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1、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,1,12,A,B,图1(a).刚架平面布置图,18000 图1(b).刚
2、架形式及几何尺寸,6000,900,1,2,二、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,2屋面可变荷载标准值,轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.50 KN/m2 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。 基本风压 =1.050.45 KN/m2，地面粗糙度类别为 B 类；风荷载高度变化系数 0 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
3、 和0.65(CECS102：2002 中间区)。 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,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 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
4、/6=3 =f/h=0.9/6=0.15 k=h/s=6/9.0449=0.6634 =3+k+(3+)=3+0.6634+0.15(3+0.15)=4.1359 8 5 8 5 0.15 0.5289 44 4.1359 HA=HE=ql/8=4.021830.5289/8=14.35KN M22 C=ql 1(1+) /8=4.02x18 1(1+0.15)0.5289=63.78KNm M22 B=MD=ql /8=4.0218 0.5289/8=86.11KNm 刚架在恒荷载作用下的内力如图,3,86.11KNm,6000,18000,C,63.78KNm,86.11KNm,B 36.
5、18KN,18.00KN A,18.00KN E,D 36.18KN,14.35KN,14.35KN,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；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。 g=4.02KN/m,图2.刚架在恒荷载作用下的M图,54.18KN,54.18KN,6000,18000 图3.刚架在恒荷载作用下的N图,E,B,C,D,17.68KN 36.18KN,54.18KN A,14.08KN,17.68KN 36.18KN,54.18KN,4,6000,18000 图4.刚架在恒荷载作用下的V图,E,14.35KN,B,1.43KN,
6、D,34.57KN,14.35KN A,14.35KN,14.35KN,34.57KN,C + 1.43KN,10.71KN,64.26KNm,6000,图5.刚架在活荷载作用下的M图,18000,A,E,B,47.60KNm,C,2在活荷载作用下 VA=VE=27.00KN HA=HE=3.001830.5289/8=10.71KN M2 C=3.0018 1(1+0.15)0.5289/8=47.60KNm M2 B=MD=3.0018 0.5289/8=64.26KNm 刚架在活荷载作用下的内力如图。 q=3.00KN/m,D,27.00KN,64.26KNm,10.71KN,27.00
7、KN,5,6000,18000 图6.刚架在活荷载作用下的N图,27.00KN A,E,13.34KN 27.00KN,B,10.65KN,C,D,13.34KN 27.00KN,27.00KN,6000,18000 图7.刚架在活荷载作用下的V图,10.71KN A,E,10.71KN,B,25.80KN,1.07KN,C + 1.07KN,25.80KN,10.71KN D,10.71KN,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,16 4.1359,6,11 1
8、6,8 5 ) (8 5 0.15) 0.1322,2l2 18,qa22.82 92,VE,6.35KN,5.03KN,19.03KN,30.18KNm,6000,图8.刚架在风荷载qw2y作用下的M图,18000,A,B,E,D,VA=2.8296.35=19.03KN HA=HE=ql/4=2.821830.1322/4=5.03KN MB=MD=5.036=30.18KNm M2222 C= ql (1+) /4=2.8218 0.5 1.150.1322/4=22.38KNm 刚架在qw2y 作用下的内力如图 qw2y=2.82KN/m 22.38KNm,C,30.18KNm,5.0
9、3KN,6.35KN,2)在背风面横梁上风荷载竖向分力 qw4y 作用下,2l2 18,7,qa21.83 92,VE,4.12 KN,VA=1.8394.12=12.35KN HA=HE=ql/4=1.831830.1322/4=3.27KN MB=MD=3.276=19.62KNm M2222 C= ql (1+) /4=1.8318 0.5 1.150.1322/4=14.52KNm 刚架在qw4y 作用下的内力如图,4.12KN,3.27KN,6000,图9.刚架在风荷载qw4y作用下的M图,18000,A,19.62KNm,B,C,12.35KN,E,D,qw4y=1.83KN/m
10、14.52KNm,19.62KNm,3.27KN,3)在迎风面柱上风荷载 qw1 作用下 =1,1,6 (2 0.15 0.6634 ) 0.6634 12 0.9803,44 4.1359,1 6(2 K ) K 2,AB1,22,V =V =qh /2L=0.716 /(218)=0.71KN,A,H qh (2 ) 0.71 6 1 (2 1 0.9803) 3.22KN 2222,HE=0.716,3.22=1.04KN,MD=1.046=6.24KNm,MC,4,4,0.71 62 12,1 (1 ),qh2 2,1 (1 0.15) 0.9803 ) 0.81KN m,刚架在qw1
11、 作用下的内力如图,M B,8,2 0.9803 ) 6.52 KN m,4,2 ),4,0.71 62 12,qh2 2,0.71KN,3.22KN,6000,qw1=0.71KN/m,图10.刚架在风荷载qw1作用下的M图,18000,A,6.54KNm,B,C,0.81KNm,1.04KN,0.71KN,E,D,6.24KNm,4)在背风面柱上风荷载 qw3 作用下,AB1,22,V =V =qh /2L=1.556 /(218)=1.55KN,E,H qh (2 ) 1.55 6 1 (2 1 0.9803 ) 7.02 KN 2222,HA=1.5567.02=2.28KN M2 D
12、=7.0261.556 /2=14.22KNm MB=2.286=13.68KNm,MC,44,1 (1 ),qh2 21.55 62 12,1 (1 0.15) 0.9803 ) 1.78KN m,刚架在qw3 作用下的内力如图,7.02KN,1.55KN,14.22KNm,2.28KN,A,1.55KN,13.68KNm,1.78KNm,qw3=1.55KN/m,6000,D,E,C,B,18000,图11.刚架在风荷载qw3作用下的M图,9,5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x 作用下 =1，=0,0.15,8 4.1359,4 31 0.15) 0.0202,AE,2 18,V
13、V 2.82 0.9 (2 6 0.9) 0.91KN,HA=2.820.9(1+0.0202)/2=1.29KN HE=2.820.91.29=1.25KN,C,2,M 2.82 0.9 6 0.15 0.5 1.15 0.0202 0.39KN m,MB=1.296=7.74KNm MD=1.256=7.50KNm 刚架在qw2x 作用下的内力如图,图12.刚架在风荷载qw2x作用下的M图,18000,1.29KN,0.91KN,7.74KNm,A,6000,B,C,1.25KN,0.91KN,qw2x=2.82KN/m,0.39KNm 7.50KNm,E,D,6) 在背风面横梁上风荷载水
14、平分力qw4x 作用下,AE,2 18,V V 1.83 0.9 (2 6 0.9) 0.59KN,HA=1.830.9(1+0.0202)/2=0.84KN HE=1.830.90.84=0.81KN,C,10,2,M 1.83 0.9 6 0.15 0.5 1.15 0.0202 0.26 KN m,MB=0.816=4.86KNm MD=0.846=5.04KNm,刚架在qw4x 作用下的内力如图,6000,图13.刚架在风荷载qw4x作用下的M图,18000,0.59KN,0.84KN,A,E,0.81KN,0.59KN,qw4x=1.83KN/m,5.04KNm,B,C,0.26KN
15、m 4.86KNm,D,7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力,图14.刚架在左风向风荷载qw作用下的M图,18000,25.09KN,13.32KN,6000,A,B,C,38.84KNm,16.76KN,qw4x=1.83KN/m,E,0.65KN,D,左风,qw2x=2.82KN/m,qw1=0.71KN/m,qw3=1.55KN/m,67.14KNm 36.77KNm,31.80KNm 8.93KNm,qw2y=2.82KN/m,qw4y=1.83KN/m,11,6000,qw1=0.71KN/m,qw2x=2.82KN/m,右风,图15.刚架在右风向风荷载qw作用下的M图,180
16、00,13.32KN,25.09KN,A,E,16.76KN,0.65KN,qw3=1.55KN/m,qw4y=1.83KN/m,qw2y=2.82KN/m,67.14KNm 36.77KNm,B,38.84KNm,C,qw4x=1.83KN/m,31.80KNm 8.93KNm,D,6000,A,B,C,E,D,11.51KN 25.09KN,11.51KN,18000 图16.刚架在左风向风荷载qw作用下的N图,16.76KN,16.76KN,11.57KN,11.57KN,25.09KN,6000,9.06KN,9.95KN,C 1.45KN,0.65KN,A,15.69KN,13.32KN,E,D,0.86KN,24.06KN B,18000 图17.刚架在左风向风荷载qw作用下的V图,12,13,四、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
