钢结构课程设计计算书

1、钢结构课程设计任务书、指导书14 学年 第 二 学期姓 名 学 号 班 级 指导教师 常州工学院成教学院二 一四 年 十 月2轻型门式刚架结构设计任 务 书一、课程设计题目设计北京市某郊外（B类地区）一汽车展厅轻型门式刚架结构，建筑剖面如下图所示。二、设计资料该展厅为单跨双坡门式刚架结构，见图1所示。屋面坡度为1:15，刚架为变截面梁、柱，柱脚铰接，柱距6m，展厅总长54m，跨度分别为24m、30m、36m，其余尺寸见表1。图1 刚架简图 刚架尺寸（mm） 表1 尺寸 跨度L1L2L3h1h2240004500500025007000800300005500600035007800100036

2、00069007000410090001200材料采用Q235-B、Q345-B二种钢材，焊条对应采用E43型及E50型。屋面和墙面采用75mm厚及100mm厚双层彩色压型钢板荚芯板，彩板均为0.6mm厚镀锌彩板，镀锌层厚为275g/；屋面檩条及墙面檩条均采用镀锌冷弯薄壁型钢檩条，镀锌层厚为160g/。荚芯板厚根据展厅所在当地温度计算确定，保温材料可选聚胺脂、玻璃棉或岩棉等。自然条件：基本雪压与基本风压W0 见表2所示。 课程设计分组 表2学号跨度度基本风压基本雪压0.45(kN/)0.40(kN/)24000Q2351，7,13,19,25,31,37,43Q3452，8,14,20,26,

3、32,38,4430000Q2353，9,15,21,27,33,39,45Q345 4，10,16,22,28,34,40,4636000Q235 5，11,17,23,29,35,41,47Q345 6，12,18,24,30,36,42,48 地面粗糙度为B类，地下水位均低于地面5m，修正后的地基承载力设计值分别为：f=160 kN/。本选题不考虑地震作用。三、设计内容及要求1、选题：每位学生按表2（课程设计分组）选择自己所设计的题目及计算参数（用号标注在表2对应右侧行中）。2、结构平面布置根据柱网、变形缝、支撑等布置原则，绘制结构平面布置图（按比例绘在计算书中）。3、屋顶结构平面及纵向

4、立面支撑布置图（按比例绘在计算书中）。4、完成“门式刚架结构计算书”一份，要求步骤清楚、计算正确、书写工整、图文并茂。5、绘制刚架施工图一张（2号或2号加长图），内容包括：刚架立面图；梁、柱与梁、梁节点详图；柱脚详图；设计说明及材料表。6、统计刚架钢材总用量及材料用量指标（即房屋每平米材料用量），与其它方案进行比较，做出经济分析、评价。要求达到施工图深度，即交付施工单位付诸于构件制作、拼装，图面必须按“房屋建筑制图统一标准”、“建筑结构制图标准”规定绘制，要求布图匀称，表达正确，线条清晰，图面整洁。四、参考资料1、建筑结构荷载规范（GB50009）；2、钢结构设计规范（GB50017-2003

5、）；3、房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001-2001）；4、建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001）；5、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102:2002）；6、冷弯薄壁型钢结构设计规范（GB50018-2002）；7、轻型钢结构设计指南（实例与图集）第二版 中国建筑工业出版社；8、钢结构设计原理 赵风华主编 高等教育出版社；9、钢结构设计与计算 柴昶、宋曼华主编（第二版） 机械工业出版社；10、轻型钢结构设计手册（第二版）轻型钢结构设计手册编辑委员会中国建筑工业出版社。五、参考进度第××周 周一上午 布置设计任务、阅读课程设计任务书及相关设计资

6、料、例题，复习有关课程内容，对设计题目及设计内容有所了解；进行结构平面及支撑布置等；周二周三 进行荷载计算、内力计算与组合、刚架梁柱截面验算、位移验算及节点设计； 周四 刚架施工图绘制；周五 统计材料用量及材料表绘制；周五下午五点准时交设计成果。六、注意事项1要求学生高标准、高质量地完成课程设计；2在教师指导下，明确设计方法与步骤，独立完成设计，杜绝抄袭现象；3必须按上课时间在教室内进行设计。轻型门式刚架结构设计指 导 书一、课程设计目的钢结构课程设计是教学计划中一个重要的实践教学环节，能够培养和提高学生的基本技能，使学生得到系统的工程师的基本训练以及对实际工程结构工作的认识，并对巩固所学的理

7、论知识具有重要作用。因此，课程设计是钢结构课程的重要教学环节之一。通过课程设计，欲达如下目的：1复习和巩固加深对已学的钢结构基本构件中轴心受力构件及压弯、拉弯构件等章节的理论知识。2了解钢结构设计的一般程序和设计计算内容，为毕业设计及今后从事实际设计、施工等工作奠定基础。3掌握钢结构中门式刚架轻型房屋钢结构的一般设计步骤与方法，如：（1）了解门式刚架轻型钢结构的结构组成及各部分构件的作用；（2）了解门式刚架轻型钢结构的结构平面布置及变形缝、支撑等设计原则；（3）确定门式刚架轻型钢结构的计算单元及计算简图；（4）掌握门式刚架轻型钢结构的荷载计算及受力分析；（5）掌握门式刚架轻型钢结构的内力分析方

8、法，对梁、柱为变截面的刚架进行内力分析时，应计入截面变化对内力分布的影响。（6）确定门式刚架轻型钢结构梁、柱的控制截面、几种内力组合以及最不利内力的求解。（7）掌握门式刚架轻型钢结构构件的截面设计与验算，以及构件间连接节点的设计与构造。（8）明确门式刚架轻型钢结构柱脚的构造与设计方法。（9）掌握钢结构施工图的绘制方法和制图规定，学会编制构件材料表。（10）学习书写结构计算书。（11）学习运用各种规范、图集及手册进行结构设计。二、设计程序1熟悉设计资料2结构平面及支撑布置除绘制结构平面布置图及支撑布置图外，初选梁、柱截面及截面特性计算。3荷载计算包括屋面永久荷载作用、屋面可变荷载作用、柱身永久荷

9、载及风荷载作用等。4内力计算及组合（1）刚架内力计算绘制刚架在各种荷载作用下的弯矩( M )、剪力( V )、轴力（N）图。（2）刚架内力组合绘制刚架内力组合表。（3）最不利组合荷载作用下刚架M、N、V图5刚架梁、柱截面验算6位移计算（1）柱顶水平位移的验算（2）梁跨中最大挠度的验算7节点设计（1）梁柱结点设计（2）梁梁节点设计（3）铰接柱脚节点设计8刚架施工图9经济分析本课程设计的主要任务是技术设计和结构施工图的绘制。三、设计技术与要求(一)、结构形式和布置1结构形式门式刚架的结构形式是多种多样的。按构件体系分，有实腹式与格构式；按截面形式分，有等截面和变截面；按结构选材分，有普通型钢、薄壁

10、型钢和钢管等。实腹式刚架的截面一般为工字形，格构式刚架的截面为矩形或三角形。根据跨度、高度和荷载的不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形；必要时也可改变腹板厚度。结构构件在安装单元内一般不改变翼缘截面，当必要时，可改变翼缘厚度；邻接的安装单元可采用不同的翼缘截面，两单元相邻截面高度宜相等。在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支

11、撑可采用张紧的圆钢。2结构布置（1）柱网的布置刚架的跨度是柱纵向定位轴线之间的尺寸，刚架柱距是柱子在横向定位轴线之间的尺寸。门式刚架的跨度宜采用936m，以3m为模数，必要时也可采用非模数跨度。边柱的截面宽度不相等时，其外侧要对齐。门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m；跨度较小时也可用4.5m。门式刚架的高度宜采用4.59.0m，必要时可适当加大。在多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙墙架（端部刚架），或直接采用门式刚架。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.51.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。（2

12、）变形缝的布置门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m，横向温度区段长度不大于150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩或设置双柱。（3）墙梁布置门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护墙时墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定，但不应大于计算确定的值。门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢墙板或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。（4）支撑布置在每个温度区段或分期建设的区段中，应分

13、别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取3045m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。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。屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑，可由

14、檩条兼作；若刚度或承载力不足，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面形式的杆件。门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30°60°范围内，宜接近45°。当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向刚架。（二）、门式刚架计算简图的确定在确定计算简图时，门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应符合下列规定：门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离；门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴

15、线交点的高度，应根据使用要求的室内净高度，设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定；柱的轴线可取通过柱下端(较小端)中心的竖向直线，工业建筑边柱的定位轴线宜取柱 外皮，斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为刚接。柱脚铰接的门式刚架的计算简图如图3所示。檐口高度，取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度，取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；房屋的宽度，取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度，取两端山墙墙梁外皮之间的距离。图1 门式刚架的计算简图（三）、门式刚架的

16、荷载计算和荷载组合1屋面荷载（1）永久荷载 包括屋面板、檩条、支撑、刚架等结构自重及吊顶、管线、天窗、风帽等悬挂或建筑设施荷重。实腹式檩条的自重标准值大约0.1 KN/m2，而格构式檩条的自重标准值大约0.05 KN/m2。（2）可变荷载 包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载等。屋面活荷载按屋面水平投影面积计算。考虑到使用及施工检修荷载，对房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载应如下考虑：不上人屋面均布活荷载的标准值应取0.5 kN/m2； 上人屋面均布活荷载的标准值取2.0 kN/m2；设计屋面板和檩条时应考虑施工或检修集中荷载1.0kN；当使用及施工荷载较大时，应按实际情况采用。屋

17、面雪荷载、积灰荷载等按建筑结构荷载规范（GB50009）的规定采用。荷载效应组合时应符合下列原则：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它荷载同时考虑。2风荷载风荷载标准值与建筑物所在地区基本风压、建筑物体型、高度以及建筑地面粗糙度等因素有关，并且认为风荷载垂直作用于建筑物表面上，其值可按下式计算： 风荷载体型系数由门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102:2002）附录A确定。3荷载组合当不考虑地震作用时所需考虑的荷载效应组合主要有：（1）1.2×

18、永久荷载标准值十1.4×0.85×（屋面可变荷载标准值十风荷载标准值十吊车荷载标准值）。（2）1.0×永久荷载标准值十1.4×风荷载标准值；上述（1）项组合主要用于截面强度和构件稳定性计算；（2）项组合主要用于锚栓抗拉计算。一般对轻型屋面的刚架，当地震设防烈度为7度而相应风荷载大于0.35 kN/（标准值）或为8度（、类场地上）而风荷载大于0.45 kN/时，地震作用组合不起控制作用，可只进行上述二项组合。（四）、门式刚架的作用效应计算1刚架的内力计算对构件为变截面的门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，进行内力分析时宜按平面结构考虑，一般不考虑应力

19、蒙皮效应。当有必要且有条件时，可考虑屋面板的蒙皮效应。变截面门式刚架的内力分析可按一般结构力学方法或利用静力计算公式、图表进行，也可采用有限元法（直接刚度法）计算。计算时宜将构件分为若干段，每段的几何特征可视为常量，也可采用楔形单元。对构件为等截面的门式刚架，当采用弹性分析方法确定内力时，可参考上述方法进行。当采用塑性分析方法确定内力时，按钢结构设计规范（GB50017-2003）的规定进行计算。2控制截面及最不利内力组合刚架结构在各种荷载作用下的内力确定之后，即可进行荷载和内力组合，以求得刚架梁、柱各控制截面的最不利内力作为构件设计验算的依据。最不利内力组合应按梁、柱控制截面分别进行，一般可

20、选柱底、柱顶、柱阶形变截面处及梁端、梁跨中等截面进行组合和截面的验算。计算刚架梁控制截面的内力组合时应计算以下三种最不利内力组合： Mmax及相应的V； Mmin（即负弯矩最大）及相应的V； Vmax及相应的M。计算刚架柱控制截面的内力组合时一般应计算以下四种最不利内力组合：Nmax及相应的M、V；Nmin及相应的M、V；Mmax及相应的N、V；Mmin（即负弯矩最大）及相应的N、V。刚架梁中内力符号：弯矩以使梁的下部受拉者为正，反之为负；剪力以绕杆端顺时针转者为正，反之为负。刚架柱中内力符号：弯矩以柱左边受拉者为正，反之为负；轴力以受压为正，反之为负。3变截面刚架的侧移计算变截面门式刚架的柱

21、顶侧移应采用弹性分析方法确定。当单跨变截面刚架斜梁上缘坡度不大于1:5时，在柱顶水平力作用下的侧移u，按下列公式估算：柱脚铰接刚架 柱脚刚接刚架 其中 式中 h，L分别为刚架柱高度和刚架跨度。当坡度大于1:10时，L应取横梁沿坡折线的总长度； 刚架柱与刚架梁的线刚度比值；Ic，Ib分别为柱和横梁的平均惯性矩，且可按下列公式计算：楔形构件 双楔形横梁 式中 Ico、Ic1分别为柱小头和大头的惯性矩；Ib0、Ib1、Ib2分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面的惯性矩；楔形横梁长度比值；H刚架柱顶等效水平力，可按下列公式计算：当刚架承受沿柱高度均布的水平风荷载作用时（图2），柱顶等效水平力H可取为

22、：柱脚铰接刚架 H=0.67W 柱脚刚接刚架 H=0.45W 式中W-均布风荷载的总值，W=（W1+W4）h W1，W4分别为刚架两侧承受的沿柱高度均布的水平风荷载（kN/m）。图2 刚架在均布风荷载作用下柱顶的等效水平力当刚架承受吊车水平荷载Pc作用时（图3），柱顶等效水平力H可取为：柱脚铰接刚架 H=1.15Pc 柱脚刚接刚架 H=Pc 式中 吊车水平荷载Pc作用高度与柱高度之比（图3）。图3 刚架在吊车水平荷载作用下柱顶的等效水平力4变形规定门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）关于刚架变形的规定如下：1）计算刚架变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱；2）单层门式刚架

23、轻型房屋钢结构的刚架柱顶位移设计值，不应大于表1规定的限值；3）受弯构件的挠度与其跨度的比值，不应大于表2规定的限值； 刚架柱顶位移设计值的限值 表1吊车情况其它情况柱顶位移限值无吊车当采用轻型钢墙板时当采用砌体墙时h / 60h / 100有桥式吊车当吊车有驾驶室时当吊车由地面操作时h / 400h / 180注：表中h为刚架柱高度。 受弯构件的挠度与跨度比限值 表2竖向挠度门式刚架斜梁 仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢檩条 尚有吊顶 有悬挂起重机L / 180L / 240L / 400檩条 仅支承压型钢板屋面 尚有吊顶L / 150L / 240压型钢板屋面板L / 150水平挠度墙板L /

24、 100墙梁 仅支承压型钢板墙 支承砌体墙L / 100L / 180且50mm注：1. 表中L为构件跨度；2. 对悬臂梁，按悬伸长度的2倍计算受弯构件的跨度。 （五）、门式刚架构件的截面验算1刚架柱的验算（1）抗剪强度验算工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm/m时可考虑屈曲后强度，其抗剪承载力设计值Vd应按下列公式计算： 其中 式中 hw 腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度；与板件受剪有关的参数；腹板屈曲后抗剪强度设计值。 式中 受剪板件的凸曲系数，当不设横向加劲肋时取=5.34； 加劲肋间距，当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距宜取hw 2 hw。（2）抗弯强度

25、验算工字形截面压弯构件有剪力V、弯矩M和轴压力N共同作用下的强度，应符合下列要求： 当截面为双轴对称时 式中 Ae构件有效截面面积；兼承压力N时两翼缘所能承受的弯矩。（3）变截面柱在刚架平面内的稳定性计算 （4）变截面柱在刚架平面外的稳定计算公式为 2刚架梁和隅撑设计（1）抗剪强度验算 同刚架柱（2）抗弯强度验算 同刚架柱（3）稳定性计算实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构件计算稳定。刚架斜梁的出平面计算长度，应取侧向支承点间的距离；当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。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

26、斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。斜梁不需计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度的16倍。隅撑应按轴心受压构件设计，轴心力N可按下列公式计算： 当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取按上式计算值之半。隅撑宜采用单角钢制作。（六）、门式刚架的连接和节点设计1刚架梁与柱连接及刚架梁拼接端板连接应按所受最大内力设计，当内力较小时，应按能够承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应按采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接可采用摩擦型高强度螺栓连接或焊接。吊车梁与刚架的连接处宜设长圆孔。高强度螺栓直径可根据需要选用，通常采用M16M24螺栓。檩条和墙梁与刚

27、架斜梁和柱的连接通常采用M12普通螺栓。端板连接的螺栓应成对对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近，为此宜采用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。当螺栓群间的力臂足够大（例如在端板斜置时）或受力较小（例如某些斜梁拼接）时，也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板平齐式连接。螺栓中心至翼缘板表面的距离，应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设一排螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓，其间距可取75mm，且不小于3倍螺栓孔

28、径。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度（图4）。当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。图4 端板竖放时的螺栓和檐檩同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。2梁柱节点域 在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力： 式中 dc、tc分别为节点域的宽度和厚度；db斜梁端部高度或节点域高度；M节点承受的弯矩，对多跨刚架中间柱处，应取两侧斜梁端弯矩的代数和或柱端弯矩；fV节点域钢材的抗剪强度设计值。当不满足上式要求时，应加厚腹板或设置斜加劲肋。刚架构件的翼缘与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角对接组合焊缝与

29、腹板等强的角焊缝，坡口形式应符合现行国家标准气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸GB / T985的规定。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度： （Nt20.4P） （Nt2>0.4P） 式中 Nt2翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值；P高强度螺栓的预拉力；ew螺栓中心至腹板表面的距离；tw腹板厚度。当不满足上式要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。3柱脚节点设计门式刚架轻型房屋钢结构的柱脚，宜采用平板式铰接柱脚。当有必要时，也可采用刚接柱脚。柱脚锚栓应采用Q235钢或Q345钢制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB50007）的

30、规定，锚栓端部应按规定设置弯钩或锚板。锚栓的直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽。计算有柱间支撑的柱脚锚栓在风荷载作用下的上拔力时，应计入柱间支撑产生的最大竖向分力，且不考虑可变荷载（或雪荷载）、积灰荷载和附加荷载的影响，永久荷载分项系数应取1.0。柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力（摩擦系数可取0.4）或设置抗剪键承受。计算柱脚锚栓的受拉承载力时，应采用螺纹处的有效截面面积。 四、总体要求1必须按期完成指定任务。2除有特殊声明外，每位学生均需递交一套设计图纸和一份计算说明书。3一律使用A4工程计算纸书写计算书，使用A2白图纸绘制铅笔施工图。4计算

31、书应内容完整、条理清晰、字迹规范、图文并茂、排版得当。5设计图应内容齐全、幅面整洁、线条分明、表达正确，达到施工图深度。6发挥独立思考的能力，培养运用规范、查阅资料的基本技能。五、成绩评定1根据计算书和施工图的质量，结合答辩情况以及平时表现进行成绩评定。2成绩制度：优、良、中、及格、不及格。六、计算书封面内容设计项目名称；班级；学号；姓名；指导教师；设计日期；成绩图纸的图标格式如下：土木建筑工程学院钢结构课程设计设计项目××××××××××班级（学号）土××-×&#

32、215;图纸编号结施-××指导教师姓 名×××成 绩××× 注：图标总长180mm，总宽40mm.8 门式刚架轻型房屋钢结构设计例题3.8.1 设计资料某车间为变截面单跨双坡门式刚架结构，见图3.28所示，屋面坡度为1:15，刚架为变截面形式，柱脚与基础铰接连接，柱距6 m，厂房总长60 m，跨度30 m。材料采用Q235B钢材，焊条采用E43型；刚架梁柱都采用变截面工字钢截面形式，由钢板焊成，钢板为焰切边。屋面和墙面采用75 mm厚双层彩色压型钢板复合板，彩板均为0.6 mm厚镀锌彩板，镀锌层厚为275 g；屋面

33、檩条及墙面檩条均采用镀锌冷弯薄壁C型钢檩条，镀锌层厚为160 g。复合板厚度根据车间所在当地温度确定。自然条件：基本雪压：0.40 kN/ ； 基本风压：0.45 kN/。本工程地面粗糙度为B类，场地为三类场地，地下水位为-5m，基础持力层为密实中砂，地基承载力特征值为fa =160 kN/。工程所在地抗震设防烈度为7度。图3.28 刚架简图3.8.2 方案结构平面布置图如图3.29所示：图3.29 结构平面布置图支撑、屋面檩条和隅撑布置图如图3.30所示：（a） 屋面支撑布置图（b） 柱间支撑布置图（c）屋面檩条和隅撑布置图图3.30 支撑、屋面檩条和隅撑布置图初选梁、柱截面及截面特性见表3

34、.16。表3.16 梁、柱截面及截面特性部位截面简图截面特性刚架横梁1-1剖面2250×12776×8截面积 A=122.08 cm2惯性矩 Ix=124301.4 cm4Iy=3128.3 cm4截面模量 Wx=3107.5 cm3Wy=250.3 cm3回转半径 ix=31.91 cmiy=5.06 cm2-23-3剖面2250×12376×8截面积 A=90.08 cm2惯性矩 Ix=26132.6 cm4Iy=3126.6 cm4截面模量 Wx=1306.63 cm3Wy=250.13 cm3回转半径 ix=17.03 cmiy=5.89 cm4

35、-4剖面2250×12576×8截面积 A=106.08 cm2惯性矩 Ix=64609 cm4Iy=3127.5 cm4截面模量 Wx=2153.6 cm3Wy=250.2 cm3回转半径 ix=24.68 cmiy=5.43 cm刚架柱5-5剖面2250×14822×8截面积 A=135.76 cm2惯性矩 Ix=159345.7 cm4Iy=3649.3 cm4截面模量 Wx=3749.3 cm3Wy=291.944 cm3回转半径 ix=34.3 cmiy=5.2 cm6-6剖面2250×14272×8截面积 A=91.76

36、m2惯性矩 Ix=15667.3 cm4Iy=3646.9 cm4截面模量 Wx=1044.5 cm3Wy=291.752 cm3回转半径 ix=13.1 cmiy=6.3 cm3.8.3 刚架结构受力分析1）荷载取值计算屋面自重（标准值，沿坡向）：彩色压型钢板复合板 0.18 kN/ 檩条及其支撑 0.15 kN/ 刚架横梁 0.10 kN/ 总计 0.43 kN/ 屋面雪荷载（标准值） 0.40 kN/ 屋面均布活荷载（标准值） 0.50 kN/ （不与雪荷载同时考虑） 墙面及柱自重（标准值）（包括墙面材料、墙梁及刚架柱） 0.55 kN/ 风载 基本风压w0=0.45 kN/，地面粗糙度

37、为B类，按封闭式建筑选取中间区单元，刚架风载体型系数按规程附录A取定，如图3.31所示：图3.31 风载体形系数2）分项荷载作用计算 屋面永久荷载作用：标准值 图3.32 刚架上永久荷载作用图（单位：kN/m） 屋面可变荷载作用：标准值 图3.33 刚架上可变荷载作用图（单位：kN/m） 柱身永久荷载：标准值 风载（如图3.34所示）：墙面风荷载变化系数按柱顶标高计算取为1.0，w =1.0×0.45=0.45 kN/墙面风压标准值屋面风荷载变化系数按屋顶标高计算取为1.0，w =1.0×0.45=0.45 kN/屋面负风压标准值图3.34 刚架上风载作用图（单位：kN/m

38、）3）内力计算及组合（1）刚架内力计算本结构为柱脚铰接单层单跨刚架体系，在力学上为一次超静定结构，采用力法可以较方便的求解结构在各种荷载作用下的内力。变截面构件的截面特性可分段计算，每段近似取平均值作为构件截面特性代表值。刚架在各种荷载作用下的弯矩( M )、剪力( V )、轴力（N）见图3.35图3.37。（2）刚架内力组合见表3.171.24。（3）最不利组合荷载作用下刚架M、N、V图见图3.38。（a） 刚架永久荷载作用图（单位：kN/m） （b） N图（单位：kN） （c） V图（单位：kN）（d） M图（单位：kN·m）图3.35 屋面永久荷载作用下刚架M、N、V图 （a）

39、刚架活载作用图（单位：kN/m） （b） N图（单位：kN） （c） V图（单位：kN） （d） M图（单位：kN·m）图3.36 屋面可变荷载作用下刚架M、N、V图（a） 刚架上风载作用图（单位：kN/m） （b） N图（单位：kN） （c） V图（单位：kN）（d） M图（单位：kN·m）图3.37 左风荷载作用下刚架M、N、V图28表3.17 刚架梁内力组合表 左跨梁：梁截面内力（kN或kN·m）永久荷载可变荷载左风右风Mmax相应的V、NMmin相应的V、NVmax相应的M、N组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值截面1-1M-180.643-210.

40、45183.82125.48+-511.5+40.6 +-317.9 V36.29242.449-36.7525.82102.98-7.9 124.8 N25.75730.02-23.55-23.7472.938-2.1 38.4 截面2-2M-24.51-28.56727.813.91+-69.41+9.5 +-46.9 V22.96226.762-22.6223.7465.02-4.1 87.7 N24.81128.917-23.48-23.7470.257-3.1 35.9 截面3-3M67.0878.182-59.37-54.5+189.95+-2.6 +108.7 V7.4828.7

41、2-6.386.121.190.0 26.6 N23.69327.614-23.48-23.6867.1-4.4 33.1 截面4-4M77.95990.862-65.14-65.1+220.76+2.4 +124.2 V-4.128-4.811-3.090.05-11.69-9.3 -10.6 N23.09126.913-23.48-23.6865.39-5.2 31.6 表3.18 刚架柱内力组合表左柱：梁截面内力（kN或kN·m）永久荷载可变荷载左风右风Nmax相应的MNmin相应的MMmax相应的V、N组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值截面5-5M180.643210

42、.54-183.82-125.5+511.53+-40.6 +511.53N38.1444.453-38.3-27.41108-7.9 108V-22.747-26.56220.93-21.88-64.52.0 -64.5截面6-6M0000+0N63.88144.453-38.3-27.41138.9V-22.747-26.56226.2-10.3-64.5（a） N图（单位：kN） （b） V图（单位：kN）（c） M图（单位：kN·m）图3.38 最不利组合荷载作用下刚架的M、N、V图3.8.4 刚架构件设计1）构件宽厚比验算（1）梁翼缘（满足要求）（2）柱翼缘（满足要求）（3

43、）梁腹板1-1 截面 （满足要求）2-2 截面、3-3 截面 （满足要求）4-4 截面 （满足要求）（4）柱腹板柱底6-6截面 （满足要求）柱顶5-5截面 （满足要求）2）有效截面特性（1）柱有效截面特性翼缘：柱受压翼缘为一边支承、一边自由的均匀受压板件，当其自由外伸宽厚比不超过规范所规定的允许宽厚比时，柱受压翼缘全截面有效。由=（1-2）/1=0，查得=5 =19.04（满足要求）腹板：柱腹板为两边支承非均匀受压板件，其有效宽度按规范计算。柱顶5-5截面腹板最大、最小应力腹板受压区高度故取故取r =1.0，即柱顶腹板全截面有效。柱底6-6截面：故取由得，则故取，即柱底腹板全截面有效。（2）梁

44、有效截面特性翼缘：梁受压翼缘为一边支承，一边自由的均匀受压板件，当其自由外伸宽厚比不超过规范所规定允许宽厚比时，梁受压翼缘全截面有效。1-1截面：（满足要求）3-3截面： （满足要求）4-4截面：（满足要求）腹板：梁腹板为两边支承非均匀受压板件，其有效宽度按规范计算。1-1截面：腹板最大、最小应力腹板受压区高度故取故取r =1.0，即腹板全截面有效。3-3截面：腹板最大、最小应力腹板有效宽度故取 故取=1.0，即3-3截面梁腹板全截面有效。4-4截面腹板最大、最小应力腹板有效宽度故取 故取r =1.0，即4-4截面梁腹板全截面有效。3）刚架梁的验算（1）抗剪承载力验算梁截面的最大剪力Vmax=102.98 kN考虑仅有支座加劲肋，取=5.34,且1.4。 （满足要求）（2）弯剪压共同作用下