世纪联华大型仓储式超市结构计算书.docx

毕业设计

世纪联华大型仓储式超市结构计算书

学生姓名：李亚锋 学号： 011410130
专 业：土木工程 班级： 0114101
指导教师：李江乐

目 录

§建筑设计部分 3
1. 平面设计 3
2. 剖面设计 3
3. 室内外高差的确定 4
4. 厂房天然采光设计 4
5. 通风设计 4
6. 厂房屋面排水设计 4
7. 厂房立面设计 5
8. 厂房的构造设计 5
8.1. 外墙 5
8.2. 屋顶构造 6
8.3. 散水构造 7
9. 门窗明细表 7
§结构设计部分 8
10. 结构布置 8

10.1. 材料的选择 8
10.2. 屋面布置 8
10.3. 柱间支撑布置 8
10.4. 屋盖支撑布置 8
10.5. 墙面结构布置 9
11. 荷载计算 9
11.1. 荷载取值 9
11.2. 竖向荷载导算 9
11.3. 风荷载导算 10
11.4. 吊车及吊车荷载 13
11.5. 地震作用计算 14
12. 吊车梁设计 15
12.1. 吊车荷载计算 15
12.2. 内力计算 16
12.3. 截面特性 17
12.4. 强度计算 19
12.5. 稳定性计算 20
12.6. 挠度计算 22
12.7. 支座加劲肋计算 22
12.8. 焊缝计算 24

12.9. 疲劳验算 24
13. 牛腿设计 26
13.1. 荷载计算 26
13.2. 截面特性 27
13.3. 强度验算 28
13.4. 焊缝验算 28
13.5. 加劲肋设计 30
13.6. 稳定性验算 31
14. 刚架设计 31
14.1. 初选截面 31
14.2. 内力手算 32
14.3. 内力电算 38
14.4. 内力组合表 43
14.5. 构件验算 48
15. 檩条设计 63
15.1. 荷载设计 63
15.2. 截面选择及截面特性 65
15.3. 受压板件的稳定性系数 66
15.4. 强度计算 70
15.5. 稳定性验算 70

15.6. 挠度验算 71
15.7. 构造要求 71
16. 抗风柱设计 72
16.1. 荷载计算 72
16.2. 内力分析 72
16.3. 截面选择 73
16.4. 强度验算 73
16.5. 稳定性验算 73
16.6. 挠度验算 74
17. 节点设计 75
17.1. 梁柱节点 75
17.2. 梁梁节点 78
17.3. 柱脚节点 80
17.4. 锚栓设计 82
17.5. 抗剪键的设置 83
18. 基础设计 83
18.1. 基础的选择 83
18.2. 基础埋深 84
18.3. 基础尺寸的确定 84
参 考 文 献 93

世纪联华大型仓储式超市设计

学 生：李亚锋
指导老师：李江乐
河南城建学院

摘 要 ：本设计工程为一120米双跨钢结构，各跨设一台吊车，主要依据《钢结构设计规范》GB50017－2003 和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002等国家规范，综合考虑设计工程的规模、跨度、高度及用途，依据“适用、经济、在可能条件下注意美观”的原则，对各组成部分的选型、选材、连接和经济性作了比较，最终选用单层门式钢架的结构形式。梁、柱节点为刚性连接的门式钢架具有结构简洁、刚度良好、受力合理、使用空间大及施工方便等特点，便于工业化，商品化的制品生产，与轻型维护材料想配套的轻型钢结构框架体系已广泛应用于建筑结构中，本设计就是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。主要对承重结构进行了内力分析和内力组合，在此基础上确定梁柱截面，对梁柱作了弯剪压计算，验算其平面内外的稳定性；梁柱均采用 Q235 钢，10.9 级摩擦型高强螺栓连接，局部焊接采用 E43型焊条，柱脚刚性连接，夹层梁与柱节点铰接；屋面和墙面维护采用压型钢板；另外特别注重了支撑设置、拉条设置，避免了一些常见的拉条设计错误。

§建筑设计部分
1. 平面设计
根据题目所给条件：双跨钢结构，跨度 21 及 27 米，长 120 米。参照工程应用实例，厂房平面布置为双跨矩形平面。其柱网采用 6m×21m 和 6m×27m，除两端部柱中心线内偏横向定位轴线1/2柱宽外，其余均与横向定位轴线重合；纵向定位轴线与柱外缘重合(详见施工图)。抗风柱距分别取 7m 和9m
厂房出入口尺寸取3900 ㎜×3300 ㎜。

图1-1 柱网布置图

2. 剖面设计
牛腿高度的确定
吊车拟采用广州起重机械有限公司的LDA型10t电动单梁起重机。查阅相关规范可知吊车梁高度可取450mm，要求吊车顶面至斜梁与柱相交处最低点间的安全净空尺寸300mm，本厂房取400mm。根据设计资料檐口标高为8m和12m，屋顶坡度取1/12。斜梁高度初步取600mm。牛腿标高取6300mm和10300mm，详见图纸结施00。

3. 室内外高差的确定
为考虑到运输工具进出厂房的便利及防止雨水侵入室内，取厂房室内外高差为600mm。

4. 厂房天然采光设计
根据我国《工业企业采光设计标准》规定可知，本厂房的采光等级为III级。本厂房拟采用混合采光，双侧采光+顶部采光。
纵墙上的开窗总面积为：
(2.1×27.6+2.1×45.6+2.1×27.6)×2=423.36㎡
顶部采光带布置，详见图纸建施04。
综上，满足采光要求。

5. 通风设计
采用500型通风器通风，布置情况详见图纸建施04。

6. 厂房屋面排水设计
采用檐沟外排水，压型钢屋面及檐沟构造做法如图6-1所示。

图 6-1

7. 厂房立面设计
厂房立面利用矩形窗，墙体勒脚等水平构件及其色彩变化形成立面划分形状，使立面简洁大方，具有开朗，明快的效果。
立面上，采用底部为1100mm高的砖砌体，表面以水泥砂浆抹面。门窗框口包角板以及女儿墙盖板均采用蓝色钢板，以丰富立面，同时也突出了门窗的重点部位。

8. 厂房的构造设计
8.1. 外墙
本厂房外墙下部为900mm高240mm厚的砖砌墙体，上部为压型钢板，以避免压型钢板直接着地而产生锈蚀。压型钢板采用保温复合式压型钢板，板外侧采用YX35—175—65型钢板，内板采用平板式钢板。压型钢板外墙构造力求简单，施工方便，与墙梁连接可靠。转角处以包角板与压型钢板搭接，搭接长度为350mm，以保证防水效果。

图8.1-1 纵墙与山墙角部节点示意图
8.2. 屋顶构造
本厂房屋面采用压型钢板有檩体系，即在钢架斜梁上放置C型冷轧薄壁钢檩条，再铺设压型钢板屋面。压型钢板凹槽沿排水方向铺设，以利于排水，根据规范中广州地区降雨量，排水坡度取1/12。具体构造如下图。

图8.2-1 屋脊节点示意图
8.3. 散水构造
厂房周围做宽800mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂浆抹面。具体做法如下图所示：

图8.3-1 散水构造示意图

9. 门窗明细表
表9-1 门窗明细表

门窗编号
尺寸
数量
高度（mm）
宽度（mm）
M—1
3900
3300
8
C—1
2100
27600
4
C—2
2100
45600
2

§结构设计部分
10. 结构布置
10.1. 材料的选择
材料选择根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中的相关规定选取，由于本厂房是轻型门式刚架结构，本身自重较轻且吊车吨位较小，钢架承受荷载也较小，所以厂房梁、柱、檩条等结构构件可选用Q235钢，又由于厂房对材料的冲击韧性无特殊要求，所以质量等级可以选用B级，且厂房对钢材无特殊要求，为了节省造价，可采用沸腾钢，因此，长房梁、柱、檩条、吊车梁、压型钢板等结构构件均可选用Q235B钢材。
10.2. 屋面布置
根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.3.1之规定，由于檩条跨度为7.5m＜9m，故采用实腹式檩条。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.3.5和6.3.6之规定，应在檩条三分点处设置一道拉条，拉条采用Φ10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。
10.3. 柱间支撑布置
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中4.5.2之规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t的吊车时，柱间宜采用型钢支撑。
10.4. 屋盖支撑布置
由于本厂房长120m，宽21+27m，根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中4.5.2之规定，将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。
10.5. 墙面结构布置
根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中8.4.2之规定，本厂房跨度6m，应在跨中位置设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为Φ10圆钢。
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.4.2节，应设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件。

11. 荷载计算
11.1. 荷载取值
不考虑地震作用时，作用在屋顶上的荷载包括结构自重、屋面永久荷载、屋面活荷载及风荷载，各荷载的标准值分别如下（结构自重由程序自动计算，并参与相应的组合）：
屋面永久荷载Gk ： 0.4kN/m2 (屋面板0.06kN/m2 ，隔热层0.04kN/m2，檩条0.10kN/m2 ，屋面支撑0.05kN/m2 ，设备管线0.15kN/m2 )；
屋面活荷载Qik ： 0.3 kN/m2 ；
基本风压w0 ： 0.5 kN/m2 ；
11.2. 竖向荷载导算
作用在刚架斜梁上的永久荷载DL（不包含自重）为：
标准值 0.4××6=2.4kN/m
设计值 2.4×1.2=2.88 kN/m
依据荷载规范，不考虑雪荷载则作用在刚架斜梁上的活荷载LL为：
标准值 0.3×6=1.8kN/m
设计值 1.8×1.4=2.52N/m
端跨刚架的受载面积为中跨的1/2，因此在整体分析时，作用在端跨的实际荷载为中跨的一半。
吊车梁自重引起的恒载标准值：
竖向力为：

弯矩为：

11.3. 风荷载导算
建筑所在场地地面粗糙度类别按B类考虑，则10m以下的风压高度变化系数为μz=1.0，10~15m取μz=1.14，结构的风荷载体型系数依据《规程》附录A中的A.0.1和A.0.2条的相关规定计算。
垂直于建筑物表面的风荷载标准值wk的计算公式为：
wk=μsμz w0
式中w0为基本风压，但需按现行国家标准《荷载规范》的规定值乘以系数1.05采用；μs为体型系数，《规程》中给出了不同构件计算风荷载标准值时的体型系数，本设计厂房符合条件：屋面坡度α≤10º、屋面平均高度H≤18m、房屋高宽比H/B≤1.0，且檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸。
按《规程》计算房屋边缘带宽度Z，Z为计算维护结构构件时的房屋边缘带宽度。
A~C轴：最小水平尺寸Lmin=27.0m，厂房高度H=12.0m，则
0.1Lmin=0.1×27.0=2.70m; 0.4H =0.4×12.0=4.8m
0.1Lmin与0.4H的较小者为0.1Lmin=2.70m，取Z=2.70m，且Z>4%Lmin=1.08m
因此，取Z=2.70m，2Z=5.40m；
C~D轴：最小水平尺寸Lmin=21.0m，厂房高度H=8.0m，则
0.1Lmin=0.1×21.0=2.10m; 0.4H =0.4×8.0=3.2m
0.1Lmin与0.4H的较小者为0.1Lmin=2.10m，取Z=2.10m，且Z>4%Lmin=0.84m
因此，取Z=2.10m，2Z=4.20m。

图11.3-1 风荷载体型系数及分区图
左风荷载作用时，中间区刚架的风荷载标准值为：
i
中间区系数
荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）
1
+0.25
=0.5×1.05×1×0.25×6=+0.79
2
-1.0
=0.5×1.05×1×(-1.0)×6=-3.15
3
-0.65
=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.05
4
-0.55
=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.73
5
-1.0
=0.5×1.05×1×(-1.0)×6=-3.15
6
-0.65
=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.05
7
-0.55
=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.73

左风荷载作用时，端区刚架的风荷载标准值为：

i
端区系数
荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）
1E
+0.5
=0.25×0.42×0.5×6+(0.5-0.25)×0.42×5.40=0.88
2E
-1.4
=(-1.0)×0.42×0.5×6+[-1.4-(-1.0)]×0.42×5.40=-2.17
3E
-0.80
=(-0.65)×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×5.40=-1.16
4E
-0.70
=（-0.55）×0.42×0.5×6+[-0.7-(-0.55)]×0.42×5.40=-1.03
5E
-1.40
=（-0.1）×0.42×0.5×6+[-1.4-(-0.1)]×0.42×5.40=-3.07
6E
-0.80
=（-0.65）×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×5.40=-1.16
7E
-0.70
=（-0.55）×0.42×0.5×6+[-0.7-(-0.55)]×0.42×5.40=-1.03

右风荷载作用时，中间区刚架的风荷载标准值为：

i
中间区系数
荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）
7
+0.25
=0.5×1.05×1×0.25×6=+0.79
6
-1.0
=0.5×1.05×1×(-0.1)×6=-3.15
5
-0.65
=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.05
4
-0.55
=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.73
3
-1.0
=0.5×1.05×1×(-1)×6=-3.15
2
-0.65
=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.05
1
-0.55
=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.73

右风荷载作用时，端区刚架的风荷载标准值为：

i
端区系数
荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）
7E
+0.5
=0.25×0.42×0.5×6+[0.5-0.25]×0.42×4.20=0.76
6E
-1.4
=(-1.0)×0.42×0.5×6+[-1.4-(-1.0)]×0.42×4.20=-2.42
5E
-0.80
=(-0.65)×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×4.20=-1.08
4E
-0.70
=(-0.55)×0.42×0.5×6+[-0.7-(-0.55)]×0.42×4.20=-0.96
3E
-1.40
=(-1.0)×0.42×0.5×6+[-1.4-(-1.0)]×0.42×4.20=-2.42
2E
-0.80
=(-0.65)×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×4.20=-1.08
1E
-0.70
=(-0.55)×0.42×0.5×6+(-0.7-0.55)×0.42×4.20=-0.96

11.4. 吊车及吊车荷载
11.4.1. 各吊车工况下的牛腿的最大反力
（1）两台吊车时最大轮压作用下牛腿的最大反力：

（2）两台吊车时最小轮压作用下牛腿的最大反力：

（3）一台吊车时横向荷载作用下牛腿最大反力：

（4）一台吊车时最大轮压作用下牛腿的最大反力：

（5）一台吊车时最小轮压作用下牛腿的最大反力：

（6）一台吊车时横向荷载作用下牛腿的最大反力：

11.4.2. 吊车对结构最不利荷载计算
① 最大轮压作用于A柱列
A柱列所受竖向力及弯矩
，
B柱列所受竖向力及弯矩
，
② 最大轮压作用于B柱列
A柱列所受竖向力及弯矩
，
B柱列所受竖向力及弯矩
，
③ 横向荷载作用于AB跨

11.5. 地震作用计算
由于门式刚架结构的自重较轻，地震作用产生的荷载效应一般较小。设计经验表明：当抗震设防烈度为8度而风荷载标准值大于0.45kN/㎡时，地震作用的组合一般不起控制作用，因此，本设计只采用抗震构造措施和简单验算而不做详细的计算。

12. 吊车梁设计
12.1. 吊车荷载计算

图12.1-1 吊车梁的支座反力影响线
吊车的支座反力影响线见图。
最大轮压作用下牛腿的最大反力：
119.7*（67/120+1）=186.53kN
131.53*（67/120+1）=204.97kN
横向荷载作用下的最大反力：
4.82*（67/120+1）=7.52kN

12.1.1. 吊车最大轮压
由《钢结构设计手册》中吊车资料可知，其最大轮压为8.31T和9.13T。
则根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中5.1.1之规定可知：
竖向荷载标准值为
19.5m跨度吊车：;
25.5m跨度吊车：;
根据《建筑结构荷载规范》5.3.1之规定取吊车荷载动力系数α=1.05，则吊车竖向荷载设计值为：
19.5m跨度吊车：1.4*1.05*8.31*9.8=119.71kN
1.4*1.05*1.07*9.8=15.41kN
25.5m跨度吊车：1.4*1.05*9.13*9.8=131.53kN
1.4*1.05*1.62*9.8=23.34kN
12.1.2. 吊车横向水平力
由吊车资料可知吊车额定起重量为10吨，小车重量为2.7吨，且吊车工作制为A5级，为轻级工作制，因此每个轮上的横向荷载标准值为：
由《建筑结构荷载规范》5.1.2之规定知ξ=0.12，则：
依据《建筑结构荷载规范》(GB 50009)的规定，得作用在每个车轮上的横向水平力为
=1.4*9.8*12%*（10+1.7）/4=4.82kN

12.2. 内力计算
由于本厂房有两跨，有两台10t吊车，设计时取最不利情况并按两台吊车设计。吊车最大轮压标准值及轮距如图所示。吊车梁两端设计为铰接，L=6m。
吊车梁中最大弯矩及相应的剪力

图12.2-1 吊车梁弯矩计算简图
产生最大弯矩点（C点）的位置如上图所示，
梁上所有荷载合力Σp的位置为：
，2500mm，

根据《钢结构设计手册》8.3.2节中，最大弯矩标准值为：

其中为吊车梁自重影响系数，查《钢结构设计手册》表8-2得 =1.03
最大弯矩处的相应剪力值为：

12.2.1. 吊车梁的最大剪力

图12.2.1-1 吊车梁剪力计算简图

12.3. 截面特性
取吊车梁为单轴对称工字型截面，如图：

图12.3-1 吊车梁截面图
12.3.1. 毛截面特性

12.3.2. 净截面特性

12.4. 强度计算
12.4.1. 正应力
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中公式4.1.1计算上翼缘正应力，由于吊车梁要进行疲劳验算，所以、均取1.0，则：
上翼缘应力：

下翼缘应力：

12.4.2. 剪应力
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中公式4.1.2计算，平板支座时：

12.4.3. 腹板的局部压应力
采用《钢结构设计手册》GB50017-2003中4.1.3之规定：
吊车轨道自重235.2N/m，轨高130mm，则：

集中荷载增大系数 ，F=P=

12.4.4. 腹板计算高度边缘处的折算应力
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.1.4规定：

由于与同号，则取1.1。则：

12.5. 稳定性计算
12.5.1. 梁的整体稳定性
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.2.1之规定有：
，应计算梁的整体稳定性，
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.2.1之规定有：

因集中荷载并非在跨中附近

由《钢结构设计规范》GB50017-2003表B.1

对单轴对称工字型截面：加强受压翼缘

计算整体稳定性（MH=0）

满足要求。
12.5.2. 腹板的局部稳定性
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.2之规定：
由于，由于有局部压应力，故必须配置横向加劲肋，且应在支座处配置支撑加劲肋。
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.6之规定：
横向加劲肋应该在
与之间设置，故取横向加劲肋间距，横向加劲肋在腹板两侧成对称布置。
其外伸宽度，取，则腹板加劲肋厚度为。
12.6. 挠度计算
验算吊车梁的挠度应按最大一台吊车的荷载标准值计算，且不乘动力系数，则挠度为：

满足刚度要求。
12.7. 支座加劲肋计算
取支座加劲肋为，布置如下图：

图12.7-1 支座加劲肋计算简图
则支座加劲肋的端面承受压应力为：

属于b类截面，查表得，则支座加劲肋在腹板平面外的稳定性：

满足要求。
12.8. 焊缝计算
12.8.1. 上翼缘与腹板连接处的连接焊缝为：

由于构造要求， 故取。
12.8.2. 下翼缘与腹板连接处的连接焊缝为：

根据构造要求取 。
12.8.3. 支座加劲肋与腹板的连接焊缝为：
设 ，则

根据构造要求取 。
12.9. 疲劳验算
由于循环次数为次，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中6.1.1之规定，应进行疲劳验算。
12.9.1. 最大弯矩（C点截面）处下翼缘连接焊缝附近主体金属的疲劳应力幅

按照规范要求，采用一台起重量最大吊车的荷载标准值，不计动力系数。
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附表E之规定可知：
构件和连接类别分别为2类，再查表6.2.1可知：
则：

所以满足要求。
12.9.2. 横向加劲肋下端部附近主体金属的疲劳应力幅
横向加劲肋下端部（离腹板下边缘60mm）附近主体金属的疲劳应力幅：

查《钢结构设计规范》GB50017-2003中附表E可知，构件和连接类别均为4类，查表6.2.1得：

，故满足要求。

13. 牛腿设计
13.1. 荷载计算
根据吊车梁的设计，吊车梁截面面积, Q235钢的密度为,吊车梁自重为，轨道自重为 由吊车最大轮压引起的支座反力标准值为：

图13.1-1 牛腿根部支座反力影响线示意图
则牛腿根部承受的剪力：

截面选择

图13.1-1 牛腿节点示意图
牛腿选用 偏心距为外伸长度为，截面高度， 截面宽度 ，翼缘板厚度 ，腹板厚度，力作用点处截面为。
则：
13.2. 截面特性

图13.2-1 牛腿根部截面示意图
牛腿根部截面：

13.3. 强度验算
抗弯强度

抗剪强度

腹板计算高度边缘处折算应力

和的最不利组合出现在腹板边缘，因此验算公式为：

∴满足要求。
13.4. 焊缝验算
根据角焊缝尺寸构造要求的限制，，故取 。
腹板上竖向焊缝的有效截面面积为：

图13.4-1 截面焊缝示意图
全部焊缝对X轴的惯性矩为：

焊缝最外边缘的截面模量为：

翼缘和腹板连接处的截面模量为：

在弯矩作用下角焊缝最大应力：

牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪力引起的应力共同作用：

∴满足要求。
13.5. 加劲肋设计
取加劲肋2-90×6，外伸长度为，且宜大于90mm，故取为 110mm，宽度，故取宽度为10mm。布置如下图：

图13.5-1 加劲肋示意图

13.6. 稳定性验算

截面属于b类截面，查表得
则：
∴满足要求 。

14. 刚架设计
14.1. 初选截面
厂房跨度分别为27m和21m，拟选用变截面刚架来设计，根据已有资料和经验，再结合PKPM优化设计，初选截面如下：
刚架A轴柱选用型截面；AB跨刚架梁选用型截面（分段长度比例为11:16）及型截面；B轴刚架柱（中柱）选用型截面；BC轴刚架梁选用及型截面（分段长度比例为4:3）。具体布置如图1.29-1所示

图1.29-1
14.2. 内力手算
一品刚架的计算简图如图14.2-1。
14.2.1. BC跨内力
先取BC跨计算。基本体系如图14.2-2

图 14.2-1

图 14.2-2
作基本结构的Mp、M1、M2图（图14.2-3a、b、c），由此求得自由项和系数如下：
(a)

Mp图（单位kN·m）
(b)

M(——)1图（单位m）
(c)

M(——)2图（单位m）
(d)

M图（单位kN·m）

力法方程为

解方程，得

利用叠加公式 作M图，如图14.2-3d所示。
14.2.2. AB跨内力

图14.2.2-1
先计算屋面均布恒载下内力：
(1) 基本未知量
共有两个基本未知量：。
(2) 杆端弯矩
固端弯矩查表求得

各杆刚度取相对值计算，设,则

叠加固端弯矩，可列出各杆杆端弯矩如下：

（3）位移法方程
结点B平衡：

将上步结果代入得
（a）
结点E平衡：

将上步结果代入得
（b）
（4）求基本未知量
解（a）、（b）两方程，得

（5）求杆端弯矩
将求得的位移代入上述各杆杆端弯矩公式，得

14.2.3. 刚架整体内力
综上，得到刚架的内力图如图14.2.3-1、2、3

图14.2.3-1 刚架弯矩图

图14.2.3-2 刚架弯矩图

图14.2.3-3 刚架剪力图
14.3. 内力电算
计算结果由清华大学结构力学求解器得出。
14.3.1. 恒载内力图

恒载M图

恒载N图

恒载Q图

14.3.2. 活载内力图

活荷载M图

活荷载N图

活载Q图

14.3.3. 风荷载内力图

左风荷载M图

左风荷载N图

左风荷载Q图

右风荷载M图

右风荷载N图

右风荷载Q图

截面编号
14.4. 内力组合表
柱梁内力组合表1

14.5. 构件验算
14.5.1. 刚架梁的验算
1) 构件的截面特性
两跨钢梁皆为变截面梁，大头截面A尺寸为H800×240×240×8×10×10

小头截面B的尺寸为H500×240×240×8×10×10

等截面C的尺寸为H500×160×160×8×10×10

小头截面D的尺寸为H500×160×160×8×10×10

大头截面E的尺寸为H750×160×160×8×10×10

等截面F的尺寸为H300×320×320×8×12×12

小头截面G的尺寸为H300×250×250×8×16×16

大头截面H的尺寸为H800×250×250×8×16×16

2) 构件宽厚比的验算
对于大头截面A：
翼缘部分：
腹板部分：
对于小头截面B：
翼缘部分：
腹板部分：
对于等截面C：
翼缘部分：
腹板部分：
对于小头截面D：
翼缘部分：
腹板部分：
对于大头截面E：
翼缘部分：
腹板部分：
对于等截面F：
翼缘部分：
腹板部分：
对于小头截面G：
翼缘部分：
腹板部分：
对于大头截面H：
翼缘部分：
腹板部分：
3) 抗剪验算
由于梁为变截面，所以分两段分别计算。
对于等截面一段：其最大剪力为 则根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.1中第6款的规定：
梁的腹板高度变化小于60mm/m,则：

所以：

∴满足要求。
对于变截面一段，只需验算最不利截面3-3： 其最大剪力

所以：

∴满足要求。
4) 弯、剪、压共同作用下的验算
对于大头截面

根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.2中第2款的规定进行下列验算：

所以，取

全截面有效，所以：

由于 所以用公式：

∴满足要求。
对于等截面梁，因截面相同，只需联合选出3-3，4-4截面中的最不利内力来进行验算

根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.2中第2款的规定进行下列验算：

所以，取

全截面有效，所以：

由于 所以用公式：

∴满足要求。
5) 梁的整体稳定性验算
A、
横梁平面内的稳定性验算
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002，第一段，第二段的，，
相连楔形段的长度比
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中附录D查得换算长度系数为 ，则计算长度为：

截面属于b类截面，可查得

有侧移刚架柱取，则应有：

∴满足要求。
B、考虑屋面板与檩条紧密连接，有蒙皮效应，檩条可作为横梁平面外支撑点，但为安全起见，计算按两个檩条间距考虑，即3000m，平面外稳定性根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.4之规定进行验算：取计算长度
对于第一段变截面梁3-3截面

该构件的楔率为

由于截面属于b类截面，查表得
受压区1/3高度和受压翼缘对y轴的截面性质：
受压区1/3高度为，则：

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：

取， 则：

∴满足要求。
对于第二段等截面梁12-12,13-13截面

该构件的楔率为 ，

由于截面属于b类截面，查表得

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：

取， 则：

∴满足要求。
14.5.2. 钢架柱的验算
1) 构件的截面特性
柱选用截面为 的焊接工字型截面，且为等截面柱，则：

2) 构件宽厚比验算
翼缘部分：
腹板部分：
3) 抗剪验算
柱截面最大剪力为
所以 根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.1中第6款的规定：不设支座加劲肋，

所以：

∴满足要求。
4) 弯、剪、压共同作用下的验算

根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.2中第2款的规定进行下列验算：

所以，取
又∵
∴，部分截面有效，所以：

由《钢结构设计规范》GB50017-2003中考虑屈曲后强渡的计算，

由于 所以用公式：

∴满足要求。
5) 整体稳定性验算
A、刚架柱平面内稳定性验算
因最大弯矩和最大轴力不在同一个截面，故应验算两组数据。
第一组：
柱的平面内计算长度：
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中公式6.1.3-7b可知柱的平面内计算长度系数为：

公式中K是柱的线刚度;
则：
稳定性验算

截面属于b类截面，可查得

取，则应有：

∴满足要求。
第二组：
柱的平面内计算长度：
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中公式6.1.3-7b可知柱的平面内计算长度系数为：

公式中K是柱的线刚度;
则：
稳定性验算

截面属于b类截面，可查得
取，则应有：

∴满足要求。
B、钢架柱平面外的整体稳定性验算
考虑柱间支撑作为柱的平面外支撑，所以柱的平面外验算应分上柱和下柱分别验算。
上柱平面外稳定性验算
由柱间支撑可知上柱计算长度为：
上柱最不利内力组合为：

根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.4之规定进行验算：

截面属于b类截面，查表得：
对于等截面构件 ，则 ，由强度验算可知，全截面有效，则：

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：

取，