土木工程毕业论文-钢结构门式刚架厂房设计

目录摘要IABSTRACTII前言1第一章建筑设计211工程概况212建筑平面形式选择213厂房的剖面设计314立面设计5第二章结构设计621结构设计简述622吊车梁设计723钢架设计1724节点设计5925檩条的设计7426墙面构件墙梁的设计8327支撑系统设计8928抗风柱设计9529基础设计98结束语112参考文献114摘要本设计为位于湖南省石门县的门式刚架厂房，总建筑面积为，采用259M门式刚架轻型钢结构形式，单层双坡双跨。本设计包括建筑设计、结构设计和外文翻译三部分。建筑设计部分又可分为建筑平面设计，剖面设计，立面设计和建筑细部的构造设计。结构设计部分则包括吊车梁设计，刚架设计，节点设计，檩条设计，墙梁设计，支撑设计和基础设计。主刚架结构设计采用弹性设计法，围护结构设计则采用利用截面屈曲后强度的设计方法。建筑施工图包括建筑平面图，屋顶平面图，立面图，剖面图，节点详图和门窗明细表；结构施工图包括基础平面布置图及基础模板配筋图，结构平面布置图，结构立面图，结构屋面图，结构支撑布置图，钢构件连接节点详图，钢构件详图和檩条布置图。关键词建筑设计结构设计门式刚架结构中级桥式吊车柱下独立基础ABSTRACTTHEDESIGNISAPRODUCTIONPLANTOFPORTALFRAMEOFLOCATEDIN259MSHIMEN,HUNANPROVINCETHESTRUCTUREISALIGHTSTEELPORTALFRAME,DOUBLESLOPEANDDOUBLECROSSTHEDESIGNINCLUDESARCHITECTURALDESIGN,STRUCTURALDESIGNANDFOREIGNLANGUAGETRANSLATIONARCHITECTURALDESIGNINCLUDESGRAPHICDESIGN,PROFILEDESIGN,FACADEDESIGNANDDETAILDESIGNSTRUCTURALDESIGNCANBEDIVIDEDINTOCRANEGIRDERDESIGN,FRAMEDESIGN,NODEDESIGN,PURLINSDESIGN,WALLBEAMDESIGN,SUPPORTDESIGNANDFOUNDATIONDESIGNTHEMAINFRAMESTRUCTURESAREDESIGNEDWITHFLEXIBLEDESIGNMETHOD,WHILETHEENVELOPESAREDESIGNEDBYCONSIDERINGPOSTBUCKLINGSTRENGTHOFTHEMATERIALCONSTRUCTIONPLANSINCLUDEFLOORPLANS,ROOFPLANS,ELEVATIONS,PROFILES,JOINTSDETAILPLANS,DOORSANDWINDOWSTABLESSTRUCTURECONSTRUCTIONPLANSINCLUDEFOUNDATIONLAYOUTMAPSANDTEMPLATEBASEDREINFORCEMENTPLANS,STRUCTURALLAYOUTPLAN,STRUCTUREELEVATION,ROOFSTRUCTUREMAP,THEMAPLAYOUTOFTHESUPPORTSTRUCTURE,STEELMEMBERCONNECTIONSDETAILMAP,STEELCOMPONENTDETAILSANDPURLINLAYOUTKEYWORDSARCHITECTURALDESIGNSTRUCTURALDESIGNPORTALFRAMESTRUCTUREINTERMEDIATEBRIDGECRANEINDEPENDENTBASIS前言本设计为位于湖南省石门县的钢结构厂房，要求根据已给条件设计一座满足各项功能要求的工业厂房。本设计包括两个部分，前一个部分是建筑设计，要求根据所给的的初步方案完成建筑平、立、剖面设计及必要的节点详图构造设计。后一个部分为结构设计，主体结构采用的是轻型门式刚架，对于次要结构部分，采用人工验算的方法，而针对重要结构或主体部分则主要是通过软件计算来确定结构的安全。具体做法是先根据经验和荷载情况初选各种构件的截面，再用结构力学求解器对所选截面进行内力计算，求出内力数据后再根据应力计算方法进行截面安全检验。对于重要的主钢架结构采用的是更加安全的弹性设计方法，依据钢结构设计规范（GB500172003）对各种构件的强度、刚度及稳定性进行校核。而对于次要的冷弯薄壁型钢组成的围护结构，就是经济地考虑板件屈曲后强度来检验的。第一章建筑设计11工程概况钢结构门式刚架厂房位于湖南省石门县，建筑面积。结构形式采用259M单层双坡双跨，每跨设20/5T中级吊车两台。该地区气候宜人，地质条件良好，交通便利，地势平坦，且周围无污染性的工业厂房。12建筑平面形式选择工业建筑设计的主要依据是生产工艺，本厂房的生产工艺流程为简单的直线型。既要保证建筑和结构的简单合理，又要考虑它们的生产流程，因而决定采用矩形的平面形式，可以参考建筑图部分。121定位轴线的划分设计厂房的定位轴线，按从左到右的顺序，横向定位轴线依次编号为1、2、3、4、12、13。而按由上到下的顺序，纵向定位轴线依次编号为A、B、C。1）横向定位轴线。对中间柱来说，截面的中心线与横向定位轴线是重合的，同时也与柱基础的中心线、刚架的中心线重合；横向定位轴线还是屋面板、吊车梁、连系梁等纵向结构构件的标志长度的界限。2）纵向中心线。抗风柱设置时，应尽量保证抗风柱间距与柱距接近，考虑到跨度为，柱距为，故可将厂房的抗风柱间距设为。对中列柱而言，M186M6纵向定位轴线与截面的中心线重合；而对于边柱来说，纵向定位轴线和边柱外边缘重合，且厂房外墙内缘和边柱外缘重合。122柱网布置柱网是根据定位轴线布置的，厂房的跨度一般就是纵向定位轴线之间的距离，而横向定位轴线之间的距离就是厂房的柱距。横向定位轴线与纵向定位轴线相交形成的网格称为柱网。选择柱网时要满足厂房的生产工艺要求，并有利于建筑工业化，便于施工。1）跨度尺寸的确定厂房的跨度应通过对运输通道、生产工艺设备及人员活动空间的计算来确定。根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，门式刚架的跨度宜取936M。根据该工业厂房生产工艺的要求，本设计采用双跨，跨度取18M。2）柱距尺寸的确定根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，门式刚架的柱距，即柱网纵向定位轴线间的距离宜采用69M，根据实际情况本设计的柱距为6M。13厂房的剖面设计剖面设计应做到以下几点要求（1）满足生产工艺需要的必要空间；（2）保证厂房光线合适，通风顺畅；（3）屋面坡度应保证排水便利；（4）施工方便、节约材料且能够满足建筑工业化的要求。131厂房高度的确定刚架梁下表面到厂房室内地面的距离即为厂房的高度。简单地说，它近似等于柱顶到室内地面的距离。而柱顶标高一般通过以下公式来确定，见图1。21H柱顶标高543HH轨顶标高吊车梁轨道顶部到柱顶距离762式中各参数的含义如下；1H的高度起吊物需跨越最大设备，通常定为400MM500MM；2距离起吊物和跨越间的安全；3起吊物的最大高度吊绳的最小长度，一般取决于起吊物的形状小，通常大于1000MM；4H吊钩到吊车梁轨道顶面的最小高度；5吊车梁轨道顶面到小车上部的距离，从吊车参数表中可以获得此数据；6屋架下弦与小车顶面之间的净空尺寸。设置此值的目的是保证在地基7H发生不均匀沉降或屋架在最不利荷载情况下产生最大挠度时，厂房的高度方向仍然安全。图1厂房高度的剖面图依照厂房建筑模数协调标准（GB/T500062010），厂房的高度应采用扩大模数3M数列。有吊车的厂房，牛腿面的高度，同样应采用扩大模数3M数列（1M表示100MM）。考虑到吊车参数、生产流程和建筑模数的约束，本设计中取牛腿面高度为6M，房屋檐口高度为96M。132室内外地坪标高为了防止雨水侵入室内，要尽量使室内高出室外一定高度；而为了方便地运输各种工具进入厂房，又要保证室内外高差不致于过大，且需在大门处设置平缓的坡道。综合两者因素，本设计确定室内外高差为150MM，即室内地面标高定为0000M，室外则是0150M。133厂房采光设计厂房的采光等级定为级，采用双侧采光，依据建筑采光设计标准（GB/T50033），窗地面积比应大于。由于厂房的建筑面积为，DA/C4/1259M所以窗户的总面积应大于为。侧墙开窗加上两端山墙开窗共30个窗户，2648M窗户的宽度取为，由2个宽的平开窗组合而成，所以窗户的总高度需大4于。可按高低窗来设置，低窗高度取为，窗底标高为530/64863，而把高窗高度定为，窗底标高为。窗户总高度为，满足采12M6M5光要求。为了满足厂房生产工艺的要求，一共设置6道4M4M的门，两端山墙上共设置4道门，两侧墙上分别设置一道门，具体情况参考建筑立面图。14立面设计该厂房的柱距、跨度、高度、屋盖坡度和门窗的尺寸及布置等，都已在前文中设计完毕，在立面设计中应根据以上设计结果，选用屋盖构造形式及材料、墙体构造形式及材料，并确定墙屋面板等的布局和颜色，以达到比例协调、完整均衡的效果，给人以美感，并与周围的环境相融合。屋盖及墙体构造设计结果如下，详见建筑平立面图。墙体墙面板选择双侧彩色钢板夹聚苯乙烯保温板，两侧保温板间是C型檩条。屋面屋面板为两层多波型V125压型钢板，中间为100MM厚的岩棉。屋面板搁置在C型檩条上，檩条放置在刚架斜梁上。为防止雨水侵入厂房，除了设置厂房室内外高差，还在厂房周围采用了宽的混凝土散水。散水坡度取，散水构造采用混凝土。M201020C第二章结构设计21结构设计简述211结构选型及布置本工业厂房为轻型门式刚架结构，每一跨内都设有20/5T起重量的桥式吊车。因为厂房的纵横向长度都不是很大，小于规范的限值，所以设计时没有设置伸缩缝。厂房所选用的钢材为Q235。主体结构为双跨双坡的实腹式门式刚架，围护结构包括屋面板、墙面板、檩条和墙梁，其中，屋面板和墙面板由压型钢板构成，而檩条和墙梁则是由冷弯薄壁型钢组成。梁柱都采用等截面的H型钢，柱与梁刚接，柱脚也是刚接。檩条墙梁的间距一般取为12M15M，设计中檩条取12M，并每隔两根檩条设置一道隅撑；墙梁间距则取为15M，同样也是每隔两根墙梁设置一道隅撑。檩条墙梁内侧与刚架斜梁或柱子连接，外侧则通过紧固件同压型钢板连接。在厂房两侧的第一个开间和FG开间内设置有屋盖水平支撑，每个开间内分别设置12组交叉斜拉杆。柱间支撑的设置开间与屋盖水平支撑一致，柱间支撑分设于吊车梁上下。在端部的山墙部分，每6M处设置一根抗风柱，用来将风荷载传递给屋面支撑。柱下基础选择锥形独立基础。212设计方法按塑性设计方法验算梁与边柱剪应力节点域，按弹性设计方法验算其他构件。先按建筑结构荷载规范（GB50009）统计荷载；再按冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018）验算檩条、墙梁的强度、刚度和稳定性；按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102）和钢结构设计规范（GB50017）验算刚架斜梁、柱的强度、刚度和稳定性。22吊车梁设计221吊车梁荷载1）最大轮压的计算。吊车选用20/5T吊钩起重机，其技术规格如下表表1吊车参数台数起重量（KN）跨度（M）KL宽度B（MM）轮距K（MM）最大轮压（KNMAXP）起重机总重G（T）小车重G（T）两台20/5T165586045001832427085由表可知，吊车的最大轮压标准值为KNPK183MAX,KNQGGPKK3812045102A,MIN,依据建筑结构荷载规范（GB50009）的规定，取吊车荷载的动力系数，则吊车的轮压设计值如下051KPPK012698305141MAX,AXNIN,IN2）横向荷载设计值。每个吊车轮上的横向荷载标准值为，4GQHK其中，Q为吊车的额定起重量，本设计中取20T；G表示小车重，设计中为7085T，且吊车为A5中级工作制吊车。依照建筑结构荷载规范（GB50009），取，则10KNHK768572104则横向荷载的设计值为KK49222内力计算1）设计时取荷载布置的最不利情况来计算吊车梁受到的最大弯矩和剪力。吊车梁两端按铰接设计，（柱距）。由吊车梁和吊车的尺寸知吊车梁上最ML6多有三个轮子。图2两台吊车三个轮子的最不利荷载布置情况3P代表三个轮压的合力。用X表示中间轮压至A支座的距离；A表示该指定荷载P至梁上荷载合力3P的距离；表示P左边的荷载对其作用点的力矩，IM它是一个与X无关的常数。此时，P所在截面的弯矩可以表示为X（21）IIYAXALF32XLPDX而要满足吊车梁上有三个轮压，X必须满足，且MX1501360，此时恒成立。所以，当时，取得最大值，MA10470DXMXXM相当于只有两个轮压作用于梁上。所以，当吊车梁上只作用有两个轮压时，吊车梁产生的弯矩最大。最大剪力标准值（即当P作用在支座处时）KNLBLKPVWK012403165806450183MAX,其中为吊车梁的自重影响系数，查钢结构设计手册表82得，W。同样地，可得到由横向水平荷载产生的最大剪力3KNPHVWKKY218032694MAX,AX,2）考虑一根吊车梁上两台吊车荷载作用下的内力（两个轮子时）记梁上两轮压P之间的距离为，离A支座较近的轮压距梁上梁上两轮1A压合力2P的距离为，离A支座较近的轮压到A支座的距离为X。荷载布置2A如下图所示，为使吊车梁产生最大弯矩，则图3两台吊车两个轮子的最不利荷载布置情况2ALXMKBA1360458601A21X60860A点的剪力KNLAPVA2616034182/2由竖向荷载产生的吊车梁的最大弯矩标准值MKXMAWK54213MAX,竖向荷载产生的吊车梁最大弯矩处的相应剪力值NVAK13670由横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大弯矩为MKPHMWKKY2503126948MAX,AX,3）由同样的分析可知，一台吊车（2个轮子时）荷载作用下，吊车梁产生的弯矩没有一台吊车（1个轮子时）荷载作用下，吊车梁产生的弯矩大。故只需要计算吊车梁产生的最大剪力。竖向荷载产生的吊车梁的最大剪力为KNLKPVWK6123506450183MAX,横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大剪力为KPHVWKKY083126954MAX,AX,4）一台吊车荷载作用下的内力（一个轮子时）竖向荷载产生的吊车梁最大弯矩标准值MKNPLMWK7428403168MAX,最大弯矩处的相应剪力值KVWK2903182吊车梁支座处的最大剪力KNPWK41803MAX,横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大弯矩MKHMWKKY6790312649MAX,AX,横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大剪力KNPVWKKY45603126984MAX,AX,223截面选择取吊车梁为单轴对称工字形截面，尺寸为，且两螺201634506I栓孔中心到Y轴的距离都为90MM。1）截面特性23960MAY10461054MIX3287SWX2）扣除孔洞后的截面特性2310MANY87644INX3105W上93MNX下工字型截面上翼缘对Y轴的截面特性20245A上81410N5372MIY45251094010718INY356294WNY3510718MY224强度验算1）正应力验算。按钢结构设计规范中的规定计算上翼缘正应力，由前内力计算知吊车梁的最大弯矩，而横向最大弯矩。MKNMX564MKNMY215由于吊车梁要进行疲劳验算，、均取10，且考虑动荷载效应，即动力系Y数。则051223636/15/915104250714MNWNYX上满足要求。下翼缘应力2236/15/801509451MNWMNX下满足要求。2）剪应力验算。由内力计算知吊车梁的最大剪力。吊车梁截面KV24MAX的最大剪应力22633MAX/15/5110541287204MNFNTISVVW满足要求。3）腹板的局部应力验算。吊车轨高140MM，则集中荷载在腹板计算高度边缘处的假定分布长度（22）MHALRYZ430120525集中荷载增大系数，集中荷载，承受移动集中荷载01KNPF69MAX吊车轮压作用的吊车梁，腹板计算高度边缘的压应力（23）223/15/1041629LTFZWC满足要求。4）腹板计算高度边缘处的折算应力2/1039MNC261/56177483504MNIMYNX263MA/384105122ITSVW因为与同号，取，则C21222/5362/491840957373MNFMNCC满足要求。225稳定性验算1）依照钢结构设计规范表421，当时应验算梁的整体134506BL稳定性。（24）260451HBTL因此在集中荷载作用下梁的整体稳定性的等效临界弯矩系数（25）80941738730B受压翼缘对Y轴的惯性轴510MI受拉翼缘对Y轴的惯性轴424截面不对称性系数（26）80721IB影响系数（27）4380BBMIY6920Y梁的整体稳定性系数（28）602340642102546396089351432322YBYXYBFHTWA用代替，则BB（29）98271BB223636/15/81510425104980MNWMYXB满足要求。2）腹板的局部稳定性。因为，因为局部压应力的存在，8031640WTH所以应在腹板处配置横向加劲肋，同时也应在支座处配置支撑加劲肋。横向加劲肋的间距在和之MH250MH120560间，这里取间距，且在腹板两侧对称布置横向加劲肋。横向加劲肋MA5的外伸宽度，令HBS758403BS90而加劲肋的厚度，令MTS615TS6腹板边缘处弯曲压应力的最大值为262/7410810542304MNIMYX平均剪应力为23/8916502THVW边缘的局部压应力为2/39MNC（210）8501516025/13/2YWCBFTH所以2/MNFCR由于，用于腹板受剪计算时的通用高厚比089560HA8026150/63416235/341/20YWSFAHT则2/15MNFVCR因为，用于腹板受局部压力计算时的通用高厚比890HA（211）90325/83142/300YWCFAHT则,/15MNFCR腹板的局部稳定验算（212）015423915827408,22CRCRCR所以腹板的局部稳定性满足要求。226验算支座加劲肋支座加劲肋采用两端均刨平并与上、下翼缘板顶紧的平板式支座加劲肋2100X10。加劲肋的示意图如图4吊车梁支座处的最大反力KNVN813520451MAX从而可以算得支座加劲肋的端面承受的压应力如下223MAX/20715028MFARCECE图4支座加劲肋示意图支座加劲肋的稳定计算腹板为加劲肋提供承压支持的宽度MFTYW240/3512616240A43310891102IZMAIIZZ5641830ZIH加劲肋属于B类截面，则稳定性系数，腹板平面外加劲肋的稳定性9223MAX/15/154609825MNFNAR所以支座加劲肋的稳定性满足要求。227挠度验算由前面的内力计算可知，一台吊车产生的最大竖向弯矩为，最MKN7428大横向弯矩为。而验算吊车梁的挠度时应按的台吊车的荷载标准值的MKN679最大效应计算，且不乘以动力系数。则吊车梁的竖向挠度为MVMEILMVXK6103710564106278106522吊车梁的横向挠度为VILVYK73206107581062910522所以吊车梁的变形满足要求。228吊车梁的疲劳验算吊车梁一般都要进行疲劳验算。按照规范要求，只考虑一台起重量最大的吊车的作用，且不计动力系数。1）最大弯矩处吊车梁截面下翼缘的连接焊缝处主体钢结构的疲劳应力幅261MINAX/86592087310274/8MNYIMX查钢结构设计规范表6231知欠载效应的等效系数（中级工作F制吊车）。且根据附表E知构件和连接类别均为2类，查表6232知循环次数为次的容许应力幅。6102/14MN22/14938650MNF所以最大弯矩处的截面疲劳强度满足要求。2）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262/1648028731074/8YIMN查钢结构设计规范附表E知，构件和连接类别均为4类。则，5F2/MN22/103/064180F所以横向加劲肋处的疲劳强度也满足要求。23刚架设计结构自重、屋面活荷载、屋面雪荷载和吊车荷载参照建筑结构荷载规范（GB5000920012）。风荷载标准值参照门式钢架轻型房屋钢结构技术规程（CECS1022002）附录A。基本风压值为，风荷载高度变化系数203/KNM按建筑结构荷载规范的规定采用，地面粗糙度为B类。231荷载计算1恒载计算屋面板及保温层自重标准值2/80MKN檩条自重标准值2/4悬挂设备自重标准值墙面（含墙梁）自重标准值2/360K2活荷载计算屋面活荷载2/50MKN雪荷载标准值33风荷载标准值（计算的是中间区的风荷载，斜梁从左至右编号为）左风下各构件所受的荷载值左柱风荷载（压力）MKN/47250635120斜梁风荷载（吸力）891斜梁风荷载（吸力）/斜梁风荷载（吸力）K256305601斜梁风荷载（吸力）MN/81右拄风荷载（吸力）9右风下各构件所受的荷载值左柱风荷载（吸力）K/03516051斜梁风荷载（吸力）MN28斜梁风荷载（吸力）/斜梁风荷载（吸力）K516305160斜梁风荷载（吸力）/89右拄风荷载（压力）MN472214吊车荷载标准值（考虑吊车梁的自重影响）按最大轮压作用在一侧吊车梁上计算的牛腿最大反力边柱K07346102725018390中柱KN634按最小轮压作用在一侧吊车梁上计算的牛腿最大反力边柱871023890中柱K5234横向荷载作用下的牛腿最大反力KN431207695钢架上的荷载标准值计算1）屋面与檩条引起的线荷载为。M/6848202）由于屋面活荷载大于雪荷载，所以取屋面活荷载，由屋面活荷载引起的线荷载为。MKN/36506地震荷载计算1）一般重力荷载计算KNG52418163790屋盖675雪，KN58边柱G3890中柱K8132吊车梁N9640纵墙因为厂房为两跨等高刚架，结构计算简图如下，为一个单质点体系。图5地震荷载作用下的计算简图2）质点集中重力荷载计算柱顶标高处计算基本周期时KNGGG386199312503891725086135075240）（）（纵墙中柱边柱吊车梁雪屋盖计算地震作用时KNGGG982193150381975086137506540）（）（纵墙中柱边柱吊车梁雪屋盖吊车梁面标高处吊车在一侧柱上的牛腿反力KNYGGCR912501872412143）排架基本周期计算边柱的侧移刚度为MKNLEIK/6920869185301029453边柱中柱的侧移刚度为KLI/25066910521740639453中柱所以在单位力作用下两跨等高排架在单位力作用下的柱顶水平位移KNMK/108325069281211中柱边柱则排架的基本周期SGT92713314）地震力计算。地震烈度按7度（010G）考虑，场地类别为类，地震分组是第二组，所以特征周期值，。SG4008MAX因为，所以结构的阻尼比取为005。SSG25904（213）31970MAX21TG其中，衰减指数905630阻尼调整系数1056812所以作用于结构顶部的总地震剪力标准值。KNGFEK982301吊车横向水平地震作用KHCRC面初选该厂房柱高为96M，牛腿高度6M，跨度为18M，柱距为6M，屋面坡度为115。门式刚架一般采用等截面柱，且等截面柱的柱的截面高度应取柱高的1/101/20。刚架横梁的截面高度一般可按跨度的1/301/40（实腹梁）确定。刚架梁、柱截面选用焊接H形实腹截面，一般腹板厚度为6MM，翼缘板厚可采用10MM或12MM，考虑到吊车荷载较大，可适当加厚腹板和翼缘板厚度。截面高度与宽度之比H/B可取25，又刚架柱为压弯构件，其H/B可取较小值。截面的高度H与宽度B通常以10MM为模数，而选择翼缘板厚度时，以2MM为模数，腹板厚度可取4、5、6MM，超过6MM以2MM为模数。综合考虑，边柱截面定为，中柱承受的荷载较大，截面12036H定为；梁截面定为。12308H5233刚架内力分析1）先手算一种荷载情况，选屋面活荷载满布情况计算内力。根据钢结构厂房设计手册中的规定刚接排架中，轴线坡度小于1/7的双坡横梁，计算简图可用一根直线代替。所以屋面活荷载下的钢架计算简图如下图6屋面活荷载作用简图而构件的截面参数如下表所示表2构件截面参数构件截面形式面积（）2M绕X轴惯性矩（）4810M绕Y轴惯性矩（）4710边柱120365H122088963154207中柱6820416217426114444梁100604686716044因为本厂房是对称结构，故只用取结构的一半进行计算。计算简图如下图7屋面活荷载半结构作用简图（1）采用位移法求解该钢架，选取基本结构和基本未知力如下图所示图8位移法求解的基本结构（2）建立位移法方程01PRZR记边柱和横梁的线刚度分别为、。则I2MKN4193MKNI3210467R418KQLRP3221代入到位移法方程中，解得。由此得到刚架的内力图4105987Z图9手算荷载的弯矩图（KNM）图10手算荷载的剪力图（KN）图11手算荷载的轴力图（以压应力为正KN）2）其他工况下的刚架内力利用结构力学求解器来求解，结果如下（1）恒载作用屋面和檩条引起的线荷载为3168KN/M墙面（含墙梁）自重为MKN/0762梁自重为MKN/7910518510623边柱自重为/80726中柱自重为K6314吊车梁及轨道自重为/24381则吊车梁作用于牛腿处的集中力为N8刚架柱的截面确定后，吊车轨道中心线至边柱中心线和中柱中心线的距离分别为（边柱）M350262850168（中柱）4吊车梁荷载向柱中心简化的集中弯矩为（边柱）MKN92350861（中柱）4图12恒载作用简图图13恒载作用下的弯矩图（KNM）图14恒载作用下的剪力图（KN）图15恒载作用下的轴力图（KN）（2）活载作用图16活载作用简图图17活载作用下的弯矩图（KNM）图18活载作用下的剪力图（KN）图19活载作用下的轴力图（KN）（3）风荷载作用左风图20左风荷载作用于刚架的简图图21左风荷载作用于刚架上的弯矩图（KNM）图22左风荷载作用于刚架上的剪力图（KN）图23左风荷载作用于刚架上的轴力图（KN）右风图24右风荷载作用于刚架的简图图25右风荷载作用于刚架上的弯矩图（KNM）图26右风荷载作用于刚架上的剪力图（KN）图27右风荷载作用于刚架上的轴力图（KN）（4）地震作用（作用于结构顶部的总地震剪力对整个刚架有效，而作用于吊车梁顶面的吊车横向水平地震作用只对柱有效，先计算总地震剪力的效果）左地震图28左地震作用简图图29左地震作用下的弯矩图（KNM）图30左地震作用下的剪力图（KN）图31左地震作用下的轴力图（KN）右地震图32右地震作用简图图33右地震作用下的弯矩图（KNM）图34右地震作用下的剪力图（KN）图35右地震作用下的轴力图（KN）再考虑吊车横向水平地震作用的效果，可按柱顶为不动铰简图进行计算，即只考虑吊车地震作用对柱的影响，由于三根柱等高，故可只考虑一根柱分别受左右地震的内力图。对于荷载作用简图，将吊车梁顶面的地震作用向牛腿处的柱中心简化，集中力，而集中力偶。KNF13MKNM871603图36吊车横向水平左地震的作用简图及内力图图37吊车横向水平右地震的作用简图及内力图说明在吊车地震作用下，柱的轴力为0，故没有列出柱的轴力图。且考虑厂房空间工作影响的调整，对柱的作用效应应乘以08。（5）吊车荷载刚架柱的截面确定后，吊车轨道中心线至边柱中心线的距离为0355M，离中柱中心线的距离为045M。而一跨刚架上牛腿承受的最大竖向力，对应的最小竖向力KND52384MAX是（没有乘以折减系数）。把牛腿上作用的吊车荷载向柱的中心KND8479MIN简化，则柱还受到力偶作用。边柱中柱受到的力偶分别是（边柱）KM50136052384MAX（中柱）N7而最小竖向力对应的力偶，边柱是，中注是。M48MKN935A仅有左跨有吊车作用，且作用于边柱（只考虑竖向荷载）MAXD图38左跨吊车竖向荷载作用于边柱的简图图39左跨吊车竖向荷载作用于边柱的弯矩图（KNM）图40左跨吊车竖向荷载作用于边柱的剪力图（KN）图41左跨吊车竖向荷载作用于边柱的轴力图（KN）B仅有左跨有吊车作用，且作用于中柱（只考虑竖向荷载）MAXD图42左跨吊车竖向荷载作用于中柱的简图图43左跨吊车竖向荷载作用于中柱的弯矩图（KNM）图44左跨吊车竖向荷载作用于中柱的剪力图（KN）图45左跨吊车竖向荷载作用于中柱的轴力图（KN）C仅有右跨有吊车作用，且作用于中柱（只考虑竖向荷载）MAXD图46右跨吊车竖向荷载作用于中柱的简图图47右跨吊车竖向荷载作用于中柱的弯矩图（KNM）图48右跨吊车竖向荷载作用于中柱的剪力图（KN）图49右跨吊车竖向荷载作用于中柱的轴力图（KN）D仅有右跨有吊车作用，且作用于边柱（只考虑竖向荷载）MAXD图50右跨吊车竖向荷载作用于边柱的简图图51右跨吊车竖向荷载作用于边柱的弯矩图（KNM）图52右跨吊车竖向荷载作用于边柱的剪力图（KN）图53右跨吊车竖向荷载作用于边柱的轴力图（KN）E仅有左跨有吊车作用，且向左作用（只考虑横向荷载）MAXT图54左跨吊车横向荷载向左作用的简图图55左跨吊车横向荷载向左作用的弯矩图（KNM）图56左跨吊车横向荷载向左作用的剪力图（KN）图57左跨吊车横向荷载向左作用的轴力图（KN）F仅有左跨有吊车作用，且向右作用（只考虑横向荷载）MAXT图58左跨吊车横向荷载向右作用的简图图59左跨吊车横向荷载向右作用的弯矩图（KNM）图60左跨吊车横向荷载向右作用的剪力图（KN）图61左跨吊车横向荷载向右作用的轴力图（KN）G仅有右跨有吊车作用，且向左作用（只考虑横向荷载）MAXT图62右跨吊车横向荷载向左作用的简图图63右跨吊车横向荷载向左作用的弯矩图（KNM）图64右跨吊车横向荷载向左作用的剪力图（KN）图65右跨吊车横向荷载向左作用的轴力图（KN）H仅有右跨有吊车作用，且向右作用（只考虑横向荷载）MAXT图66右跨吊车横向荷载向右作用的简图图67右跨吊车横向荷载向右作用的弯矩图（KNM）图68右跨吊车横向荷载向右作用的剪力图（KN）图69右跨吊车横向荷载向右作用的轴力图（KN）3）内力组合因为厂房结构是对称的，故只需要对以下控制截面进行验算图70刚架的验算截面示意图荷载组合分为不考虑地震荷载的一般组合和不考虑风荷载的地震荷载的组合。因为门式刚架轻型房屋的结构自重较小，在基本组合中，一般有可变荷载效应控制，荷载效应组合的设计值S可按下列表达式计算（214）NIQIKCIKQGKS21式中为永久荷载的分项系数，当其效应对结构不利时取12，反之则取G10；和分别为第1个和第I个可变荷载的分项系数，一般情况下应取1QI14；表示按1永久荷载计算的荷载效应值；表示按可变荷载计算KSKQIKSIKQ的荷载效应，其中为可变荷载效应中起控制作用者；为可变荷载的组KQSCII合值系数，常用的取值如下表所示。CI表3可变荷载的组合值系数荷载类别楼面活荷载屋面活荷载雪荷载积灰荷载A1A7软钩吊车荷载风荷载地震荷载CI07070710070606对柱来说，起控制作用的内力为轴力和弯矩，因而只需对柱的、MAXM进行组合。组合的一般原则有MAXNA不论怎么组合，恒载都必须参与；B左右两种荷载情况不同时参与组合，如左风和右风，左地震和右地震；C有吊车水平荷载必然有吊车竖向荷载，相反地，有吊车竖向荷载则不一定有吊车水平荷载。将计算所得的各工况内力进行组合，可得到各控制截面的的最不利内力见下表。（1）不含地震荷载的内力组合表4最不利内力表单位N、VKN；MKNM控制截面号组合效应轴力N剪力V弯矩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（2）地震荷载的内力组合表5最不利内力表单位N、VKN；MKNM控制截面号组合效应轴力N剪力V弯矩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）构件验算（1）刚架梁的验算构件的截面特征。刚架梁选用，其截面特性如下1205H48674MIX1Y3602WX54YMIX8215Y93206A验算构件的宽厚比对翼缘（满足要求）15239712/0YFTB对腹板（满足要求）250365105YWFTH强度验算因梁为等截面，只验算最不利内力大的截面，即99和1212控制截面。实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，弯压共同作用下的强度验算以99截面的MMAX为控制条件，MKNM8542KN82963/107016829WANX以99截面的MMAX为控制条件，K2K25263/481074051625MNX以99截面的NMAX为控制条件，KNMK7263/93107420516478WANX以99截面NMAX为控制条件，MKKN58263/910742051685MX以1212截面MMAX为控制条件，KMK83263/410742051682NWANX以1212截面MMAX为控制条件，MKK38263/815074210581648MNWMANX以1212截面NMAX为控制条件，KK49263/18074210581649X以1212截面NMAX为控制条件，MKNM9KN263/87107421058160MWANX控制截面的最不利内力引起的正应力均小于，所以正应力验算满足/要求。抗剪验算。梁采用等截面设计，由上述最不利内力知。根KNV5084MAX据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的规定，当梁的腹板高度变化小于60MM/M,则345K（215）6205/2710/2357YWWFKTH，则80W2/1MNFVKFTHVVWD567450（满足要求）KVKD6784MAX弯、剪、压共同作用下的验算。对于等截面梁，从99、1010、1111、1212截面中选出最不利内力来进行验算。最不利内力组合如下，KNM47280KN384K506MWX2236311/15/07840648FANX2236312/1512MNFMNMX94012（216）47290141209416222K（217）8035/785/3528YWPFKTH根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的规定取。即全截面有效，则1。361042MWXE由于，则KNVD7538650（218）MKKAFAMEYEEEN472809365106421741/636满足要求。梁的整体稳定性验算因斜梁坡度，故不计算其平面内稳定性。斜梁平面外的稳定性验算，15I因为屋面板包裹的檩条置于斜梁上，给斜梁提供了侧向支撑，为了保险起见，斜梁平面外的间距按两个檩条间距考虑，取计算长度MLY240，MKNM47280KNV384KN138569/20/YYIL截面属于B类截面，查钢结构设计规范附表C2，得。对两端弯0Y曲应力基本相等的区段。1T（219）02652041HBL因此在均布荷载作用下梁的整体稳定性的等效临界弯矩系数74139369B因为斜梁为双轴对称截面，截面不对称影响系数0B所以梁的整体稳定性系数（220）609325041610742561037243221YBYXYBFHTWA用代替，则BB（221）978BB22631/15/89741040860MNWMANXBTY所以梁的整体稳定性满足要求。（2）验算边柱构件的截面特征。刚架边柱截面选用，其截面参数如下120365H4819MIX7402Y365WX513YMIX9270Y6218A强度验算边柱为等截面，只验算最不利内力大的截面，即11和22控制截面。实腹式刚架边柱在平面内可按压弯构件计算强度，边柱在弯压共同作用下的强度验算如下以11截面MMAX为控制条件，MKNM84213KN572126/8907505721MWANX以11截面MMAX为控制条件（或以NMAX为控制条件），MKN253KN14263/8107592012864MNWMANX以11截面NMAX为控制条件，MKNK263/531075920128960X以22截面MMAX为控制条件，KMKN84263/1075920128460MWANX以22截面MMAX为控制条件，MKN4K48263/1075920128450NX以22截面NMAX为控制条件，KK3263/51075920142865MWAX以22截面NMAX为控制条件，MKNMKN3263/8150759201828957NX控制截面的最不利内力引起的正应力均小于，所以正应力验算满足2/要求。抗剪验算。边柱采用等截面设计，且由最不利内力表知最大剪力。依照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，边柱的腹板高度KNV7056MAX变化小于60MM/M,则345K807325/7106/2357YWWFKTH/25MNVKFTHVVWD81046（满足要求）KVKD7805MAX弯、剪、压共同作用