轻型门式刚架设计大作业2013

1.1轻型门式钢架大作业设计任务书

2013,9,8，土木1004,1005班

1.1.1设计题目：**集团轻钢结构设计

1.1.2建设地点：武汉市（地形图见附图1） 1.1.3 工程概况

**集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下：

1、长度120m，柱网分别为4.5~8.1m，跨度分别为21m、24m、27m，檐口高度为9m，屋面坡度为1/10，1/11，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。

2、荷载：静荷载当无有吊顶时为0.2kN/m，有吊顶时为0.45kN/m；活荷载为0.3kN/m22222（计算刚架时）、0.5kN/m（计算檩条时）；基本风压0.35kN/m，地面粗糙度为B类；雪荷载为

0.5kN/m2；地震设防烈度为6度。

3、所有建筑应尽量采用铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。 1.1.4设计原始资料

1）气象资料

该地区为三级气候分区，其基本气象资料为：

最冷月平均气温：3.0℃；最热月平均气温：28.8℃。 极端最低温度－5℃；极端最高温度41℃。

平均年总降雨量1230.6 mm,日最大降雨量317.4 mm。 最大积雪深度：32 mm。最大冻土深度：10 mm。

冬季平均风速2.6 m/s，夏季平均风速2.5 m/s，30年一遇最大风速21.9 m/s。 常年主导风向：东北 夏季主导风向：西南风 冬季主导风向：东北风 2）地质水文资料 建筑物场地地势平坦，地表高程38.56～38.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性。经地质勘测，地表剖面为：表层0.8～1.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。亚粘土可做持

23

力层，地基承载力标准值为120KN/m,地基土容重为19KN/m。

3）材料规格

钢材：门式刚架采用Q235钢，楼面梁、屋面檩条、墙架、檩条采用Q235-B 螺栓：采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）； 焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保护焊； 基础混凝土?C20,垫层混凝土?C10；

钢筋：直径??12mm为Ⅱ级钢筋，直径??10mm为Ⅰ级钢筋。 4）地震设防烈度6度 ； 1.1.5建设规模以及标准

1） 建筑规模：建筑面积约108?21?2268m，为单层钢结构建筑。 2） 建筑防火等级：二级

1

23） 建筑防水等级：二级 4） 建筑装修等级：高级 1.1.6其它设计要求及资料

单跨双坡门架 1.1.7设计依据

建筑结构荷载规范（GB50009—2001） 钢结构设计规范（GB50017—2003）

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102: 2002 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002） 建筑制图标准（GBJ104—87） 1.1.8参考资料

《轻型钢结构设计手册》

《冷弯薄壁型钢结构设计手册》 《建筑结构构造资料集》（上、下册） 《建筑钢结构设计手册》（上、下册） 《钢结构连接节点设计手册》 《钢结构设计与计算》 《房屋建筑学》（中国建筑工业出版社） 《钢结构》（王国周著） 《钢结构》（魏明钟） 《轻型门式刚架》（张其林） 1.1.9.设计题目排列

每人单独一题。屋架的跨度L（m）、柱距（m）、屋面坡度i及荷载形式按下面列表的序号选择（04班按无吊顶静载计算，05班按有吊顶静载计算，每班每个学生按学号次序依次选题）。 荷载一 跨度 柱距 荷载二 屋面坡度i=1/11 21 4 10 16 22 28 34 24 5 11 17 23 29 35 27 6 12 18 24 30 36 屋面坡度i=1/10 21 1 7 13 19 25 31 24 2 8 14 20 26 32 27 3 9 15 21 27 33 屋面坡度i=1/11 21 4 10 16 22 28 34 24 5 11 17 23 29 35 27 6 12 18 24 30 36 屋面坡度i=1/10 21 1 7 13 19 25 31 24 2 8 14 20 26 32 27 3 9 15 21 27 33 4.5 5.1 6 6.6 7.5 8.1 1.2 建筑设计

1.2.1 建筑设计指导思想

1）设计满足生产工艺的要求，这是对设计的基本要求。

2）应创造良好的操作环境，有利于保证工人健康和提高劳动生产率。 3）应满足有关技术要求：

(1) 厂房应具有必要的坚固耐久性能，使在外力、温湿度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以确保安全；

(2) 厂房建筑应具有一定的灵活应变能力，在满足当前使用的基础上，适当考虑到以后设备更新和工艺改革的需要，使远近期结合，提高通用性，并为以后的厂房改造和扩建提供条件；

2

(3) 设计厂房时应遵守国家颁布的有关技术规范与规程。

4）工业建筑设计中要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益，三者间不可偏废。

5）工业建筑在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。 3.1.1 建筑布置

综合考虑工艺、结构和经济三方面的要求，按照钢结构设计规范，厂房可不设置伸缩缝，厂房柱网具体布置如下图所示： 1.2.3 构造简要说明 1）屋面及墙面构造

屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。屋面的坡度为1：10的双坡屋面，采用内天沟有组织排水。 2）地面构造

厂房的地面用素土夯实后铺80厚C10混凝土，然后用20厚1：2水泥砂浆抹面。室内地坪标高为?0.000，室外地坪为-0.3m，在进厂房门的室内外做成斜坡。 3）刚架防锈处理

用各色硼钡酚醛防锈漆F53-9打底，在选用各色醇酸磁漆C04-42作面漆。 4) 门窗型号及数量 门窗编号 M—1 C—1 C—2

洞口尺寸（mm） 宽 5000 1800 1800 高 6000 1800 1200 选用图集及规格 厂家提供 厂家提供 厂家提供 数量 2 80 80 附注 铝合金平开门 铝合金推拉窗 铝合金推拉窗

3

4

1.3 结构设计计算书

1.3.1结构体系

本设计结构体系为横向单跨双坡门式刚架承重体系，跨度21米，门式刚架斜梁坡度为1:10。纵向为檩条支撑体系，20跨，柱距6米。屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。

1.3.2结构布置

1.柱网布置

综合考虑工艺、结构及经济三个方面的要求，确定厂房柱网布置为：纵向20跨，跨度6米，横向单跨，跨度21米。

2.横向框架结构的主要尺寸、框架柱及横梁 (1) 横向框架的结构尺寸

采用单跨双坡门架，门架横梁与门架柱刚性连接，刚架柱与地基础的连接为锚栓刚性连接。结构示意图如下：

图1 结构示意图 框架主要尺寸为： （1）跨度：21m （2）柱高：9.9m （3）柱距：6m 横梁坡度为1:10 （2）框架柱及横梁

框架柱采用等截面H型钢柱，钢材采用Q235钢，横梁采用分段变截面焊接工字形截面，钢材采用Q235钢。 3. 墙架及柱间支撑布置

墙架系由横梁（墙梁）及拉条、窗镶边构件、墙架柱、抗风柱等构件组成。其作用是支撑墙体，保证墙体的稳定，并将墙体承受的风荷载传递到厂房骨架和基础上。

柱间支撑为交叉腹杆体系，交叉腹杆体系最为经济且刚度较大。 4. 屋盖支撑布置

5

门式刚架的屋盖支撑体系由纵向水平支撑、横向水平支撑和系杆构成。 5.温度缝的设置

1.3.3静力计算简图

选取轴刚架为典型单元进行静力计算，计算单元如图所示：

图2 计算单元

1.3.4荷载计算

1.荷载取值计算 永久荷载： 恒载（坡向）：结构自重（包括屋面板、檩条、保温层及刚架自重） 0.8mm厚压型钢板 0.15 kN/m2 刚架及支撑 0.10 kN/m2 刚架斜梁自重 0.15 kN/m2

轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架） 0.5 kN/m2 可变荷载：

活载：计算刚架取0.3kN/m2 计算檩条取0.5kN/m2 雪载：0.2 kN/m2 风荷载：

基本风压按荷载规范GB50009-2001取，地面粗糙等级B级，基本风压：?0?0.4kN/m2由于柱高小于10m，不考虑高度变化系数，故取：?1??0?0.4kN/mm2 风载体形系数按表A.0.2-1选取：

6

图3 风载体形系数 1.3.5檩条设计

1） 截面选型

按i?1?1?1，檩条跨度6m,檩条高度h????l?171.43mm~120mm，从而初选C形檩10?3550?条160?60?20?2.5，檩距为1.5m，檩条跨度大于4my，故在檩条间跨设置拉条，在檐中处设置

斜拉条和刚性撑杆。如图

1 2 拉条 x

x

3 4 斜拉条

6my 图4 檩条计算简图

2） 荷载标准值

永久荷载： 压型钢板（含保温） 0.15kN/m

檩条（包括拉条） 0.05kN/m 合计 0.2kN/m

可变荷载：屋面均布活荷载和雪荷载的最大值为0.50kN/m。 3） 内力计算

（1）永久荷载与屋面活荷载组合 檩条线荷载

2222pk?(0.2?0.5)?1.5?1.05kN/m

7

p?(1.2?0.2?1.4?0.5)?1.5?1.41kN/m px?psin5.71o?0.140kN/m

py?pcos5.71o?1.40kN/m

弯矩设计值

Mx?pyl28?1.40?6282?6.3kN?m

My?pxl232?0.14?632?0.16kN?m

（2）永久荷载与风荷载吸力组合

按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001,房屋高度小于10米，风荷载高度变化系数取10米高度处的数值，?z?1.0。按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102: 2002附录A，风荷载体型系数为1.5logA?2.9?1.47（边缘带），A?1.5?6?9m。 垂直屋面的风荷载标准值：

2wk??s??z?w0??1.47?1.0?(1.05?0.4)??0.617kN/m2

檩条线荷载

pky?(0.617?0.2?cos5.71)?1.5?0.627kN/m

opx?0.2?1.5?sin5.71o?0.030kN/m

py?1.4?0.617?1.5?0.2?1.5?cos5.71o?1.00kN/m

弯矩设计值（采用受压下翼缘设拉条的方案） Mx? My?pyl2821.00?6?8?4.5kN?m

pxl232?0.03?6232?0.033kN?m

4） 截面选择及截面特性

（1）选用C160?60?20?2.5

Wymax?19.47cm3，Wymin?8.66cm3，Wx?36.02cm3，Iy?35.96cm4，Ix?288.13cm4，

ix?6.21cm，iy?2.19cm，x0?1.850cm

先按毛截面计算的截面应力为：

MyMx6.3?1060.16?106?1?????183N/mm2（压） 33WxWymax36.02?1019.47?10MyMx6.3?1060.16?1062?2?????156N/mm （压） 33WxWymin36.02?108.66?10 8

MyMx6.3?1060.16?1062?3?????167N/mm（拉） 33WxWymax36.02?1019.47?10（2）受压板件的稳定系数

① 腹板 腹板为加劲板件，??公式(5.6.2?2)

?min?167??0.913??1，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》

?max?183k?7.8?6.29??9.78?2?7.8?6.29?(?0.913)?9.78?(?0.913)2?21.695

② 上翼缘板

上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，??由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.2?3)

?min156??0.852??1，

?max?183k?5.89?11.59??6.68?2?5.89?11.59?0.852?6.68?0.8522?0.864

（3）受压板件的有效宽度 ① 腹板

k?21.695，kc?0.864，b?160mm，c?60mm，t?2.5mmm，?1?183N/mm2，

由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.3?3)

??ck60?bkc16021.695?1.879?1.1

0.864按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.3?2)计算的板组约束系数为

k1?0.11?0.93(??0.05)2?0.11?0.93(1.879?0.05)2?0.388

??205k1k??205?0.388?21.695183?3.07

1由于??0，则??1.15，bc?b(1??)?160(1?0.913)?83.64mm

b?160?64,18???18?1.15?3.07?63.55,38???38?1.15?3.07?134.16, t2.5所以18???b宽度为

t?38??，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.1?2)计算的截面有效

???21.8?1.15?3.07??21.8?????83.64?83.36mm be???0.1?bc???0.1??b64????t??

9

由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.5?2)，be1?0.4be?0.4?83.36?33.34mm，

be2?0.6be?0.6?83.36?50.02mm

② 上翼缘板

k?0.864,kc?21.695,b?60mm,c?160mm,?1?183N/mm2，

??ck160?bkc600.864?0.532?1.1

21.695按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.3?1)计算的板组约束系数为

k1?1??10.532?1.371

??205k1k??205?1.371?0.864183?1.152

1由??0，则??1.15?0.15??1.15?0.15?0.852?1.022,bc?b?60mm

bt?602.5?24,

18???18?1.022?1.152?21.19,38???38?1.022?1.152?44.74,

所以18???b宽度为

t?38??，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.1?2)计算的截面有效

???21.8?1.022?1.152??21.8?????60?56.05mm be???0.1?bc???0.1??b24????t??由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.5?3)，be1?0.4be?0.4?56.05?22.42mm， be2?0.6be?0.6?56.05?33.63mm

③ 下翼缘板

下翼缘板全截面受拉，全部有效。 ④ 有效净截面模量

上翼缘板的扣除面积宽度为：60?56.05?3.95mm；腹板的扣除面积为：

83.64?83.36?0.28mm，同时在腹板的计算截面有两个?12拉条连接孔（一个距上翼缘边缘

，孔位置与扣除面积位置基本相同，所以腹板的扣除面积宽度35mm，一个距下翼缘边缘35mm）按24mm计算。有效净截面模量为

Wenx?3.37?104mm3 Wenymax?1.915?104mm3 Wenymin?0.609?104mm3

5） 强度计算

屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(8.1.1?1)

10

MyMx6.3?1060.16?106?1?????195.3N/mm2?205N/mm2 44WenxWenymax3.37?102.261?106） 稳定计算 （1）有效截面模量

永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩，根据前面的计算结果，可以取

Wenx?3.37?104mm3 Wenymax?1.915?104mm3 Wenymin?0.609?104mm3

（2）受弯构件的整体稳定系数?bx按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录A中A.2的规定计算 查表，跨中设一道侧向支承，?b?0.5，?1?1.35，?2?0.14

ea?e0?x0?b2?4.45?1.85?62?5.6cm（取正值）

??2?2ea/h?2?0.14?5.616?0.098

2??4Iw0.156It?bl24?1887.710.156?0.1559?0.5?600?h2I?yI(h)?162?35.96?35.96??16???1.057y?y?3002.53?118.58 ?bx?4320Ah?2??235??2?1???????yWx??fy??

?4320?7.48?16118.582?36.02?1.35??0.0982?1.057?0.098??1.2?0.7

??0.2740.274bx?1.091???1.091?bx1.2?0.863 （3）风吸力作用使檩条下翼缘受压，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(8.1.1?2) 计算的稳定性为

MxMy?W?4.5?1067?103?0.033?106???19.15?103?156.5N/mm2?205N/mm2 bxWexey0.863?33.计算表明永久荷载与风荷载组合不起控制作用 7） 挠度计算

5p4kyl5384EI?1.05?cos5.71o?60004vy???3288.13?104?29.70mm?lx384206?10?200?30mm 8） 构造要求

?x?6006.21?96.62?200 ?y?3002.19?137?200

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故此檩条在平面内、外均满足要求。

1.3.6 墙梁设计

1) 截面选型

初选C形墙梁200?70?20?2.5，间距为2m，墙梁跨度大于4m，故在墙梁间跨设置拉条一道。如图

图5 墙梁布置

2) 荷载标准值

永久荷载： 压型钢板（含保温） 0.15kN/m2

墙梁（包括拉条） 0.08kN/m2 合计 0.23kN/m2

3) 内力计算 墙梁所受荷载设计值

竖向： q?x?0.15?2?1.2?0.36kN/m

q?x??0.08?2?1.2?0.192kN/m qx?q?x?q?x??0.552kN/m

水平： qy?0.42?2?1.4?1.176（压力）

q?y??0.462?2?1.4??1.294（拉力）

墙梁所受荷载标准值

竖向：qkx?(0.15?0.08)?2?0.46kN/m

12

水平：qky?0.42?2?0.84kN/m（压力）

??0.462?2?0.924kN/m（拉力） qky荷载组合考虑两种情况：①qx?qy ； ②qx?q?y

（1）竖向荷载qx产生的弯矩My。由于墙梁跨中竖向设有一道拉条，可视为墙梁支承点，弯矩图如图示。

Mymax?MB?11qxl2??0.552?62?0.621kN?m 3232?（2）水平荷载qy、q?y产生的弯矩Mx、Mx。墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁设计

内力，则

11qyl2??1.176?62?5.292kN?m 88112??q?背风：Mxl??1.294?62?5.82kN?m y88迎风： Mx?（3）剪力：在竖向荷载qx作用下，两跨连续梁的最大剪力为

Vmax?0.625qxl?0.625?0.552?6?2.07kN

在水平方向的剪力按单跨简支梁计算

迎风 Vymax?0.5qyl?0.5?1.176?6?3.528kN 背风 Vy?max?0.5q?yl?0.5?1.294?6?3.882kN

（4）双弯扭力矩：B?0

4) 截面验算

由初选墙梁截面C形槽钢200?70?20?2.5，查表得其截面特性：

A?8.98cm2；Ix?538.21cm4；Wx?53.82cm3；ix?7.74cm；x0?2.0cm； Iy?56.27cm4；Wymax?28.18cm3；Wymin?11.25cm3；iy?2.5cm； Iw?4376.18cm6；It?0.1871cm4；Ww1?155.14cm4；Ww2?129.75cm4

（1）各板件端的应力值为：

MxMy?迎风： ?i? WxWy5.292?1060.621?1062?1?????120.37N/mm（拉） 3353.82?1028.18?105.292?1060.621?106?2?????43.13N/mm2（拉） 3353.82?1011.25?10

13

5.292?1060.621?1062（压） ?3???76.29N/mm3353.82?1028.18?105.292?1060.621?106?4???153.53N/mm2（压） 3353.82?1011.25?10?MyMx?背风： ?i? WxWy5.82?1060.621?106?1???85.96N/mm2（压） 3353.82?1028.18?105.82?1060.621?1062（压） ?2???163.2N/mm3353.82?1011.25?105.82?1060.621?1062（拉） ?3?????130.04N/mm3353.82?1028.18?105.82?1060.621?1062（拉） ?4?????52.8N/mm3353.82?1011.25?10（2）受压板件的有效宽度

① 迎风：

1-3板为加劲板件，???min?120.37??1.578??1，由《冷弯薄壁型钢结

?max?76.29构技术规范》公式(5.6.2?2)取???1计算

k?7.8?6.29??9.78?2?7.8?6.29?(?1)?9.78?(?1)2?23.87

3-4板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，

???min??76.29max153.53由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.2?4) ?0.497??1，

k?1.15?0.22??0.045?2?1.15?0.22?0.497?0.045?0.4972?1.05

1-3

板k?23.87，kc?1.05，b?200mm，c?70mm，t?2.5mm，

?1?76.29N/mm2，

由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.3?3)

??ck70?bkc20023.87?1.67?1.1 1.05按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.3?2)计算的板组约束系数为

14

k1?0.11?0.93(??0.05)2?0.11?0.93(1.67?0.05)2?0.46

??205k1k??205?0.46?23.8776.29?5.43

1由于??0，则??1.15，bc?b(1??)?200(1?1.578)?77.58mm

18???18?1.15?5.43?112, bt?2002.5?80?18??， 所以1-3板全截面有效

be?bc?77.58

3-4板 k?1.05，kc?23.87，b?70mm，c?200mm，t?2.5cm，?1?153.53N/mm

2??cbk200?kc701.05?0.60?1.1

23.87按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.3?1)计算的板组约束系数为

k1?1??10.60?1.29

??205k1k??205?1.29?1.05153.53?1.35

1由??0，则??1.15?0.15??1.15?0.15?0.497?1.08,bc?b?70mm

b?70?28, t2.518???18?1.08?1.35?26.244,38???38?1.08?1.35?55.4,

所以18???b宽度为

t?38??，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.1?2)计算的截面有效

???21.8?1.08?1.35??21.8????be???0.1?bc???0.1??70?67.58mm

?b28????t??由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.5?3)，be1?0.4be?0.4?67.58?27.03mm，

be2?0.6be?0.6?67.58?40.55mm

1-2板全截面受拉，全部有效 ② 背风：

1-3板为加劲板件，???min?130.04??1.513??1，由《冷弯薄壁型钢结

?max?85.96构技术规范》公式(5.6.2?2)取???1计算

k?7.8?6.29??9.78?2?7.8?6.29?(?1)?9.78?(?1)2?23.87

15

1-2板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，

???min??85.96max163.2?0.527??1，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.2?4)

k?1.15?0.22??0.045?2?1.15?0.22?0.527?0.045?0.5272?1.05

1-3板k?23.87，kc?1.05，b?200mm，c?70mm，t?2.5mm，?1?85.96N/mm2，

??ck70?bkc20023.87?1.67?1.1 1.052k1?0.11?0.93(??0.05)?0.11?0.93(1.67?0.05)2?0.46

??205k1k??205?0.46?23.8785.96?5.12

1由于??0，则??1.15，bc?b(1??)?200(1?1.513)?79.59mm

18???18?1.15?5.12?106, bt?2002.5?80?18??， 所以1-3板全截面有效

be?bc?79.59

3-4板 k?1.05，kc?23.87，b?70mm，c?200mm，t?2.5cm，?1?163.2N/mm

2??cbk200?kc701.05?0.60?1.1

23.87k1?1??10.60?1.29

??205k1k??205?1.29?1.05163.2?1.30

1由??0，则??1.15?0.15??1.15?0.15?0.527?1.07,bc?b?70mm

b?70?28, t2.518???18?1.07?1.30?25.04,38???38?1.07?1.30?52.86,

所以18???b宽度为

t?38??，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.1?2)计算的截面有效

???21.8?1.07?1.30??21.8?????70?65.85mm be???0.1?bc???0.1??b28????t??由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.5?3)，be1?0.4be?0.4?65.85?26.34mm，

be2?0.6be?0.6?65.85?39.51mm

16

3-4板全截面受拉，全部有效 （3）有效净截面模量

迎风、背风时翼缘受压板的最大扣除面积宽度为：70?65.85?4.15mm；同时在腹板的计算截面有两个?12拉条连接孔（一个距左翼缘边缘35mm，一个距右翼缘边缘35mm），所以腹板的扣除面积宽度按24mm计算。有效净截面模量为

Wenx?5.024?104mm3 Wenymax?2.670?104mm3 Wenymin?1.068?104mm3

5）强度计算

（1）正应力：根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(8.1.1?1) 迎风时，

??MMy6x5.292?100.621?1062W??104?1.068?104?163.48N/mm?205N/mm24

enxWenymax5.024?背风时，

?M?xM?y5.82?1060.621?1062?W?W?.024?104?1.068?104?173.99N/mm2?205N/mm2 enxenymax5（2）剪应力：根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(8.3.1?1)、(8.3.1?2)

?3V3竖向剪应力xmaxx?4b?3?2.07?10?9.6N/mm2?fv 0t4?(70?2?2.5)?2.5水平剪应力?3Vymax3?3.882?103?(200?2?2.5)?2.5?11.94N/mm2y?2h?fv 0t2?6）稳定计算

受弯构件的整体稳定系数?bx按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录A中A.2的规定计算查表，跨中设一道侧向支承，?b?0.5，?1?1.35，?2?0.14

ea?e0?x0?b2?4.89?2?72?6.39cm（取正值）

??2?2ea/h?2?0.14?6.3920?0.089

4I0.156I2??wt?bl24?4376.180.156?0.1871?0.5?600?h2I?()?2????0.895yIyh20?56.2756.27?20??300y?2.5?120

17

?bx??235?4320Ah2????????12?f? ?yWx?y?4320?8.98?20?1.35?2120?53.820.274????0.0892?0.895?0.089?1.4?0.7

???1.091??bx?bx?1.091?0.274?0.895 1.4按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(8.1.1?2) 计算的稳定性为

MyMx5.82?1060.621?10622??????187.58N/mm?205N/mm 33?bxWexWey0.895?5.024?101.068?107）挠度计算

竖向：按两跨连续梁计算

qkxl40.46?60004vx???1.68mm?l?30mm 342003070EIy206?10?56.27?10水平方向：按单跨简支梁计算

45qkyl50.924?60004vy?????214.06mm?l?30mm 34200384EIx384206?10?538.21?108）构造要求

?x?6007.74?77.52?200 ?y?3002.5?120?200

故此墙梁在平面内、外均满足要求。

1.3.7抗风柱设计

每侧山墙设置2根抗风柱，则每根抗风柱作用宽度为10.5米。 1) 荷载计算

墙面及墙梁自重为 0.23kN/m，抗风柱自重约为0.4kN/m 风荷载：风压高度变化系数?z?1.0

风压体型系数由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A表A.0.2-4查出，?z??1.0

2风荷载标准值wk??s?zw0?1.0?1.0?(0.4?1.05)=0.42kN/m

2单根抗风柱承受的均布荷载设计值：

1?0.23?10.5?0.724kN/m 41风荷载设计值 qw?1.4??0.42?10.5?1.544kN/m

4

永久荷载设计值 q?1.2?18

风荷载标准值 qkw?2) 内力计算

1?0.42?10.5?1.103kN/m 4取中间柱作为计算对象，计算模型如图

图6 抗风柱计算

构件最大轴压力Nmax?(0.724?0.4)?10.95?12.31kN 构件最大弯矩Mmax?3) 截面选择

取工字形截面H300?150?6.5?9，Ix?7350cm，Wx?490cm，ix?12.4cm，

431?1.544?10.952?23.14kN?m 8Iy?508cm4，Wy?67.7cm3，iy?3.27cm，A?47.53cm2， g?37.3kg/m

4) 强度计算

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式(5.2.1)

MxN12.31?10323.14?10622????47.6N/mm?f?215N/mm 23An?xWnx47.53?101.05?490?105) 稳定计算

(1)弯矩作用平面内的稳定：根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式(5.2.2?1) 绕强轴?x?l0x1095??88.31?????150 ix12.4因为

b?0.8，所以查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C的b类截面， h

?x?0.633?2EA?2?206?106?47.53?1023??NEx??1126?10N?1126kN 221.1?x1.1?88.31

19

所计算段无端弯矩但有横向荷载，故?mx?1.0

?mxMxN12.31?1031.0?23.14?106???2N20.25?xA?W(1?0.80.633?47.53?103)1.05?490?10?(1?0.8?)x1x?NEx1126?48.1N/mm2?f?215N/mm2

（2）弯矩作用平面外的稳定：根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式(5.2.2?3)

绕弱轴考虑墙面墙梁隅撑的支持作用，计算长度取为墙梁的间距2米

?y? 因为

l0yiy?200?61.16?????150 3.27b?0.8，所以查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C的b类截面， h?y?0.801

61.162?b?1.07??1.07??0.985

4400044000?2y?2EA?2?206?106?47.53?1023??NEx??1126?10N?1126kN 221.1?x1.1?88.31所计算段有端弯矩和横向何在作用，并使构件段产生同向曲率，故取?mx?1.0，另??1.0

?txMxN12.31?1031.0?1.0?23.14?106?????51.2N/mm2?f?215N/mm223?yA?bW1x0.801?47.53?100.985?490?10（3）挠度

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003附录A续表A.1.1，在横向风荷载作用下，抗风柱水平挠度为

5qkwl451.103?109504l10950??v?????13.63mm?v???27.38mm384EIx384206?103?7350?1044004001.3.8吊车梁设计

吊车荷载计算

吊车荷载的动力系数??1.05，吊车荷载的分项系数?Q?1.40。 吊车荷载设计值为：P???Q?Pmax?1.05?1.4?11.7?9.8?168.55kN

H??Q0.06(Q?g)0.06(10?3.3)?9.8?1.4?5.47kN

n21) 内力计算

（1）吊车梁的最大弯矩及相应剪力

按公式求解产生最大弯矩的荷载位置。

20

梁上所有吊车荷载的合力

?P位置为：

amm aa11?5290?4050?12402?4?12404?310mm 自重影响系数?w?1.03，C点的最大弯矩

lMmax???P(w2?a2)22?168.55(62?0.310)2l?1.03?6?418.74kN?m

在Mmax处相应的剪力

V???P(lw2?a2)2?168.55(6max2?0.310)l?1.03?6?155.67kN

（2）最大剪力：荷载位置如图

图7 最大剪力位置

V?1.03?(168.55?4.76max?RA6?168.55)?311.33kN

（3）由水平荷载产生的最大弯矩

MPM?5.47418.74H?Hmax168.55?1.03?13.19kN 2) 截面选择

（1）经济高度h31.2?418.74?106e?7W?300mm?7215?300?629mm （2）最小高度hmin?0.6fl(1?v?)?10?6?0.6?215?6000?800?10?6?619mm 建筑净空无要求，故采用650mm （3）吊车梁腹板厚度tw?13.5h10?3.5650?2?16?7.1mm 按剪力确定的腹板厚度tVmax311.33?103w?1.2h?1.2??4.84mm 0fv618?125 21

腹板厚度取为tw?8mm

（4）吊车梁翼缘尺寸可近似地按下列公式计算

?W11.2?418.74?106A11h?6h0tw?215?618?6?10?618?2752mm2

0故吊车梁断面尺寸为H650?300?8?16 3）截面特性 吊车梁截面见图

图8 吊车梁截面

（1）毛截面特性

A?30?1.6?61.8?0.8?97.44mm

I1.63?2?30?1.6?31.7?2?1x??30?1?0.8?61.8312?188?102cm412188?102Wx?65/2?578cm3

I1y?12?1.6?303?2?112?61.8?83?6236.8cm4 W?6236.8y30/2?416cm3

1.3.9门式刚架设计

1）计算简图：

22

75⑤⑥6③④34①②12 图9 计算简图 2）吊车荷载：

单台吊车在主刚架上最不利作用可能的工况有四种：

a) 最大轮压在左，最小轮压在右，并且同时有向右的横向水平荷载 b) 最大轮压在左，最小轮压在右，并且同时有向左的横向水平荷载 c) 最大轮压在右，最小轮压在左，并且同时有向右的横向水平荷载 d) 最大轮压在右，最小轮压在左，并且同时有向左的横向水平荷载 吊车每个轮子的横向水平制动力：

T1?12100(Q?g)1n?12100(100?33)14?3.99kN 吊车竖向荷载（最大）：

Fmax??1?1Pmax?1.05?1.07?117?131.45kN

吊车竖向荷载（最小）：

Fmin??1?1Pmin?1.05?1.07?27.5?30.90kN

吊车横向水平荷载：

Td?T1?3.99kN

吊车作用在刚架的荷载考虑如下： 竖向荷载

P?6?4.05?max???1?6???Fmax=1.325×131.45=174.17 kN；

P?6?4.05?min???1?6???Fmin=1.325×30.90=40.94 kN；

横向水平荷载

T????1?6?4.05?6???Td=1.325×3.99=5.29 kN；

吊车梁自重

3）荷载效应组合

23

a) 1.2 恒载 + 1.4 活载 b) 1.0恒载 + 1.4 风载

c) 1.2 恒载 + 1.4 吊车荷载

d) 1.2 恒载 +0.85（1.4 活载 + 1.4× 风载 + 1.4 吊车荷载）

在第四组荷载效应组合中应考虑风载左、右方向与吊车荷载左、右柱作用点的最不利组合。 因为结构具有对称性，故将第四组荷载效应组合可细分成两组，即： 4a) 1.2 恒载 +0.85（1.4 活载 + 1.4× 左风载 + 1.4 吊车工况1） 4b) 1.2 恒载 +0.85（1.4 活载 + 1.4× 左风载 + 1.4 吊车工况2）

4）主刚架截面预估

据门规4.1.3规定，刚架的梁可采用变截面，设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。主刚架截面示意图如图所示。

柱采用等截面

斜梁由三段组成，两端采用楔形构件，中段采用等截面构件 截面及截面特性列入表1-1：

初选梁、柱截面及截面特性如表1-1： 3344552211 图10 主刚架截面示意图

图11 单元及节点编号

24

表1-1

y截面面积 A=8400mm2 I4x?32400?10mm4 柱截4面xxIy?2304?10mm4 1－1 Wx?1080?103mm3 Wy?192?103mm3 y ix?196mm iy?52mm 2-240?10/-600?6 y截面面积 A=7360mm2 刚架Ix?24460?104mm4 斜梁xxIy?1333?104mm4 2－2断Wx?874?103mm3 W3y?133?10mm3 面 y ix?182mm iy?43mm 2-200?10/-560?6 y截面面积 A=6700mm2 刚架斜Ix?14681?104mm4 梁3－xxI4y?1333?10mm4 3/ 4－Wx?653?103mm3 Wy?133?103mm3 4断面 y ix?148mm iy?45mm 2-200?10/-450?6 y截面面积 A=7360mm2 刚架Ix?24460?104mm4 斜梁xxI4y?1333?10mm4 5－5断Wx?874?103mm3 Wy?133?103mm3 面 y ix?182mm iy?43mm 2-200?10/-560?6

25

5）各工况内力计算 内力计算简图 Q=2.4kN/mQ=2.4kN/mQ=4.2kN/mQ=4.2kN/m5Q=3.0kN/m76Q=3.0kN/m53764341212 恒载 活载 Q=2.4kN/mQ=1.56kN/m53Q=0.6kN/m764Q=1.32kN/m12 左风 Tmax=174.17T=5.29Tmin=40.94TT=5.29Tmax=174.17Tmin=40.94T 吊车工况1 吊车工况2 内力计算： 恒载：

N

活载：

V

M

26

N

左风载：

V

M

N

吊车荷载：第一工况

V

M

N

吊车荷载：第二工况

V

M

N

（6）荷载组合内力图： 第一组合：

V

M

N

第二组合：

V

M

N

V

M

27

第三(1R)组合：

N

第三(1L)组合：

V

M

N

第四(左风＋小车向右)组合：

V

M

N

第四（右风＋小车向左）组合：

V

M

N

V

M

28

（6）半跨刚架内力组合表

内力标准值 单元码 节点码 内力 M A 1 C N V M N V M C 3 E N V M N V M E 5 H N V M N V M I 7 G N V M N V

恒载 47.90 -55.03 -12.53 -27.28 -37.03 -12.53 -27.28 -37.03 -12.53 -76.15 -25.33 -12.53 -76.15 -14.99 23.95 -14.78 -14.27 16.75 41.34 -12.95 3.55 43.65 -12.47 1.25 活载 35.93 -18.99 -9.40 -20.46 -18.99 -9.40 -20.46 -18.99 -9.40 -57.11 -18.99 -9.40 -57.11 -11.24 17.96 -11.09 -10.70 12.56 31.00 -9.71 2.66 32.74 -9.35 0.94 左风 -66.88 23.94 16.99 24.28 23.94 11.29 24.28 23.94 11.29 71.94 23.94 11.05 71.94 11.28 -22.72 14.36 11.28 -15.48 -35.56 11.28 -2.22 -34.15 11.28 2.61 右风 -2.18 17.64 -1.13 15.22 17.64 6.79 17.64 6.79 51.73 17.64 11.93 51.73 13.63 -16.37 9.46 13.63 -11.67 -31.19 13.63 -3.04 -34.15 13.63 0.09 吊车（小吊车（小车向右） 车向左） -26.38 -173.66 5.29 5.36 -173.66 5.29 5.36 0.51 0.00 5.36 0.51 0.00 5.36 0.05 -0.51 3.83 0.05 -0.51 1.02 0.05 -0.51 0 0.05 -0.51 26.38 -174.68 -5.29 -5.36 -174.68 -5.29 -5.36 -0.51 0.00 -5.36 -0.51 0.00 -5.36 -0.05 0.51 -3.83 -0.05 0.51 -1.02 -0.05 0.51 0 -0.05 0.51 组合1 (1.2①+1.4②) 107.78 -92.62 -28.19 -61.38 -71.02 -28.19 -61.38 -56.98 -28.19 -171.33 -71.02 -28.19 -171.33 -33.72 53.89 -31.16 -32.11 37.69 93.01 -29.14 7.99 98.22 -28.06 -2.81 组合2 (1.0①+1.4②) 45.72 -21.52 11.26 6.71 -3.52 6.22 6.71 -3.52 6.22 24.57 8.18 2.94 24.57 3.74 -7.85 5.32 4.46 -4.92 -7.03 5.78 0.45 -4.16 6.26 2.40 组合3 (1.4①+1.2③) 94.42 -310.58 -22.44 -40.23 -288.98 -22.44 -61.57 -41.14 -15.14 -102.17 -31.10 -15.04 -98.87 -18.06 29.45 -23.09 -17.19 20.81 48.18 -15.61 4.97 52.39 -15.04 -0.79 组合4(1.2①+0.85×1.4(②+③＋④) 132.71 -301.47 -34.68 -42.11 -283.47 -23.59 -42.11 -39.63 -16.19 -91.18 -27.93 -8.98 -91.18 -11.71 26.90 -22.41 -10.24 18.72 39.65 -7.54 3.73 41.68 -6.56 -1.72 29

7）构件截面验算

根据协会规程第(6.1.1)条进行板件最大宽厚比验算。 翼缘板自由外伸宽厚比：

（240-6）/（2×10）=11.7<15，满足协会规程得限值要求； （200-6）/（2×10）=9.7<15，满足协会规程得限值要求； 腹板宽厚比：

600/6=100<250，满足协会规程的限值要求。 560/6=91.2<250，满足协会规程的限值要求。 450/6=75<250，满足协会规程的限值要求。

腹板屈曲后强度的抗剪承载力设计值按如下考虑：

腹板高度变化率：(560-450)/2.0=55mm/m<60 mm/m，故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。加劲肋间距取为2hw，根据协会规程第(6.1.1)式（6.1.1-8、6.1.1-9）则其抗剪承载力设计值为：

Vd?hwtwfv'

其中，k??5.34?4ahw??2?5.34

100?1.16?0.8 但?w?1.4

?w?hwtw37k?235fy?37?5.34?1fv??[1?0.64(?w?0.8)]fv?0.784fv

?w?hwtw37k?235fy?93.337?5.34?1?1.08?0.8 但?w?1.4

fv??[1?0.64(?w?0.8)]fv?0.832fv

?w?hwtw37k?235fy?7537?5.34?1?0.88?0.8但?w?1.4

fv??[1?0.64(?w?0.8)]fv?0.952fv

（1）1、3号单元（单阶柱）验算 I. 最不利组合内力值如下：

A节点端 MAC= 132.71 kN.m N12= -301.47 kN Q12= -34.68 kN E节点端 MEC= -171.33 kN.m N21= -71.02 kN Q21= -28.19 kN II. 强度验算

先计算1号单元A节点端。

2截面面积A=8400mmWx?1080?10mm Wy?192?10mm

3333?1?NA?MW?301.47?1000/8400?132.71?1000/1080?158N/mm2(压)

e?2?NA?MW?301.47?1000/7920?132.71?1000/894.4??87N/mm2（拉）

e截面边缘正应力比值???2?1??0.55?0

2用?R??1代替技术规程式(6.1.1-3)中的fy。?R??1?1.087?158?172N/mm

30

根据技术规程式(6.1.1-4)求得k??16(1??)?0.112(1??)?(1??)hw/tw28.1k?235/fy?0.71?0.8。

22?14.0

根据技术规程式(6.1.1-3)求得?p?所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数??1，即此时1号节点端截面全部有效。 节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第2款规定进行验算

VAC?34.68kN?0.5Vd?hwtwfv'?0.5?600?6?0.784?125?176.4kN MeN?Me?NWe/Ae?(215?301.47?1000/8400)?1080000?193.5kNm

M?MeN

1号单元A节点端强度满足 再计算3号单元E节点端。

2截面面积A=8400mmWx?1080?10mm Wy?192?10mm

3333?1?NA?MW?71.02?1000/7920?171.33?1000/894.4?163N/mm2(压)

e?2?NA?MW?301.47?1000/7920?132.71?1000/894.4??155N/mm2（拉）

e截面边缘正应力比值???2?1??0.95?0

2用?R??1代替技术规程式(6.1.1-3)中的fy。?R??1?1.087?163?177N/mm 根据技术规程式(6.1.1-4)求得k??16(1??)?0.112(1??)?(1??)hw/tw28.1k?235/fy?0.564?0.8。

22?22.7

根据技术规程式(6.1.1-3)求得?p?所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数??1，即此时1号节点端截面全部有效。 节点端同时受到压弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第2款规定进行验算

VAC?28.19kN?0.5Vd?hwtwfv'?0.5?520?6?0.784?125?168.87kN MeN?Me?NWe/Ae?(215?71.02?1000/8400)?1080000?228kNm M?171.33?MeN

3号单元E节点端强度满足 Ⅲ 稳定验算

上段柱（3号单元）平面内稳定性验算：根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）求单阶柱平面内计算长度系数。

31

柱线刚度：

K1?I1H26.0???1.54 I2H13.9H1H2N1I23.939.63??0.243

N2I16.0283.47?1?查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附表D-3（参考《钢结构设计与计算》），按柱上端可移

??1.47，查表5.3.4得折减系数为0.8。 动但不可转动得单阶柱下段得计算长度系数，得到?2柱下段平面内计算长度系数为：?2?1.47?0.8?1.176

?1.47?2??6.05 上段柱平面内计算长度系数为：?1?0.243?1上段柱平面内计算长度为：L0x1?3900?6.05?23593(mm) 上段柱（3号单元）平面内稳定性验算：

?x3?L0x3IxA3?138,查表得?x??0.353

Ne??2EAe0/?2?896kN

N0??x?Ae0?mxM1(1?0.8N0)WeNE?8.97?205.4?191kN/mm2?215kN/mm2

上段柱平面外稳定性验算：已知柱平面外在柱高3.3m处设置柱间支撑，即平面外计算长度

L0y?3300mm，?y3?L0y3Iy3A3?3300/54?61.1,查表得

?y?0.807 ?b?1.07?

?2yfy44000235?0.98

N0?M71.02?1000171.33?1000?tx???172kN/mm2 ?yA?bWe0.807?84000.98?1080下段柱（1号单元）平面内稳定性验算：

下段柱平面内计算长度为：L0x1?6000?1.18?7056(mm)

?x?L0xIxA?36,查表得?x??0.898

Ne??2EAe0/?2?13166kN

32

N0?mxM1???8.97?152?161kN/mm2?215kN/mm2

x?Ae0(1?0.8N0N)WeE

下段柱平面外稳定性验算：

N0?M301.47?1000132??tx??.71?1000?1080?170kN/mm2 yA?bWe0.807?84000.98(2) 5、6、7单元（梁）验算 5号单元（梁）验算

I. 最不利组合内力值如下： E节点端

MEH? 171.33 kN.m NEH? -33.72 kN QEH? -53.89 kN

H节点端 MHE? -33.26 kN.m NHE? -32.11 kN QHE? -37.69 kN II. 强度验算

先计算5号单元E节点端。

截面面积A=7360mm2Wx?874?103mm3 W33y?133?10mm

?1?NA?MW?33.72?1000/7360?171.33?1000/874?200N/mm2(压)

e?2?NA?MW?33.72?1000/7360?171.33?1000/874??192N/mm2（拉）

e截面边缘正应力比值???2???0.95?0

1用???.087?162?176N/mm2R1代替技术规程式(6.1.1-3)中的fy。?R??1?1 根据技术规程式(6.1.1-4)求得k??16(1??)2?0.112(1??)2?(1??)?22.8

根据技术规程式(6.1.1-3)求得?hw/twp?28.1k0.67?0.8。

?235/f?y所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数??1，即此时1号节点端截面全部有效。节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第2款规定进行验算

VAC?53.89kN?0.5Vd?hwt'wfv?0.5?560?6?0.832?125?174.7kN MNe?Me?NWe/Ae?(215?33.72?1000/7360)?874000?183.9kNm

M?MNe

5号单元E节点端强度满足 再计算5号单元H节点端。

33

截面面积A=6700mm2W33x?653?10mm Wy?133?103mm3

?1?NA?MW?32.11?1000/6700?33.26?1000/874?56N/mm2(压)

e?2?NA?MW?32.11?1000/7360?33.26?1000/874??46N/mm2（拉）

e截面边缘正应力比值???2???0.83?0

1用?代替技术规程式(6.1.1-3)中的fy。?61N/mm2R??1R??1?1.087?56? 根据技术规程式(6.1.1-4)求得k??16(1??)2?0.112(1??)2?(1??)?19.8

根据技术规程式(6.1.1-3)求得?hw/twp?28.1k?0.31?0.8。

?235/fy所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数??1，即此时1号节点端截面全部有效。节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第2款规定进行验算

V'AC?37.69kN?0.5Vd?hwtwfv?0.5?450?6?0.832?125?140kN MNe?Me?NWe/Ae?(215?32.11?1000/6700)?653000?137.2kNm

M?MNe

5号单元H节点端强度满足 7号单元（梁）验算

I. 最不利组合内力值如下：

I节点端 MIG= 93.01 kN.m NIG= -29.14 kN QIG= 7.99 kN G节点端 MGI= 98.22 kN.m NGI= -28.06 kN QGI= -2.81 kN

II. 强度验算

先计算7号单元G节点端。

截面面积A=7360mm2W3333x?874?10mm Wy?133?10mm

?1?NA?MW?28.06?1000/7360?98.22?1000/874?116N/mm2(压)

e?2?NA?MW?28.06?1000/7360?98.22?1000/874??109N/mm2（拉）

e截面边缘正应力比值???2???0.93?0

1用????2R1代替技术规程式(6.1.1-3)中的fy。R??1?1.087?116?126N/mm 根据技术规程式(6.1.1-4)求得k16??(1??)2?0.112(1??)2?(1??)?22

34

根据技术规程式(6.1.1-3)求得?p?hw/tw28.1k?235/fy?0.52?0.8。

所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数??1，即此时1号节点端截面全部有效。 节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第2款规定进行验算

VGI?7.99kN?0.5Vd?hwtwfv'?0.5?560?6?0.832?125?174.7kN MeN?Me?NWe/Ae?(215?28.06?1000/7360)?874000?185kNm

M?MeN

G节点端强度满足

再计算7号单元I节点端。

2截面面积A=6700mmWx?653?10mm Wy?133?10mm

3333?1?NA?MW?29.14?1000/6700?93.01?1000/874?147N/mm2(压)

e?2?NA?MW?29.14?1000/7360?93.01?1000/874??138N/mm2（拉）

e截面边缘正应力比值???2?1??0.94?0

2用?R??1代替技术规程式(6.1.1-3)中的fy。?R??1?1.087?93?101N/mm 根据技术规程式(6.1.1-4)求得k??16(1??)?0.112(1??)?(1??)hw/tw28.1k?235/fy?0.46?0.8。

22?22.5

根据技术规程式(6.1.1-3)求得?p?所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数??1，即此时1号节点端截面全部有效。 节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第2款规定进行验算

VAC?7.99kN?0.5Vd?hwtwfv'?0.5?450?6?0.832?125?140kN MeN?Me?NWe/Ae?(215?29.14?1000/6700)?653000?137.5kNm

M?MeN

7号单元I节点端强度满足 III．稳定验算

根据协会规程第6.1.6条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于10°时，在刚架平面内可仅按压弯构件计算其强度。本例的屋面坡度为5.7°小于10°，故可不验算梁平面内的稳定性。

刚架梁平面外的稳定性按照钢结构设计规范GBJ17-88第五章第二节的规定进行验算2号单元（梁）。已知梁平面外侧向支撑点间距为3000 mm，即平面外计算长度L0y=3000mm。梁的最小截面

35

惯性矩Ib0y=974×104mm4，梁为等截面。照如下公式确定：

?y????Ib0yA=81，查表得y=0.681，t=1.0，by按

L0y?by?1.07???0.922

44000235'?2yfy因为?b?>0.6，按照现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88的规定，查出相应的?b=0.739代替?b?，即?b?=0.739。

按2号节点端的受力验算构件平面外的稳定性：

?MN?tx1?5.99?176.75?182.74 kN.m?f?215 N/mm2 ?yA?byW1x8）节点设计

（1） 梁柱节点：采用如图所示连接型式，螺栓布置如图所示

选取连接处最不利一组组合内力值：MEC? -171.33 kN.m N21? -71.02 kN Q21? -28.19 kN 螺栓验算：采用8.8级M22型摩擦型高强螺栓连接，预拉力P?155kN，连接表面用钢丝刷除锈，

??0.3。 图

螺栓承受最大拉力值：

?y2i?2(2722?1722?282?1282?3082)?431200mm2

My?71.02?171.33?272Nt1?N?1?101kN?0.8P?0.8?155?124kN2?n10431200y?i螺栓群抗剪承载力：

36

?Nbv?0.9?(nP?m?Nti)?0.9?0.3(10?155?2(101?64))?329kN?28.19kN

Nti?0故螺栓群抗拉、抗剪承载力满足。

连接板设计：协会规程（7.2.9）规定端板厚度根据支承条件计算确定，并不应小于16mm。 连接板计算类型为：两边支承类端板（端板平齐）。

按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大板厚作为最终值。受力最大的板区：

ef?90mm，ew?67mm，Nt?101kN,b?240mm，f?205N/mm2。

t?12efewNt[ewb?4ef(ew?ef)]f?12?90?67?101?1000?22.2mm

[67?240?4?90?(67?90)?205]取t?24mm

（2）梁拼接节点：如图所示。

① 中间节点设计

选取连接处较不利的一组组合内力值：G节点端：MGI= 98.22 kN.m NGI= -28.06 kN QGI= -2.81 kN。

螺栓验算：采用8.8级M22型摩擦型高强螺栓连接，预拉力P?155kN，连接表面用钢丝刷除锈，??0.3。

初步采用12个高强螺栓，螺栓布置如图所示。由于连接处剪力很小，抗剪显然满足，故只需验算螺栓的抗拉承载力。

螺栓群中单个承受的最大拉力值：

?y2i?4(3702?2002?1002)?747600mm2

My?28.06?98.22?370Nt1?N?1?46.3kN?0.8P?0.8?155?124kN2?n12747600y?i故螺栓群抗拉、抗剪承载力满足。

连接板设计：端板厚度t根据支承条件计算确定。 图 两边支承板（端板平齐）：

ef?90mm，ew?52mm，Nt?46.3kN,b?200mm，f?205N/mm2。

37

t?12efewNt[ewb?4ef(ew?ef)]f?12?90?52?46.3?1000?12.2mm [52?200?4?90?(52?90)]?205取端板厚度为t?20mm。 ② H节点设计 选取连接处较不利的一组组合内力值：G节点端：MGI=-31.16kN.m，NGI= -32.11 kN，QGI=37.69kN。 螺栓验算：采用8.8级M22型摩擦型高强螺栓连接，预拉力P?155kN，连接表面用钢丝刷除锈，??0.3。 初步采用12个高强螺栓，螺栓布置如图所示。由于连接处剪力很小，抗剪显然满足，故只需验算螺栓的抗拉承载力。 螺栓群中单个承受的最大拉力值（不考虑压力的有利影响）： ?yNt1?2i?4(2722?1722?722)?435008mm2 2iMy1?y?33.26?272435008?20.8kN?0.8P?0.8?155?124kN故螺栓群抗拉、抗剪承载力满足。 连接板设计：端板厚度t取相同板厚，取节点板厚度为t?20mm。 图 ③ I节点设计 选取连接处较不利的一组组合内力值：G节点端：MGI=93.01kN.m，NGI= -29.14 kN，QGI=7.99kN。 螺栓验算：采用8.8级M22型摩擦型高强螺栓连接，预拉力P?155kN，连接表面用钢丝刷除锈，??0.3。 初步采用8个高强螺栓，螺栓布置如图所示。由于连接处剪力很小，抗剪显然满足，故只需验算螺栓的抗拉承载力。 螺栓群中单个承受的最大拉力值（不考虑压力的有利影响）： ?yNt1?2i?4(1712?2212)?312328mm2 My1?yi2?93.01?221312328?65.8kN?0.8P?0.8?155?124kN故螺栓群抗拉、抗剪承载力满足。 连接板设计：端板厚度t取相同板厚，取节点板厚度为t?20mm。 38 图 9）柱脚节点 采用平板式刚性柱脚设计，布置如图所示。 底板确定： 选取一组较不利内力组合：MAC= 132.71 kN.m N12= -301.47 kN Q12= -34.68 kN （1）底板面积确定：假定底板下压应力呈直线分布，则： ?max?NLB?6MBL2?301.47?103/(840?300)?6?132.71?106300?8402 ?4.96N/mm2?fce（2）底板厚度确定：取中间区隔计算，为三边支承区隔。 q??max?4.96N/mm2 M??qa21?0.056?4.96?3002?24998Nmm2 t?6Mf?6?24998205?27mm 取底板厚度为30mm。 锚栓计算：当底板压力?min?0时，底板与基础开始脱离，从而在锚栓中产生拉力。 39

?min?NBL2??2.56N/mm2LB?6M6132.71?10?301.47?10/(840?300)?6?3300?8402780xNNt360840M 10）基础设计 （1）确定基础底面尺寸及高度 对于底面尺寸，先按照轴心受压估算，这时基础埋置深度按照室内标高和天然地坪标高平均值考虑，取d?1500mm。这时基础底面面积不小于下值：

A?F301.47??2.48m2

fa??md150?19?1.5将其增大20％～40％，初步选用底面尺寸为：b?2.5m，l?1.5m。

W?lb2/6?1.5?2.52/6?1.5625m3 G??mbld?19?2.5?1.5?1.5?106.9kN

基础边缘的最大压力按下式计算：

F?GM?Qd ?blW301.47?106.9132.71?34.68?1.5 ???227.1kN/m2?1.2fa?180kN/m2

2.5?1.51.5625因而需重新加大基础底面积，重选底面尺寸为：b?2.7m，l?2.0m。故有： pmax?W?lb2/6?2.0?2.72/6?2.43m3 G??mbld?19?2.7?2.0?1.5?153.9kN

基础边缘的最大和最小压力按下式计算：

F?GM?Qd ?blW301.47?153.9132.71?34.68?1.5 ???160.3kN/m2

2.7?2.02.43F?GM?Qd pmax??blWpmax? 40

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