恒荷载作用下=l/h=18/6=3=f/h=0.9/6=0.15k=h/s=6/9.0449=0.6634=3+k+(3+)=3+0.6634+0.15(3+0.15)=4.1359HA=HE=ql/8=4.021830.5289/8=14.35KNMC=ql21(1+) /8=4.02x1821(1+0.15)0.5289=63.78KNmMB=MD=ql2/8=4.021820.5289/8=86.11KNm刚架在恒荷载作用下的内力如图。内力计算的“+、”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为
6、正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。2在活荷载作用下VA=VE=27.00KNHA=HE=3.001830.5289/8=10.71KNMC=3.001821(1+0.15)0.5289/8=47.60KNmMB=MD=3.001820.5289/8=64.26KNm刚架在活荷载作用下的内力如图。3在风荷载作用下对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx和竖向的分力qy。现分别计算，然后再叠加。(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y作用下VA=2.8296.35=19.03KNHA=HE=ql/4=2.821830.1322/4=5.03KNMB=MD=5.036=30.18KNmM
7、C= ql22(1+) /4=2.821820.521.150.1322/4=22.38KNm刚架在qw2y作用下的内力如图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下VA=1.8394.12=12.35KNHA=HE=ql/4=1.831830.1322/4=3.27KNMB=MD=3.276=19.62KNmMC= ql22(1+) /4=1.831820.521.150.1322/4=14.52KNm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=1，VA=VB=qh12/2L=0.7162/(218)=0.71KNHE=0.7163.22=1.04KNMD=1
8、.046=6.24KNm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=1.5562/(218)=1.55KNHA=1.5567.02=2.28KNMD=7.0261.5562/2=14.22KNmMB=2.286=13.68KNm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=1，=0HA=2.820.9(1+0.0202)/2=1.29KNHE=2.820.91.29=1.25KNMB=1.296=7.74KNmMD=1.256=7.50KNm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
9、qw4x作用下HA=1.830.9(1+0.0202)/2=0.84KNHE=1.830.90.84=0.81KNMB=0.816=4.86KNmMD=0.846=5.04KNm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(GB500092001)的规定，采用荷载效应的基本组合：0SR。本工程结构构件安全等级为二级，0=1.0。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：A1.2恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4活荷载标准值计算的荷载效应B1.0恒荷载标准值计算的荷载效应
10、+1.4风荷载标准值计算的荷载效应C1.2恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4活荷载标准值计算的荷载效应+0.61.4风荷载标准值计算的荷载效应D1.2恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4风荷载标准值计算的荷载效应+0.71.4活荷载标准值计算的荷载效应E1.35恒荷载标准值计算的荷载效应+0.71.4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：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
11、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内力组合见表1。- 39 -刚架内力组合表（以左半跨为例）表1截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M（KNm）N（KN）V（KN）刚架柱柱顶（B点）Mmax及相应的N、VA1.2恒+1.4活193.3081.2232.21（）Mmin及相应的N、VB1.0恒+1.4风7.891.051.67（）Nmax及相应的Mmax、VA1.2恒+1.4活193.3081.2232.21（）Nmin及相应的Mmax、VB1.0恒+1.4风7.891.
12、051.67（）柱底（A点）Mmax及相应的N、VMmin及相应的N、VNmax及相应的Mmax、VA1.2恒+1.4活0102.8232.21（）Nmin及相应的Mmax、VB1.0恒+1.4风019.054.30（）刚架梁支座（B点）Mmax及相应的N、VA1.2恒+1.4活193.3039.8977.60（）Mmini及相应的N、VB1.0恒+1.4风7.891.570.89（）跨中（C点）Mmax及相应的N、VB1.0恒+1.4风9.402.030.60（）Mmin及相应的N、VA1.2恒+1.4活143.1831.813.21（）注：内力计算的“+、”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正
13、，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450200812，截面特性：B=200mm，H=450mm，tw=8.0mm，tf=12.0mm，A=82.1cm2Ix=28181cm4，Wx=1252cm3，ix=18.53cmIy=1602cm4，Wx=160.2cm3，ix=4.42cm（二）构件验算1构件宽厚比的验算翼缘部分： 腹板部分： 2刚架梁的验算(1)抗剪验算梁截面的最大剪力为Vmax=77.60KN考虑仅有支座加劲肋，fv=125N/mm2Vu=hwtwfv=4268125=426000N=426.0KNVmax=77.60KNVu，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=39.89KN，V=77.60KN，M=193.30KNN因VM=193.30KNm，取M=Mf故，满足要求。(3)整体稳定验算N=39.89KN，M=193.30KNmA梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度lx=18090mm，x=lx/ix=1809
