轻型门式钢架设计实例

腹板高厚比
500 2 10 60 250 235 f y 206 ，满足规程限值要求。 8
柱腹板高度变化率 （450-250）/8=25（mm/m）<60mm/m，故腹板抗剪可以考虑屈曲 后强度。 柱腹板不设加劲肋， k 5.34 ，
w
hw / t w 37 k 235/ f y 53.75 ， 37 5.34 235 345
M 21 270kN.m< M eN 327.9 kN.m，故 2 节点截面强度满足要求。
② 稳定验算 （a）刚架柱平面内的整体稳定性验算 根据技术规程第 6.1.3 条可求出楔形柱的计算长度系数。 柱小头 惯性矩 I c0 6575104 mm4，大头惯性矩 I c1 24664104 mm4；梁最小截面惯 性矩 I b0 13959104 mm4。 柱的线刚度 K1 I cl h 24664104 7000 35234mm3
K 2 K1 10522 35234 0.298， I c0 I c1 0.267
3
由规程表 6.1.3 查得 r 1.254。
x
L0 x I c 0 x Ac 0 1.254 6700 657510 5840
4
79 ，
2 EAe0 3.142 2.06105 5840 N ' Ex0 17.27 105 N。 2 2 1.1 1.1 79
（5）荷载组合和内力组合（不考虑抗震情况）
（四）控制指标
1. 柱顶水平位移：H / 60
2. 横梁挠度： 无吊顶 L / 180 有吊顶 L / 240 （五）构件及连接节点设计 1. 柱脚设计
2. 梁、柱连接节点设计
3. 屋面梁拼接节点设计
二、计算模型
节点及单元编号图
设计中应注意的问题
• • • • • • 刚架拼接点的设置（受运输长度限制） 拼接处截面（两侧截面高度相等） 梁柱截面宽度（柱宽度>梁宽度） 梁柱翼缘与腹板厚度 檩条截面形式（C型和Z型） 屋面水平撑 刚性：角钢；柔性：圆钢 • 刚性系杆（钢管）
（x104mm4） （x104mm4） 1334 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1334 6575 24664 31386 13959 13959 31386 31386 13959 13959 31386 24664 6575
-270.0 -75.6 -48.7
K 16 (1 ) 0.112(1 ) (1 )
2 2
2

16 2 2
2
4。
因 1 f ，计算参数 p 可用 R 1 1.116.5 18.15 N/mm2 代替 f y ，则
p
hw t w 28.1 K 235 f Βιβλιοθήκη Baidu 28.75 0.143 0.8 28.1 4 235 18.15
-270.0 -39.6 -80.4
六、构件截面验算
（一）宽厚比验算 按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002（以下 简称技术规程）第 6.1.1 条规定验算。 翼缘板自由外伸宽厚比
（200 8） /2 9.6 15 235 f y 12.4 ，满足规程限值要求。 10
所以有效宽度系数 1 ，即此时 1 号节点端截面全部有效，
1 N A f 310N/mm
2
V12 39.6 Vd hwt w f v (250 2 10) 8 125103 230kN
1 号节点端截面强度满足要求。
2 号节点端：
1 N A M We 80.4 103 / 7440 270106 225 24664104 217.9 （N/mm ）
所以 f v' [1 0.64(w 0.8)] f v 0.968f v 梁的抗剪承载力设计值为 Vd 0.968hwtw f v ；
（二）①号单元截面验算 1 号节点端：M12=0kN.m，V12=39.6kN，N12=-96.6kN； 2 号节点端：M21=-270kN.m，V21=39.6kN，N21=-80.4kN； ① 强度验算 1 号节点端有效宽度计算： 柱下端弯矩为 0，截面边缘正应力比值=1.0， ， 1 N A 96.6 103 / 5840 16.5 （N/mm ）
96.6 103 1.0 270106 225 283.0 310 96 . 6 0 . 581 5840 4 1 0 . 581 24664 10 W e1 1727
（b）刚架柱平面外的整体稳定性验算 考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱相 连的墙梁可作为柱平面外的支撑点， 计算时按常规墙梁隅撑间距考虑， 取 l y 3000mm。 楔形柱平面外稳定验算：
y
L0 y I c 0 y Ac 0 3000 1334 10 5840
4
63
长细比换算为 63
345 76 ，查表得 y 0.714， 235
柱楔率为
d1 450 1 1 0.8 ， d0 250
t 1 N N 'Ex0 0.75( N N 'Ex0 )2
1
d1 d 500 500 1 1 0.428， 2 2 1 1 0.428 ， 0.3 ，从规 d0 350 d0 350
程附录 D 图 D.0.1-2 插值得斜梁换算长度系数 0.55 。
梁的线刚度
K 2 I b0 (2 s ) 13959 104（2 0.5512060 ） 10522 mm 。
所以有效宽度系数 1 ，即此时 2 号节点端截面全部有效。
V21 39.6 0.5Vd 0.5 (450 2 10) 8 180103 309.6 M eN M e NWe Ae ( f N Ae )We
(310 80.4 103 7440 ) 24664104 225 327.9 106 N.mm
五、组合内力
选取荷载组合①1.2恒载+1.4活载对构件内力值进行验算。
轴线 单元号 长度 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 6700 8442 3618 3618 8442 6700 （mm） H250～450x200x8x10 H350～500x200x8x10 H350～500x200x8x10 H350～500x200x8x10 H350～500x200x8x10 H250～450x200x8x10 截面规格 节点 面积 绕2轴 惯性矩 绕3轴 惯性矩 弯矩 剪力 轴力 编号 （mm2） 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 5840 7440 7840 6640 6640 7840 7840 6640 6640 7840 7440 5840 （kN.m） （kN） （kN） 0 -270.0 131.3 131.3 163.1 163.1 131.3 131.3 -270.0 0 39.6 -96.6 39.6 -80.4 -19.5 -43.0 -19.5 -43.0 3.16 -40.6 -3.16 -40.6 19.5 -43.0 19.5 -43.0 75.6 -48.7 -39.6 -96.6
门钢设计实例
一、设计资料
（一）设计参数：
（1）单层房屋采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，
长度60m，柱距6m，檐口标高7m，屋面坡度1/10。 （2）屋面和墙面均采用夹芯板，天沟为彩钢板天沟。 （3）钢材材质为Q345，f=310N/mm2，fv=180N/mm2。 （二）设计荷载 屋面恒载为0.25kN/m2， 活载为0.5kN/m2； 雪载为0.2kN/m2， 基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。
1 96.6 103 17.27105 0.75(96.6 103 17.27105 ) 2 0.946
s 1 0.023 lh0 A f 1 0.023 0.8 3000 250（200 10） 1.356
w 1 0.00385 l i y 0 1 0.00385 0.8 3000 47.8 1.024
所以 f v' f v ， 柱的抗剪承载力设计值为 Vd hwtw f v ； w 0.762 0.8 ，
梁腹板高度变化率 （500-350）/8=18.75（mm/m）<60mm/m 故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。 腹板不设加劲肋， k 5.34 ，
w
hw / t w 37 k 235/ f y 60 ， 0.8 w 0.850 1.4 37 5.34 235 345
y 0 s l i y 0 1.356 3000 47.8 85
by

4320 A0 h0 2 y 0 Wx 0
(
t s 2 235 ) ( y0 0 )2 ( ) w 4.4h0 fy
4 3.12 0.6320 5840 250 1.356 2 8510 2 235 ( ) ( ) ( ) 3.12 0.6 2 292222 1.024 4.4 250 345 85
计算模型及风载体型系数
（三）荷载组合
① 1.2恒载+1.4活载； ② 1.2恒载+1.4风载； ③ 1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6风载； ④ 1.2恒载+1.4×0.7活载+1.4风载；
（四）设计要求
1.确定屋面结构布置（包括支撑体系布置）
2.计算门式刚架内力和变形 （1）确定梁、柱截面形式，并初步估截面尺寸 （2）梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定 （3）荷载计算 （4）计算各工况下的内力、柱顶水平位移及横梁挠 度
三、荷载工况
（a） 恒载
qD=0.25x6=1.5
（b） 活载
qL=0.5x6=3
（c） 左风
wk=sz zw0
（d） 右风
四、各工况内力
（a）弯矩
（b）剪力
（c）轴力 恒载作用下刚架内力图
（a）弯矩
（b）剪力
（c）轴力 活载作用下刚架内力图
（a）弯矩
（b）剪力
（c）轴力 左风作用下刚架内力图
2
2 N A M We 80.4 103 / 7440 270106 225 24664104 196.3 （N/mm ）
2
截面边缘正应力比值 2 1 196.3 217.9 0.9 ，
K 16 (1 ) 0.112(1 ) (1 )
所用钢材为 Q345，故查《钢结构设计规范》GB50017-2003 附 录 表 C-2 时，长细比换算为 79
345 96 ，查表得 x 0.581。 235
楔形柱平面内稳定验算：
N0 mx M 1 x Ae 0 N0 1 N ' x Ex0
2 2
2

21.5 （ 1 0.9） 0.112 （ 1 0.9） （ 1 0.9）
2 2
16
R 1 1.1 217.9 239.7 N/mm ，则
p
hw t w 28.1 K 235 f y

53.75 0.417 0.8 28.1 21.5 235 239.7
按《钢结构设计规范》GB50017 规定，用 'by 代替 by ，
'by 1.07
0.282
by
0.98 。
N0 t M1 96.6 103 0.946 270106 2 261 310 N/mm y Ae0 b We1 0.714 5840 0.981096178