钢结构课程设计计算书单层购物超市

《钢结构课程设计》计算书2013/6/1学号：2010010131班级：结02姓名：陈伟指导老师：施刚王元清

目录第一章、设计概况 61.1.设计要求 61.2设计条件 61.2.1设计原则 61.2.2场地条件 61.2.3荷载条件 61.2.4材料规格 71.2.5施工与安装条件 71.2.6建筑方案图 71.3结构设计内容 84设计依据和参考资料 8第二章、刚架计算（《门规》） 102.1构件截面初估 102.1.1截面尺寸示意图 102.1.2钢架梁： 102.1.3刚架柱 102.1.4变截面尺寸 112.2结构计算简图 122.3荷载计算 122.3.1荷载条件 122.3.2荷载标准值 132.4内力分布 142.4.1荷载组合 142.4.3最大内力分布图 232.5变形验算 242.6构件验算 252.6.1刚架柱验算 252.6.2刚架梁验算 292.7梁柱连接节点设计 332.7.1节点布置 332.7.2螺栓验算 342.7.3端板厚度验算 342.7.4焊缝计算 352.7.5腹板强度验算 372.7.6节点域验算 372.8斜梁拼接节点设计 372.8.1节点参数选择 372.8.2螺栓验算 382.8.3端板厚度验算 392.8.4焊缝计算 392.8.5腹板强度验算 402.9跨中节点 412.9.1节点布置 412.9.2螺栓验算 412.9.3端板厚度验算 422.9.4焊缝计算 422.9.5腹板强度验算 442.10柱脚设计 442.10.1柱脚参数 442.10.2底板尺寸计算 452.10.3锚栓设计 452.10.4底板厚度 472.10.5靴梁计算 482.10.6锚栓肋板验算 502.10.7剪力传递验算 51第三章、刚架计算（《钢规》） 523.1截面初估 523.2结构计算简图 523.3荷载计算 533.4内力分布 543.5变形验算 593.6构件验算 603.6.1刚架柱验算 603.6.2钢架梁验算 643.6.1强度验算 643.6.2整体稳定性验算 673.6.3局部稳定性验算 673.7梁柱节点设计 693.7.1布置形式 693.7.2腹板抗剪 693.7.3翼缘焊缝 703.7.4连接板验算 703.7.5节点域验算 703.7.6横向加劲肋布置 713.8斜梁拼接节点设计 713.8.1节点布置 713.8.2腹板抗剪 723.8.3翼缘焊缝 723.8.4连接板抗剪验算 733.8.5净截面验算 733.9跨中节点设计 743.9.1节点布置 743.9.2腹板抗剪 743.9.3翼缘焊缝 753.9.4连接板厚度 753.9.5净截面验算 763.10柱脚设计 763.10.1柱脚参数 763.10.2底板尺寸计算 763.10.3锚栓设计 773.10.4底板厚度 793.10.5靴梁计算 793.10.6锚栓肋板验算 813.10.7剪力传递验算 82第四章、檩条设计 834.1檩条布置 834.2荷载计算 834.2.1荷载计算 834.2.2荷载组合计算 854.3内力计算 864.3.1计算模型 864.3.2组合一：1.2×恒荷载+1.4×活荷载 874.3.3组合二：1.0×恒荷载+1.4×风荷载 884.4檩条验算 894.4.1截面初选 894.4.2截面属性 904.4.3有效截面验算 904.4.4强度验算 914.4.5整体稳定验算 914.4.6变形验算 924.5拉条设计 934.5.1拉条设计 934.5.2撑杆设计 93第五章、墙梁设计 945.1墙梁布置 945.2荷载计算 955.2.1恒荷载标准值 955.2.2风荷载标准值 955.2.3荷载组合 955.3内力计算 965.3.1竖向荷载计算 965.3.2水平荷载 975.4墙梁验算 975.4.1强度验算 975.4.2稳定性验算 995.4.3变形验算 1005.5拉条设计 101第六章、支撑设计 1026.1屋面支撑设计 1026.1.1屋面支撑布置 1026.1.2荷载计算 1026.1.3内力计算 1046.1.4构件验算 1056.2柱间支撑设计 1066.2.1柱间支撑布置 1066.2.2荷载计算 1066.2.3内力计算 1076.2.4构件验算 108第七章、抗风柱设计 1097.1抗风柱布置 1097.2荷载计算 1097.3内力计算 1107.4构件验算 1117.5抗风柱顶节点设计 1117.6抗风柱柱脚设计 112第八章、隅撑设计 117第九章、两种方案对比分析 1199.1经济指标计算 1199.2方案对比分析 120

第一章、设计概况1.1.设计要求某商业集团在北京兴建单层购物超市，建筑总面积约2000~3000平方米，柱网间距为6.5~9m，建筑平立剖面如附图所示，要求采用单跨门式钢架结构，压型钢板保温面层，外墙标高1.2m以下为370空心砖墙，双面抹灰，外贴瓷砖，标高1.2m以上为压型钢板保温墙体，檐口标高7.2m1.2设计条件1.2.1设计原则建筑物类型为一般房屋，建筑结构的安全等级取二级，设计使用年限为50年。1.2.2场地条件建筑物场地地势平坦，地表高程38.44～39.15m，地下水位标高33.6m，无腐蚀性，标准冻融深度为1.0～1.2m。经地质勘测，地层剖面为：表层0.8～1.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为细砂层。亚粘土层可做持力层，地基承载力标准值为180kN/m2。地基土容重20kN/m3。建筑场地类别为II类，基本地震烈度8度，设计地震分组为第二组。1.2.3荷载条件（含结构自重和建筑做法）荷载类型恒载活载屋面横在墙面恒载屋面活载基本风压基本雪压荷载大小（KN/m）0.400.350.350.500.55注：恒载包括结构自重，墙面恒载指压型钢板墙重。1.2.4材料规格钢材：型钢，钢板，冷弯薄壁型钢均为Q235或Q345；螺栓：高强度螺栓和普通螺栓；焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保焊；空心砖≥MU10，砂浆≥M2.5，基础混凝土≥C20，垫层混凝土≥C10；钢筋：HRB400、HRB335、HPB300。1.2.5施工与安装条件各种材料保证供应，品种齐全；施工技术力量雄厚，有足够的运输、吊装设备；构件加工和预制设施配套，保证工期。1.2.6建筑方案图1.3结构设计内容3.1结构平立面设计：包括结构总体尺寸、标高，柱网布置，檩条、墙梁、支撑和抗风柱布置，基础形式等；3.2主承重刚架结构设计（两套方案）；3.3主要连接节点设计（两套方案）；3.4支撑和抗风柱设计；3.5檩条、墙梁设计；3.6基础设计；3.7动力性能计算；3.8抗震设计计算；3.9两种方案弹塑性极限承载力比较。4设计依据和参考资料设计遵循的规范、规程及规定如下：（1）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））（2）《建筑制图标准》（GB/T50104-2001）（3）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）（4）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）（5）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）（6）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）（7）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（8）《轻型钢结构设计手册》（9）《冷弯薄壁型钢结构设计手册》（10）《建筑结构构造资料集（上、下册）》（11）《建筑钢结构设计手册（上、下册）》（12）《钢结构连接节点设计手册》（13）王国周、瞿履谦著《钢结构》（14）课程讲义及其它设计手册、标准图集。第二章、刚架计算（《门规》）2.1构件截面初估2.1.1截面尺寸示意图2.1.2钢架梁：h=取h=600mm取h/b=2.5,b/h/tw2.1.3刚架柱h=H(1/15~1/20)=7500(1/15~1/20)=360~480mm为了节点构造的方便，在柱顶端取与钢架梁一样的截面，这种取法偏于安全，也即h=600mm,b=250mm,同样有t柱子底端做刚接，因此不做变截面。2.1.4变截面尺寸框架柱取等截面；框架梁取为变截面，在L/4处截面改变，中间1/2段为等截面，尺寸预估为：500×200×12×10变截面位置距离柱端和跨中均为3300mm，介于1/4和1/3之间。变截面后各构件尺寸如下表：各截面参数高度h(mm)宽度b（mm）翼缘厚tf腹板厚tw惯性矩I（mm4面积A（mm2钢架梁边端6502501210815.1×12260中端4502501210352.3×10260内端5002501210447.2×10760钢柱6502501210815.1×12260选用Q235钢材，且由于tf和t抗拉ft(MPa)抗剪fv(MPa)抗压抗弯ft(MPa)孔壁承压f强度值2151252154002.2结构计算简图2.3荷载计算2.3.1荷载条件荷载类型恒载活载屋面横在墙面恒载屋面活载基本风压基本雪压荷载大小KN/0.400.350.350.500.552.3.2荷载标准值屋面恒荷载： 0.40KN/墙面恒载：中间刚架受力较为不利，因此暂时不考虑山墙的受力情况，墙面恒载采用均布的竖向荷载的形式传递到边柱上。有： 0.35KN/屋面活荷载：0.35KN/风荷载：wβ=1.05迎风面：wk背风面：wk坡屋面迎风面：wk坡屋面背风面：wk将上述荷载转换到单品钢架上为线荷载：墙迎风面：q墙背风面：q屋面迎风面：q屋面背风面：q雪荷载：屋面水平投影下的雪荷载应按以下公式计算：s对单跨双坡屋面，屋面坡度小于25°时，屋面积雪分布系数μr取1.0；基本雪压为0.55KN/s转换到单品钢架上为线荷载：0.55×7.5=4.1252.4内力分布2.4.1荷载组合荷载组合如下：A.1.2B.1.2C.1.2D.1.2E.1.2F.1.2G.1.35H.1.35I.1.352.4.2各组合内力图A.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mB.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mC.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mD.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mE.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mF.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mG.1.35轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mH.1.35轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mI.1.35轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.m2.4.3最大内力分布图包络图：2.5变形验算A.恒+活B.恒+风C.恒+雪D.恒+0.9*（风+活）变形位移包络图如下：刚架梁挠度（mm刚架梁挠度（mm）刚架柱侧移（mm刚架柱侧移（mm）钢架梁挠度刚架柱侧移挠度侧移量109．385.26分别与L和H的比值1/2381/1426容许值1/1801/60变形均满足要求。2.6构件验算2.6.1刚架柱验算1）强度验算：柱顶截面，Mmax=489.06KN.m，N 抗剪：λVVma抗弯： 压弯剪共同作用：利用全部截面进行验算：在剪力V、弯矩M与轴力同时作用：V=102.70kN<0.5Vd，所以需要满足柱底截面，Mmax=281.21KN.m，N 抗剪：同上，有Vma抗弯： 压弯剪共同作用：利用全部截面进行验算：在剪力V、弯矩M与轴力同时作用：V=102.70kN<0.5Vd，所以需要满足2）整体稳定性验算：平面内稳定：确定计算长度：采用三种方法的第二种方法，其中侧移刚度K=H/u=1000/0.26=3846（u建模求得）刚接柱脚，则计算长度：b类截面，查表得刚架平面内稳定满足要求。平面外稳定：故取为1.0对两端弯曲应力基本相等的区段：β查表可得故满足要求。事实上对于等截面柱，可以直接按钢规的塑性设计方法去计算，结果依然可以满足。宽厚比验算：翼缘部分：腹板部分：局部稳定性验算：因考虑屈曲后强度故可不考虑局部稳定性。2.6.2刚架梁验算 各个控制截面如下图： 上述各个截面的最大内力值汇总于下表：截面编号轴力N（KN）剪力V（KN）弯矩M（KN.m）1109.12116.35489.062107.4585.42155.673104.2225.42199.514104.225.52232.38宽厚比验算 刚架梁的尺寸分别为：650×250×10×12mm（截面1）450×250×10×12mm（截面2、3）500×250×10×12mm（截面4） 依据轻型门式刚架规范，翼缘部分： 腹板部分： 均满足截面宽厚比要求。抗剪强度验算1）1截面 腹板不设加劲肋，腹板在纯剪切作用下的屈曲系数截面最大剪力，满足要求。2）2、3截面 由于这两个截面的截面尺寸是一样的，因此在验算的时候只取二者中内力最大的值，此处对比得 腹板不设加劲肋，腹板在纯剪切作用下的屈曲系数截面最大剪力，满足要求。3）截面4 该截面处剪力值很小，，且该处截面比截面2、3还更大，则有,满足抗剪承载力的要求。压弯剪共同作用1）截面1N=109.12kN；M=489.06kN·m；V=116.35kNWx=2.508×106mm3；A=12260mm2故全截面有效，在剪力V、弯矩M与轴力同时作用：V=102.70kN<0.5Vd，所以需要满足2）截面2、3 这两个截面尺寸相同，且均有，轴力接近，3截面的弯矩大于2截面弯矩，因此只验算截面3。N=104.22kN；M=199.51kN·m；V=25.42kNWx=1.566×106mm3；A=10260mm2故全截面有效，在剪力V、弯矩M与轴力同时作用：V=25.42kN<0.5Vd，所以需要满足3）截面4N=104.22kN；M=232.38kN·m；V=5.52kNWx=1.789×106mm3；A=10760mm2故全截面有效，在剪力V、弯矩M与轴力同时作用：V=25.42kN<0.5Vd，所以需要满足稳定性验算 斜梁上翼缘受压时，变截面斜梁考虑到屋面压型钢板与檩条紧密相连，有一定的蒙皮效应，檩条可以作为斜梁平面外的支撑点，梁平面外稳定不需验算。 斜梁下翼缘受压时，通过以3m为间距设置隅撑作为梁平面外的支撑点，梁平面外计算长度取3000mm。根据门规6.1.6（6），当斜梁受压翼缘侧向支撑的间距小于翼缘宽度的16倍时，可以不用考虑整体稳定性。l=3000mm<162352.7梁柱连接节点设计2.7.1节点布置在门规设计中选定的梁柱截面尺寸为各截面参数高度h(mm)宽度b（mm）翼缘厚tf腹板厚tw钢架梁边端6502501210中端4502501210内端5002501210钢柱6502501210用端板横放的连接方式，选用外伸无加劲肋端板，选择Q345钢材，采用10.9级M30摩擦型高强螺栓，构件接触面采用喷砂处理，查表知抗滑移系数，查表得单个螺栓的预拉力设计值为。查阅规范，得出螺栓布置如下图。2.7.2螺栓验算10.9级M30高强螺栓。抗剪承载力设计值：抗拉承载力设计值：节点处最不利内力组合：，，螺栓同时抗剪和抗拉，选择最外侧螺栓进行验算，其内力最大。则：满足螺栓强度要求。2.7.3端板厚度验算 对于本构造，此端板连接为外伸式、无加劲肋类端板。端板选用钢材为Q345，由于一般端板厚度大于20mm，查阅规范暂定f=295MPa。根据规范规定，按如下公式确定端板厚度：伸臂类端板：t≥无加劲肋类端板t≥厚度过大，重新设计，构造加劲肋，如下图所示（加劲肋长度取125mm）。则对应的端板厚度限制按如下公式进行：两边支承类端板（端板外伸）：三边支承类端板：综上所述，选择端板厚度重新验算强度有：螺栓强度亦满足要求。2.7.4焊缝计算 刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用与腹板等强的角焊缝，焊缝为一级焊缝，用H08A焊丝，其强度与柱子强度一致，验算时综合考虑对接焊缝和角焊缝的组合抗弯作用，其中需要将角焊缝面积进行折算，具体计算过程见下。1）焊缝设计腹板角焊缝设计：t t取，腹板角焊缝有效截面高度l对接焊缝设计： 无引弧板，计算长度取l总焊缝面积A=240×12×2+7.0×626×2=145242）焊缝验算对于一级角焊缝,端板厚度为25mm，有f焊缝总抗弯刚度I=240×12×正应力验算，有：σ满足要求。剪应力验算：偏安全认为剪力均由腹板承受，则满足要求。3）折算应力验算对腹板和翼缘交接处计算其折算内力，有στσ2.7.5腹板强度验算翼缘内第二排螺栓的轴向拉力设计值：则：腹板强度满足要求，无需设置腹板加劲肋。2.7.6节点域验算这里斜梁端部高度直接取端部梁高，即为650mm，且节点域厚度即为梁腹板厚，10mm。则有满足要求2.8斜梁拼接节点设计2.8.1节点参数选择斜梁拼接时使得端板与构件外边缘垂直，如下图所示采用端板竖放的形式，选择Q345钢材，采用10.9级M27摩擦型高强螺栓，构件接触面采用喷砂处理，查表知抗滑移系数，查表得单个螺栓的预拉力设计值为。 吸取上面梁柱节点教训，此处直接选用加加劲肋的形式，具体布置图如下：2.8.2螺栓验算10.9级M27高强螺栓。抗剪承载力设计值：抗拉承载力设计值：节点处最不利内力组合，选择两个拼接截面中内力的最大项，偏于安全设计：，，螺栓同时抗剪和抗拉，选择最外侧螺栓进行验算，其内力最大。则：满足螺栓强度要求。2.8.3端板厚度验算选用Q345，对应的端板厚度限制按如下公式进行：两边支承类端板（端板外伸）：三边支承类端板：综上所述，选择端板厚度2.8.4焊缝计算 刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用与腹板等强的角焊缝，焊缝为一级焊缝，用H08A焊丝，其强度与柱子强度一致，验算时综合考虑对接焊缝和角焊缝的组合抗弯作用，其中需要将角焊缝面积进行折算，具体计算过程见下。1）焊缝设计腹板角焊缝设计：t t取，腹板角焊缝有效截面高度l对接焊缝设计： 无引弧板，计算长度取l总焊缝面积A=240×12×2+7.0×426×2=117242）焊缝验算对于一级角焊缝,端板厚度为25mm，有f焊缝总抗弯刚度I=240×12×正应力验算，有：σ满足要求。剪应力验算：偏安全认为剪力均由腹板承受，则满足要求。3）折算应力验算对腹板和翼缘交接处计算其折算内力，有στσ2.8.5腹板强度验算翼缘内第二排螺栓的轴向拉力设计值：则：腹板强度满足要求，无需设置腹板加劲肋。2.9跨中节点2.9.1节点布置1采用端板竖放的形式，选择Q345钢材，采用10.9级M27摩擦型高强螺栓，构件接触面采用喷砂处理，查表知抗滑移系数，查表得单个螺栓的预拉力设计值为。 具体布置图如下：2.9.2螺栓验算10.9级M27高强螺栓。抗剪承载力设计值：抗拉承载力设计值：节点处最不利内力组合：，，螺栓同时抗剪和抗拉，选择最外侧螺栓进行验算，其内力最大。则：满足螺栓强度要求。2.9.3端板厚度验算选用Q345，对应的端板厚度限制按如下公式进行：两边支承类端板（端板外伸）：三边支承类端板：综上所述，选择端板厚度2.9.4焊缝计算 刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用与腹板等强的角焊缝，焊缝为一级焊缝，用H08A焊丝，其强度与柱子强度一致，验算时综合考虑对接焊缝和角焊缝的组合抗弯作用，其中需要将角焊缝面积进行折算，具体计算过程见下。1）焊缝设计腹板角焊缝设计：t t取，腹板角焊缝有效截面高度l对接焊缝设计： 无引弧板，计算长度取l总焊缝面积A=240×12×2+7.0×476×2=124242）焊缝验算对于一级角焊缝,端板厚度为25mm，有f焊缝总抗弯刚度I=240×12×正应力验算，有：σ满足要求。剪应力验算：偏安全认为剪力均由腹板承受，则满足要求。3）折算应力验算对腹板和翼缘交接处计算其折算内力，有στσ2.9.5腹板强度验算翼缘内第二排螺栓的轴向拉力设计值：则：腹板强度满足要求，无需设置增设腹板加劲肋。小结：从上面的设计计算中可以看出，梁梁节点中螺栓和腹板承载力均有较大的富裕，在优化设计中可以将内部两排螺栓剪为一排，则能节省材料，避免造成浪费。但此处考虑到刚架跨度较大，且内部无柱，在北京地区考虑抗震作用，尽量做到强节点若构件。且在本结构中，并非大型结构，给节点增加一定的安全富余，同时经济上无过大浪费，因此，梁梁节点即按照上述设计来布置。2.10柱脚设计2.10.1柱脚参数 刚接柱脚除了承受轴心压力外还承受弯矩和剪力，由于轴心压力较大，剪力可以由底板和基础间的摩擦力来传递，可不用计算。当水平剪力超过摩擦力（摩擦力系数取0.4）时，可在柱脚底板下面设置剪力键。刚架柱脚为刚性，故采用锚栓连接刚接柱脚，柱脚锚栓应采用Q345钢制作，有fta=180N/柱下端：Mmax=281.21KN.m，N 基础混凝土选C20，，考虑加强，按照规范GBJ10-89取 Ec=25.5×2.10.2底板尺寸计算按照经验，取靴梁的厚度为12mm。柱子尺寸为650×250×12×10底板宽：因此有底板长：确定底板长度Lp得到L>733mm，故取为L=900mm。故基础抗压强度满足要求。综上，已确定底板尺寸有L=900mm,B=334mm2.10.3锚栓设计σσ故底板部分受压，锚栓受拉，重新计算基础压力。用设锚栓和基础混凝土为弹性体和平截面变形的理论来计算。取锚栓孔中心距临近底板边缘的距离为：a则锚栓中心到另一侧底板边缘距离为：L底板受压区长度为y=η根据平截面变形条件有ε化简得σ对受拉锚栓重点取矩，平衡条件MT(M+N上式中a(M+N查表得η=0.305，代入公式σ有σmax所需锚栓面积为：Aa此面积即为受拉侧所需的总有效截面面积，据此可以求出所需螺栓规格和数目，截面取螺纹处为有效截面，查表得，选用36mm螺栓。有：2×816.7=1633.4富裕度较低，改用39mm螺栓2×975.8=1951.6满足直径小于60mm规定。采用带靴梁的刚接柱脚，靴梁外伸不长，两边各125mm，因此不再加设隔板。形式如下图：2.10.4底板厚度考虑应力为不均匀分布，因此在计算每个区格的时候，近似按最大值来计算，为保证底板的刚度，全板按q=σ区格1，四边支承板：b/a=626/120=5.22，查表得到α=M区格2，三边支承一边简支板：b/a=250/125=2，查表得到β=M区格3，悬臂板：c=30mmM=0.5q区格4、5相对来说尺寸很小，其M值与其他三个区格相比可以忽略不计，故此处不再验算。底板采用Q345钢，先假设厚度为：16mm<t<35mm。则查表得到抗弯强度设计值：f=295N/取所有区格中弯矩最大者来计算所需底板厚度t为保证刚度需满足t≥20mm，此处增加富裕取t=22mm16mm<t<35mm故选取t=22mm2.10.5靴梁计算靴梁用Q345，采用E50焊条手工焊。1）靴梁柱身竖向焊缝验算采用四条竖向焊缝焊缝传递全部竖向应力。1.5取hf考虑应力最大处的焊缝长度：l取角焊缝长度为l靴梁高hb≥lw+10mm=210mm，考虑用锚栓式刚接柱脚，其支承托座的肋板高度应大于400mm，取肋板的高度为400mm2）靴梁与底板间的水平焊缝计算 两个靴梁与底板间的全部链接焊缝按传递下的所有竖向应力计算，一般不计入柱与底板间和隔板与底板间的焊缝，但由于这些焊缝的存在，靴梁和底板间的焊缝可以按照均匀传递N计算，这里忽略弯矩引起的不均匀竖向应力。考虑焊缝总长为lN=145.68KN，需焊缝尺寸为：h焊缝尺寸构造要求：1.5取hf3）靴梁强度验算 前面的计算已知，靴梁尺寸为h 每个靴梁所受由底板传来的基础反力按线性均布荷载计算。计算简图如下,为两端伸臂的简支梁。 其中均布荷载数值按qb支座弯矩为：M跨中弯矩为：M最大弯矩发生在跨中。用跨中弯矩进行正应力验算：σ=这里富裕度不是很大，但由于前面计算时取的是全底板的最大应力，偏于安全，故此处认为正应力满足。剪应力验算：支座剪应力为：V跨中边缘处剪应力为Vτ=1.5满足剪应力要求。2.10.6锚栓肋板验算锚栓上端固定在支座承台上，承台由四个肋板与靴梁和底板相连，每个锚栓对应两个肋板。肋板同样采用Q345钢，支座承台高为400mm，故取肋板的高度为400mm，厚度为6mm，锚栓拉力由肋板与靴梁的连接来传递。压力为：F=锚栓直径取的为39mm，偏心距取锚栓直径一半和悬臂宽度的三分之二的最大值，同时为了方便锚栓布置，并让锚栓与靴梁间留有一定距离，偏保守取e=50mm正应力验算：σ=故满足正应力要求。剪应力验算：τ=1.2故满足剪应力要求。肋板和靴梁用角焊缝连接肋板与靴梁连接的焊缝总长度（除去切角长度）：l故所需焊脚的尺寸应为：h又1.5故取h故焊缝尺寸满足规范要求。2.10.7剪力传递验算 如前所述，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）或设置抗剪件承受。竖向力为轴力与锚栓拉力之和，为N能承受的最大剪力为F由174.55KN>102.70KN，满足抗剪要求。第三章、刚架计算（《钢规》）3.1截面初估为了满足规范要求的位移条件（钢梁挠度小于L/400，刚架柱侧移小于H/150），在对截面进行试算的时候，发现一个现象，即对于钢规而言，基本上起控制作用的是跨中挠度限值条件，事实上将外侧梁高增加200mm,才使得跨中挠度减小约5mm，使其刚好满足跨中挠度限值条件，但这一改变使得最终的应力比较小，钢材的强度不能得到较好的利用，因此此处不严格要求跨中挠度小于1/400，而是直接取一个较合适的梁高，其跨中挠度不会太大，同时钢材的强度也能得到较好的利用，对刚架的截面进行试算，最终尺寸如下表。各截面参数高度h(mm)宽度b（mm）翼缘厚t（mm）腹板厚t（mm）钢架梁边端7503001210中端5003001210内端6503001210钢柱70025010123.2结构计算简图计算简图与《门规》一致，如下图：3.3荷载计算 大部分荷载状况与《门规》相同，此处不再赘述，风荷载的计算《钢规》和《门规》差异较大，计算如下。风荷载计算：w按照荷载条件w0=0.50KN/m2，北京市取地表粗糙度为C类，又该工程地表高程为38.44m~39.15m，查荷载规范得μ迎风面：wk背风面：wk坡屋面迎风面：wk坡屋面背风面：wk将上述荷载转换到单品钢架上为线荷载：墙迎风面：q墙背风面：q屋面迎风面：q屋面背风面：q3.4内力分布典型组合内力计算图：1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mB.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mC.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.mD.1.2轴力图/KN轴力图/KN剪力图/KN剪力图/KN弯矩图/KN.m弯矩图/KN.m最大内力组合：3.5变形验算A.恒+活B.恒+风C.恒+雪D.恒+0.9*（风+活）变形位移包络图如下：刚架梁挠度（mm刚架梁挠度（mm）刚架柱侧移（mm刚架柱侧移（mm）钢架梁挠度刚架柱侧移挠度侧移量66.573.47分别与L和H的比值1/3891/2229容许值1/4001/150正如前面所述，此处不严格要求跨中挠度小于1/400，而是综合考虑应力比和挠度限值，此处的1/389近似于1/400相等，认为可以满足位移限值条件。3.6构件验算3.6.1刚架柱验算强度验算 柱子顶端，Mmax=476.63KN.mVmax=99.74KN， 抗弯：λ故 弯剪共同作用：取加劲肋间距根据内力图可知，对于柱所有截面都满足V<0.5Vu，所以验算时取V=0.5Vu满足要求。柱子底端，Mmax=271.41KN.mVmax=99.74KN， 抗弯：λ故 弯剪共同作用：取加劲肋间距根据内力图可知，对于柱所有截面都满足V<0.5Vu，所以验算时取V=0.5Vu满足要求。整体稳定性验算：计算长度：假设基础埋深300mm，则柱子高度为7.5+0.3=7.8m，按照钢规，由于柱子底部选择铰接，按照无支撑框架计算，其计算长度系数为1.0，故柱子的计算长度l0轴压稳定性：λλB类截面，查得φ=0.547NφA=145680/0.547/13160=20.24N/弯矩作用平面内稳定性：有横向荷载，且端弯矩产生同向曲率，故，b类构件，故查表可得Nφ弯矩作用平面外稳定性：λλφ 柱子的两端弯矩反号，且有横向荷载，取β 则

N 满足要求。局部稳定性验算：1）翼缘宽厚比 对于压弯构件，翼缘板外伸宽度b与其厚度t之比应该满足： 在本例中，，满足要求。2）腹板高厚比 由前面的计算有，应满足在本例中有满足要求。3.6.2钢架梁验算 上述各个截面的最大内力值汇总于下表：截面编号轴力N（KN）剪力V（KN）弯矩M（KN.m）1106.16116.93489.062104.4985.99142.703101.2625.32213.494104.225.36246.893.6.1强度验算1）截面1抗弯： λbλλb≤0.85时，M 满足要求。抗剪： 取加劲肋间距，a/h0λ当λs≤0.8弯剪共同作用：根据内力图可知，对于1截面都满足V<0.5Vu，所以验算时取V=0.5Vu2）截面2、3 这两个截面的尺寸是一致的，因此仅验算内力较大的截面2.抗弯： λbλλb≤0.85时，M 满足要求。抗剪： 取加劲肋间距，a/h0λ当λs≤0.8弯剪共同作用：根据内力图可知，对于3截面都满足V<0.5Vu，所以验算时取V=0.5Vu，同时由于，取满足要求。3）截面4 这两个截面的尺寸是一致的，因此仅验算内力较大的截面2.抗弯： λbλλb≤0.85时，M 满足要求。抗剪： 取加劲肋间距，a/h0λ当λs≤0.8弯剪共同作用：根据内力图可知，对于4截面都满足V<0.5Vu，所以验算时取V=0.5Vu，同时由于，取满足要求。3.6.2整体稳定性验算1）弯矩作用平面内稳定性(偏安全计算，取最小截面处) 檩条间距取3m，，查表得 有横向荷载，端弯矩产生反向曲率，故。平面内稳定性满足。2）弯矩作用平面外稳定性 查表得， 由于满足，稳定系数可按近似公式计算，如下：φ 梁构件有端弯矩和横向荷载作用，且弯矩有正负号，直接取。满足要求。3.6.3局部稳定性验算1）翼缘宽厚比 对于压弯构件，翼缘板外伸宽度b与其厚度t之比应该满足： 在本例中，，满足要求。2）腹板高厚比截面1：，应满足在本例中有其中为弯矩作用平面内的长细比，小于30时取30，大于100时取100。满足要求。截面2、3：，应满足在本例中有 满足要求。截面4：，应满足在本例中有 满足要求。3.7梁柱节点设计3.7.1布置形式 采用栓焊混接的形式。梁翼缘与柱的连接采用设有引弧板的完全焊透的坡口对接焊缝连接，梁腹板与柱的连接采用高强度螺栓摩擦型连接（抗震规范推荐）。精确算法为M按翼缘和腹板进行分配，同时考虑V偏心产生的附加弯矩，然后对各个部分进行验算。此处则近似按照翼缘对接焊缝承担弯矩和轴力，螺栓承担节点剪力。 梁柱节点上最大内力组合值为：，，3.7.2腹板抗剪 采用8.8级M20摩擦型高强螺栓，连接板采用Q235钢材，构件接触面采用喷砂处理，查表知抗滑移系数，查表得单个螺栓的预拉力设计值为。 螺栓数目nwn根据刚接构造要求，选用3个M20螺栓。布置如下图：3.7.3翼缘焊缝采用二级焊缝等强焊接，用E43焊条。考虑到此处忽略了腹板的抗弯贡献，对对接焊缝进行验算。每侧焊缝长度取lw则每侧焊缝面积为A=忽略轴力影响，焊缝最大应力为σ 满足要求，此处考虑到由于截面设计时受挠度限值，梁外截面的应力比只有约0.7，仍有较大富余，因此此处虽然截面有一定折减，但主要受弯部分翼缘并无折减，因此能满足正应力验算。3.7.4连接板验算连接板厚度t=取t=15mm,满足厚度大于8mm的要求。对两块连接板外侧采用角焊缝形式。f角焊缝尺寸取l则有焊脚尺寸为h考虑构造要求1.5取hf3.7.5节点域验算抗剪强度按如下公式验算：M柱子腹板厚度tw=12mm节点域腹板的体积V有M满足节点域抗剪强度。为了防止节点域的柱腹板受剪时发生局部失稳，应满足下式要求：t验算得t不满足，在节点域处设置斜向加劲肋以满足其局部稳定性。3.7.6横向加劲肋布置根据规范要求，横向加劲肋应能传递梁翼缘传来的集中力，其厚度应为梁翼缘的0.5-1倍，此处直接取与梁翼缘同厚，为12mm。并令加劲肋的中心线与梁翼缘的中心线对准，并用焊透的T形对接焊缝与柱翼缘连接。3.8斜梁拼接节点设计3.8.1节点布置 采用栓焊混接的形式。翼缘的连接采用设有引弧板的完全焊透的坡口对接焊缝连接，梁腹板与柱的连接采用高强度螺栓摩擦型连接。采用双面拼接板。此处则近似按照翼缘对接焊缝承担弯矩，螺栓连接板承担节点剪力。对于梁来说，轴力值较少，验算时仅验算考虑翼缘焊缝强度时的连接板净截面强度。梁梁节点上最大内力组合值为：，，3.8.2腹板抗剪 采用8.8级M20摩擦型高强螺栓，连接板采用Q235钢材，构件接触面采用喷砂处理，查表知抗滑移系数，查表得单个螺栓的预拉力设计值为。 螺栓数目nwn根据刚接构造要求，每侧选用3个M20螺栓，按照要求使连接板尽量与梁腹板高接近，取h=400mm。布置如下图：3.8.3翼缘焊缝采用二级焊缝等强焊接，用E43焊条。考虑到此处忽略了腹板的抗弯贡献，对对接焊缝进行验算。每侧焊缝长度取lw则每侧焊缝面积为A=忽略轴力影响，焊缝最大应力为σ 满足要求，此处考虑到由于截面设计时受挠度限值，斜梁变截面处的应力比只有约0.5，（此处主要为挠度控制）有较大富余，因此此处虽然截面有一定折减，但主要受弯部分翼缘并无折减，因此能满足正应力验算。3.8.4连接板抗剪验算连接板厚度t= 考虑两个连接板的作用并使其与其他板件同厚，连接板厚度取为t=15mm。则有τ=1.5满足抗剪3.8.5净截面验算 考虑此处轴力仍然较大，验算时可以偏安全的认为翼缘处的焊缝全部用于承担弯矩，则连接板承担所有轴力，对螺栓处的净截面进行验算。A=认为轴力在该截面处均匀分配σ满足要求。3.9跨中节点设计3.9.1节点布置 由于跨中节点拼接时有一定角度，不宜采用翼缘连接板连接，采用栓焊混接的形式。翼缘的连接采用设有引弧板的完全焊透的坡口对接焊缝连接，梁腹板与柱的连接采用高强度螺栓摩擦型连接。采用双面拼接板。此处则近似按照翼缘对接焊缝承担弯矩，螺栓连接板承担节点剪力。对于梁来说，轴力值较少，验算时仅验算考虑翼缘焊缝强度时的连接板净截面强度，与上面斜梁拼接节点类似。梁梁节点上最大内力组合值为：，，3.9.2腹板抗剪 采用8.8级M20摩擦型高强螺栓，连接板采用Q235钢材，构件接触面采用喷砂处理，查表知抗滑移系数，查表得单个螺栓的预拉力设计值为。 螺栓数目nwn根据刚接构造要求，每侧选用3个M20螺栓，按照要求使连接板尽量与梁腹板高接近，取h=550mm。布置如下图：3.9.3翼缘焊缝采用二级焊缝等强焊接，用E43焊条。考虑到此处忽略了腹板的抗弯贡献，对对接焊缝进行验算。每侧焊缝长度取lw则每侧焊缝面积为A=忽略轴力影响，焊缝最大应力为σ 满足要求，此处考虑到由于截面设计时受挠度限值，跨中截面处的应力比只有约0.5，（此处主要为挠度控制）有较大富余，因此此处虽然截面有一定折减，但主要受弯部分翼缘并无折减，因此能满足正应力验算。3.9.4连接板厚度连接板厚度t= 考虑两个连接板的作用并使其与其他板件同厚，连接板厚度取为t=15mm。 剪力值较小，此处不需验算连接板的抗剪。3.9.5净截面验算 考虑此处轴力仍然较大，验算时可以偏安全的认为翼缘处的焊缝全部用于承担弯矩，则连接板承担所有轴力，对螺栓处的净截面进行验算。A=认为轴力在该截面处均匀分配σ满足要求。3.10柱脚设计3.10.1柱脚参数 刚接柱脚除了承受轴心压力外还承受弯矩和剪力，由于轴心压力较大，剪力可以由底板和基础间的摩擦力或抗剪构件来传递。刚架柱脚为刚性，故采用锚栓连接刚接柱脚，柱脚锚栓应采用Q345钢制作，有fta=180N/柱下端：Mmax=271.41KN.m，N 基础混凝土选C20，，考虑加强，按照规范GBJ10-89取 Ec=25.5×3.10.2底板尺寸计算按照经验，取靴梁的厚度为12mm。柱子尺寸为700×250×10×12底板宽：因此有底板长：确定底板长度Lp得到L>726mm，故取为L=900mm。故基础抗压强度满足要求。综上，已确定底板尺寸有L=900mm,B=334mm3.10.3锚栓设计σσ故底板部分受压，锚栓受拉，重新计算基础压力。用设锚栓和基础混凝土为弹性体和平截面变形的理论来计算。取锚栓孔中心距临近底板边缘的距离为：a则锚栓中心到另一侧底板边缘距离为：L底板受压区长度为y=η根据平截面变形条件有ε化简得σ对受拉锚栓重点取矩，平衡条件MT(M+N上式中a(M+N查表得η=0.294，代入公式σ有σmax所需锚栓面积为：A此面积即为受拉侧所需的总有效截面面积，据此可以求出所需螺栓规格和数目，截面取螺纹处为有效截面，查表得，选用36mm螺栓。有：2×816.7=1633.4满足直径小于60mm规定。采用带靴梁的刚接柱脚，靴梁外伸不长，两边各75mm，因此不再加设隔板。形式如下图：3.10.4底板厚度考虑应力为不均匀分布，因此在计算每个区格的时候，近似按最大值来计算，为保证底板的刚度，全板按q=σ区格1，四边支承板：b/a=680/1119=5.71，查表得到α=M区格2，三边支承一边简支板：b/a=250/100=2.5，查表得到β=M区格3，悬臂板：c=30mmM=0.5q区格4、5相对来说尺寸很小，其M值与其他三个区格相比可以忽略不计，故此处不再验算。底板采用Q345钢，先假设厚度为：16mm<t<35mm。则查表得到抗弯强度设计值：f=295N/取所有区格中弯矩最大者来计算所需底板厚度t为保证刚度需满足t≥20mm，此处增加富裕取t=22mm16mm<t<35mm故选取t=22mm3.10.5靴梁计算靴梁用Q345，采用E50焊条手工焊。1）靴梁柱身竖向焊缝验算采用四条竖向焊缝焊缝传递全部竖向应力。1.5取hf考虑应力最大处的焊缝长度：l取角焊缝长度为l靴梁高hb≥lw+10mm=210mm，考虑用锚栓式刚接柱脚，其支承托座的肋板高度应大于400mm，取肋板的高度为400mm，取托座厚度2）靴梁与底板间的水平焊缝计算 两个靴梁与底板间的全部链接焊缝按传递下的所有竖向应力计算，一般不计入柱与底板间和隔板与底板间的焊缝，但由于这些焊缝的存在，靴梁和底板间的焊缝可以按照均匀传递N计算，这里忽略弯矩引起的不均匀竖向应力。考虑焊缝总长为lN=145.68KN，需焊缝尺寸为：h焊缝尺寸构造要求：1.5取hf3）靴梁强度验算 前面的计算已知，靴梁尺寸为h 每个靴梁所受由底板传来的基础反力按线性均布荷载计算。计算简图如下,为两端伸臂的简支梁。 其中均布荷载数值按qb支座弯矩为：M跨中弯矩为：M最大弯矩发生在跨中。用跨中弯矩进行正应力验算：σ=剪应力验算：支座剪应力为：V跨中边缘处剪应力为Vτ=1.5满足剪应力要求。3.10.6锚栓肋板验算锚栓上端固定在支座承台上，承台由四个肋板与靴梁和底板相连，每个锚栓对应两个肋板。肋板同样采用Q345钢，支座承台高为400mm，故取肋板的高度为400mm，厚度为6mm，锚栓拉力由肋板与靴梁的连接来传递。压力为：F=锚栓直径取的为36mm，偏心距取锚栓直径一半和悬臂宽度的三分之二的最大值，为：e=20mm正应力验算：σ=故满足正应力要求。剪应力验算：τ=1.5故满足剪应力要求。肋板和靴梁用角焊缝连接肋板与靴梁连接的焊缝总长度：l故所需焊脚的尺寸应为：h又1.5故取h故焊缝尺寸满足规范要求。3.10.7剪力传递验算 偏安全先不考虑锚栓能提供的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力或设置抗剪件承受，先只考虑摩擦力影响，令其摩擦系数取为0.4。竖向力为轴力与锚栓拉力之和，为N能承受的最大剪力为F由167.14N>99.74KN，满足抗剪要求。第四章、檩条设计4.1檩条布置在该门式刚架中，沿1～12轴轴向方向各布置一榀刚架，刚架跨度为26m，间距为7.5m。檩条间距取1.0m。屋面板采用自攻螺栓直接与檩条连接，拉条设在檩条下翼缘。根据这些参数，先做以下方案初选：（1）檩条材料：檩条采用Q235实腹式冷弯薄壁卷边槽钢。（2）拉条布置：檩条跨度为7.5m>6m，故在三分点处设置拉条，拉条间距为2.5m。（3）屋面坡度为5%较小，故在计算檩条斜距时按1.0m考虑。4.2荷载计算4.2.1荷载计算恒载（檩条自重暂不考虑）：屋面恒载：活载：屋面活载：雪荷载： 比较知，活载由雪荷载控制，值为风荷载： 根据《门式刚架轻型房屋技术规程》的规定，风荷载采用下式计算：已知在本例中，屋面坡度、屋面高度7.23m<18m、房屋高宽比、檐口高度7.9m<26m，风荷载体型系数，应按门规A.0.2-2来采用。根据A.0.3有有效受风面积：建筑为封闭式建筑，查表得檩条的风荷载体型系数：=1\*GB3①—中间区：=2\*GB3②—边缘带，=3\*GB3③—角部：计算边缘带宽度为：风载高度变化系数故有中间区：边缘带、角部：4.2.2荷载组合计算组合一：1.2×恒荷载+1.4×活荷载X方向：恒荷载：活荷载：荷载标准值：荷载设计值：Y方向：恒荷载：活荷载：荷载标准值：荷载设计值：组合二：1.0×恒载＋1.4×风吸力荷载 在风吸力作用在恒载有利，分项系数取1.0。可以认为风荷载垂直于屋面，也即风荷载在x方向上没有分量，此外在计算风荷载的时候，考虑边缘区和中间区的差异。X方向：恒荷载：荷载标准值：荷载设计值：Y方向：中间区：恒荷载：风荷载：荷载标准值：荷载设计值：边缘带：恒荷载：风荷载：荷载标准值：荷载设计值：荷载组合值如下表所示：组合方向标准值（KN/m）设计值（KN/m）组合一X方向0.04740.0624Y方向0.9491.249组合二X方向0.02000.0200Y方向-0.175（中间区）-0.30（边缘带）-0.405（中间区）-0.58（边缘带）4.3内力计算4.3.1计算模型拉条在X方向对檩条有较强约束作用，可看作中间铰支座，将檩条计算模型取为三跨连续梁：拉条在Y方向对檩条的约束较弱，简化模型时将其忽略，取为简支梁计算：4.3.2组合一：1.2×恒荷载+1.4×活荷载X方向：三跨连续梁，作用，得出如下弯矩图：拉条处弯矩：中跨跨中弯矩：边跨跨中弯矩：Y方向： 在的作用下，弯矩图为：拉条处弯矩：跨中弯矩：4.3.3组合二：1.0×恒荷载+1.4×风荷载三跨连续梁，作用，得出如下弯矩图：支座负弯矩：中跨跨中弯矩：边跨跨中弯矩：Y方向：中间区：在的作用下，弯矩图为：拉条处弯矩：跨中弯矩：边缘带：计算边缘带，全长有，弯矩图如下拉条处弯矩：跨中弯矩：则弯矩计算值总结如下：组合一(KN/m)组合二(KN/m)中间区端区弯矩(KN·m)跨中0.009758.780.0031-2.85-4.078拉条处-0.0397.81-0.0125-2.53-3.6254.4檩条验算4.4.1截面初选l=7.5m<9m，优先选择实腹C型冷弯薄壁型钢。常用截面高度为其跨度的1/35～1/50，即150~214mm。 选用最不利荷载组合下得到的计算结果，即荷载组合一下中跨跨中的内力计算结果：，由于，简单的用x方向来确定截面范围选用C200×70×20×2.24.4.2截面属性，，，，，，，4.4.3有效截面验算按（拉）可以近似，不计相邻板件的约束作用，取，则即受压部分全截面有效已知认为受拉部分全截面有效，故所选檩条截面全截面有效。满足要求。按照此界面重新计算檩条自重为，相对恒载来说可以忽略不计，因此上述内力计算中的弯矩不做修改。4.4.4强度验算 根据前面的计算有 均小于 满足要求。4.4.5整体稳定验算根据规范6.3.7，当屋面能阻止檩条侧向位移与扭转时，上翼缘受压的整体稳定性不用计算。在风吸力作用下，檩条下翼缘受压，需计算其稳定性。檩条作为受弯构件，绕X轴弯曲时，整体稳定系数计算如下：查表知：，，（考虑拉条的侧向支撑作用）计算长度进行修正：代入公式：选择荷载组合二拉条处作为控制截面满足整体稳定要求4.4.6变形验算计算檩条的变形，选用恒载+活载的荷载标准值。檩条两端简支，竖向挠度：而有，故变形符合要求4.4.7构造要求验算檩条长细比：檩条在平面内外均满足长细比要求，满足规范要求。4.5拉条设计4.5.1拉条设计檩条跨度7.5m>6m，均匀布置两道拉条。三跨连续梁，屋脊处中间支座（拉条处）的支座反力为屋脊处斜拉：则选用Q235，拉条最小截面积：选用钢筋作为拉条（采用圆钢做拉条时，圆钢直径不宜小于10mm，）4.5.2撑杆设计在屋脊檩距内，除设置斜向拉条外，还应设置两道刚性撑杆，限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑杆截面采用圆钢管，圆钢管尺寸由长细比确定。檩条间距为1000mm，采用φ30×2,i=0.99cm>i=0.5cm，满足要求。第五章、墙梁设计5.1墙梁布置墙梁等间距布置在刚架柱的外侧，采用压型钢板作围护面，且挂于墙梁外侧，可保证墙梁平面外整体稳定性。墙梁采用卷边槽形冷弯薄壁型钢，设计成简支构件，两端支承在刚架柱上，跨间三分点处各设一道拉条。本方案外墙标高1.2m以下为370空心砖墙，墙板落地放在砖墙上，且墙梁与墙板间有可靠连接。梁跨度l=7.5m>6m，在跨间三分点处各设一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至柱子。根据任务书，墙梁跨度为7.5m；且布置为单跨简支，中间三分点处设置两道拉条；初选墙梁间距为1.2m，(7.2-1.2)/1.2+1=6，即约等间距设置6道墙梁；冷弯薄壁型槽钢200×70×20×2.5。截面基本特性：，，，，，，，，，，则自重=0.07KN5.2荷载计算5.2.1恒荷载标准值使用的压型钢板墙自重为0.35kN/m墙面荷载的标准值：5.2.2风荷载标准值根据《规程》附录A中计算风荷载的相关规定计算风荷载。风荷载标准值：基本风压：风压高度变化系数：地面粗糙程度为C类，建筑物高度小于10m，。墙梁风荷载体型系数：，，有效受风面积：查阅规范表A.0.0.2-2，中间区和边缘带的体型系数均为：迎风：背风：综上所述：风压力面：风吸力面：5.2.3荷载组合1）1.2×2）1.2×5.3内力计算本次横向荷载和竖向荷载无耦合，可以分别单独计算。5.3.1竖向荷载计算 墙梁跨中设置有两道拉条，可视为墙梁支撑点，因此可按两端简支的三跨连续梁计算模型（与檩条x方向计算模型一致）。 用结力求解器计算得如下弯矩图和剪力图：拉条处：中跨跨中：边跨跨中：最大剪力：5.3.2水平荷载 拉条在该方向基本无约束，按全跨简支模型计算（与檩条y方向一致）。迎风面：背风面：计算模型为迎风区：跨中弯矩：拉条处弯矩：最大剪力：背风区：跨中弯矩：拉条处弯矩：最大剪力：5.4墙梁验算5.4.1强度验算有效截面验算： ，且，故型钢全截面有效。正应力验算： 根据设计，本方案外墙标高1.2m以下为370空心砖墙，墙板落地放在砖墙上，且墙梁另一侧有阻止其扭转变形的构造拉杆，因此不考虑双力矩B的影响。 故墙梁正应力验算公式为： 槽口向上放置背风时，跨中及拉条处的弯矩组合比较大，为危险截面，需进行验算。跨中：，2和3点为危险点（拉为正）：满足强度要求。拉条处：，1和4点为危险点（拉为正）：满足强度要求。剪应力验算： 竖向剪应力：水平剪应力：满足强度要求。5.4.2稳定性验算 迎风时，由于主要受压翼缘与墙板相连，压型钢板在墙梁外侧，墙板能够阻止墙梁发生侧向弯曲失稳，故仅验算强度即可。而在逆风时，因主要受压翼缘无墙板约束，须验算其稳定性。背风时，墙梁的主受压翼缘无约束，需要按以下公式验算稳定性：（Wey为对应受压侧截面抵抗矩其中，整体稳定系数按下式计算：与檩条一致，由于墙梁在三分点处各有一道拉条，所以有：梁在弯矩作用平面外的长细比：横向荷载作用点到弯心的距离：则：进行修正：跨中：,拉条处：，稳定性满足要求。5.4.3变形验算 根据GB50018中的规定，压型钢板墙面的墙梁水平方向挠度限值为计算长度的1/150，竖向挠度不得大于10mm。下面计算本例中的挠度。竖向变形：用结力求解器按三跨连续梁进行计算：最大位移水平向变形：按单跨简支梁计算：（风吸力）满足挠度变形要求。5.5拉条设计拉条作为墙梁间的支撑，相当于三跨连续梁的支座，只约束墙梁的竖向位移。按照竖向荷载设计拉条。竖向荷载设计值为结力求解器求得剪力并退出的支座反力为顶端第1根拉条（编号1）承受的拉力拉条所需面积：故第1～4根拉条按构造取∅10拉条（面积78.5mm顶端斜拉条5承受的拉力拉条所需面积：故斜拉条取∅12拉条（面积为113.1mm第六章、支撑设计6.1屋面支撑设计6.1.1屋面支撑布置根据结构对称，在端部和中部布置支撑体系，如下图所示，横向屋盖支撑与柱间支撑布置在同一柱间。总共在1～2轴，6～7轴，11～12轴设置三道屋盖横向支撑；在相应位置设置三道柱间支撑，支撑设计为张紧的柔性拉条。端部的柱间支撑不会导致过大的温度应力和变形。6.1.2荷载计算风荷载在山墙上下端可均分，为了安全在此处取的是梯形的受力面积，柱顶集中力的计算面积分布如下图所示：此处风荷载计算与山墙设计中风荷载的计算是一致的。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A中风荷载计算的相关规定计算风荷载。风压高度变化系数：地面粗糙程度为C类，建筑物高度小于10m，按高度10m处的数值采用。，，有效受风面积：边缘带宽度：中间区和边缘带的体型系数为：中间区：迎风，背风边缘区：迎风，背风风荷载设计值：边缘带：迎风面：背风面：中间区：迎风面：背风面：取背风面为危险面。有效受风面积：又由，可以求得各个柱顶的集中力，计算过程如下：6.1.3内力计算屋盖横向支撑与刚架梁组成的桁架共四个节间，风荷载作为集中力作用在五个节点，集中力分别是上述计算结果。斜杆作为拉杆，认为一旦受压即退出工作，为判断交叉斜杆中的受压杆件先建模计算，将受压杆件去除。偏安全计算，将吸力用作压力计算。桁架简图如下：用结力求解器求解得各杆件内力图如下：从上图可得知，在此支撑体系中，腹杆的最大内力在外侧腹杆处，为-39.16KN，而斜杆的最大拉力为38.87KN，也在外侧的节区中。6.1.4构件验算对于拉杆采用圆钢形式，刚性系杆可采用角钢或圆管，为了使稳定性更好，此处使用圆管。斜拉杆： 选用∅16圆钢，有刚性系杆： 采用焊接薄壁圆钢管，考虑受压稳定性，且按照规范，应有长细比小于220，由于，因此初选圆管直径为102mm，壁厚为2mm。截面参数为：，，则有查表得（b类截面）：不符合要求。更换截面，选择直径为140mm，壁厚为3.0mm，截面参数为，，则有查表得（b类截面）：符合要求。6.2柱间支撑设计6.2.1柱间支撑布置与屋面支撑相对应，横向屋盖支撑与柱间支撑布置在同一柱间。由于柱高和刚架间距相近，每个柱间只做一个交叉支撑。柱间布置简图如下：6.2.2荷载计算风荷载标准值在屋面支撑荷载计算中已经计算过，此处可以直接引用，即有风荷载设计值：边缘带：迎风面：背风面：中间区：迎风面：背风面：边缘带宽度：风荷载取作用于半侧山墙上半部分的风荷载合力值，下半部分直接由柱传入柱脚基础，同时为了安全起见，取受风面积为上部梯形部分。并认为第一榀柱间支撑承受所有山墙传来的风荷载。则山墙外侧柱顶部集中力的受风面积如下图所示。故有：边缘带受风面积：中间区受风面积：故有，柱顶集中力6.2.3内力计算柱间支撑按柔性受拉斜杆设计，即受压杆件退出工作，在此处很容易看出受压杆件，将其去除，按桁架计算，得到计算模型如下图所示：用结力求解器进行内力计算，得到如下轴力图：水平压杆兼作屋面支撑的竖刚性系杆，其设计在屋面支撑计算中进行。这里不再计算。斜杆的轴力为：N=56.51KN6.2.4构件验算斜杆受拉，只需考虑强度，无稳定性问题。 斜杆所需面积：选用∅20圆钢，有第七章、抗风柱设计7.1抗风柱布置与纵向墙梁布置类似，墙梁等间距布置在刚架柱的外侧，采用压型钢板作围护面，且挂于墙梁外侧。墙梁采用卷边槽形冷弯薄壁型钢，设计成简支构件，两端支承在刚架柱上，跨间三分点处各设一道拉条。本方案外墙标高1.2m以下为370空心砖墙，墙板落地放在砖墙上，且墙梁与墙板间有可靠连接。山墙设置三个抗风柱，间距6.5米。山墙墙梁的设计与计算和纵墙墙梁相同，即冷弯薄壁型槽钢200×70×20×2.5，此处不再验算。设计简图 如下图，等间距分布，设置三个抗风柱，间距为6.5m7.2荷载计算风荷载计算：根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A中风荷载计算的相关规定计算风荷载。风压高度变化系数：地面粗糙程度为C类，建筑物高度小于10m，按高度10m处的数值采用。考虑中间的抗风柱，，有效受风面积：边缘带宽度：中间区和边缘带的体型系数为：中间区：迎风，背风边缘区：迎风，背风经比较，中柱迎风时受力最不利，因为迎风时荷载作用指向弯心，背风时荷载背离弯心，取中柱进行验算。竖向恒载计算： 忽略墙梁自重，墙面自重为0.35KN/7.3内力计算选用热轧工形钢28a，截面属性查阅热轧普通工字钢截面特性表。抗风柱所受均布荷载设计值为：竖向荷载设计值跨度为：跨中弯矩为：底部轴力设计值：跨中轴力为（近似）：底部、顶部剪力：7.4构件验算验算稳定性：，，，平面内稳定性：，查表得无轴力作用，取满足平面内稳定（这也是强度满足）。平面外稳定性：平面外有墙梁约束，可取计算长度，可以按下列近似公式来计算，，根据上述平面内稳定计算知，轴力较小可以直接忽略不计，因此有平面外稳定性也满足。7.5抗风柱顶节点设计 为了使顶部节点具有铰接的效果，设置一个Z形板，用螺栓将之与梁下翼缘和柱顶相连。形式如下： 使用4个直径为16的普通螺栓,板件的类型均选用Q235，板厚取10mm，fvb=抗剪验算：忽略由于剪力偏心可能造成的附加弯矩的作用。根据上面的计算知：顶部剪力：。NNN有n×因此满足抗剪要求。7.6抗风柱柱脚设计 柱脚轴力设计值为，柱脚剪力设计值为。刚架柱脚为刚性，故采用锚栓连接刚接柱脚，柱脚锚栓应采用Q345钢制作，有ft 基础混凝土选C20，，考虑加强，按照规范GBJ10-89取 Ec=25.5× 由于全截面受压，螺栓不会受拉，所以按照构造配即可，选用2个M22的螺栓。7.6.1底板尺寸底板宽度： 取靴梁厚度为，悬臂长