轻型门式钢架设计实例
36米跨度轻型门式钢架结构设计
36米跨度轻型门式钢架结构设计前言我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期：1990年以前，钢结构建筑在工业领域中的主要应用是重型厂房中的排架结构体系，在民用领域中的主要应用是螺栓球或焊接球网架结构；自1990 年代起，钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期。
门式钢刚架结构被大量应用于工业厂房、超市、仓库中；钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用；薄壁彩钢板已大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中；冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。
现代钢结构体系由热轧截面、焊接截面和冷弯薄壁型钢截面构件组成。
人们往往将钢结构划分为普通钢结构和轻型钢结构两大类。
但是，究竟如何定义或区分这两类结构，却存在着很多不同的标准。
例如，结构跨度的标准，结构层数的标准，结构用途的标准，吊车吨位的标准等。
这些标准都有一定的合理性，但是都是建立在结构体系外在因素或特征基础上的。
事实上，轻型钢结构体系的本质是“轻”，实现这一本质的条件是截面板件要“薄”，设计时必然要考虑板件局部失稳后的极限强度。
所以，从结构工作机理和设计计算原理的角度出发，轻型钢结构体系是指“结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构体系”。
门式钢刚架是典型的轻型钢结构，也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构。
早期典型的门式钢刚架是1910 年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅，采用了多层阶形钢框架结构；1932 年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构[1]。
现代轻型门式钢刚架体系是由国外钢结构专业公司引入我国的，它包括主结构系统（刚架、支撑、抗风柱等）、次结构系统（屋面和墙面檩条等）、辅助结构体系（挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁等）、围护板材体系、柱脚和基础等。
近年来钢结构建筑在我国出现了非常快的发展势头，应用范围不断扩大，目前，我国钢结构建筑的发展处在建国以来最好的一个时期。
32t吊车门式刚架轻钢厂房的结构设计
32t吊车门式刚架轻钢厂房的结构设计导言本文重点介绍了某管桩有限公司带32t吊车门式刚架轻钢厂房的刚架和吊车梁的设计，屋面和柱间支撑的设计，檩条及和墙梁的设计。
同时对本工程设计中几个主要问题的处理，也进行了较详细的讨论和介绍，可供同类工程设计时参考。
工程概况某管桩公司生产车间位于河北，厂房长度为6×23=138m，宽度为24+21=45m，屋面坡度为8%，双屋脊，建筑面积为6400㎡，其中：24m跨有32/5t桥式吊车一台，20t/5t桥式吊车二台，21m跨有10t桥式吊车一台，5t单梁桥式吊车一台（以上吊车工作级别均为A5），牛腿标高6.900，柱顶标高11.500，屋面为角驰Ⅱ暗扣式单层压型钢板+75厚吸音保温棉+不锈钢丝网，墙面为单层压型钢板。
本工程建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，屋面活荷载对于刚架构件，其受荷水平投影面积大于60㎡，取为0.3kN/㎡，雪荷载为0.45kN/㎡，故取较大值为0.45kN/㎡；屋面活荷载对于檁条，屋面板等局部构件取值则为0.5kN/㎡；基本风压为0.45kN/㎡，地面粗糙度类别为B类；抗震设防烈度为6度。
刚架构件材质采用Q345B；吊车梁因其工作较频繁，需要进行疲劳验算，而最低日平均温度为-6℃，要求所选钢材应具有0℃冲击韧性的合格保证，故吊车梁材质采用Q345C，其它檩条，墙梁，支撑材质采用Q235B。
计算软件采用PKPM的STS软件。
刚架和吊车梁的设计考虑制作安装简便，刚架柱，梁均采用实腹式焊接H型钢，门式刚架用STS 软件进行分析计算时，对屋面活荷载考虑其各跨的不利布置，对吊车的竖向及水平荷载，当参于组合的吊车台数为2台时，对其进行折减，折减系数取为0.9。
由于桥式吊车起重量为32t，已超出《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（下称轻钢规范）的适用范围，故刚架柱采用《钢结构设计规范》（下称钢结构规范）验算，由于吊车梁可作为柱子的侧向支承点，故下柱平面外计算长度取为7.5m 即基础面至牛腿面的长度，上柱平面外计算长度取为4.6，即牛腿面至柱顶的长度；而对于屋面变截面梁，由于钢结构规范只能用等效截面来验算，会存在一定误差，所以屋面变截面梁的强度和稳定仍按轻钢规范来验算，其平面外计算长度取为两屋面隅撑之间的距离，对于屋面变截面梁的挠度则按钢结构规范从严控制。
轻型门式刚架结构设计
民用建筑
在民用建筑领域，轻型门 式刚架结构可用于商场、 超市、仓库等建筑物的建 设。
轻型门式刚架结构的发展历程
起源
轻型门式刚架结构起源于20世纪初，随着工业和经济的发展，逐渐 得到广泛应用。
发展历程
随着科技的进步和工程实践的积累，轻型门式刚架结构在材料、设 计、施工等方面不断优化，逐步形成了完善的标准和规范。
根据设计图纸，完成门式刚架的基础施工，包括桩基、基础垫层、 钢筋混凝土浇筑等。
钢构件加工
按照设计图纸要求，对钢构件进行加工制作，确保尺寸、形状、焊 接质量等符合规范要求。
钢构件安装
将加工好的钢构件运输到施工现场，进行安装，确保安装位置准确、 稳固。
施工流程与要点
连接节点处理
根据设计图纸，对钢构件之间的 连接节点进行处理，确保节点连 接牢固、安全可靠。
未来趋势
未来，随着环保和节能要求的提高，轻型门式刚架结构将继续向着高 效、环保、可持续发展的方向发展。
02 轻型门式刚架结构设计原 理
结构设计的基本原则
安全性
确保结构在正常施工和使用过程 中能够承受各种可能的作用力， 不发生破坏、失稳或过大变形。
经济性
在满足安全性和使用功能的前 提下，尽可能降低结构造价， 提高经济性。
适用性
确保结构在使用过程中具有良 好的工作性能，满足正常使用 要求。
耐久性
考虑结构的使用寿命，确保结 构在使用期限内具有良好的耐
久性能。
结构分析方法
有限元分析
利用有限元方法对结构进 行离散化，通过计算和分 析离散化的模型来预测结 构的性能和响应。
线性分析
基于线性理论对结构进行 静力、动力和稳定性分析， 以确定结构的承载能力和 稳定性。
轻型门式刚架结构设计
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三、支撑体系布置
1．柱间支撑 （1）无吊车时柱间支撑的间距宜取30～45m；当有吊车时宜 设设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处， 且间距不宜大于60m； （2）当建筑物宽度大于60m时，内柱列宜适当增加柱间支撑； （3）支撑与构件的夹角应在30°～60°范围内，宜接近45°； （4）柱间支撑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑，当桥 式吊车起重量大于5ｔ时，宜采用型钢支撑； （5）柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向荷载（如风、 吊车制动力）按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算；
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3.稳定计算
（1）当屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可不计算檩 条的整体稳定性。
（2）当屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可按下式 计算檩条的稳定性
Mx My f bxWex Wey
Wex、Wey—— 对主轴x、y的毛截面模量；
bx—— 受弯构件绕强轴的整体稳定性；
f —— 钢材的强度设计值。
（二）计算
（a）C型截面 （b）Z型截面 檩条计算示意图
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1.内力分析 垂直于主轴x和y的分荷载按下式计算：
px psin 0
py p cos0
式中 p—— 檩条竖向荷载设计值；
0 ——p与主轴y的夹角：对C形、槽形和工字型截面 0=，为屋面坡角； 对Z形截面 0 ，
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（三）连接 （1）檩条可设计为单跨简支构件或连续构件； （2）简支檩条和连续檩条一般通过搭接方式不同实现。 连续C形檩条可通过采用稍大一点足够长的C形槽钢套在屋面 檩条外后用螺栓锁紧实现，直卷边或带斜卷边的Z形连续檩条 可采用叠置搭接来实现。
门式刚架计算原理和设计实例之五
门式刚架计算原理和设计实例之五第五章辅助结构系统轻型钢结构的辅助结构系统包括挑檐、⾬篷、吊车梁、⽜腿、楼梯、栏杆、检修平台和⼥⼉墙等，它们构成了轻型钢结构完整的建筑和结构功能。
第⼀节⾬篷和挑檐⼀、⾬篷钢结构⾬篷同钢筋混凝⼟结构⾬篷⼀样，按排⽔⽅式可分为有组织排⽔和⾃由落⽔两种。
钢结构⾬篷的主要受⼒构件为⾬篷梁，其常⽤的截⾯形式有轧制普通⼯字钢、槽钢、H型钢、焊接⼯字形截⾯等，当⾬篷的造型为复杂的曲线时亦可选⽤矩形管或箱形截⾯等。
在轻型门式刚架结构中，⾬篷宽度通常取柱距，即每柱上挑出⼀根⾬篷梁，⾬篷梁间通过C型钢连接形成平⾯。
挑出长度通常为1.5m 或更⼤，视建筑要求⽽定。
⾬篷梁可做成等截⾯或变截⾯，截⾯⾼度应按承载能⼒计算确定。
通常情况下⾬篷梁挑出的长度较⼩，按构造做法，其截⾯做成与其相连的C型钢截⾯同⾼：当柱距为6m时，连接⾬篷梁的C型钢为16＃，⾬篷梁亦取16＃槽钢；当柱距为9m时，连接⾬篷梁的C型钢为24＃，⾬篷梁取25＃槽钢；有组织排⽔的⾬篷可将天沟设置在⾬篷的根部或将天沟悬挂在⾬篷的端部，⾬篷四周设置凸沿，以便能有组织的将⾬⽔排⼊天沟内。
图5-1～5-3为⼏种常见⾬篷的做法。
（a）(b)图5-1 ⾃由落⽔⾬篷(a)(b)(c)图5-2 有组织排⽔⾬篷（a）A-A （b）B-B（c）C-C图5-3 ⾬篷节点详图⼆、挑檐在轻型门式刚架⼚房结构中，通常将天沟（彩钢或不锈钢）放置在挑檐上，形成外天沟。
挑檐挑出构件的间距取柱距，即挑出构件作为主刚架的⼀部分，挑出构件之间由C型钢檩条连接，。
图5-4所⽰为典型的挑檐构造。
图5-4 典型的挑檐构造挑檐柱承受C型钢墙梁传递轻质墙体的竖向荷载和风荷载，挑檐梁主要承受考虑天沟积⽔满布荷载或积雪荷载。
挑檐各构件（挑檐柱、挑檐梁）截⾯通常采⽤轧制⼯字钢或⾼频H型钢，截⾯⼤⼩由承载⼒计算确定。
挑檐计算简图如图5-5所⽰，将挑檐柱和挑檐梁⽰作⼀个整体，端部与刚架柱固接，即作为悬臂构件计算。
门式刚架计算原理和设计实例之二
第二章轻型门式钢刚架设计的差不多理论第一节结构布置和材料选用一、结构组成轻型门式钢刚架的结构体系包括以下组成部分：（1）主结构：横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等；（2）次结构：屋面檩条和墙面檩条等；（3）围护结构：屋面板和墙板；（4）辅助结构：楼梯、平台、扶栏等；（5）基础。
图2-1给出了轻型门式钢刚架组成的图示讲明。
图2-1 轻型钢结构的组成平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻型钢结构的要紧受力骨架，即主结构体系。
屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。
屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。
外部荷载直接作用在围护结构上。
其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身刚度抵抗外部作用。
纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。
二、结构布置轻型门式钢刚架的跨度和柱距要紧依照工艺和建筑要求确定。
结构布置要考虑的要紧问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。
考虑到温度效应，轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。
当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。
温度伸缩缝可通过设置双柱，或设置次结构及檩条的可调节构造来实现。
支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。
布置的要紧原则如下：（1）柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。
支撑桁架的直杆和单斜杆应采纳刚性系杆，交叉斜杆可采纳柔性构件。
刚性系杆是指圆管、H型截面、Z或C型冷弯薄壁截面等，柔性构件是指圆钢、拉索等只受拉截面。
柔性拉杆必须施加预紧力以抵消其自重作用引起的下垂；（2）支撑的间距一般为30m-40m，不应大于60m；（3）支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间，当布置在第二个开间时，第一开间的相应位置应设置刚性系杆；（4） 45的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载，当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时应考虑设置双层柱间支撑；（5）刚架柱顶、屋脊等转折处应设置刚性系杆。
单层门式刚架厂房设计图（含钢量低至30kg）
(完整版)轻型门式刚架结构
刚接柱脚工程实例
加劲板 地脚螺栓
等截面刚 架柱
变截面 刚架梁
1.2 结构形式和结构布置
1.2.1 门式刚架的各种结构形式 门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分
为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、 多坡屋面。
结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸 等因素
单跨单坡 摇摆柱 多跨（中间摇摆柱）
4.构件的抗弯刚度、抗扭刚 度比较小，结构的整体刚 度也比较柔。
1.1.3 门式刚架结构的应用情况
1.我国门式刚架设计规程：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规 程》(CECS102:2002) 2.应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览 厅、活动房屋、加层建筑等。 3.应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构 建筑物竣 工。
4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式： (1).屋面荷载较小，横向跨度为9～24m，柱高为4.5～9m， (2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。 (3).当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架
梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高 超过6m时，宜采用变截面刚架形式。
工程实例一：
青岛南车集团，2004年4月投资新建了一座轻钢结构生产 车间，建筑面积5000平方米。于2004年7月竣工。主体结构采 用轻型单跨门式刚架形式，吊车最大起重量为20吨，中级工作 制。
为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排水形式。外 墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两层压型钢板之间放置了 耐火性能较好的岩棉保温隔热层。
吊车梁
天窗架
山墙抗风柱
正在建设的门式刚架工程实例
轻钢结构工业厂房
工程实例二： 青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩国投资建设
(完整版)YJK门式刚架设计
YJK门式刚架设计用户例题展示：例题：单跨双坡门式刚架1.设计条件刚架跨度30m，柱高6m，柱距6m，屋面坡度1/10，柱网及平面布置见图，刚架形式及几何尺寸见图，屋面及墙面为压型钢板复合板。
檩条及墙梁为薄壁卷边C型钢，檩条间距 1.5m，钢材采用Q345钢。
2.荷载（1）永久荷载标准值(水平投影)屋面板及保温屋0.35 KN/m2檩条、拉条、支撑等0.05 KN/m2悬挂设备及照明灯0.10 KN/m2合计0.5KN/m2;（2）可变荷载标准值屋面活荷0.5KN/m2（3）风荷载标准值基本风压值0.5KN/m2;地面粗糙度系数按B类取值；风荷载高度变化系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用。
当高度小雨10m时按10m高度处的数值采用，??2= 1.0；风荷载体型系数按荷载规范表8.3.1取用。
3.构件设计（1）门式刚柱、门式刚梁根据门规宽厚比、高厚比要求选用截面分别为：变截面柱H600~400x300x8x12,门式刚梁分成三段截面分别为：变截面H600~400x300x8x12,等截面H400x300x8x12, 变截面H400~600x300x8x12;（2）压型钢板厚度0.6mm。
（3）檩条选用C型薄壁卷边槽钢，檩条间距 1.5m，（4）屋面支撑系统：水平交叉支撑采用?16圆钢；（5）边跨及屋脊系杆采用圆钢管?200×180；（6）柱间交叉支撑采用角钢L80x6；（7）抗风柱截面为H400x250x8x10.一：建模型采用普通建模方式1：布置网格2：布置门式刚柱、门式刚梁（1）变截面边柱要根据柱外皮位置来定义垂直边（2）由于工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，可以填写偏轴偏心来实现，并在支撑布置以及边跨系杆布置时也要考虑偏心；也可以不考虑柱偏心避免建模的繁琐，使两边跨轴线向屋脊线各移动H（小头）/2，轴线跨度减小400即可。
如下轴线网格：3：布置柱间支撑及抗风柱4：布置屋面系杆、交叉支撑5：点高找坡使用三点点高时首先要选择三点来确定一个面，然后选择在这个面上的构件。
轻型门式刚架结构设计
文章编号:１００９￣６８２５(２０２０)１６￣００３８￣０３轻型门式刚架结构设计收稿日期:２０２０￣０４￣２９㊀作者简介:沈玉光(１９８６￣)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师沈玉光(中国轻工业武汉设计工程有限责任公司ꎬ湖北武汉㊀４３００００)摘㊀要:以某工业建筑综合生产车间三跨门式刚架轻型钢结构工程为例ꎬ介绍了门式刚架结构的设计过程ꎮ通过对比主钢架分别采用Ｑ２３５Ｂ钢材及Ｑ３４５Ｂ钢材的用钢量和对比屋面分别采用简支檩条及连续檩条方案ꎬ可知采用Ｑ３４５Ｂ钢材和屋面连续檩条为更加经济合理的方案ꎮ通过对门式刚架结构的结构设计分析ꎬ为类似的门式刚架结构设计提供参考ꎮ关键词:门式刚架ꎬ计算长度系数ꎬ柱脚节点ꎬ应力比ꎬ檩条中图分类号:ＴＵ３１８文献标识码:Ａ０㊀引言单层门式刚架结构是指以轻型焊接Ｈ型钢(等截面或变截面)㊁热轧Ｈ型钢(等截面)或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架ꎬ用冷弯薄壁型钢(槽钢㊁卷边槽形㊁Ｚ形等)做檩条㊁墙梁ꎻ以压型金属板(压型钢板㊁压型铝板)做屋面㊁墙面ꎻ采用聚苯乙烯泡沫塑料㊁硬质聚氨酯泡沫塑料㊁岩棉㊁矿棉㊁玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系ꎮ门式刚架结构具有质量轻㊁工业化程度高ꎬ施工周期短㊁综合经济效益高㊁柱网布置比较灵活等优点ꎬ较多被采用[１]ꎮ１㊀本工程的设计条件１.１㊀建筑条件本工程结构形式为轻型门式刚架结构ꎬ建筑面积３３２１.０２ｍ２ꎬ建筑高度１１.４００ｍ(女儿墙顶部至室外地面高度)ꎬ轻钢屋面排水坡度为５％ꎬ墙体１.０００ｍ以下为煤矸石多孔砖ꎬ以上为１００ｍｍ厚玻璃棉夹心组合式彩板墙体ꎬ燃烧性能Ａ级ꎬ屋面采用双层玻璃棉夹心组合压型钢板ꎮ在④轴~⑦轴之间有５ｔ的桁车ꎮ１.２㊀设计参数及荷载本工程位于湖北省鄂州市ꎬ主体结构设计使用年限为５０年ꎻ结构的安全等级为二级ꎻ建筑抗震设防类别:丙类ꎻ设防烈度６度ꎻ基本地震加速度０.０５ｇꎻ设计地震分组第Ⅰ组ꎻ场地土类别:Ⅲ类ꎮ基本风压:０.３５(ˑ１.１)ｋＮ/ｍ２ꎻ地面粗糙度类别:Ｂ类ꎻ基本雪压:０.６ｋＮ/ｍ２(按１００年重现期)ꎮ屋面板㊁檩条的施工或检修集中荷载(人和小工具的自重)不得超过１.０ｋＮꎮ屋面恒荷载０.３ｋＮ/ｍ２ꎬ屋面活荷载计算钢梁取０.３ｋＮ/ｍ２ꎬ计算檩条时取０.５ｋＮ/ｍ２ꎮ２㊀结构体系布置根据ＧＢ５１０２２ ２０１５门式刚架轻型房屋钢结构技术规范规定ꎬ门刚纵向伸缩缝间距为３００ｍ[２]ꎮ支撑设置:端部支撑宜在温度区段端部第一或者第二开间设置柱间竖向支撑ꎬ同时在对应的位置设置屋面水平支撑ꎮ柱间支撑应设置在侧墙柱列ꎮ当有吊车时ꎬ每个吊车跨两侧柱列均应设置吊车柱间支撑ꎮ柱间支撑间距取３０ｍ~４５ｍꎮ当房屋宽度大于６０ｍ时内柱列宜适当设置支撑ꎮ有不小于５ｔ的吊车房屋柱间支撑宜采用角钢ꎮ本工程在温度区段端部第一跨布置屋面水平支撑和柱间竖向支撑ꎬ支撑间距为３９.１００ｍꎮ在屋脊处及边柱柱列顶部布置刚性系杆ꎮ柱脚节点设计:有吊车的内柱列柱脚做刚接柱脚ꎬ顶部与梁刚接ꎮ外柱列做铰接柱脚ꎬ顶部与梁刚接ꎮ构件设计:采用Ｑ３４５Ｂ材质ꎬ柱初选截面时ꎬ内柱列柱采用等截面Ｈ型钢柱ꎬ外柱列柱采用变截面Ｈ型钢柱ꎮ变截面柱在柱脚处的高度不宜小于２００ｍｍ~２５０ｍｍꎮ在一个跨度内ꎬ变截面梁端高不宜小于跨度的１/４０~１/３５ꎬ中段高度则不小于跨度的１/６０ꎮ本工程经初选截面并试算调整后ꎬ中间榀钢架边柱为焊接Ｈ型钢Ｈ(３００~７００)ˑ３００ˑ８ˑ１４ꎬ中柱采用Ｈ５００ˑ２５０ˑ８ˑ１２ꎮ山墙端榀边柱Ｈ(３００~７００)ˑ３００ˑ８ˑ１２ꎬ中柱采用Ｈ５００ˑ２５０ˑ８ˑ１２ꎮ宽厚比限值为１５２３５/ｆｙꎬ高厚比限值为２５０２３５/ｆｙꎮ屋Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒＬｉｕＹａｎｇ㊀ＺｈａｎｇＹｕ㊀ＷａｎｇＬｉ㊀ＪｉａｏＺｈｉｓｅｎ(ＴｈｅＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＱｉｑｉｈａｒ１６１００６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄꎬｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒꎬａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｓｏｍｅｄｏ￣ｍｅｓｔｉｃｓｃｈｏｌａｒｓｏｎｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆａｃ￣ｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｓｅｃｔｉｏｎａｌｓｔｅｅｌｒａｔｉｏꎬｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏꎬｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｅｅｌｔｙｐｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓꎬｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒꎬＡＢＡＱＵＳ８３ 第４６卷第１６期２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山西建筑ＳＨＡＮＸＩ㊀ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４６Ｎｏ.１６Ａｕｇ.㊀２０２０㊀㊀㊀面变截面钢梁的分段根据钢梁两端的支撑条件和钢梁的受荷弯矩图及工程经验确定ꎮ单跨内分三段ꎬ长度比例为１ʒ２ʒ１ꎬ以此比例为变截面屋面钢梁分段最为经济合理ꎮ本工程为单屋脊双坡三跨钢架ꎬ两边跨的分段为５.５ｍꎬ１１ｍ和５.５ｍꎬ中间跨分段为５.５ｍꎬ１０ｍ和５.５ｍꎬ见图１~图３ꎬ表１ꎮ图1刚架及屋面支撑平面布置图GJ1TGJTGJGJ2GJ2GJ2GJ2GJ2GJ1SC1X G 2X G 2X G 2X G 1X G 1X G 1X G 1X G 2SC1X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 1X G 1X G 1X G 1X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 15%5%3500350080007000700070007000700070007000800065000⑩①②③④⑤⑥⑦⑧⑨80007800780078007800780047000GFE DCBA图2①轴、⑩轴竖向支撑布置图Z C1Z C 1Z C1Z C 18900200-0.3008.60047000800078007800780078007800ABCDEFG图3④轴、⑦轴竖向支撑布置图Z C 1Z C16100200-0.3009.77547000800078007800780078007800ABCDEFG5.8003003975Z C2Z C 2 168×5.0Z C 1Z C1Z C2Z C 2 168×5.0表１㊀构件明细表编号名称截面备注ＸＧ１系杆ϕ１５９ˑ５.０Ｑ２３５ＢＸＧ２系杆ϕ１６８ˑ５.０Ｑ２３５ＢＳＣ１水平支撑ϕ２５Ｑ２３５ＢＺＣ１竖向支撑２Ｌ１１０ˑ８Ｑ２３５ＢＺＣ２竖向支撑２Ｌ９０ˑ６Ｑ２３５Ｂ３㊀ＰＫＰＭ￣ＳＴＳ系列二维模块建模计算建模过程中几个容易出错参数的选取ꎮ根据ＧＢ５１０２２ ２０１５门式刚架轻型房屋钢结构技术规范７.１.６条及条文说明规定ꎬ实腹式刚架斜梁的平面外计算长度应取侧向支撑点间的距离ꎬ且不小于２倍的隅撑间距ꎮ本工程计算长度取最不利情况为屋面系杆间距８ｍꎮ屋面采用双板加棉ꎬ恒荷载取０.３ｋＮ/ｍ２ꎬ活荷载取０.５ｋＮ/ｍ２ꎬ雪荷载取０.６ｋＮ/ｍ２(按１００年重现期)ꎮ荷载组合时屋面活荷载与雪荷载不同时考虑ꎮ根据«门规»[２]和«荷规»[３]ꎬ雪荷载应考虑不均匀分布ꎬ有女儿墙的还应考虑积雪效应系数ꎮ本工程积雪效应系数Ｕｒｍ[３]＝１.５ｈ/ｓ０＝１.５ˑ２.４/０.６＝６>２ꎬ取２ꎬ有女儿墙的积雪范围ａ＝２ｈ＝４.８ｍꎮ在ＰＫＰＭ中输入５组互斥荷载ꎬ分别为活荷载ꎬ雪荷载均匀分布ꎬ不均匀分布１ꎬ不均匀分布２和考虑积雪效应分布ꎮ第五种互斥荷载为考虑有女儿墙的积雪效应ꎬ取值为雪荷载均匀分布和分别距离两边柱４.８ｍ范围内的１倍的雪荷载的叠加ꎮ约束布置:中榀ꎬ边柱底部铰接ꎬ顶部刚接ꎬ两个中柱两端均刚接ꎮ山墙榀ꎬ抗风柱底部刚接ꎬ顶部铰接ꎬ其他柱端部连接形式同中榀ꎮ４㊀计算结果分析４.１㊀主钢架分别选用Ｑ２３５Ｂ钢材和Ｑ３４５Ｂ钢材计算结果对比分析主刚架经ＰＫＰＭ试算调整后最终计算结果如下:中榀主钢架计算结果:图4Q235B 材质钢结构应力比图（一）0.650.60（90）0.85（111）0.850.000.720.810.000.820.860.000.900.740.000.760.000.420.000.000.000.000.000.720.850.810.820.900.860.740.760.420.460.460.860.670.79（52）0.69（69）0.65（52）0.67（103）0.860.79（52）0.69（69）0.670.65（52）0.67（103）0.650.60（90）0.85（111）钢结构应力比图说明：柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值右上：平面内稳定应力比（对应长细比）右下：平面外稳定应力比（对应长细比）梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值左下：平面内稳定应力比右下：平面外稳定应力比图5Q345B 材质钢结构应力比图（一）0.560.52（97）0.94（111）0.820.000.850.720.000.620.800.000.940.660.000.710.000.400.000.000.000.000.000.850.820.720.620.940.800.660.710.400.400.400.780.72（57）0.61（69）0.500.50（57）0.56（103）钢结构应力比图说明：柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值右上：平面内稳定应力比（对应长细比）右下：平面外稳定应力比（对应长细比）梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值左下：平面内稳定应力比右下：平面外稳定应力比0.560.52（97）0.94（111）0.780.72（57）0.61（69）0.500.50（57）0.56（103）㊀㊀根据图４和图５可知ꎬ钢柱和钢梁的强度㊁平面内和平面外应力比均不超过０.９５ꎬ多数构件的应力比在０.８~０.９之间ꎮ计算时使各个构件应力比比较均匀且在０.８~０.９之间ꎬ用材会比较经济合理ꎮ由ＰＫＰＭ计算可知ꎬ中榀主刚架采用Ｑ２３５Ｂ和Ｑ３４５Ｂ钢材ꎬ质量分别为８.７３６ｔ和９.６５９ｔꎮ二者相差约１ｔ钢材ꎬ而两种钢材价格相差无几ꎬ所以采用Ｑ３４５Ｂ钢材比较经济ꎮ本工程采用Ｑ３４５Ｂ钢材ꎮ边榀山墙处主钢架计算结果:边榀山墙处主钢架ꎬＰＫＰＭ建模中ꎬ抗风柱设置为仅承９３ ㊀㊀㊀第４６卷第１６期２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀沈玉光:轻型门式刚架结构设计担水平风荷载ꎬ不承担竖向荷载ꎮ根据图６ꎬ图７可知ꎬ大多数构件应力比在０.６~０.９之间ꎮ由ＰＫＰＭ计算可知ꎬ边榀山墙处主刚架采用Ｑ２３５Ｂ和Ｑ３４５Ｂ钢材ꎬ质量分别为１２.６７４ｔ和１３.０４３ｔꎮ二者相差约０.４ｔ钢材ꎬ而两种钢材价格相差无几ꎬ所以采用Ｑ３４５Ｂ钢材比较经济ꎮ本工程采用Ｑ３４５Ｂ钢材ꎮ图6Q235B 材质钢结构应力比图（二）0.570.830.470.600.320.890.680.300.350.350.300.680.890.320.600.470.830.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.790.410.520.290.860.610.290.370.370.290.610.860.290.520.410.790.51（56）0.39（52）0.000.00（42）0.00（31）0.000.00（46）0.00（34）0.680.61（53）0.52（69）0.000.00（53）0.00（40）0.000.00（53）0.00（40）0.000.00（46）0.00（34）0.000.00（42）0.00（31）0.680.61（53）0.52（69）0.130.16（96）0.12（66）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.130.16（96）0.12（66）0.610.59（53）0.54（89）0.610.59（53）0.54（89）0.700.000.800.000.000.410.870.740.710.680.000.660.820.000.400.700.670.000.000.740.710.410.000.870.700.800.000.570.51（56）0.39（52）图7Q345B 材质钢结构应力比图（二）0.390.000.700.710.350.000.000.000.000.000.000.000.000.330.330.270.000.000.000.000.000.000.000.710.700.370.350.440.470.280.280.720.720.560.530.240.280.280.240.560.530.270.720.720.280.280.440.470.370.35（8）0.54（124）0.490.040.04（42）0.04（71）0.050.04（46）0.04（73）0.540.48（11）0.43（66）0.060.06（53）0.06（79）0.060.06（53）0.06（79）0.540.48（11）0.44（66）0.050.04（46）0.04（73）0.040.04（42）0.04（71）0.390.35（8）0.54（124）0.000.690.290.000.800.490.000.620.480.000.570.280.000.770.490.000.580.490.000.620.290.000.800.490.000.690.100.11（19）0.17（114）0.000.00（52）0.00（71）0.000.00（52）0.00（73）0.480.45（15）0.45（85）0.000.00（52）0.00（79）0.000.00（52）0.00（79）0.000.00（52）0.00（73）0.480.45（15）0.45（85）0.000.00（52）0.00（71）0.100.11（19）0.17（114）㊀㊀为兼顾安全富裕度和用材经济ꎬ根据工程经验ꎬ门式刚架钢构件应力比控制不应超过０.９ꎬ允许极少数构件的应力比在０.９~０.９５之间ꎮ所有构件应力比应不超过０.９５ꎮ４.２㊀檩条及墙梁设计分析本工程采用ＳＴＳ工具箱进行檩条计算ꎬ屋面檩条选用斜卷边Ｚ型檩条ꎮ当屋面檩条采用简支檩条时ꎬ端跨和中跨檩条分别为ＸＺ２５０ˑ７５ˑ２０ˑ２.５ꎬＸＺ２５０ˑ７５ˑ２０ˑ２.２ꎻ当屋面檩条采用连续檩条时ꎬ端跨和中跨檩条分别为ＸＺ２２０ˑ７５ˑ２０ˑ２.５ꎬＸＺ２２０ˑ７５ˑ２０ˑ２.２ꎮ通过对比发现此等规模的房屋采用连续檩条比简支檩条能降低一个规格ꎬ节省钢材ꎮ所以本工程屋面檩条采用连续檩条ꎬ檩条的搭接长度不宜小于１０％檩条跨度ꎬ对于边跨搭接长度不宜小于１５％檩条跨度ꎮ本工程墙梁选用Ｃ型简支墙梁ꎬ在门窗洞口处的墙梁及门窗柱采用口对口双拼Ｃ型墙梁ꎮ５㊀结语本文以实际工程为例ꎬ详细阐述了门式刚架轻型房屋结构设计的一般过程ꎬ通过门式刚架结构设计得出以下几点结论ꎮ１)门式刚架轻型房屋属于对雪荷载敏感的结构ꎬ设计时基本雪压应取１００年重现期的雪压ꎮ对于有女儿墙的门式刚架ꎬ应考虑积雪效应系数ꎬ屋面雪荷载应取４种工况ꎬ全跨积雪的均匀分布㊁不均匀分布㊁半跨积雪的均匀分布和积雪效应分布ꎮ２)门式刚架柱脚宜按铰接柱脚设计ꎬ当用于工业厂房且有５ｔ以上的桥式吊车时ꎬ可将柱脚设计成刚接ꎮ３)当屋面跨度较大时ꎬ采用实腹式变截面梁比较经济ꎬ单跨内屋面变截面梁变截面的分段长度比例宜为１ʒ２ʒ１ꎮ钢柱顶部与钢梁刚接ꎬ弯矩图反弯点的位置大约在梁１/４和３/４长度处ꎮ４)门式钢架结构ꎬ在满足柱顶位移和钢梁变形的规范要求下ꎬ根据规范要求和工程经验ꎬ通过控制应力比来确定钢构件截面尺寸ꎬ宜使尽量多的钢柱和钢梁的应力比控制在０.８~０.９之间ꎬ允许极个别钢梁应力比超０.９ꎬ禁止任何构件应力比超过０.９５ꎮ这样能在保证结构安全的前提下ꎬ做到用材经济ꎮ５)Ｑ２３５Ｂ和Ｑ３４５Ｂ钢材的价格相差不大ꎬ跨度大的门刚结构主刚架采用Ｑ３４５Ｂ钢能够比较节省钢材ꎮ屋面檩条采用Ｑ３４５Ｂ材质连续檩条比较经济合理ꎮ参考文献:[１]㊀陈绍蕃.房屋建筑钢结构设计[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２００７.[２]㊀ＧＢ５１０２２ ２０１５ꎬ门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[Ｓ].[３]㊀ＧＢ５０００９ ２０１２ꎬ建筑结构荷载规范[Ｓ].ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅＳｈｅｎＹｕｇｕａｎｇ(ＣｈｉｎａＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙＷｕｈａｎＤｅｓｉｇｎ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＷｕｈａｎ４３００００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｒｅｅ￣ｓｐａｎｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｉｎａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｏｒｋｓｈｏｐｏｆａｎｉｎｄｕｓｔｒｉ￣ａｌｂｕｉｌｄｉｎｇａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.ＢｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｔｅｅｌｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍａｉｎｓｔｅｅｌｆｒａｍｅｗｉｔｈＱ２３５ＢｓｔｅｅｌａｎｄＱ３４５ＢｓｔｅｅｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｐｕｒｌｉｎａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｕｒｌｉｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｒｏｏｆꎬｉｔｃａｎｂｅｋｎｏｗｎｔｈａｔｕｓｉｎｇＱ３４５Ｂｓｔｅｅｌａｎｄｒｏｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｕｒｌｉｎｉｓａｍｏｒｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｃｈｅｍｅ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅ￣ｓｉｇｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅꎬｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔꎬｃｏｌｕｍｎｂａｓｅｊｏｉｎｔꎬｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏꎬｐｕｒｌｉｎ０４ 第４６卷第１６期２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山西建筑㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
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M 21 270kN.m< M eN 327.9 kN.m，故 2 节点截面强度满足要求。
② 稳定验算 （a）刚架柱平面内的整体稳定性验算 根据技术规程第 6.1.3 条可求出楔形柱的计算长度系数。 柱小头 惯性矩 I c0 6575104 mm4，大头惯性矩 I c1 24664104 mm4；梁最小截面惯 性矩 I b0 13959104 mm4。 柱的线刚度 K1 I cl h 24664104 7000 35234mm3
所以有效宽度系数 1 ，即此时 2 号节点端截面全部有效。
V21 39.6 0.5Vd 0.5 (450 2 10) 8 180103 309.6 M eN M e NWe Ae ( f N Ae )We
(310 80.4 103 7440 ) 24664104 225 327.9 106 N.mm
K 2 K1 10522 35234 0.298， I c0 I c1 0.267
3
由规程表 6.1.3 查得 r 1.254。
x
L0 x I c 0 x Ac 0 1.254 6700 657510 5840
4
79 ，
2 EAe0 3.142 2.06105 5840 N ' Ex0 17.27 105 N。 2 2 1.1 1.1 79
y
L0 y I c 0 y Ac 0 3000 1334 10 5840
4
63
长 0.714， 235
柱楔率为
d1 450 1 1 0.8 ， d0 250
t 1 N N 'Ex0 0.75( N N 'Ex0 )2
所以 f v' f v ， 柱的抗剪承载力设计值为 Vd hwtw f v ； w 0.762 0.8 ，
梁腹板高度变化率 （500-350）/8=18.75（mm/m）<60mm/m 故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。 腹板不设加劲肋， k 5.34 ，
w
hw / t w 37 k 235/ f y 60 ， 0.8 w 0.850 1.4 37 5.34 235 345
所以有效宽度系数 1 ，即此时 1 号节点端截面全部有效，
1 N A f 310N/mm
2
V12 39.6 Vd hwt w f v (250 2 10) 8 125103 230kN
1 号节点端截面强度满足要求。
2 号节点端：
1 N A M We 80.4 103 / 7440 270106 225 24664104 217.9 （N/mm ）
1
d1 d 500 500 1 1 0.428， 2 2 1 1 0.428 ， 0.3 ，从规 d0 350 d0 350
程附录 D 图 D.0.1-2 插值得斜梁换算长度系数 0.55 。
梁的线刚度
K 2 I b0 (2 s ) 13959 104（2 0.5512060 ） 10522 mm 。
（5）荷载组合和内力组合（不考虑抗震情况）
（四）控制指标
1. 柱顶水平位移：H / 60
2. 横梁挠度： 无吊顶 L / 180 有吊顶 L / 240 （五）构件及连接节点设计 1. 柱脚设计
2. 梁、柱连接节点设计
3. 屋面梁拼接节点设计
二、计算模型
节点及单元编号图
设计中应注意的问题
• • • • • • 刚架拼接点的设置（受运输长度限制） 拼接处截面（两侧截面高度相等） 梁柱截面宽度（柱宽度>梁宽度） 梁柱翼缘与腹板厚度 檩条截面形式（C型和Z型） 屋面水平撑 刚性：角钢；柔性：圆钢 • 刚性系杆（钢管）
1 96.6 103 17.27105 0.75(96.6 103 17.27105 ) 2 0.946
s 1 0.023 lh0 A f 1 0.023 0.8 3000 250（200 10） 1.356
w 1 0.00385 l i y 0 1 0.00385 0.8 3000 47.8 1.024
2
2 N A M We 80.4 103 / 7440 270106 225 24664104 196.3 （N/mm ）
2
截面边缘正应力比值 2 1 196.3 217.9 0.9 ，
K 16 (1 ) 0.112(1 ) (1 )
三、荷载工况
（a） 恒载
qD=0.25x6=1.5
（b） 活载
qL=0.5x6=3
（c） 左风
wk=sz zw0
（d） 右风
四、各工况内力
（a）弯矩
（b）剪力
（c）轴力 恒载作用下刚架内力图
（a）弯矩
（b）剪力
（c）轴力 活载作用下刚架内力图
（a）弯矩
（b）剪力
（c）轴力 左风作用下刚架内力图
96.6 103 1.0 270106 225 283.0 310 96 . 6 0 . 581 5840 4 1 0 . 581 24664 10 W e1 1727
（b）刚架柱平面外的整体稳定性验算 考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱相 连的墙梁可作为柱平面外的支撑点， 计算时按常规墙梁隅撑间距考虑， 取 l y 3000mm。 楔形柱平面外稳定验算：
计算模型及风载体型系数
（三）荷载组合
① 1.2恒载+1.4活载； ② 1.2恒载+1.4风载； ③ 1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6风载； ④ 1.2恒载+1.4×0.7活载+1.4风载；
（四）设计要求
1.确定屋面结构布置（包括支撑体系布置）
2.计算门式刚架内力和变形 （1）确定梁、柱截面形式，并初步估截面尺寸 （2）梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定 （3）荷载计算 （4）计算各工况下的内力、柱顶水平位移及横梁挠 度
y 0 s l i y 0 1.356 3000 47.8 85
by
4320 A0 h0 2 y 0 Wx 0
(
t s 2 235 ) ( y0 0 )2 ( ) w 4.4h0 fy
4 3.12 0.6320 5840 250 1.356 2 8510 2 235 ( ) ( ) ( ) 3.12 0.6 2 292222 1.024 4.4 250 345 85
腹板高厚比
500 2 10 60 250 235 f y 206 ，满足规程限值要求。 8
柱腹板高度变化率 （450-250）/8=25（mm/m）<60mm/m，故腹板抗剪可以考虑屈曲 后强度。 柱腹板不设加劲肋， k 5.34 ，
w
hw / t w 37 k 235/ f y 53.75 ， 37 5.34 235 345
五、组合内力
选取荷载组合①1.2恒载+1.4活载对构件内力值进行验算。
轴线 单元号 长度 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 6700 8442 3618 3618 8442 6700 （mm） H250～450x200x8x10 H350～500x200x8x10 H350～500x200x8x10 H350～500x200x8x10 H350～500x200x8x10 H250～450x200x8x10 截面规格 节点 面积 绕2轴 惯性矩 绕3轴 惯性矩 弯矩 剪力 轴力 编号 （mm2） 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 5840 7440 7840 6640 6640 7840 7840 6640 6640 7840 7440 5840 （kN.m） （kN） （kN） 0 -270.0 131.3 131.3 163.1 163.1 131.3 131.3 -270.0 0 39.6 -96.6 39.6 -80.4 -19.5 -43.0 -19.5 -43.0 3.16 -40.6 -3.16 -40.6 19.5 -43.0 19.5 -43.0 75.6 -48.7 -39.6 -96.6
（x104mm4） （x104mm4） 1334 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1335 1334 6575 24664 31386 13959 13959 31386 31386 13959 13959 31386 24664 6575
-270.0 -75.6 -48.7
2 2
2
21.5 （ 1 0.9） 0.112 （ 1 0.9） （ 1 0.9）
2 2
16
R 1 1.1 217.9 239.7 N/mm ，则
p
hw t w 28.1 K 235 f y
53.75 0.417 0.8 28.1 21.5 235 239.7
-270.0 -39.6 -80.4
六、构件截面验算
（一）宽厚比验算 按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002（以下 简称技术规程）第 6.1.1 条规定验算。 翼缘板自由外伸宽厚比
（200 8） /2 9.6 15 235 f y 12.4 ，满足规程限值要求。 10
所用钢材为 Q345，故查《钢结构设计规范》GB50017-2003 附 录 表 C-2 时，长细比换算为 79
345 96 ，查表得 x 0.581。 235
楔形柱平面内稳定验算：
N0 mx M 1 x Ae 0 N0 1 N ' x Ex0