刚架结构计算参考

门式刚架结构设计-1-一、设计资料某加工厂一厂房，该厂房为单层，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度18m，柱高6m；共有12榀刚架，柱距6m，屋面坡度1:10。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；钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。112AB图1(a).刚架平面布置图图1(b).刚架形式及几何尺寸180006000900二、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0.15KN/m2门式刚架结构设计-2-50mm厚保温玻璃棉板0.05KN/m2PVC铝箔及不锈钢丝网0.02KN/m2檩条及支撑0.10KN/m2刚架斜梁自重0.15KN/m2悬挂设备0.20KN/m2合计0.67KN/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α=5°42′38″，μr=1.0，雪荷载标准值Sk=μrS0=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）0.50KN/m24．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=1.05×0.45KN/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：0.50×6=3.00KN/m活荷载标准值：0.65×6=3.00KN/m柱荷载：恒荷载标准值：0.45×6=2.70KN门式刚架结构设计-3-风荷载标准值：迎风面：柱上qw1=0.47×6×0.25=0.71KN/m横梁上qw2=－0.47×6×1.0=－2.82KN/m背风面：柱上qw3=－0.47×6×0.55=－1.55KN/m横梁上qw4=－0.47×6×0.65=－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=18/6=3ψ=f/h=0.9/6=0.15k=h/s=6/9.0449=0.6634μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.6634+0.15×(3+0.15)=4.13595289.01359.4415.058458HA=HE=qlλΦ/8=4.02×18×3×0.5289/8=14.35KNMC=ql2[1－(1+ψ)Φ]/8=4.02x182[1－(1+0.15)×0.5289]=63.78KN·mMB=MD=－ql2Φ/8=－4.02×182×0.5289/8=－86.11KN·m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。门式刚架结构设计-4--86.11KN·m600018000ABCED63.78KN·m-86.11KN·m36.18KN18.00KN18.00KN36.18KN14.35KN14.35KNg=4.02KN/m图2.刚架在恒荷载作用下的M图54.18KN54.18KN17.68KN6000图3.刚架在恒荷载作用下的N图18000AEBCD36.18KN54.18KN14.08KN17.68KN36.18KN54.18KN++++6000图4.刚架在恒荷载作用下的V图18000AE34.57KN14.35KNB1.43KNCD-+-14.35KN14.35KN14.35KN-++34.57KN1.43KN门式刚架结构设计-5-2．在活荷载作用下VA=VE=27.00KNHA=HE=3.00×18×3×0.5289/8=10.71KNMC=3.00×182[1－(1+0.15)×0.5289]/8=47.60KN·mMB=MD=－3.00×182×0.5289/8=－64.26KN·m刚架在活荷载作用下的内力如图。10.71KN-64.26KN·m6000图5.刚架在活荷载作用下的M图18000AEB47.60KN·mCq=3.00KN/mD27.00KN-64.26KN·m10.71KN27.00KN6000图6.刚架在活荷载作用下的N图18000A+27.00KNE13.34KN27.00KNB10.65KN+C+D13.34KN27.00KN+27.00KN门式刚架结构设计-6-25.80KN6000图7.刚架在活荷载作用下的V图1800010.71KNA-E10.71KNB+1.07KNC-D-++1.07KN25.80KN10.71KN10.71KN3．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1322.0)15.058(1359.4161)58(161KNlqaVE35.6182982.2222VA=2.82×9－6.35=19.03KNHA=HE=qlλΦ/4=2.82×18×3×0.1322/4=5.03KNMB=MD=5.03×6=30.18KN·mMC=ql2[α2－(1+ψ)Φ]/4=2.82×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=22.38KN·m刚架在qw2y作用下的内力如图门式刚架结构设计-7-5.03KN19.03KN30.18KN·m6000图8.刚架在风荷载qw2y作用下的M图18000AB22.38KN·mEDqw2y=2.82KN/mC30.18KN·m5.03KN6.35KN(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下KNlqaVE12.4182983.1222VA=1.83×9－4.12=12.35KNHA=HE=qlλΦ/4=1.83×18×3×0.1322/4=3.27KNMB=MD=3.27×6=19.62KN·mMC=ql2[α2－(1+ψ)Φ]/4=1.83×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=14.52KN·m刚架在qw4y作用下的内力如图。4.12KN3.27KN6000图9.刚架在风荷载qw4y作用下的M图18000A19.62KN·mB14.52KN·mC12.35KNEDqw4y=1.83KN/m19.62KN·m3.27KN门式刚架结构设计-8-(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下α=1，9803.0]16634.0)6634.015.02(6[1359.441])2(6[4122KKVA=－VB=－qh12/2L=－0.71×62/(2×18)=－0.71KNKNqhHA22.3)9803.0212(21671.0)22(2HE=0.71×6－3.22=1.04KNMD=1.04×6=6.24KN·mmKNqhMC81.0)]9803.0)15.01(1[41671.0])1(1[42222刚架在qw1作用下的内力如图。0.71KN3.22KN6000qw1=0.71KN/m图10.刚架在风荷载qw1作用下的M图18000A6.54KN·mBC0.81KN·m1.04KN0.71KNED6.24KN·m(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下VA=－VB=－qh12/2L=－1.55×62/(2×18)=－1.55KNKNqhHE02.7)9803.0212(21655.1)22(2HA=1.55×6－7.02=2.28KNMD=7.02×6－1.55×62/2=14.22KN·mmKNqhMB52.6)9803.02(41671.0)2(42222门式刚架结构设计-9-MB=2.28×6=13.68KN·mmKNqhMC78.1)]9803.0)15.01(1[41655.1])1(1[42222刚架在qw3作用下的内力如图。7.02KN1.55KN14.22KN·m2.28KNA1.55KN13.68KN·m1.78KN·mqw3=1.55KN/m6000DECB18000图11.刚架在风荷载qw3作用下的M图(5)在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下α=1，β=00202.0)15.0134(1359.4815.0KNVVEA91.0)9.062(1829.082.2HA=2.82×0.9(1+0.0202)/2=1.29KNHE=2.82×0.9－1.29=1.25KNmKNMC39.0]0202.015.15.015.0[269.082.2MB=1.29×6=7.74KN·mMD=1.25×6=7.50KN·m刚架在qw2x作用下的内力如图。门式刚架结构设计-10-图12.刚架在风荷载qw2x作用下的M图180001.29KN0.91KN7.74KN·mA6000B0.39KN·mC1.25KN0.91KNqw2x=2.82KN/m7.50KN·mED(6)在背风面横梁上风荷载水平分力qw4x作用下KNVVEA59.0)9.062(1829.083.1HA=1.83×0.9(1+0.0202)/2=0.84KNHE=1.83×0.9－0.84=0.81KNmKNMC26.0]0202.015.15.015.0[269.083.1MB=0.81×6=4.86KN·mMD=0.84×6=5.04KN·m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180000.59KN0.84KNAE0.81KN0.59KNqw4x=1.83KN/m5.04KN·mB0.26KN·mC4.86KN·mD门式刚架结构设计-11-(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1800025.09KN13.32KN67.14KN·m6000ABC38.84KN·m16.76KNqw4x=1.83KN/mE0.65KND左风qw2x=2.82KN/mqw1=0.71KN/m31.80KN·mqw3=1.55KN/m36.77KN·m8.93KN·mqw2y=2.82KN/mqw4y=1.83KN/m6000qw1=0.71KN/mqw2x=2.82KN/m右风图15.刚架在右风向风荷载qw作用下的M图1800013.32KN25.09KNAE16.76KN0.65KNqw3=1.55KN/mqw4y=1.83KN/m31.80KN·mqw2y=2.82KN/m36.77KN·m67.14KN·mB38.84KN·mCqw4x=1.83KN/m8.93KN·mD600025.09KN-18000-ABCED11.51KN11.51KN图16.刚架在左风向风荷载qw作用下的N图16.76KN--16.76KN11.57KN11.57KN25.09KN门式刚架结构设计-