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门式刚架设计例题 门式刚架轻型房屋钢结构图集篇一
土木工程与建筑学院
《钢结构设计》课程设计指导书 绪言课程设计目的要求
课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过《钢结构设计》课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。《钢结构设计》课程设计题目
一、设计题目
某24m跨度厂房的门式刚架设计，刚架柱、梁均采用等截面（或变截面）。
二、设计任务
1、选择钢屋架的材料；
2、柱网及屋面结构布置（包括支撑体系布置）；
3、门式刚架选型；
4、确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸；
5、钢屋盖及支撑的布置；
6、钢屋架的结构设计；
7、绘制门式刚架施工图及材料表。
三、设计资料
建造于某市的轻工厂房，建筑面积1500m2厂房平面及剖面如图所示，据生产要求无吊车，屋面采用0.6mm厚镀锌压型彩涂板，刚架柱、梁均采用等截面（或变截面），柱梁节点处为构造加腋（视为刚接，计算时可不考虑加腋之影响），柱与基础为铰接，拟在刚架平面外设柱间支撑及檩条端部隅撑，在a,b点分别提供柱梁的侧向支撑点，设计时考虑积灰荷载0.4kn/m2，该地区的基本雪压为0.5kn/m2, 基本风压为0.5kn/m2，轻质屋面，屋面活荷载取0.4kn/m2。檩条及支撑重0.2kn/m2，刚架斜梁自重0.2kn/m2；轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）0.7kn/m2。
刚架简图及其风荷载体型系数
（a）平面图（b）刚架简图（c）刚架风荷载体型系数 门式刚架设计计算
一、材料选择
刚架结构中所采用的钢材应符合国标要求，一般采用q235钢或q345钢，q345钢多用于刚架斜梁与柱，但当构件是以变形控制时应慎用。焊条可选用e43型，手工焊。
二、结构平面布置
结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。柱网布置首先应满足工艺要求，面积大的厂房考虑温度区段的控制，依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：“纵向温度区段不大于300m；横向温度区段不大于150m；当有计算依据时温度区段可适当加大”。门式刚架的柱距的选择应依据屋面的受载情况与功能要求综合确定，并应满足工艺要求，一般宜采用6-9m的柱距。柱距的选择合理与否直接影响结构单位面积的耗钢量，经济柱距的选择不应仅从刚架的用钢量进行评价，而应计及檩条与墙梁的用钢指标进行综合评估。在多跨刚架中，当由于工艺要求或建筑功能需要局部抽掉边柱或中柱时，可在相邻柱间设置托梁或托架支承。
三、门式刚架选型
刚架的选型应同时满足建筑和结构上的要求，对工业建筑如厂房、仓库等应遵循“形式服从功能”的基本原则，而对于一些民用建筑和公共建筑，刚架的选型则应服从建筑设计要求。刚架选型的内容包括跨度大小和数量的确定及刚架截面形状的选择。刚架选型考虑的主要因素包括：房屋尺寸（长、宽、高）、屋面坡度、所需柱网的柱间净距、跨度、房屋的功能要求及拟采用的屋面与墙面材料等。
单跨刚架多用于横向空间要求不太大的建筑，适用于要求无障碍工作情况下的建筑，如影剧院、体操房、机房等，一般来说，其跨度在18-36m。单跨刚架多采用焊接“工”字型截面或轧制h型截面。合理截面是依据其弯矩图确定变截面梁柱高度，此类截面用钢量较小，具有良好的经济性，但制造过程相对复杂。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。多跨刚架，亦称为连续柱刚架或多元刚架。多跨刚架从理论上讲对房屋的宽度尺寸没有限制，但当宽度超过一定限度时应设置伸缩缝。多跨刚架通常是大型建筑物的备选方案之一，多跨刚架由于使用连续刚架，因此较为经济。多跨刚架不利之处是对不均匀沉降敏感，在沉降较大的软土场上使用时应详细考察基础的沉降情况。同时，多跨刚架内柱的位置在建成后不易改变，故还应考虑未来设备布置改变的情况。多跨刚架截面选择类似于单跨刚架，但中柱一般采用等截面。
四、支撑系统
门式刚架钢结构中，支撑系统可分为屋盖水平支撑、柱间支撑及其隅撑。
支撑系统应能明确、合理简捷地传递纵向水平荷载，尽量缩短传力途径；并保证结构体系的整体稳定性，为结构和构件提供侧向支撑点；方便结构的安装；满足必要的强度、刚度要求，须具有可靠的连接。
一般情况下，门式刚架房屋均需设置屋盖横向水平支撑，以传递山墙水平风荷载，对于此类支撑的设置《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出了具体的规定。对于一些结构形式复杂的建筑，如存在局部抽柱、局部突出及平面布置不规则的结构，除设置屋盖横向水平支撑外，还需设置纵向支撑，以提高结构的整体性，同时调整刚架的内力分布。纵向支撑的设置应具有连续性，同时必须保证具有明确的传力路径。柱间支撑一般应设置在柱列的中部。柱顶水平系杆需设计成刚性系杆，以便将屋盖水平支撑所承受的荷载传递到柱间支撑上。如建筑物较长，可增设柱间支撑。当有两道柱间支撑时，宜分别放在纵向1/3处。
隅撑是实腹式门式刚架轻型号钢结构房屋中特有的构件。隅撑设置在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间。对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。
五、檩条与墙梁
檩条的布置较为简单，当跨度不超过9.0m时，通常檩条直接搁置在刚架斜梁上，并通过檩托与斜梁连接。当刚架间距即檩条跨度较大时（如超过12.0m），若两端仍采用斜梁支承，则可能导致设计不经济，此时可考虑增设托梁、斜梁或增设檩条梁、次梁以减小檩条跨度。檩条的间距依屋面板材料的力学性能和屋面荷载的大小而定，一般在1.0-1.5m范围内。在檩条间应根据檩条跨度设置拉条和撑杆等构件。墙梁的布置原则与檩条类似，此不赘述。
六、分析模型的建立
刚架的内力分析与设计是基于初步设计确定的结构体系建立力学模型，计算结构构件的内力与变形，根据内力分析结果校核构件的承载力，并对刚架的节点进行设计和验算。力学计算模型涉及的内容包括构件单元类别的确定、节点定义、几何模型的建立、荷载的取值与导算、荷载组合、分析方法的选择等；构件和节点设计主要内容为构件的承载力、变形及稳定性验算，并依据选择的构件截面设计节点，校核节点承载力。门式刚架系超静定结构，内力计算一般采用弹性分析方法。门式刚架结构的内力分析依据结构布置情况的规则性与复杂程度的不同，可采用简化的平面结构或考虑空间整体作用建立计算模型。一般情况下，结构平面布置较规则、构件分布对称，刚架无局部不规则的夹层与凸起，所受外部荷载较为均匀，则可简化为平面结构计算刚架的内力。当结构平面布置或竖向布置呈不规则时，或受载情况复杂等条件下，如按传统的平面门式刚架简单分析，其结构走出工程设计允许误差范围，且情况复杂时简化工作更是困难，尤其是对于纵向水平支撑与屋面系统的简化，此时应采用空间结构进行计算。（1）几何尺寸的确定
建立几何模型涉及的主要尺寸有：刚架的跨度、柱距、刚架高度、屋面坡度。刚架的跨度可定义为横向刚架柱轴线间的距离，对变截面柱其轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。
刚架柱距取相邻刚架横向轴线间的距离。
刚架的计算高度为自柱底至刚架斜梁轴线与柱轴线交点处的长度。对变截面刚架斜梁，其轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平等的轴线。门式刚架的脊顶高度可依据檐口处的高度与屋面坡度在建模型时自动推算出。（2）构件单元类别与节点类型的定义
当采用平面刚架建模时，涉及的主要构件为刚架斜梁与柱，而采用空间计算模型时，除上述单元外还包括屋盖支撑系统、柱间支撑、刚性系杆等。有些较为复杂的结构可能还包括平台、雨篷及托架或托梁等。下表列出了门式刚架结构常用单元与节点类型的定义。构件名称
单元类别
连接节点类别
主刚架
梁
梁单元
两端均为刚接
柱
与基础连接端铰接、与梁连接端刚接 墙架柱
梁单元
两端均为铰接，且与刚架斜梁连接端释放竖向约束
水平支撑
压杆
拉压二力杆
两端铰接
交叉杆
拉杆单元
柱间支撑
压杆
拉压二力杆
两端铰接
交叉杆
刚性系杆
拉压二力杆
两端铰接
托架
弦杆
梁单元
两端铰接
腹杆
拉压二力杆
雨篷梁
梁单元
一端刚接、一端悬臂
（3）截面的初步选择
主刚架构件可采用轧制或焊接形成的h型钢、工字钢、槽钢等。建立计算模型时必须初步确定构件的截面尺寸，选择截面时必须保证构件各板件的尺寸能满足基本构造要求，以保证构件整体稳定与局部稳定的前提，主要由构件的长细比与宽厚比（或高厚比）确定。下表给出了受压与受拉构件的长细比限值。主刚架构件截面一般由稳定控制，其长细比取值不宜太高。受压构件长细比限值 构件类别
长细比限值
备注
主要构件
180
在永久荷载与风荷载组合作用下受压构件，其长细比不宜大于250
其他构件、支撑与隅撑
220
受拉构件长细比限值 构件类别
受静态荷载或间接承受动态荷载的结构
直接承受动态荷载的结构
桁架构件
350 250
吊车梁与吊车桁架以下的柱间支撑
300--
其他支撑（张紧的圆钢或钢铰线支撑除外）
400--
初选刚架斜梁、柱截面的高度和宽度时，可参考相关资料或已建成的类似结构，结合拟分析结构的跨度、高度及荷载情况估算。一般斜梁截面的高度可取跨度的1/20-1/55，柱截面高度取柱高的1/10-1/20，上述取值区间较大，当跨度或荷载较大时可取较大值。截面高度与宽度之比h/b可取2-5，刚架柱为压弯构件，其h/b可取较小值，但有的梁端为了与柱连接（竖板连接）梁端可取h/b≤6.5。（4）建立分析模型
建立分析模型的主要工作是依据初选的构件断面及构件的受力特点，利用有限元软件分析模型中之几何模型，并定义结构的材料属性。
建立分析模型要解决的关键问题是确定拟分析结构所需建立模型的类别，即是建立简化的平面结构模型还是空间整体模型。
采用平面模型分析时一般应将整体结构简化为横向平面刚架体系和柱间支撑体系。横向水平刚架承受跨间的全部竖向荷载和横向水平荷载，柱间支撑体系承担纵向水平荷载，包括屋盖支撑和柱间支撑两部分。对于可简化为平面模型分析的门式刚架结构，应根据各刚架的受载情况和截面特征选择典型刚架进行内力分析，由于横向风荷载在纵墙中部和靠近山墙端分布存在差异，因此在各开间尺寸相等且竖向荷载等值均匀的结构中，至少应分析三榀刚架的内力。
采用空间模型时，通常是根据结构布置图，选择其中的主要受力构件建立有限元分析模型。空间模型中应包括的主要构件有刚架斜梁、刚架柱、屋盖支撑、柱间支撑、刚性系杆及山墙墙架柱或山墙构架系统，对于存在平台或吊车的结构，平台与吊车梁是否应在模型中反映或简化为相应的荷载则需视具体情况确定。空间模型中一般不建入檩条与墙梁单元，而是将屋面荷载和墙面荷载等价作用在刚架系统中。
七、荷载和内力计算
（一）荷载计算
设计门式刚架结构所涉及的荷载，包括永久荷载和可变荷载。（1）永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、场面构件和刚架自身等。（2）可变荷载 屋面活荷载
当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布括荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kn/m2；对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取0.3kn/m2。设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载（人和小工具的重力），其标准值为1kn。
屋面雪荷载和积灰荷载
屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应按《荷载规范》的规定采用，设计屋面板、檩条时并应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低跨连接处等的荷载增大系数或不均匀分布系数。吊车荷载
包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载，按照《荷载规范》的规定采用。地震作用
按现行国家标准《建筑抗震设计规范》gb50011-2001的规定计算。风荷载
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录a的规定，垂直于建筑物表面的风荷载可按下列公式计算：
（二）荷载效应组合
荷载效应的组合一般应顺从《荷载规范》的规定。针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出下列组合原则：
（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；（2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；
（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑：（4）多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；
（5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。在进行则架内力分析时，所需考虑的荷载效应组合主要有：（1）1.2×永久荷载+ 0.9×1.4×（积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}）+0.9×1.4×（风荷载+吊车竖向及水平荷载）；（2）1.0×永久荷载+ 1.4×风荷载
组合（1）用于截面强度和构件稳定性计算。在进行效应叠加时，起有利作用者不加，但必须注意所加各项有可能同时发生。为此，不能在计入吊车水平荷载效应的同时略去竖向荷载效应。组合（2）用于锚栓抗拉计算，其永久荷载的抗力分项系数取1.0。当为多跨有吊车框架时，在组合（2）中还应考虑邻跨吊车水平力的作用。
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7度而风荷载标准值大于0.35kn/m2，或抗震设防烈度为8度而风荷载标准值大于0.45kn/m2时，地震作用的组合一般不起控制作用。
八、杆件截面设计
刚架截面校核包括：刚架柱与斜梁两部分。由于受压强度验算按有效净截面，稳定性验算要采用有效截面，因此在校核截面承载力前需确定构件的有效截面。
刚架柱为压弯构件，主要承受弯矩、轴力作用，剪力一般相对较小。压弯构件截面承载力的验算包括强度验算和稳定性验算，其中稳定性验算可分为整体稳定性验算与局部稳定性验算。按弹性状态设计式，局部稳定性验算多由构件的板件的宽厚比或高厚比控制。整体稳定性可分为平面内稳定与平面外稳定两种情况。
实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外按压弯构件计算稳定性，强度与稳定计算可参照压弯刚架柱的计算公式。实腹式斜梁的出平面计算长度，应取侧向支撑点的距离；当斜梁两翼缘侧向支撑点间距离不相等时，应取较大受压翼缘侧向支撑点的距离。当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上。
九、节点设计
节点设计内容包括：刚架斜梁与柱的连接、斜梁的拼接和脊节点的连接及柱脚的连接。节点设计要求构件受力明确，传力路径清晰，计算模型与其实际受力状态相一致。
十、施工图
施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。
1．施工图通常采用两种比例尺绘制。屋架杆件的轴线一般用1：20～1：30，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺绘制。对重要节点和特殊零部件还可加大些，以清楚地表达节点的细部尺寸。
2．施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。定位尺寸主要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离、轴线至角钢肢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。
3．施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。
4．施工图上还应有文字说明。其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。
十一、参考资料 1．中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范（gb50017-2003）．中国建筑工业出版社，2003 2.中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范(gb50009-2001).中国建筑工业出版社,2006 3.中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(gb50011-2001).中国建筑工业出版社, 2001 4.中华人民共和国国家标准.冷弯薄壁型钢结构技术规范(gb50018-2002).中国计划出版社, 2002 5.中国工程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(cecs102：2002).中国计划出版社, 2003 6.陈绍蕃顾强主编．钢结构(上册钢结构基础).中国建筑工业出版社，2007 7.陈绍蕃主编．钢结构(下册房屋建筑钢结构设计).中国建筑工业出版社，2007 8.董军,曹平周.钢结构原理与设计.中国建筑工业出版社，2008 9.魏明钟主编.钢结构(第二版).武汉理工大学出版社,2006
门式刚架设计例题 门式刚架轻型房屋钢结构图集篇二
宁波某轻型钢结构门式刚架厂房毕业设计
专业：土木工程 姓名：张骁 学号：3020913094
指导教师：吴姗姗，查支详
前 言
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。
本组毕业设计题目为《宁波市某厂房设计》。在毕业设计设前期，我温习了《房屋建筑学》、《结构力学》、《钢结构设计》等知识，并借阅了《钢结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《建筑地基基础设计规范》、《轻型钢结构设计手册》等规范。在毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计，本组在校成员齐心协力、分工合作，发挥了大家的团队精神。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。
毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了word,excel。在绘图时熟练掌握了autocad，天正，pkpm，sts，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。
轻型门式刚架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。
二零零六年六月十五日
内容摘要
本设计主要进行了结构方案中横向框架2、3、7、8轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。
关键词： 框架
结构设计
抗震设计
abstract
the purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 2、3、7、 the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different the internal force(bending moment, shearing force and axial force)in the structure under the horizontal loads can be easily the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the ds : frames, structural design,anti-seismic design
毕业设计进度计划安排:
第三周 组成设计组，查阅资料，搜集规范。第四周 熟悉autocad,天正软件。
第五周 绘制建筑平、立、剖面及建筑详图。第六周 确定建筑方案，构思结构布置。
到七周 结构方案布置，熟悉结构分析计算软件pkpm。第八周 选择梁柱截面，荷载分析和组合。第九周 内力和变形计算。
第十周 构件设计，构件验算，基础设计。第十一周 中期报告与检查。
第十二周 熟悉有限元软件ansys（选做）
第十三到十六周 编制完成设计计算书，绘制施工详图，毕业设计文档整理，为答辩做准备。
目录
第一部分：工程概况…………………………………………………………1 建筑地点、建筑功能、建筑类型、建筑介绍、门窗使用、地质条件 ……………………1
柱网与层高 ………………………………………………………………………1 框架结构承重方案的选择 ………………………………………………………2 框架结构的计算简图 ……………………………………………………………2 梁、柱截面尺寸的初步确定 ……………………………………………………3
第二部分：框架侧移刚度的计算…………………………………………5 横梁、纵梁、柱线刚度的计算 …………………………………………………5 各层横向侧移刚度计算 …………………………………………………………6 各层纵向侧移刚度计算…………………………………………………………12
第三部分：重力荷载代表值的计算 ……………………………………13
资料准备…………………………………………………………………………13 重力荷载代表值的计算…………………………………………………………14
第四部分：横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算……23
横向自振周期的计算……………………………………………………………23 水平地震作用及楼层地震剪力的计算…………………………………………24 多遇水平地震作用下的位移验算………………………………………………27 水平地震作用下框架内力计算…………………………………………………28
第五部分：竖向荷载作用下框架结构的内力计算…………………32
计算单元的选择确定……………………………………………………………32 荷载计算…………………………………………………………………………33 内力计算…………………………………………………………………………40 梁端剪力和柱轴力的计算………………………………………………………45 横向框架内力组合………………………………………………………………46 框架柱的内力组合………………………………………………………………54 柱端弯矩设计值的调整…………………………………………………………57 柱端剪力组合和设计值的调整…………………………………………………60
第六部分：截面设计…………………………………………………………62
框架梁……………………………………………………………………………62 框架柱……………………………………………………………………………68 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算……………………………………………78
第七部分：楼板设计…………………………………………………………82
楼板类型及设计方法的选择……………………………………………………82 设计参数…………………………………………………………………………82 弯矩计算…………………………………………………………………………83 截面设计…………………………………………………………………………87
第八部分：楼梯设计…………………………………………………………91 设计参数…………………………………………………………………………91 楼梯板计算………………………………………………………………………91平台板计算………………………………………………………………………93平台梁计算………………………………………………………………………94
第九部分：框架变形验算…………………………………………………96
梁的极限抗弯承载力计算………………………………………………………96 柱的极限抗弯承载力计算………………………………………………………97 确定柱端截面有效承载力mc……………………………………………………98 各柱的受剪承载力vyij的计算 …………………………………………………99 楼层受剪承载力vyi的计算……………………………………………………100 罕遇地震下弹性楼层剪力ve的计算 …………………………………………101 楼层屈服承载力系数ξ
yi的计算………………………………………………101
层间弹塑性位移验算 …………………………………………………………103
第十部分： 科技资料翻译………………………………………………104
科技资料原文 …………………………………………………………………104 原文翻译 ………………………………………………………………………113
第十一部分：设计心得……………………………………………………120 参考资料 …………………………………………………123
第一部分：工程概况
建筑地点：宁波市
建筑功能：某集团拟建设一单层轻型钢结构厂房，拟做检
测产品用。
建筑类型：单层轻型门式钢结构。
建筑介绍：建筑总面积约3000平方米，跨度为2×15m，设置3吨单轨吊车，柱网间距6.0米，建筑平、立、剖面图详见建施图。屋面板采用彩色压型钢板（双波型w-600，岩棉填充），外墙板采用彩色压型钢板夹聚苯乙烯保温板，外墙底部采用陶粒混凝土空心砌块，内墙采用轻质隔墙。
门窗使用：
地质条件：经地质勘察部门确定，此建筑抗震设防烈度为6度，场地为2类，地面粗糙度b。
柱网与层高：本厂房为单层厂房，采用柱距为6m，跨度为2
×15m，在10轴和11轴处设置一道宽30mm伸缩缝，如下图所示：
门式刚架设计例题 门式刚架轻型房屋钢结构图集篇三
在不同规范要求下厂房风荷载计算的讨论
张鹏 马军
（中机十院国际工程有限公司 北京100083）
摘要：本文根据《建筑结构荷载规范gb50009-2012》与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程cecs102:2002》风荷载的不同要求分别对柱脚刚接及铰接两种型式的门式刚架进行计算。分析讨论了两本规范计算结果的差异，对设计时采用何种规范进行计算提出建议。
关键词：门式刚架 风荷载 比较
门式钢架轻型钢结构房屋具有用钢量小、造价低廉、建造工期短的优点。自从《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》2002年发布后，门钢结构广泛使用于工业厂房、仓库、农贸市场、体育场馆等领域。但是随着结构使用时间增长，各种极端天气状况逐渐经历，也出现了不少例局部破坏甚至倒塌的恶性事故。门式钢架轻型钢结构房屋一般采用轻质屋面及墙面材料，自重较轻，对外界荷载较敏感。比如《建筑结构荷载规范gb50009-2012》7.1.2条，“对雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压”就是针对门式钢架轻型钢结构房屋提出的要求。因此设计时考虑稍有不周就有可能出现严重的后果。虽然规范中并没有对风荷载提出需要特别加强的要求，但是笔者认为还是应该对风荷载的计算有足够的重视。
1.不同规范对于风荷载计算的不同要求
《建筑结构荷载规范gb50009-2012》（文中简称“荷载规范”）与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程cecs102:2002》（文中简称“门钢规程”）均有风荷载的计算要求，但计算公式及参数取值不尽相同。特别是对于风荷载体形系数两本规范取值相差较大。下面以封闭式双坡屋面结构体型进行比较。
1.1 荷载规范第8.3节表8.3.1项次2 柱：迎风面μs=+0.8，背风面μs=-0.5 梁：迎风面μs=-0.6，背风面μs=-0.5 1.2 门钢规程附录a表a.0.2-1中间区 柱：迎风面μs=+0.25，背风面μs=-0.55 梁：迎风面μs=-1.0，背风面μs=-0.65 1.3 荷载规范与门钢规程的体形系数比较
对于柱：荷载规范的μs是门钢规程的μs的1.63倍（（0.8+0.5）/（0.25+0.55））。
对于梁：荷载规范的μs是门钢规程的μs的0.67倍（（0.6+0.5）/（1.0+0.65））。
初步比较可见，使用荷载规范计算时柱偏于安全，使用门钢规程计算时梁偏于安全。由于结构所
受荷载不仅仅为风荷载，还有恒载、活载、吊车荷载等多种作用。应将两本规范求得的风荷载设计值与恒活荷载进行组合计算，综合比较才能得出比较科学的结论。本文通过多个实例进行计算分析，以比较风荷载作用如何取值才更为安全可靠。
2.计算实例
2.1 实例一：无吊车单跨厂房 2.1.1 基本参数
钢架间距6m，檐口标高9m，钢架跨度24m，单跨双坡屋面，屋面坡度5%，封闭式建筑，柱底铰接，屋面恒载0.3kn/m，屋面活载（与雪荷载组后后）0.5kn/m，基本风压分别取0.35kn/m与0.7kn/m两种情况，地面粗糙度类别为b。
2.1.2 计算模型及主要结果
基本风压取0.35kn/m时的按荷载规范及门钢规程计算所得弯矩包络图依次见图2.1a及2.1b，基本风压取0.7kn/m时的按荷载规范及门钢规程计算所得弯矩包络图依次见图2.1c及2.1d。
图2.1a
图2.1b 张鹏（1981~），男，陕西礼泉，工程师，从事结构工程设计，（电子信箱）zjyyzhangpeng@
别为b。
3.1.2 计算模型及主要结果
基本风压取0.35kn/m时的按荷载规范及门钢规程计算所得弯矩包络图依次见图3.1a及3.1b，基本风压取0.7kn/m时的按荷载规范及门钢规程 计算所得弯矩包络图依次见图3.1c及3.1d。
图2.1c
图2.1d 2.2 结果比较 经过以上计算可知：
（1）风压0.35kn/m时，荷载规范计算的柱顶弯矩（271）较门钢规程计算的柱顶弯矩（260）大约4%。
（2）风压0.7kn/m时，荷载规范计算的柱顶弯矩（282）较门钢规程计算的柱顶弯矩（260）大约8%。（3）风压0.35kn/m与风压0.7kn/m时，门钢规程计算的柱顶弯矩最大值均为260.2。
（4）门钢规程计算所得的梁跨中向上弯曲的弯矩均比荷载规范计算的大，但远小于梁跨中向下弯曲的弯矩。
2.3结果分析
对于柱顶弯矩：风压较小时，门钢规程仅比荷载规范计算所得小不足5%，两本规范计算均不会有太大区别。但是随着风压的增大，两本规范计算值差距会逐渐增大，当风压达到0.75时，门钢规程比荷载规范计算所得小8%有余，已经可能影响到了结构的安全储备。
对于梁柱弯矩：由于屋面恒活荷载组合下始终为控制组合，风荷载对梁的上弯作用不起控制作用。在按门钢规程要求设置隅撑后，均能很好的满足设计要求。
3.1 实例二：5t吊车单跨厂房 3.1.1 基本参数
钢架间距6m，檐口标高9m，钢架跨度24m，单跨双坡屋面，屋面坡度5%，封闭式建筑，柱底刚接，设置有5t单梁吊2台，屋面恒载0.3kn/m，屋面活载（与雪荷载组后后）0.5kn/m，基本风压分别取0.35kn/m与0.7kn/m两种情况，地面粗糙度类22
222
图3.1a
图3.1b
图3.1c
图3.1d
3.2结果比较 经过以上计算可知：（1）
风压0.35kn/m时，荷载规程计算的柱脚
最大弯矩（-208.4）均较门钢规程计算的柱脚最大弯矩（-197.3）大5.6%。（2）
风压0.7kn/m时，荷载规程计算的柱脚
最大弯矩（-219.6）均较门钢规程计算的柱脚最大弯矩（-197.3）大11%。
张鹏（1981~），男，陕西礼泉，工程师，从事结构工程设计，（电子信箱）zjyyzhangpeng@（3）（4）两种风压情况下，荷载规程与门钢规程门钢规程计算所得的梁跨中向上弯曲的1万小莉.门式刚架轻钢结构风荷载计算的讨论,工业建筑，2007增刊
2轻型钢结构设计手册(第二版).中国建筑工业出版社,2006
3门式钢架轻型房屋钢结构技术规程cecs 102:2002 中国计划出版社 计算的柱顶弯矩均相同（-293）。
弯矩均比荷载规范计算的大，但远小于梁跨中向下弯曲的弯矩。
3.3结果分析
对于柱脚弯矩：风压较小时，门钢规程仅比荷载规范计算所得小不足5%，两本规范计算均不会有太大区别。但是随着风压的增大，两本规范计算值差距会逐渐增大，当风压达到0.7kn/m2
时，门钢规程比荷载规范计算所得小11%有余，已经可能影响到了结构的安全储备。
对于梁柱弯矩：由于屋面恒活荷载组合下始终为控制组合，风荷载对梁的上弯作用不起控制作用。在按门钢规程要求设置隅撑后，均能很好的满足设计要求。结论
虽然门钢规程在附录a的条文说明中阐述了多数情况下按照荷载规范要求计算较按门钢规程计算不利，但根据本文比较发现，在某些情况下按荷载规范计算又是偏于安全的。
对于柱脚铰接无吊车的轻钢厂房，当风压较大地区，特别是沿海、高海拔地区，在设计柱脚铰接的单跨、多跨轻钢厂房时，按照门钢规程计算的柱顶弯矩偏小较多，应用荷载规范进行风荷载作用效应的校核。厂房的跨度越小、檐口高度越高越应引起足够的重视。
对于柱脚刚接的轻钢厂房，当吊车吨位较小时，风荷载作用下柱脚产生的弯矩占总弯矩比例越大。此时按照门钢规程计算的柱脚弯矩较小，甚至有可能较荷载规范计算值小10%以上。厂房的吊车吨位越小、檐口高度越高越应引起足够的重视。
本文计算结果比较中未涉及柱脚剪力的讨论，并不是说两本规范计算所得的剪力相差不大。由于厂房侧墙风荷载体形系数的差异，引起两本规范计算所得的柱脚剪力差异明显。但是设计时，锚栓式柱脚一般均设有抗剪键，因此均能满足两本规范的设计要求。
对于部分封闭的厂房，屋面风吸力的体型系数较大，对于恒载较小的轻钢厂房，很有可能出现风吸力作用下梁组合弯矩大于恒活荷载作用下的梁组合弯矩。此时对梁的平面外支撑体系的设计应引起足够的重视。
参考文献
张鹏（1981~），男，陕西礼泉，工程师，从事结构工程设计，（电子信箱）zjyyzhangpeng@
门式刚架设计例题 门式刚架轻型房屋钢结构图集篇四
门式脚手架计算书
1.计算说明 1.1概况：
工程项目：京广客专信阳东站 门架高度：8.8m5层 工程内容：站台雨棚吊顶
1.2本工程采用门式脚手架规格如下：
水平架5步4设，脚手板5步1设，交叉拉杆两侧设置，剪刀撑4步4跨设置，水平加固杆4步1设，脚手架顶部施工层采用密目安全网进行封闭，目数不少于2000目/㎡，自重标准0.5kg/m。
2.根据上述条件进行脚手架稳定性计算 2.1 脚手架自重产生的轴向力ngk1计算
门架1榀18.6*9.8*10-3=0.182kn 交叉支撑2副4*9.8**10-3=0.078kn 水平架（5步4设）16.5*9.8*4/5**10-3=0.129kn 脚手板2块（5步1设）0.184*2*1/5=0.074kn 连接棒2个6*2*10-3=0.012kn
锁臂2副0.0085*2=0.017kn 合计0.492kn
每米高脚手架自重：ngk1=0.492/1.72=0.286kn 2.2 加固杆、附件产生的轴向力ngk2计算 tgɑ=4*1.7/(4*1.83)=0.93 对应cosɑ=0.7
32钢管重（2*1.83/0.732+1.83）*0.038=0.18kn 扣件重1*0.0135+4*0.0145=0.072kn
每米高脚手架加固件重（0.18+0.072）/（4*1.7）=0.037kn 密目网重0.5*9.8*10-3=0.005kn/m
加固杆、附件产生的轴向力ngk2=0.037+0.005=0.042kn/m 2.3 施工荷载产生的轴向力标准值 n标准=2*1*1.83=3.66kn
2.4 风荷载对脚手架产生的计算弯矩标准值（倾覆力）
根据顶部施工层使用密目网，偏于安全考虑，按不透风的全封闭情况，查表知风荷体型系数，µ8=1.0ψ=1.0风荷载标准值
wk=0.7µz.* µ8=0.7*1.23*1.0*0.45=0.387kn/㎡ 作用于脚手架计算单元的风线荷载标准值 qk= wk*l=0.387*1.83=0.708kn/m
风荷载时脚手架计算单元产生的弯矩标准值 mk=0.708*62/10=2.549kn.m
2.5 计算脚手架稳定性n≤nd，则脚手架稳定，根据规范规定，作用于一榀门架的最大轴向力设计值应对不组合风荷与组合风荷两种情况进行计算，取两种工况计算结果的大者作为不利轴向力。不组合风荷载时
n=1.2*（ngk1+ ngk2）h+1.4 n*8.8+1.4*3.66=8.59kn 组合风荷载时
n=1.2*（ngk1+ ngk2）h+0.85*1.4*（n标准+2 mk/b）
=1.2*（0.286+0.042）*8.8+0.85*1.4*（3.66+2*2.549/1）=13.89kn 由此看出以上两种组合时，组合风荷载时得到一榀门架的最大轴向力。
一榀门架的稳定承载力设计值nd，根据门架型号和尺寸，已知 门脚平架钢管￠48*3.5mm，a1=489mm2h0=1700mmi0=12.19*104mm4
门架加强杆钢管￠48*3.5mm，h1=1700mmi1=12.19*104mm4 门架加强杆换算截面惯性矩
i= i0+ i1 h1/ h0=12.19*104+12.19*104*1700/1700=24.38*104 mm4 门架加强杆换算截面回转半径
i=（i/a1）1/2=（24.38*104/489）1/2=22.33mm 门架立杆长细比：根据h=8.8m查表知系数k=1.22 λ=k* h0/ i=1.22*1700/22.33=92.88 查表知轴心受压构件稳定系数φ=0.294
标准
=1.2*（0.286+0.042）
一榀门架的稳定承载设计值
nd=φ.a.f=0.294*489*2*205*10-3=58.944kn＞n=13.89kn 满足要求。3.底轮的固定
施工时，门式脚手架底轮用固定支架固定架空，使脚手架受力在固定支架上，固定支架的受力同一榀门架的稳定承载，计算同上。
门式刚架设计例题 门式刚架轻型房屋钢结构图集篇五
摘要：自《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（cecs102：98）公布已来，此类工程发展很快，但也陆续听到一些令人不安的情况。去年雨水较大，降雪较多，有些地方雪特别大，结构被压坏恐怕很难避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。另外，也看到一些工程，有的框架梁太细，令人担心，遇到大雪很可能出问题。有的骨架立起来摇摇晃晃，没有支撑，说装上墙板就好了，好象有了墙板就可以不要支撑。现在排架多起来。用钢筋砼柱、轻钢梁，造价较低，但有的严重不合规定。以下就轻钢结构设计及施工谈自己的几点体会。
关键词：门式刚架钢结构
一、设计方面
1.屋面活荷载取值
框架荷载取0.3kn/m2已经沿用多年，但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载要提高到0.5kn/m2.《钢结构设计规范》规定不上人屋面的活荷载为0.5kn/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kn/m2，与钢结构设计规范保持一致。国外这类，要考虑0.15-0.5n/m2的附加荷载，而我们无此规定，遇到超载情况，就要出安全问题。设计时可适当提高至0.5kn/m2.现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有人为减少荷载情况，应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“偷工减料”。
2.屋脊垂度要控制
框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否要验算跨中下垂度？过去不明确，可能不包括屋脊点垂度。现在应该是计算的。一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小，脊点下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。本人有此想法，刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时（例如使坡度小于1/20），要验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。
3.钢柱换砼柱
少数设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很并，在外力作用下很容易松动和破坏。有些设计，在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成砼柱，而梁截面不变。应当指出，砼柱加钢梁作成排架是可以的，但将刚架的钢柱换成砼柱，而钢梁不变，是不行的。由于连接不同，构件内力也不同，要的工程斜梁很细，可能与此有关。
4.檩条计算不安全
檩条计算问题较大。檩要是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能象热轧型钢那样全截面有效。有效宽度理论是在《冷弯薄壁型钢构件技术规范》（gb50018－2002）中讲的，有的设计人员恐怕还不了解，甚至有些设计软件也未考虑。但是，设计光靠软件不行，还要能判断。软件未考虑的，自己要考虑。再有，设计人员往往忽略强度计算要用净断面，忽略钉孔减弱。这种减弱，一般达到6-15%，对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。《规范》4.1.8、9条规定：“结构构件的受拉强度应按净截面计算；受压强度应按有效截面计算；稳定性应按有效截面计算。变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。有的单位看到国外资料中檩条很薄，也想用薄的。国外檩条普遍采用高强度低合金钢，但我国低合金钢q345的冲压性能不行，只有用q235的。国外是按有效截面计算承载力的。如果用q235的，又想用得薄，计算时还不考虑有效截面，荷载稍大时檩条就要垮。
二、施工方面
1.柱子拔出
有的刚架在大风时柱子被拔起，这是实际中常出现的事故。主要原因不是刚架计算失误，而且设计柱间支撑时，未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时，只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载，支撑传给柱脚的拉力很大，而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施，很可能将柱子拔起。，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，在柱脚应考虑抗拔构造，例如锚栓端部设锚板等。
2.没有柱间支撑
这种情况最近较多，这样肯定不行。目前没有任何一本规范允许不设支撑。特别是柱间支撑，受力较大，绝不能省略。
3.端板合不上
端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严，而腹板与端板间夹角又，有的工程两块端板完全对不上，合不起来。强行用螺栓拉在一起，仍留下很宽缝隙，严惩影响工程质量。
4.锚栓不铅直
框架柱柱脚底板水平度差，锚栓不铅直，柱子安装后不在一条直线上，东倒西歪，使房屋外观很难着，这种情况不少。锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平，再用用无收缩砂浆二次灌浆填实。
5.保温材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐渐渗入，为保温村所吸收。今年冬季落雪多次，迁延时间较长。屋面的设计荷载很小时，当吸水量达至一定程序，超过了结构的承载能力，就要倒塌。
6.保温材料安装混乱
保温材料一般采用玻璃棉，其厚度根据热功计算确定。正规做法是采用背面带铝箔隔汽层的玻璃棉，有的不用铝箔，用牛皮纸，我不清楚牛皮纸是否可作隔汽层，如果可以，也比不用任何隔汽层好。防止冷凝水向室内滴水，是房屋的使用要求之一。有人以为铝箔只是为了美观，或承受拉力，实际上它的主要作用是作隔汽层。承受悬挂时的拉力还可以用玻璃纤维布或钢丝网。现在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽层。另外，当采用内层钢板吊顶时，不是将保温卷材压在檩条上，而是为了施工方便，将保温材剪断，放在檩条之间的吊顶上，形成冷桥。某工程在这样处理的同时，又将吊顶钢板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作业时，将周边门窗关闭，由于室内外温差大，大量水汽在屋顶凝集，由吊顶钢板搭接处流下，形成了“外面不下里面下”的状况，使工程不能交工。经验告诉我们，当保温卷材有隔汽层并保持接缝处密封时，卷材是干燥的，无隔汽层时卷材是湿的。在水份的长期浸泡下，随着时间的推移，保温棉将被逐渐压实，最终失去应有的保温作用，因此安装方法是否正确，关系很大。
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