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1、1设计资料某厂房坐落于宁波市郊区，以生产节能灯具为主，无吊车起重要求。厂房刚架长120m、跨度30.4m，刚架间距7.9m，刚架柱高10.4m，屋面坡度为1:12，屋面材料为彩钢夹心板，檩条为卷边槽钢，檩条间距1.4m，钢材为Q235钢。2刚架形式采用变截面梁柱刚架，如图1-29所示。3荷载1)永久荷载（沿水平投影面的标准值）彩钢夹心板 0.15 kN/m2刚架、檩条及支撑重 0.25 kN/m2吊顶荷载 0.10 kN/m2合 计 0.50 kN/m2 2)可变荷载（标准值）活荷载和雪载（二者相等）中的较大值 0.30 kN/m2 基本风压值 0.50 kN/m2 在风荷载的计算中，按门式刚
2、架轻型房屋钢结构技术规程的规定，当高度大于10m时按10m取风荷载高度变化系数，地面粗糙度按B类取值，=1.01；风荷载体型系数按封闭式中间区域取值，见图1-30。 图1-30 风荷载体型系数4刚架设计1)各部分承受的荷载根据荷载计算中的荷载选取，刚架承受三种荷载：永久荷载、活荷载和风荷载，如图1-33所示。其中永久荷载：标准值 =0.507.9=3.95kN/m 设计值 =1.23.00=4.74kN/m可变荷载：标准值 =0.307.9=2.37.kN/m 设计值 =1.42.37=3.32kN/m风荷载： 标准值 设计值 折合成均布荷载，设计值为： =0.7070.257.9=1.49k
3、N/m =0.7071.007.9=5.59kN/m =0.7070.657.9=3.65kN/m =0.7070.557.9=3.07kN/m图1-33 刚架荷载2)荷载组合组合（一）：永久荷载可变荷载组合（二）：永久荷载风荷载组合（三）：永久荷载0.85（可变荷载风荷载）3)刚架截面初选首先根据刚度要求选择截面，刚架横梁截面高度一般为跨度的1/301/45，该厂房的跨度为30.4m，取梁的高度1000mm。刚架采用等截面梁、楔形柱，初选刚架梁的截面为H1000200812如图1-34a所示，楔形柱大头截面同横梁，小头截面为H500200812（图1-34b），梁柱的截面特性为：图1-34
4、刚架梁柱截面横梁及楔形柱的大头：mm2 mm4 mm4 mm3 mm3 mm mm楔形柱的小头：mm2mm4 mm4 mm3 mm3 mm mm在楔形柱中由式(1-12)，得楔形柱的等效惯性矩系数楔形柱的等效惯性矩为mm44)刚架内力计算由式(1-13)式(1-15)及表1-6a或其它计算方法可得刚架在不同荷载时的内力。计算表明，公式计算与精确法计算的结果误差较小，可用于工程计算。表1-15列出了刚架内力和位移计算结果。刚架内力和位移计算值 表1-15 构件内力 位移永久荷载可变荷载风荷载控制值组合项端 (kN)-72.05-50.46.80.33-122.51+ (kN)-25.8-18.0
5、722.31-43.87+(kNm)0000+端 (kN)-72.05-50.4680.33-122.51+ (kN)-25.8-18.0722.31-43.87+(kNm)-273.8-191.8383.32-465.6+端 (kN)-31.7-22.238.04-53.9+ (kN)69.748.871.26118.5+(kNm)-273.8-191.8383.32-465.6+端 (kN)-25.8-18.0836.14-43.87+ (kN)-2.131.511.7-0.62+(kNm)246.5172.7-231.6419.2+端 (kN)-25.8-18.0836.14-43.87
6、+ (kN)2.13-1.51-1.70.62+(kNm)246.5172.7-231.6419.2+端 (kN)-31.7-22.238.04-53.9+ (kN)-69.7-48.871.25-118.5+(kNm)-273.8-191.8154.85-465.6+端 (kN)-72.05-50.4638.04-122.51+ (kN)25.818.0730.74-43.87+(kNm)-273.8-191.8154.85-465.6+端 (kN)-72.05-50.4680.33-122.51+ (kN)25.818.0722.31-43.87+(kNm)0000+荷载标准值下的位移(m
7、m)（水平）-3.59-2.168.314.72+（竖向）0.0130.0190.01632.14+（水平）3.592.164.379.14+0.85(+)由表中可以看出，刚架内力和横梁跨中节点竖向位移由第一种组合（永久荷载可变荷载）控制，柱顶位移由自重及风荷载控制。5)刚架截面验算刚架梁强度验算抗剪验算由表中刚架内力，刚架梁承受的最大剪力=118.5kN在刚架梁中，梁、柱构件除支座位置外一般不设加劲肋，由式(1-39)，=5.34由式(1-38)，得由式(1-35)得腹板屈曲后抗剪强度设计值N/mm2由式(1-34)，得腹板抗剪承载力设计值为=9768125=976000N=976kN满足要
8、求在剪力、弯矩和轴向压力共同作用下的强度验算刚架梁在梁柱节点处的内力为其控制内力=118.5kN =-53.9kN =-465.6kNm因，应按式(1-60)进行强度验算。刚架梁的有效截面计算刚架梁腹板的有效宽度计算：翼缘板：翼缘的宽厚比满足要求腹板：腹板边缘正应力为 由式(1-55) =-113.0/121.6=-0.93由式(1-54) =75.08由式(1-53) =0.50110.8由式(1-50) 腹板受压区高度全部有效，腹板截面全部有效。刚架梁的截面全部有效，mm3，mm2梁有效截面能承受的弯矩 =769.7kNm由式(1-60) =565.6kNm=754.4kNm刚架梁的强度满
9、足要求整体稳定验算刚架平面内横梁的整体稳定验算横梁内力：=-53.9kN =-465.6kNm横梁计算长度 =30505mm由附表5-1，=180 0.6823555.3kN等效弯矩系数=1.0横梁在刚架平面内按式(1-63)验算弯矩作用平面内的整体稳定=131.6N/mm2=215N/mm2满足要求刚架平面外横梁的整体稳定验算在节点处，刚架梁承受着较大的轴向压力和弯矩，取其侧向支承点间的距离（本题中屋盖横向支撑沿屋面坡度方向的尺寸取二个檩距，则刚架梁的侧向支承点间的距离为二个檩距，即=2800mm）进行弯矩作用平面外的稳定验算。=78.65 按c类截面查表（翼缘板厚度mm，在制作中板件可以通
10、过剪板机下料），得 =0.586按光盘附录一附录2第（五）项的规定，双轴对称工字形截面受弯构件整体稳定系数在计算段内有端弯矩和横向荷载作用且使构件产生同向曲率，故=1.0横梁在刚架平面内按式(1-65)验算弯矩作用平面外的整体稳定=147.3N/mm2=215 N/mm2刚架梁的整体稳定满足要求局部稳定验算刚架梁的局部稳定满足要求刚度验算门式刚架的横梁仅支撑压型钢板屋面和檩条，根据光盘附录一附录3附表3-2的规定，刚架梁的容许挠度。根据表1-15中刚架内力和位移的计算，在荷载标准值作用下，刚架梁跨中节点的竖向位移=0.032mm/180=169.5mm满足要求刚架柱柱承受的内力分别为下端（小头
11、） =-122.51kN =-43.87kN =0上端（大头） =-122.51kN =-43.87kN =465.6kNm强度验算抗剪验算刚架柱为变截面柱下端铰接，应验算下端的抗剪强度。刚架柱除支座位置外不设加劲肋，根据式（1-39），=5.34由式(1-38)，得 由式(1-35)得腹板屈曲后抗剪强度设计值=125N/mm2由式(1-34)，得腹板抗剪承载力设计值为=4768125=476000N=476kN满足要求刚架柱上端在剪力、弯矩和轴向压力共同作用下的强度验算因，应按式(1-60)进行强度验算。刚架柱腹板的有效宽度计算：腹板边缘正应力为 由式(1-55) =-145.8/162.9
12、=-0.8605由式(1-54) =44.47腹板的=976，=8由式(1-53) =0.65110.8由式(1-50) 腹板受压区高度全部有效，腹板截面全部有效刚架柱截面全部有效，mm3，mm2有效截面所承担的弯矩 =769.7kNm由式(1-60) =465.6kNm =754.4kNm刚架柱的强度满足要求整体稳定验算刚架平面内刚架柱的整体稳定验算因刚架横梁为等截面梁，换算长度系数为1，由式（1-72）和式（1-73）得刚架梁的线刚度 =3.58108/24083=58678.9柱的线刚度 =3.58108/7500=172115.4线刚度比 =0.3409柱小头与大头惯性矩比 =7.57
13、107/3.58108=0.2由表1-12，得刚架柱的计算长度系数 =1.231刚架柱的计算长度为 =12802mm由附表5-1，=180=67.79=180 =0.768由式(1-71) =3462.1kN刚架柱为有侧移框架柱 =1.0由式(1-70) =152.2N/mm2=215N/mm2刚架柱平面内的整体稳定满足要求刚架平面外刚架柱的整体稳定验算刚架柱在刚架平面外为两端支承（柱底部和设置柱间支撑后的柱顶端墙梁可作为刚架柱的侧向支承点）的压弯构件，则侧向计算长度=10400mm=241.3=180 故需增大翼缘宽度由200mm300mm。=148.5=180 按c类截面查表，得 =0.2
14、835刚架柱的柱脚铰接，则刚架柱为一端弯矩为零的构件，由式(1-85)，得 =1-122.51/3462.1+0.75(122.51/3462.1)2=0.9656刚架柱的楔率柱小头受压翼缘及腹板受压区1/3高度对轴的回转半径为 mm由式(1-69) 由式(1-68) 由式(1-67) =1.874110400/74.5=276.5由式(1-66) =0.551 由式(1-84)，计算刚架柱弯矩作用平面外的整体稳定=225.8N/mm2=215N/mm2刚架柱弯矩作用平面外的整体稳定不满足要求。应结合墙梁的布置，通过调整柱间支撑减小刚架柱在弯矩作用平面外的计算长度。如柱的侧向计算长度调整为柱高
15、的一半即=5200mm，则=74.25 =0.6145 =0.965=1.0322 =1.6181 =112.9 =2.3606（取=0.9505）代入式(1-84)得整体稳定验算应力为137.69N/mm2=215N/mm2，可满足要求。局部稳定验算刚架柱的最大截面同横梁，其局部稳定满足要求。刚度验算根据光盘附录一附表3-3中对刚架柱顶侧移限值的规定，无吊车的轻钢厂房，采用压型钢板等轻型钢墙板时，柱顶侧移的极限值。由表1-15中刚架内力和位移的计算，在荷载标准值作用下，刚架柱顶位移最大值=0.003mm/75=138.7mm满足要求5刚架节点设计(1)梁柱拼接节点螺栓验算梁柱拼接节点承受的荷
16、载 =118.5kN =-53.9kN =-465.6kNm节点采用10.9级M20高强度螺栓连接（=155kN），接触面为喷砂后生赤锈（0.45）。梁柱节点见图1-35a。各螺栓承受的拉力为=119.5kN0.8=124kN=101.0kN第3、4、5排螺栓均承受压力螺栓群抗剪承载力设计值=0.90.4510155-1.25(2119.5+2101.0) =404.5kN=118.5kN满足要求连接端板验算由式(1-88) =21.1mm为便于材料组织和制作，在端板外侧设置加劲肋，此时的端板为两边支承的外伸端板，则由式(1-90) =18.2mm取=20mm螺栓处构件腹板的强度验算螺栓拉力
17、=101.0kN0.4=62kN由式(1-94) =86.5 N/mm2=215N/mm2梁腹板满足要求由式(1-95) =69.84N/mm2=125N/mm2腹板厚度满足要求(2)横梁跨中拼接节点横梁跨中拼接节点承受的荷载为：=0.62kN，=-43.87kN，=419.2kNm，荷载值均小于梁柱拼接节点，螺栓布置及端板等构造均与梁柱拼接节点相同，如图1-35b所示，螺栓及端板不需验算。(3)柱脚节点柱脚节点承受的荷载为：=43.87kN，=-122.51kN由式(1-96)，得底板所需面积（基础混凝土取C20）=12251mm2柱脚节点见图1-36，底板面积为260400mm2，板底应力为0.47N/mm2，满足要求。底板承受的弯矩为悬臂部分 846Nmm三边支承板的=260mm，=500mm，=0.52由表1-13查得 =0.0608三边支承板 =0.06080.47502=7144Nmmmm按构造要求取底板厚度16mm。 柱板件与底板间采用熔透的坡口对接焊缝，焊缝强度无需验算.水平剪力=29.6kN0.4=29.5kN，水平力可由基础混凝土与柱脚底板间的摩擦力来承受和传递，不需设置抗剪件。锚栓直径按构造取24mm，锚栓孔直径25.5mm。