24m跨门式刚架计算书
24m跨门式刚架计算书
钢结构课程设计
计算书
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指导教师
常州工学院成教学院
二〇一五年十二月
轻型门式刚架刚架计算书
1.1设计资料
本设计为北京市某郊外（B类地区）一汽车展厅—轻型门式刚架结构，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，跨度为24m。
240
材料采用Q345B钢材，焊条采用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：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/㎡。本工程不考虑地震作用。
结构平面布置图如图2所示。
柱间支撑布置图如图3所示。
屋面梁和屋面支撑平面布置图如图4所示。
屋面檩条和隅撑布置图如图5所示。
图2 结构平面布置图
图3 柱间支撑布置图
图4 结构平面布置图
图5 屋面檩条和隅撑布置图
1.2 构件截面初选
刚架简图见图6.构件截面尺寸及特性见表1.
图6 构件简图
表1 构件截面信息表
单
元号
截面名称 长度(m m) 面积(m
m 2
) 绕强轴 惯性矩
(x104mm 4
) 绕弱
轴 惯性矩
(x10
4mm 4
)
绕
强轴 计算长度 系
数 绕弱轴
计算长度 系
数
柱 1 H400~800x300x8x12 7000 10208 30650 1429
5402 5403 2.197 1.0
00
13
40
8
31
柱8 H400~800
x300x8x1
2
70
00
10
20
8
13
40
8
3065
1429
31
5402
5403
2.1
97
1.0
00
梁2 H500~700
x200x8x1
45
10
78
40
94
40
3138
6
6857
5
1335
1336
5.3
33
0.6
65
梁3 H500x200
x8x10
50
11
78
40
3138
6
1335
4.8
00
0.5
99
梁4 H500~700
x200x8x1
25
06
78
40
94
40
3138
6
6857
5
1335
1336
9.6
00
1.1
97
梁5 H500~700
x200x8x1
25
06
78
40
94
3138
6
6857
1335
1336
9.6
00
1.1
97
40 5
梁6 H500x200
x8x10
50
11
78
40
3138
6
1335
4.8
00
0.5
99
梁7 H500~700
x200x8x1
45
10
78
40
94
40
3138
6
6857
5
1335
1336
5.3
33
0.6
65
1.3 刚架受力分析
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7所示：
B C
D
A E
+0.25
-0.55
风向
-1.00
-0.65
图7 风载体型系数
2）分项荷载作用计算
0tan 1/15 3.184αα=?=
① 屋面永久荷载作用： 标准值 1
0.436 2.59kN/m cos α
?
?= 2.59
3.3
A C
B 3.3
E
D
图8 刚架上恒载作用图（单位：kN/m ）
② 屋面可变荷载作用：
标准值 10.56 3.007kN/m cos α
??=
B
C
D
A E
3.007
图9 刚架上活载作用图（单位：kN/m ）
③ 柱身永久荷载：
标准值 0.556 3.3kN/m ?= ④ 风载（如图10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
0.45(0.25)60.675kN/m w
AB q =?+?=+
0.45(0.55)6 1.485kN/m w DE q =?-?=-
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
0.45( 1.0)6 2.7kN/m w AB q =?-?=-
0.45(0.65)6 1.755kN/m w CD q =?-?=-
-2.7A C
B
-1.485
E
D
-1.755
风向
+0.675
图10 刚架上风载作用图（单位：kN/m ）
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。
荷载组合考虑以下几种情况 1) 1.20恒载 + 1.40活载 2) 1.20恒载 + 1.40左风
3) 1.20恒载 + 1.40活载 + 1.40 x 0.60左风 4) 1.20恒载 + 1.40左风 + 1.40 x 0.60右风 5) 1.00恒载 + 1.40右风
定义工况0为恒载，工况1为活载，工况2为左风，工况2为右风。
(1)各工况下荷载内力图见图11所示。
a) 工况0_恒载轴力N图(单位：kN)
b) 工况0_恒载剪力V图(单位：kN)
c) 工况0_恒载弯矩M图(单位：kN.m)
d) 工况1_活载轴力N图(单位：kN)
e) 工况1_活载剪力V图(单位：kN)
f) 工况1_活载弯矩M图(单位：kN.m)
g) 工况2_左风轴力N图(单位：kN)
h) 工况2_左风剪力V图(单位：kN)
i) 工况2_左风弯矩M图(单位：kN.m)
j) 工况3_右风轴力N图(单位：kN)
k) 工况3_右风剪力V图(单位：kN)
l) 工况3_右风弯矩M图(单位：kN.m)
图11 各工况下内力图
（2）刚架内力组合见表2。
表2 刚架内力组合见表
组合号单元
号
小节
点
N(kN
)
小节
点
V(kN
)
小节
点
M(kN
.m)
大节
点
N(kN
)
大节
点
V(kN
)
大节
点
M(kN
.m) 1
-129
.4
49.6 0.0
-95.
49.6
-347
.8 2
-58.
5
-89.
7
-346
.4
-56.
2
-55.
1
-33.
8 3
-56.
2
-56.
8
-33.
8
-53.
5
-16.
6
149.
4
1 4 -53.
5
-18.
7
149.
4
-52.
2
1.4
170.
7
5 -52.
2
-1.7
170.
7
-53.
5
18.4
149.
4
6 -53.
5
16.6
149.
4
-56.
2
56.8
-33.
8
7 -56.
2
55.4
-33.
8
-58.
5
89.9
-346
.4
8 -95.
-49.
6
-347
.8
-129
.4
-49.
6
0.0
1 -35.
6
-4.4 0.0 -1.2 2.5 6.6
2 2 -2.7 -1.0 7.
3 -2.6 -0.8 11.0
续表2
3 -2.6 -0.8 11.0 -2.6 -0.6 14.5 2
4 -2.6 -0.7 14.
5 -2.
6 -0.5 16.0
5 -2.5 -0.7 15.9 -2.8 2.7 13.4
6 -2.8 2.
7 13.4 -3.2 9.5 -17. 1
7 -3.2 9.5 -17.
1
-3.6 15.4
-70.
5
8 -15.
7
-2.1
-68.
6
-50.
-17.
4
0.0
1 -102
.9
32.7 0.0
-68.
5
36.9
-244
.3
2 -43.
3
-64.
6
-242
.8
-41.
7
-39.
8
-17.
4
3 -41.
7
-41.
-17.
4
-39.
8
-12.
2
115.
3
3 4 -39.
8
-13.
7
115.
3
-38.
8
0.7
131.
5
5 -38.
8
-1.6
131.
4
-39.
9
14.8
114.
7
6 -39.
9
13.4
114.
7
-42.
46.2
-34.
3
7 -42.
45.2
-34.
3
-43.
9
73.4
-289
.5
8 -77.
2
-36.
7
-289
.4
-111
.6
-45.
9
0.0
1 -111
.6
45.9 0.0
-77.
2
36.7
-289
.4
2 -43.
9
-73.
2
-289
.5
-42.
-45.
-34.
3
3 -42.
-46.
2
-34.
3
-39.
9
-13.
4
114.
7
4 4 -39.
9
-15.
114.
7
-38.
8
1.4
131.
4
5 -38.
8
-0.9
131.
5
-39.
8
13.5
115.
3
6 -39.
8
12.2
115.
3
-41.
7
41.0
-17.
4
7 -41.
7
40.0
-17.
4
-43.
3
64.8
-242
.8
8 -68.
5
-36.
9
-244
.3
-102
.9
-32.
7
0.0
1 -36.
8
13.5 0.0 -8.1 -1.8
-40.
9
2 1.0 -8.2 -42.
9
1.3 -5.0
-14.
4
3 1.3 -5.0 -14.
4
1.5 -1.3 1.5
5 4 1.5 -1.3 1.5 1.
6 0.6 2.4
5 1.5 0.7 2.4 1.
6 -0.8 2.6
6 1.6 -0.8 2.6 1.8 -3.
7 13.7
7 1.8 -3.6 13.7 2.0 -6.2 34.8
8 6.3 1.4 34.3 -22.
3
8.4 0.0
（3）最不利组合荷载作用下刚架M、N、V图见图12。
a) 轴力 N 包络图(单位：kN)
b) 剪力 V 包络图(单位：kN)
c）弯矩 M 包络图(单位：kN.m)
图12 最不利内力图
1.4 刚架构件设计
梁、柱截面及截面特性见表3.
表3 梁、柱截面及截面特性
部位截面简图截面特性