钢结构门式刚架厂房设计土木工程毕业设计

中南大学本科毕业设计 目录 目录摘要IAbstractII前言1第一章 建筑设计21.1工程概况21.2建筑平面形式选择21.3厂房的剖面设计31.4立面设计5第二章 结构设计62.1结构设计简述62.2吊车梁设计72.3钢架设计172.4节点设计592.5檩条的设计742.6墙面构件墙梁的设计832.7支撑系统设计892.8抗风柱设计952.9基础设计98结束语112参考文献114 中南大学本科毕业设计 摘要 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I中南大学本科毕业设计 abstract AbstractThe design is a production plant of portal frame of located in Shimen,Hunan Province.The structure is a light steel portal frame, double slope and double cross.The design includes architectural design, structural design and foreign language translation.Architectural design includes graphic design, profile design , facade design and detail design.Structural design can be divided into crane girder design, frame design, node design, purlins design, wall beam design , support design and foundation design .The main frame structures are designed with flexible design method, while the envelopes are designed by considering post-buckling strength of the material.Construction plans include floor plans , roof plans, elevations , profiles, joints detail plans,doors and windows tables;structure construction plans include foundation layout maps and template based reinforcement plans, structural layout plan, structure elevation, roof structure map, the map layout of the support structure, steel member connections detail map, steel component details and purlin layout. Keywords: Architectural design; Structural design; portal frame structure; intermediate bridge crane; independent basis中南大学本科毕业设计 前言 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（GB50017-2003）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。114中南大学本科毕业设计 第一章 第一章 建筑设计1.1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。1.2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。1.2.1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，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。1.2.2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。1.3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。1.3.1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。 吊车梁轨道顶部到柱顶距离 式中各参数的含义如下：；：，通常定为 400mm500mm；：；：吊绳的最小长度，一般取决于起吊物的形状小，通常大于1000mm；：吊钩到吊车梁轨道顶面的最小高度；：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；：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/T 50006-2010），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9.6m。1.3.2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±0.000m，室外则是-0.150m。1.3.3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/T 50033），窗地面积比应大于。由于厂房的建筑面积为，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，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于。可按高低窗来设置，低窗高度取为，窗底标高为，而把高窗高度定为，窗底标高为。窗户总高度为，满足采光要求。为了满足厂房生产工艺的要求，一共设置6道4m×4m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。1.4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V-125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。中南大学本科毕业设计 第二章 第二章 结构设计2.1结构设计简述2.1.1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1.2m1.5m，设计中檩条取1.2m，并每隔两根檩条设置一道隅撑；墙梁间距则取为1.5m，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。2.1.2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（GB 50009）统计荷载；再按冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB 50018）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（CECS 102）和钢结构设计规范（GB 50017）验算刚架斜梁、柱的强度、刚度和稳定性。2.2吊车梁设计2.2.1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）宽度B（mm）轮距K（mm）最大轮压（kN）起重机总重G（t）小车重g（t）两台20/5t16.55860450018324.27.085由表可知，吊车的最大轮压标准值为：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：2）横向荷载设计值。每个吊车轮上的横向荷载标准值为，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7.085t，且吊车为A5中级工作制吊车。依照建筑结构荷载规范（GB50009），取，则则横向荷载的设计值为2.2.2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，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：（2-1）而要满足吊车梁上有三个轮压，x必须满足，且，此时恒成立。所以，当时，取得最大值，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）其中为吊车梁的自重影响系数，查钢结构设计手册表8-2得，。同样地，可得到由横向水平荷载产生的最大剪力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A点的剪力由竖向荷载产生的吊车梁的最大弯矩标准值：竖向荷载产生的吊车梁最大弯矩处的相应剪力值：由横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大弯矩为：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横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大剪力为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最大弯矩处的相应剪力值吊车梁支座处的最大剪力横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大弯矩横向水平荷载标准值产生的吊车梁最大剪力2.2.3截面选择取吊车梁为单轴对称工字形截面，尺寸为，且两螺栓孔中心到y轴的距离都为90mm。1） 截面特性2） 扣除孔洞后的截面特性工字型截面上翼缘对y轴的截面特性2.2.4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。由于吊车梁要进行疲劳验算，、均取1.0，且考虑动荷载效应，即动力系数。则满足要求。下翼缘应力满足要求。2）剪应力验算。由内力计算知吊车梁的最大剪力。吊车梁截面的最大剪应力满足要求。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（2-2）集中荷载增大系数，集中荷载，承受移动集中荷载吊车轮压作用的吊车梁，腹板计算高度边缘的压应力（2-3）满足要求。4）腹板计算高度边缘处的折算应力因为与同号，取，则满足要求。2.2.5稳定性验算1）依照钢结构设计规范表4.2.1，当时应验算梁的整体稳定性。（2-4）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（2-5）受压翼缘对y轴的惯性轴受拉翼缘对y轴的惯性轴截面不对称性系数（2-6）影响系数（2-7）梁的整体稳定性系数（2-8）用代替，则（2-9）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，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。横向加劲肋的外伸宽度 ，令而加劲肋的厚度，令腹板边缘处弯曲压应力的最大值为平均剪应力为边缘的局部压应力为（2-10）所以由于，用于腹板受剪计算时的通用高厚比则因为，用于腹板受局部压力计算时的通用高厚比（2-11）则腹板的局部稳定验算（2-12）所以腹板的局部稳定性满足要求。2.2.6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2-100x10。加劲肋的示意图如图4：吊车梁支座处的最大反力 从而可以算得支座加劲肋的端面承受的压应力如下图 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所以支座加劲肋的稳定性满足要求。2.2.7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最大效应计算，且不乘以动力系数。则吊车梁的竖向挠度为：吊车梁的横向挠度为：所以吊车梁的变形满足要求。2.2.8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 查钢结构设计规范表6.2.3-1知欠载效应的等效系数（中级工作制吊车）。且根据附表E知构件和连接类别均为2类，查表6.2.3-2知循环次数为次的容许应力幅。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查钢结构设计规范附表E知，构件和连接类别均为4类。则，所以横向加劲肋处的疲劳强度也满足要求。2.3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（GB 5000920012）。风荷载标准值参照门式钢架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102：2002）附录A。基本风压值为，风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范的规定采用，地面粗糙度为B类。 2.3.1荷载计算1)恒载计算屋面板及保温层自重标准值：檩条自重标准值：悬挂设备自重标准值：墙面（含墙梁）自重标准值：2)活荷载计算屋面活荷载：雪荷载标准值：3)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）斜梁风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）右拄风荷载 （吸力）右风下各构件所受的荷载值：左柱风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）斜梁风荷载 （吸力）右拄风荷载 （压力）4)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 中柱 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 中柱 横向荷载作用下的牛腿最大反力 5)钢架上的荷载标准值计算(1）屋面与檩条引起的线荷载为。(2）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。6)地震荷载计算(1）一般重力荷载计算，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：计算地震作用时：吊车梁面标高处吊车在一侧柱上的牛腿反力(3）排架基本周期计算边柱的侧移刚度为中柱的侧移刚度为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则排架的基本周期(4）地震力计算。地震烈度按7度（0.10g）考虑，场地类别为类，地震分组是第二组，所以特征周期值：，。因为，所以结构的阻尼比取为0.05。（2-13）其中，衰减指数阻尼调整系数所以作用于结构顶部的总地震剪力标准值。吊车横向水平地震作用2.3.2截面初选该厂房柱高为9.6m，牛腿高度6m，跨度为18m，柱距为6m，屋面坡度为1:15。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，截面定为；梁截面定为。2.3.3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（）绕x轴惯性矩（）绕y轴惯性矩（）边柱122088.96315.4207中柱2041621.742611.4444梁100604.68671.6044 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 记边柱和横梁的线刚度分别为、。则代入到位移法方程中，解得。由此得到刚架的内力图：图 9 手算荷载的弯矩图（kN·m） 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3.168kN/m 墙面（含墙梁）自重为梁自重为边柱自重为中柱自重为吊车梁及轨道自重为则吊车梁作用于牛腿处的集中力为 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）（中柱） 吊车梁荷载向柱中心简化的集中弯矩为（边柱）（中柱） 图 12 恒载作用简图图 13 恒载作用下的弯矩图（kN·m）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（kN·m）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（kN·m）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（kN·m）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（kN·m）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（kN·m）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。 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0.8。（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0.355m，离中柱中心线的距离为0.45m。而一跨刚架上牛腿承受的最大竖向力，对应的最小竖向力是（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）（中柱） 而最小竖向力对应的力偶，边柱是，中注是。a. 仅有左跨有吊车作用，且作用于边柱（只考虑竖向荷载）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（kN·m）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）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（kN·m）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）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（kN·m）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）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（kN·m）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）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（kN·m）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）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（kN·m）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）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（kN·m）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）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（kN·m）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：（2-14）式中：为永久荷载的分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，反之则取1.0；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1.4；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；为可变荷载的组合值系数，常用的取值如下表所示。 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0.70.70.71.00.70.60.6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、进行组合。组合的一般原则有：a. 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、V(kN)；M(kN·m)控制截面号组合效应轴力N剪力V弯矩M1-1-185.50 -51.58 200.87 -53.02 5.77 -41.16 -53.02 5.77 -41.16 -601.77 -54.18 156.22 2-2-39.07 -10.62 -8.87 -579.93 -54.18 -168.88 -34.82 1.80 -18.45 -579.93 -54.18 -168.88 3-3-29.94 -30.59 83.55 -91.10 -32.43 -81.19 -20.29 -10.03 37.76 -93.38 -44.52 -55.60 4-4-9.37 -12.41 -2.62 -80.28 -44.52 -215.88 -9.37 -12.41 -2.62 -80.28 -44.52 -215.88 5-5-617.03 -11.44 163.62 -616.44 11.44 -163.62 -83.38 1.92 -18.62 -1057.25 11.35 -62.04 6-6-571.33 25.89 133.94 -571.33 -25.89 -133.94 -73.77 1.92 -7.11 -1045.71 11.35 6.07 7-7-59.69 -16.46 112.87 -59.69 16.46 -112.87 -45.43 2.31 7.08 -175.10 9.76 -35.57 8-8-53.23 -1.83 68.65 -53.82 1.83 -68.65 -39.66 2.31 15.39 -168.17 9.76 -0.43 9-9-13.00 8.52 -2.62 -49.76 77.14 -215.88 -43.41 77.26 -214.24 -19.35 8.39 -4.26 0.73 17.52 -32.66 -55.58 62.13 -153.06 10-10-28.60 -6.59 122.79 -22.85 -1.68 16.94 -11.37 2.56 22.12 -42.59 -9.23 98.45 3.10 -2.50 35.09 -50.97 -6.94 95.85 11-11-26.32 -3.93 123.96 -22.87 1.36 16.94 -24.59 5.39 30.26 -20.21 -4.39 107.47 2.74 -2.89 35.09 -51.44 -0.11 95.85 12-12-19.61 -15.25 -27.97 -43.52 -84.19 -277.26 -19.61 -15.25 -27.97 -31.67 -84.31 -274.02 0.37 -22.91 -81.25 -56.05 -69.17 -216.60 （2）地震荷载的内力组合：表 5 最不利内力表 (单位：N、V(kN)；M(kN.m)控制截面号组合效应轴力N剪力V弯矩M1-1-211.57 -50.92 213.84 -73.83 -3.57 -18.63 -73.83 -4.68 -15.27 -602.29 -55.59 165.63 2-2-60.84 -18.89 -28.07 -580.44 -56.70 -171.24 -55.63 -4.68 -43.36 -580.44 -55.59 -167.92 3-3-42.54 -36.09 74.05 -91.61 -32.51 -85.02 -41.76 -4.68 -38.44 -93.89 -45.93 -54.65 4-4-29.89 -21.58 -42.85 -80.79 -45.93 -220.00 -29.89 -21.58 -42.85 -80.79 -45.93 -220.00 5-5-637.43 -14.58 178.03 -636.84 14.58 -178.03 -117.39 5.30 -37.05 -1057.25 -11.35 62.04 6-6-591.61 36.20 132.45 -591.61 -36.20 -132.45 -107.77 5.30 -5.25 -1045.71 -11.35 -6.07 7-7-80.10 -13.45 110.24 -80.10 13.45 -110.24 -79.39 2.99 56.86 -175.10 9.76 -35.57 8-8-73.64 2.51 76.83 -74.23 -2.51 -76.83 -73.62 2.99 67.63 -168.17 9.76 -0.43 9-9-29.82 27.97 -42.85 -51.20 77.55 -220.00 -44.85 77.68 -218.36 -36.16 27.84 -44.48 -8.47 30.84 -61.05 -60.12 61.33 -147.31 10-10-25.56 -7.39 123.96 -42.18 -5.41 43.72 -25.51 1.08 50.86 -47.14 -10.03 96.97 -6.10 -4.71 56.81 -55.52 -7.74 94.37 11-11-26.32 -3.93 123.96 -42.52 0.23 43.72 -31.45 5.17 48.07 -24.82 -4.58 105.99 -6.67 -3.86 56.81 -56.06 -0.30 94.37 12-12-33.82 -30.38 -65.64 -48.13 -84.38 -280.47 -33.82 -30.38 -65.64 -36.29 -84.50 -277.23 -9.04 -39.41 -138.31 -60.66 -69.36 -219.81 4）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：验算构件的宽厚比对翼缘（满足要求）对腹板（满足要求）强度验算因梁为等截面，只验算最不利内力大的截面，即9-9和12-12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9-9截面的Mmax为控制条件：，以9-9截面的Mmax为控制条件：，以9-9截面的+Nmax为控制条件：，以9-9截面-Nmax为控制条件：，以12-12截面Mmax为控制条件：，以12-12截面-Mmax为控制条件：，以12-12截面+Nmax为控制条件：，以12-12截面-Nmax为控制条件：，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（2-15），则（满足要求）弯、剪、压共同作用下的验算。对于等截面梁，从9-9、10-10、11-11、12-12截面中选出最不利内力来进行验算。最不利内力组合如下：，（2-16）（2-17）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。由于，则（2-18）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，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，截面属于b类截面，查钢结构设计规范附表C-2，得。对两端弯曲应力基本相等的区段 。（2-19）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因为斜梁为双轴对称截面，截面不对称影响系数所以梁的整体稳定性系数（2-20）用代替，则（2-21）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：强度验算边柱为等截面，只验算最不利内力大的截面，即1-1和2-2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1-1截面Mmax为控制条件：，以1-1截面Mmax为控制条件（或以+Nmax为控制条件）：，以1-1截面-Nmax为控制条件：，以2-2截面Mmax为控制条件：，以2-2截面-Mmax为控制条件：，以2-2截面Nmax为控制条件：，以2-2截面-Nmax为控制条件：，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。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，边柱的腹板高度变化小于60mm/m,则（满足要求）弯、剪、压共同作用下的验算。对于等截面边柱，从1-1、2-2、3-3、4-4截面中选出最不利内力来进行验算。最不利内力组合如下：，（2-22）故由于则所以，由于，则所以边柱在复合内力下强度满足要求。验算边柱平面内的整体稳定性，刚架斜梁的惯性矩 钢架柱的惯性矩 刚架斜梁和刚架柱的线刚度比值 因为是刚接柱脚，则根据刚架斜梁和刚架柱的线刚度比值，查钢结构设计规范表D-2得当框架柱考虑侧移时，其计算长度系数所以柱的平面内计算长度 则柱的长细比边柱截面为b类截面，查钢结构设计规范附表C-2得稳定性系数（2-23）边柱上同时作用有端弯矩和横向荷载，且两种荷载使构件产生了同向曲率，那么等效弯矩系数：。按下式验算边柱的平面内稳定性（2-24）所以边柱的平面内稳定性满足要求。验算边柱平面外的整体稳定性。计算平面外稳定时，钢柱平面外的计算长度为柱间支撑的支承点间的距离，当柱间支撑仅设置在柱子截面的一个翼缘上时，应在此处设置隅撑（连接于另一翼缘和檩条上）以支撑全柱截面。考虑到吊车梁对刚架柱的侧向约束，边柱的平面外计算长度可取为。平面外长细比 边柱截面为焊接型H截面，且它是焰切边的翼缘，对y轴来说是b类截面，查钢结构设计规范附表C-2，得边柱平面外的稳定系数所以受弯构件的整体稳定系数 （2-25）因边柱上同时有端弯矩和横向荷载作用，且它们使构件产生同向曲率，所以等效弯矩系数 而截面影响系数 按如下公式验算等截面柱平面外的稳定性：（2-26）所以边柱的平面外稳定性满足要求。验算边柱的局部稳定性验算翼缘宽厚比 验算腹板高厚比应力梯度 因为所以边柱的局部稳定性满足要求。（3）中柱的验算构件的截面特征。刚架中柱选用，其截面参数如下：强度验算中柱为等截面，只验算最不利内力大的截面，即5-5和6-6控制截面。实腹式刚架中柱在平面内可按压弯构件计算强度，中柱在弯压共同作用下的强度验算如下：以5-5截面Mmax为控制条件：，以5-5截面Mmax为控制条件：，以5-5截面+Nmax为控制条件：，以5-5截面-Nmax为控制条件：，以6-6截面Mmax为控制条件：，以6-6截面Mmax为控制条件：，以6-6截面+Nmax为控制条件：，以6-6截面-Nmax为控制条件：，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。中柱采用等截面设计，根据最不利内力表可知最大剪力。依照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，中柱的腹板高度变化小于60mm/m,则，则（满足要求）弯、剪、压共同作用下的验算。对于等截面中柱，从5-5、6-6、7-7、8-8截面中选出最不利内力来进行验算。最不利内力组合如下：，由于，则则所以，由于，则所以中柱在复合内力作用下的强度满足要求。验算中柱平面内的整体稳定性，刚架斜梁的惯性矩 钢架柱的惯性矩 刚架斜梁和刚架柱的线刚度比值 柱脚刚接，则根据刚架斜梁和刚架柱的线刚度比值，查钢结构设计规范表D-2得中柱的计算长度系数所以柱的平面内计算长度 平面内的长细比 中柱截面为b类截面，查钢结构设计规范附表C-2得稳定性系数中