钢结构大作业

一、设计资料

某市某加工厂一厂房，该厂房为单层，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度21m，柱高6m；共有20榀刚架，柱距6m，屋面坡度1:12；地震设防列度为7度。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，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）

有吊顶时为0.45KN/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0.30 KN/m2。

雪荷载：基本雪压S0=0.5 KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=4°46′2″，

μr=1.0，雪荷载标准值Sk=μr S0=0.5 KN/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 KN

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的规定计算。

基本风压ω0=0.35KN/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，μz=1.0。风荷载体型系数μs：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：0.45³6=2.70KN/m

活荷载标准值：0.50³6=3.00KN/m

柱荷载：

恒荷载标准值：0.5³6³6+2.7³10.5=46.35KN

活荷载标准值：3.00³10.5=31.50KN

风荷载标准值：

迎风面：柱上q w1=0.35³6³0.25=0.525KN/m 横梁上q w2=－0.35³6³1.0=－2.1KN/m 背风面：柱上q w3=0.35³6³0.55=1.16KN/m 横梁上q w4=－0.35³6³0.65=－1.37KN/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，机械工业出版社）中表2－29（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

λ=l/h=21/6=3.5 ψ=f/h=0.875/6=0.146

k=h/s=6/10.536=0.569

μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.569+0.15×(3+0.146)=4.041

85850.146

0.5444 4.041

μ+ψ+⨯Φ=

==⨯ H A =H E =ql λΦ/8=2.7×21×3.5×0.54/8=13.40KN

M C =ql 2[1－(1+ψ) Φ]/8=2.7x212[1－(1+0.146)×0.54]/8=56.73KN ²m M B =M D =－ql 2Φ/8=－2.7×212×0.54/8=－80.37KN ²m

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；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。

2．在活荷载作用下

V A=V E=49.5KN H A=H E=3.00×21×3.5×0.54/8=14.88KN

M C=3.00×212[1－(1+0.146)×0.54]/8=63.03KN²m M B=M D=－3.00×212×0.54/8=－89.30KNm 刚架在活荷载作用下的内力如图所示：

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q x 和竖向的分力q y 。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q w2y 作用下

11(85)(850.146)0.1351616 4.041

ψμΦ=

+=+⨯=⨯ 22

2.110.5 5.512221

E qa V KN l ⨯===⨯

V A =2.1×10.5－5.51=16.54KN

H A =H E =ql λφ/4=2.1×21×3.5×0.135/4=5.21KN M B =M D =5.21×6=31.26KN ²m

M C = ql 2[α2－(1+ψ) φ]/4=2.1×212×[0.52－1.146×0.135]/4=22.06KN ²m

刚架在q w2y

作用下的内力如图：

(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力q w4y 作用下

22

1.3710.5 3.602221

A qa V KN l ⨯===⨯ V E =1.37×

10.5－3.60=10.79KN H A =H E =ql λφ/4=1.37×21×3.5×0.135/4=3.40KN M B =M D =3.40×6=20.4KN ²m

M C = ql 2[α2－(1+ψ) φ]/4=1.37×212×[0.52－1.146×0.135]/4=14.39KN ²m 刚架在q w4y

作用下的内力如图: