門式剛架設計例題 門式剛架輕型房屋鋼結構圖集（精品多篇）

門式剛架設計例題 門式剛架輕型房屋鋼結構圖集 篇一

門式腳手架計算書

1.計算說明 1.1概況：

工程項目：京廣客專信陽東站 門架高度：8.8m5層 工程內容：站臺雨棚吊頂

1.2本工程採用門式腳手架規格如下：

水平架5步4設，腳手板5步1設，交叉拉桿兩側設置，剪刀撐4步4跨設置，水平加固杆4步1設，腳手架頂部施工層採用密目安全網進行封閉，目數不少於2000目/㎡，自重標準0.5kg/m。

2.根據上述條件進行腳手架穩定性計算 2.1 腳手架自重產生的軸向力ngk1計算

門架1榀18.6*9.8*10-3=0.182kn 交叉支撐2副4*9.8**10-3=0.078kn 水平架（5步4設）16.5*9.8*4/5**10-3=0.129kn 腳手板2塊（5步1設）0.184*2*1/5=0.074kn 連接棒2個6*2*10-3=0.012kn

鎖臂2副0.0085*2=0.017kn 合計0.492kn

每米高腳手架自重：ngk1=0.492/1.72=0.286kn 2.2 加固杆、附件產生的軸向力ngk2計算 tgɑ=4*1.7/(4*1.83)=0.93 對應cosɑ=0.7

32鋼管重（2*1.83/0.732+1.83）*0.038=0.18kn 扣件重1*0.0135+4*0.0145=0.072kn

每米高腳手架加固件重（0.18+0.072）/（4*1.7）=0.037kn 密目網重0.5*9.8*10-3=0.005kn/m

加固杆、附件產生的軸向力ngk2=0.037+0.005=0.042kn/m 2.3 施工荷載產生的軸向力標準值 n標準=2*1*1.83=3.66kn

2.4 風荷載對腳手架產生的計算彎矩標準值（傾覆力）

根據頂部施工層使用密目網，偏於安全考慮，按不透風的全封閉情況，查表知風荷體型係數，µ8=1.0ψ=1.0風荷載標準值

wk=0.7µz.* µ8=0.7*1.23*1.0*0.45=0.387kn/㎡ 作用於腳手架計算單元的風線荷載標準值 qk= wk*l=0.387*1.83=0.708kn/m

風荷載時腳手架計算單元產生的彎矩標準值 mk=0.708*62/10=2.549kn.m

2.5 計算腳手架穩定性n≤nd，則腳手架穩定，根據規範規定，作用於一榀門架的最大軸向力設計值應對不組合風荷與組合風荷兩種情況進行計算，取兩種工況計算結果的大者作爲不利軸向力。不組合風荷載時

n=1.2*（ngk1+ ngk2）h+1.4 n*8.8+1.4*3.66=8.59kn 組合風荷載時

n=1.2*（ngk1+ ngk2）h+0.85*1.4*（n標準+2 mk/b）

=1.2*（0.286+0.042）*8.8+0.85*1.4*（3.66+2*2.549/1）=13.89kn 由此看出以上兩種組合時，組合風荷載時得到一榀門架的最大軸向力。

一榀門架的穩定承載力設計值nd，根據門架型號和尺寸，已知 門腳平架鋼管￠48*3.5mm，a1=489mm2h0=1700mmi0=12.19*104mm4

門架加強杆鋼管￠48*3.5mm，h1=1700mmi1=12.19*104mm4 門架加強杆換算截面慣性矩

i= i0+ i1 h1/ h0=12.19*104+12.19*104*1700/1700=24.38*104 mm4 門架加強杆換算截面回轉半徑

i=（i/a1）1/2=（24.38*104/489）1/2=22.33mm 門架立杆長細比：根據h=8.8m查表知係數k=1.22 λ=k* h0/ i=1.22*1700/22.33=92.88 查表知軸心受壓構件穩定係數φ=0.294

標準

=1.2*（0.286+0.042）

一榀門架的穩定承載設計值

nd=φ.a.f=0.294*489*2*205*10-3=58.944kn＞n=13.89kn 滿足要求。3.底輪的固定

施工時，門式腳手架底輪用固定支架固定架空，使腳手架受力在固定支架上，固定支架的受力同一榀門架的穩定承載，計算同上。

門式剛架設計例題 門式剛架輕型房屋鋼結構圖集 篇二

在不同規範要求下廠房風荷載計算的討論

張鵬 馬軍

（中機十院國際工程有限公司 北京100083）

摘要：本文根據《建築結構荷載規範gb50009-2012》與《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程cecs102:2002》風荷載的不同要求分別對柱腳剛接及鉸接兩種型式的門式剛架進行計算。分析討論了兩本規範計算結果的差異，對設計時採用何種規範進行計算提出建議。

關鍵詞：門式剛架 風荷載 比較

門式鋼架輕型鋼結構房屋具有用鋼量小、造價低廉、建造工期短的優點。自從《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》2002年發佈後，門鋼結構廣泛使用於工業廠房、倉庫、農貿市場、體育場館等領域。但是隨着結構使用時間增長，各種極端天氣狀況逐漸經歷，也出現了不少例局部破壞甚至倒塌的惡性事故。門式鋼架輕型鋼結構房屋一般採用輕質屋面及牆面材料，自重較輕，對外界荷載較敏感。比如《建築結構荷載規範gb50009-2012》7.1.2條，“對雪荷載敏感的結構，應採用100年重現期的雪壓”就是針對門式鋼架輕型鋼結構房屋提出的要求。因此設計時考慮稍有不周就有可能出現嚴重的後果。雖然規範中並沒有對風荷載提出需要特別加強的要求，但是筆者認爲還是應該對風荷載的計算有足夠的重視。

1.不同規範對於風荷載計算的不同要求

《建築結構荷載規範gb50009-2012》（文中簡稱“荷載規範”）與《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程cecs102:2002》（文中簡稱“門鋼規程”）均有風荷載的計算要求，但計算公式及參數取值不盡相同。特別是對於風荷載體形係數兩本規範取值相差較大。下面以封閉式雙坡屋面結構體型進行比較。

1.1 荷載規範第8.3節表8.3.1項次2 柱：迎風面μs=+0.8，背風面μs=-0.5 樑：迎風面μs=-0.6，背風面μs=-0.5 1.2 門鋼規程附錄a表a.0.2-1中間區 柱：迎風面μs=+0.25，背風面μs=-0.55 樑：迎風面μs=-1.0，背風面μs=-0.65 1.3 荷載規範與門鋼規程的體形係數比較

對於柱：荷載規範的μs是門鋼規程的μs的1.63倍（（0.8+0.5）/（0.25+0.55））。

對於樑：荷載規範的μs是門鋼規程的μs的0.67倍（（0.6+0.5）/（1.0+0.65））。

初步比較可見，使用荷載規範計算時柱偏於安全，使用門鋼規程計算時樑偏於安全。由於結構所

受荷載不僅僅爲風荷載，還有恆載、活載、吊車荷載等多種作用。應將兩本規範求得的風荷載設計值與恆活荷載進行組合計算，綜合比較才能得出比較科學的結論。本文通過多個實例進行計算分析，以比較風荷載作用如何取值才更爲安全可靠。

2.計算實例

2.1 實例一：無吊車單跨廠房 2.1.1 基本參數

鋼架間距6m，檐口標高9m，鋼架跨度24m，單跨雙坡屋面，屋面坡度5%，封閉式建築，柱底鉸接，屋面恆載0.3kn/m，屋面活載（與雪荷載組後後）0.5kn/m，基本風壓分別取0.35kn/m與0.7kn/m兩種情況，地面粗糙度類別爲b。

2.1.2 計算模型及主要結果

基本風壓取0.35kn/m時的按荷載規範及門鋼規程計算所得彎矩包絡圖依次見圖2.1a及2.1b，基本風壓取0.7kn/m時的按荷載規範及門鋼規程計算所得彎矩包絡圖依次見圖2.1c及2.1d。

圖2.1a

圖2.1b 張鵬（1981~），男，陝西禮泉，工程師，從事結構工程設計，（電子信箱）zjyyzhangpeng@

別爲b。

3.1.2 計算模型及主要結果

基本風壓取0.35kn/m時的按荷載規範及門鋼規程計算所得彎矩包絡圖依次見圖3.1a及3.1b，基本風壓取0.7kn/m時的按荷載規範及門鋼規程 計算所得彎矩包絡圖依次見圖3.1c及3.1d。

圖2.1c

圖2.1d 2.2 結果比較 經過以上計算可知：

（1）風壓0.35kn/m時，荷載規範計算的柱頂彎矩（271）較門鋼規程計算的柱頂彎矩（260）大約4%。

（2）風壓0.7kn/m時，荷載規範計算的柱頂彎矩（282）較門鋼規程計算的柱頂彎矩（260）大約8%。（3）風壓0.35kn/m與風壓0.7kn/m時，門鋼規程計算的柱頂彎矩最大值均爲260.2。

（4）門鋼規程計算所得的樑跨中向上彎曲的彎矩均比荷載規範計算的大，但遠小於樑跨中向下彎曲的彎矩。

2.3結果分析

對於柱頂彎矩：風壓較小時，門鋼規程僅比荷載規範計算所得小不足5%，兩本規範計算均不會有太大區別。但是隨着風壓的增大，兩本規範計算值差距會逐漸增大，當風壓達到0.75時，門鋼規程比荷載規範計算所得小8%有餘，已經可能影響到了結構的安全儲備。

對於樑柱彎矩：由於屋面恆活荷載組合下始終爲控制組合，風荷載對樑的上彎作用不起控制作用。在按門鋼規程要求設置隅撐後，均能很好的滿足設計要求。

3.1 實例二：5t吊車單跨廠房 3.1.1 基本參數

鋼架間距6m，檐口標高9m，鋼架跨度24m，單跨雙坡屋面，屋面坡度5%，封閉式建築，柱底剛接，設置有5t單樑吊2臺，屋面恆載0.3kn/m，屋面活載（與雪荷載組後後）0.5kn/m，基本風壓分別取0.35kn/m與0.7kn/m兩種情況，地面粗糙度類22

222

圖3.1a

圖3.1b

圖3.1c

圖3.1d

3.2結果比較 經過以上計算可知：（1）

風壓0.35kn/m時，荷載規程計算的柱腳

最大彎矩（-208.4）均較門鋼規程計算的柱腳最大彎矩（-197.3）大5.6%。（2）

風壓0.7kn/m時，荷載規程計算的柱腳

最大彎矩（-219.6）均較門鋼規程計算的柱腳最大彎矩（-197.3）大11%。

張鵬（1981~），男，陝西禮泉，工程師，從事結構工程設計，（電子信箱）zjyyzhangpeng@（3）（4）兩種風壓情況下，荷載規程與門鋼規程門鋼規程計算所得的樑跨中向上彎曲的1萬小莉。門式剛架輕鋼結構風荷載計算的討論，工業建築，2007增刊

2輕型鋼結構設計手冊(第二版).中國建築工業出版社，2006

3門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規程cecs 102:2002 中國計劃出版社 計算的柱頂彎矩均相同（-293）。

彎矩均比荷載規範計算的大，但遠小於樑跨中向下彎曲的彎矩。

3.3結果分析

對於柱腳彎矩：風壓較小時，門鋼規程僅比荷載規範計算所得小不足5%，兩本規範計算均不會有太大區別。但是隨着風壓的增大，兩本規範計算值差距會逐漸增大，當風壓達到0.7kn/m2

時，門鋼規程比荷載規範計算所得小11%有餘，已經可能影響到了結構的安全儲備。

對於樑柱彎矩：由於屋面恆活荷載組合下始終爲控制組合，風荷載對樑的上彎作用不起控制作用。在按門鋼規程要求設置隅撐後，均能很好的滿足設計要求。結論

雖然門鋼規程在附錄a的條文說明中闡述了多數情況下按照荷載規範要求計算較按門鋼規程計算不利，但根據本文比較發現，在某些情況下按荷載規範計算又是偏於安全的。

對於柱腳鉸接無吊車的輕鋼廠房，當風壓較大地區，特別是沿海、高海拔地區，在設計柱腳鉸接的單跨、多跨輕鋼廠房時，按照門鋼規程計算的柱頂彎矩偏小較多，應用荷載規範進行風荷載作用效應的校覈。廠房的跨度越小、檐口高度越高越應引起足夠的重視。

對於柱腳剛接的輕鋼廠房，當吊車噸位較小時，風荷載作用下柱腳產生的彎矩佔總彎矩比例越大。此時按照門鋼規程計算的柱腳彎矩較小，甚至有可能較荷載規範計算值小10%以上。廠房的吊車噸位越小、檐口高度越高越應引起足夠的重視。

本文計算結果比較中未涉及柱腳剪力的討論，並不是說兩本規範計算所得的剪力相差不大。由於廠房側牆風荷載體形係數的差異，引起兩本規範計算所得的柱腳剪力差異明顯。但是設計時，錨栓式柱腳一般均設有抗剪鍵，因此均能滿足兩本規範的設計要求。

對於部分封閉的廠房，屋面風吸力的體型係數較大，對於恆載較小的輕鋼廠房，很有可能出現風吸力作用下樑組合彎矩大於恆活荷載作用下的樑組合彎矩。此時對樑的平面外支撐體系的設計應引起足夠的重視。

參考文獻

張鵬（1981~），男，陝西禮泉，工程師，從事結構工程設計，（電子信箱）zjyyzhangpeng@

門式剛架設計例題 門式剛架輕型房屋鋼結構圖集 篇三

摘要：自《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（cecs102：98）公佈已來，此類工程發展很快，但也陸續聽到一些令人不安的情況。去年雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結構被壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。另外，也看到一些工程，有的框架樑太細，令人擔心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖晃晃，沒有支撐，說裝上牆板就好了，好象有了牆板就可以不要支撐。現在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼樑，造價較低，但有的嚴重不合規定。以下就輕鋼結構設計及施工談自己的幾點體會。

關鍵詞：門式剛架鋼結構

一、設計方面

1.屋面活荷載取值

框架荷載取0.3kn/m2已經沿用多年，但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kn/m2.《鋼結構設計規範》規定不上人屋面的活荷載爲0.5kn/m2，但構件的荷載面積大於60m2的可乘折減係數0.6.門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kn/m2，與鋼結構設計規範保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5n/m2的附加荷載，而我們無此規定，遇到超載情況，就要出安全問題。設計時可適當提高至0.5kn/m2.現在有的框架樑太細，檁條太小，明顯有人爲減少荷載情況，應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“偷工減料”。

2.屋脊垂度要控制

框架斜樑的豎向撓度限值一般情況規定爲1/180，除驗算坡面斜樑撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，可能不包括屋脊點垂度。現在應該是計算的。一般是將構件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大於允許值，等於要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂後引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由於屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山牆間的屋面出現斜坡，使屋面變形。本人有此想法，剛架側移後，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小於1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。

3.鋼柱換砼柱

少數設計的門式剛架，採用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜樑組成，斜樑用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時樑柱只能鉸接，不能剛接。多高層建築中，鋼樑與牆的連接也是如此。因爲混凝土是一種脆性材料，雖然構件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗衝切的性能很並，在外力作用下很容易鬆動和破壞。有些設計，在門式剛架設計好之後，又根據業主要求將鋼柱換成砼柱，而樑截面不變。應當指出，砼柱加鋼樑作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼樑不變，是不行的。由於連接不同，構件內力也不同，要的工程斜樑很細，可能與此有關。

4.檁條計算不安全

檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應採用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構件技術規範》（gb50018－2002）中講的，有的設計人員恐怕還不瞭解，甚至有些設計軟件也未考慮。但是，設計光靠軟件不行，還要能判斷。軟件未考慮的，自己要考慮。再有，設計人員往往忽略強度計算要用淨斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的樑影響較大。剛架整體分析採用的是全截面，如果強度計算不用淨截面，實際應力將高於計算值。《規範》4.1.8、9條規定：“結構構件的受拉強度應按淨截面計算；受壓強度應按有效截面計算；穩定性應按有效截面計算。變形和各種穩定係數均可按毛截面計算”。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍採用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼q345的衝壓性能不行，只有用q235的。國外是按有效截面計算承載力的。如果用q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。

二、施工方面

1.柱子拔出

有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風荷載較大的地區剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。

2.沒有柱間支撐

這種情況最近較多，這樣肯定不行。目前沒有任何一本規範允許不設支撐。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。

3.端板合不上

端板連接是結構的重要部位。由於加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質量。

4.錨栓不鉛直

框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝後不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難着，這種情況不少。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實。

5.保溫材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化後水逐漸滲入，爲保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設計荷載很小時，當吸水量達至一定程序，超過了結構的承載能力，就要倒塌。

6.保溫材料安裝混亂

保溫材料一般採用玻璃棉，其厚度根據熱功計算確定。正規做法是採用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內滴水，是房屋的使用要求之一。有人以爲鋁箔只是爲了美觀，或承受拉力，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網。現在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當採用內層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是爲了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業時，將周邊門窗關閉，由於室內外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經驗告訴我們，當保溫卷材有隔汽層並保持接縫處密封時，卷材是乾燥的，無隔汽層時卷材是溼的。在水份的長期浸泡下，隨着時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應有的保溫作用，因此安裝方法是否正確，關係很大。

門式剛架設計例題 門式剛架輕型房屋鋼結構圖集 篇四

寧波某輕型鋼結構門式剛架廠房畢業設計

專業：土木工程 姓名：張驍 學號：3020913094

指導教師：吳姍姍，查支詳

前 言

畢業設計是大學本科教育培養目標實現的重要階段，是畢業前的綜合學習階段，是深化、拓寬、綜合教和學的重要過程，是對大學期間所學專業知識的全面總結。

本組畢業設計題目爲《寧波市某廠房設計》。在畢業設計設前期，我溫習了《房屋建築學》、《結構力學》、《鋼結構設計》等知識，並借閱了《鋼結構設計規範》、《混凝土結構設計規範》、《建築結構荷載規範》、《建築地基基礎設計規範》、《輕型鋼結構設計手冊》等規範。在畢業設計中期，我們通過所學的基本理論、專業知識和基本技能進行建築、結構設計，本組在校成員齊心協力、分工合作，發揮了大家的團隊精神。在畢業設計後期，主要進行設計手稿的電腦輸入，並得到老師的審批和指正，使我圓滿的完成了任務，在此表示衷心的感謝。

畢業設計的三個月裏，在指導老師的幫助下，經過資料查閱、設計計算、論文撰寫以及外文的翻譯，加深了對新規範、規程、手冊等相關內容的理解。鞏固了專業知識、提高了綜合分析、解決問題的能力。在進行內力組合的計算時，進一步瞭解了word,excel。在繪圖時熟練掌握了autocad，天正，pkpm，sts，以上所有這些從不同方面達到了畢業設計的目的與要求。

輕型門式剛架結構設計的計算工作量很大，在計算過程中以手算爲主，輔以一些計算軟件的校正。由於自己水平有限，難免有不妥和疏忽之處，敬請各位老師批評指正。

二零零六年六月十五日

內容摘要

本設計主要進行了結構方案中橫向框架2、3、7、8軸框架的抗震設計。在確定框架佈局之後，先進行了層間荷載代表值的計算，接着利用頂點位移法求出自震週期，進而按底部剪力法計算水平地震荷載作用下大小，進而求出在水平荷載作用下的結構內力（彎矩、剪力、軸力）。接着計算豎向荷載（恆載及活荷載）作用下的結構內力。是找出最不利的一組或幾組內力組合。選取最安全的結果計算配筋並繪圖。此外還進行了結構方案中的室內樓梯的設計。完成了平臺板，梯段板，平臺樑等構件的內力和配筋計算及施工圖繪製。

關鍵詞： 框架

結構設計

抗震設計

abstract

the purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 2、3、7、the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different the internal force(bending moment, shearing force and axial force)in the structure under the horizontal loads can be easily the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the ds : frames, structural design,anti-seismic design

畢業設計進度計劃安排：

第三週 組成設計組，查閱資料，蒐集規範。第四周 熟悉autocad,天正軟件。

第五週 繪製建築平、立、剖面及建築詳圖。第六週 確定建築方案，構思結構佈置。

到七週 結構方案佈置，熟悉結構分析計算軟件pkpm。第八週 選擇樑柱截面，荷載分析和組合。第九周 內力和變形計算。

第十週 構件設計，構件驗算，基礎設計。第十一週 中期報告與檢查。

第十二週 熟悉有限元軟件ansys（選做）

第十三到十六週 編制完成設計計算書，繪製施工詳圖，畢業設計文檔整理，爲答辯做準備。

目錄

第一部分：工程概況…………………………………………………………1 建築地點、建築功能、建築類型、建築介紹、門窗使用、地質條件 ……………………1

柱網與層高 ………………………………………………………………………1 框架結構承重方案的選擇 ………………………………………………………2 框架結構的計算簡圖 ……………………………………………………………2 樑、柱截面尺寸的初步確定 ……………………………………………………3

第二部分：框架側移剛度的計算…………………………………………5 橫樑、縱梁、柱線剛度的計算 …………………………………………………5 各層橫向側移剛度計算 …………………………………………………………6 各層縱向側移剛度計算…………………………………………………………12

第三部分：重力荷載代表值的計算 ……………………………………13

資料準備…………………………………………………………………………13 重力荷載代表值的計算…………………………………………………………14

第四部分：橫向水平荷載作用下框架結構的內力和側移計算……23

橫向自振週期的計算……………………………………………………………23 水平地震作用及樓層地震剪力的計算…………………………………………24 多遇水平地震作用下的位移驗算………………………………………………27 水平地震作用下框架內力計算…………………………………………………28

第五部分：豎向荷載作用下框架結構的內力計算…………………32

計算單元的選擇確定……………………………………………………………32 荷載計算…………………………………………………………………………33 內力計算…………………………………………………………………………40 樑端剪力和柱軸力的計算………………………………………………………45 橫向框架內力組合………………………………………………………………46 框架柱的內力組合………………………………………………………………54 柱端彎矩設計值的調整…………………………………………………………57 柱端剪力組合和設計值的調整…………………………………………………60

第六部分：截面設計…………………………………………………………62

框架樑……………………………………………………………………………62 框架柱……………………………………………………………………………68 框架樑柱節點核芯區截面抗震驗算……………………………………………78

第七部分：樓板設計…………………………………………………………82

樓板類型及設計方法的選擇……………………………………………………82 設計參數…………………………………………………………………………82 彎矩計算…………………………………………………………………………83 截面設計…………………………………………………………………………87

第八部分：樓梯設計…………………………………………………………91 設計參數…………………………………………………………………………91 樓梯板計算………………………………………………………………………91平臺板計算………………………………………………………………………93平臺樑計算………………………………………………………………………94

第九部分：框架變形驗算…………………………………………………96

樑的極限抗彎承載力計算………………………………………………………96 柱的極限抗彎承載力計算………………………………………………………97 確定柱端截面有效承載力mc……………………………………………………98 各柱的受剪承載力vyij的計算 …………………………………………………99 樓層受剪承載力vyi的計算……………………………………………………100 罕遇地震下彈性樓層剪力ve的計算 …………………………………………101 樓層屈服承載力系數ξ

yi的計算………………………………………………101

層間彈塑性位移驗算 …………………………………………………………103

第十部分： 科技資料翻譯………………………………………………104

科技資料原文 …………………………………………………………………104 原文翻譯 ………………………………………………………………………113

第十一部分：設計心得……………………………………………………120 參考資料 …………………………………………………123

第一部分：工程概況

建築地點：寧波市

建築功能：某集團擬建設一單層輕型鋼結構廠房，擬做檢

測產品用。

建築類型：單層輕型門式鋼結構。

建築介紹：建築總面積約3000平方米，跨度爲2×15m，設置3噸單軌吊車，柱網間距6.0米，建築平、立、剖面圖詳見建施圖。屋面板採用彩色壓型鋼板（雙波型w-600，岩棉填充），外牆板採用彩色壓型鋼板夾聚苯乙烯保溫板，外牆底部採用陶粒混凝土空心砌塊，內牆採用輕質隔牆。

門窗使用：

地質條件：經地質勘察部門確定，此建築抗震設防烈度爲6度，場地爲2類，地面粗糙度b。

柱網與層高：本廠房爲單層廠房，採用柱距爲6m，跨度爲2

×15m，在10軸和11軸處設置一道寬30mm伸縮縫，如下圖所示：

門式剛架設計例題 門式剛架輕型房屋鋼結構圖集 篇五

土木工程與建築學院

《鋼結構設計》課程設計指導書 緒言課程設計目的要求

課程設計是一個重要的教學過程，是對學生知識和能力的總結。要求學生通過《鋼結構設計》課程設計，進一步瞭解鋼結構的結構型式、結構佈置和受力特點，掌握鋼結構的計算簡圖、荷載組合和內力分析，掌握鋼結構的構造要求等。要求在老師的指導下，參考已學過的課本及有關資料，綜合應用鋼結構的材料、連接和基本構件的基本理論、基本知識，進行整體鋼結構設計計算，並繪製鋼結構施工圖。《鋼結構設計》課程設計題目

一、設計題目

某24m跨度廠房的門式剛架設計，剛架柱、樑均採用等截面（或變截面）。

二、設計任務

1、選擇鋼屋架的材料；

2、柱網及屋面結構佈置（包括支撐體系佈置）；

3、門式剛架選型；

4、確定門式剛架樑、柱截面形式，並初估截面尺（本站★www.haoword.com）寸；

5、鋼屋蓋及支撐的佈置；

6、鋼屋架的結構設計；

7、繪製門式剛架施工圖及材料表。

三、設計資料

建造於某市的輕工廠房，建築面積1500m2廠房平面及剖面如圖所示，據生產要求無吊車，屋面採用0.6mm厚鍍鋅壓型彩塗板，剛架柱、樑均採用等截面（或變截面），柱樑節點處爲構造加腋（視爲剛接，計算時可不考慮加腋之影響），柱與基礎爲鉸接，擬在剛架平面外設柱間支撐及檁條端部隅撐，在a,b點分別提供柱樑的側向支撐點，設計時考慮積灰荷載0.4kn/m2，該地區的基本雪壓爲0.5kn/m2, 基本風壓爲0.5kn/m2，輕質屋面，屋面活荷載取0.4kn/m2。檁條及支撐重0.2kn/m2，剛架斜樑自重0.2kn/m2；輕質牆面及柱自重（包括柱、牆骨架）0.7kn/m2。

剛架簡圖及其風荷載體型係數

（a）平面圖（b）剛架簡圖（c）剛架風荷載體型係數 門式剛架設計計算

一、材料選擇

剛架結構中所採用的鋼材應符合國標要求，一般採用q235鋼或q345鋼，q345鋼多用於剛架斜樑與柱，但當構件是以變形控制時應慎用。焊條可選用e43型，手工焊。

二、結構平面佈置

結構平面佈置主要是確定剛架的柱網布置。柱網布置首先應滿足工藝要求，面積大的廠房考慮溫度區段的控制，依據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》規定：“縱向溫度區段不大於300m；橫向溫度區段不大於150m；當有計算依據時溫度區段可適當加大”。門式剛架的柱距的選擇應依據屋面的受載情況與功能要求綜合確定，並應滿足工藝要求，一般宜採用6-9m的柱距。柱距的選擇合理與否直接影響結構單位面積的耗鋼量，經濟柱距的選擇不應僅從剛架的用鋼量進行評價，而應計及檁條與牆樑的用鋼指標進行綜合評估。在多跨剛架中，當由於工藝要求或建築功能需要局部抽掉邊柱或中柱時，可在相鄰柱間設置託樑或托架支承。

三、門式剛架選型

剛架的選型應同時滿足建築和結構上的要求，對工業建築如廠房、倉庫等應遵循“形式服從功能”的基本原則，而對於一些民用建築和公共建築，剛架的選型則應服從建築設計要求。剛架選型的內容包括跨度大小和數量的確定及剛架截面形狀的選擇。剛架選型考慮的主要因素包括：房屋尺寸（長、寬、高）、屋面坡度、所需柱網的柱間淨距、跨度、房屋的功能要求及擬採用的屋面與牆面材料等。

單跨剛架多用於橫向空間要求不太大的建築，適用於要求無障礙工作情況下的建築，如影劇院、體操房、機房等，一般來說，其跨度在18-36m。單跨剛架多采用焊接“工”字型截面或軋製h型截面。合理截面是依據其彎矩圖確定變截面樑柱高度，此類截面用鋼量較小，具有良好的經濟性，但製造過程相對複雜。設有橋式吊車時，柱宜採用等截面構件。多跨剛架，亦稱爲連續柱剛架或多元剛架。多跨剛架從理論上講對房屋的寬度尺寸沒有限制，但當寬度超過一定限度時應設置伸縮縫。多跨剛架通常是大型建築物的備選方案之一，多跨剛架由於使用連續剛架，因此較爲經濟。多跨剛架不利之處是對不均勻沉降敏感，在沉降較大的軟土場上使用時應詳細考察基礎的沉降情況。同時，多跨剛架內柱的位置在建成後不易改變，故還應考慮未來設備佈置改變的情況。多跨剛架截面選擇類似於單跨剛架，但中柱一般採用等截面。

四、支撐系統

門式剛架鋼結構中，支撐系統可分爲屋蓋水平支撐、柱間支撐及其隅撐。

支撐系統應能明確、合理簡捷地傳遞縱向水平荷載，儘量縮短傳力途徑；並保證結構體系的整體穩定性，爲結構和構件提供側向支撐點；方便結構的安裝；滿足必要的強度、剛度要求，須具有可靠的連接。

一般情況下，門式剛架房屋均需設置屋蓋橫向水平支撐，以傳遞山牆水平風荷載，對於此類支撐的設置《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》給出了具體的規定。對於一些結構形式複雜的建築，如存在局部抽柱、局部突出及平面佈置不規則的結構，除設置屋蓋橫向水平支撐外，還需設置縱向支撐，以提高結構的整體性，同時調整剛架的內力分佈。縱向支撐的設置應具有連續性，同時必須保證具有明確的傳力路徑。柱間支撐一般應設置在柱列的中部。柱頂水平系杆需設計成剛性系杆，以便將屋蓋水平支撐所承受的荷載傳遞到柱間支撐上。如建築物較長，可增設柱間支撐。當有兩道柱間支撐時，宜分別放在縱向1/3處。

隅撐是實腹式門式剛架輕型號鋼結構房屋中特有的構件。隅撐設置在剛架斜樑下翼緣與檁條之間或剛架邊柱內翼緣與牆樑之間。對剛架斜樑和剛架邊柱的穩定性起支撐作用。

五、檁條與牆樑

檁條的佈置較爲簡單，當跨度不超過9.0m時，通常檁條直接擱置在剛架斜樑上，並通過檁託與斜樑連接。當剛架間距即檁條跨度較大時（如超過12.0m），若兩端仍採用斜樑支承，則可能導致設計不經濟，此時可考慮增設託樑、斜樑或增設檁條樑、次樑以減小檁條跨度。檁條的間距依屋面板材料的力學性能和屋面荷載的大小而定，一般在1.0-1.5m範圍內。在檁條間應根據檁條跨度設置拉條和撐杆等構件。牆樑的佈置原則與檁條類似，此不贅述。

六、分析模型的建立

剛架的內力分析與設計是基於初步設計確定的結構體系建立力學模型，計算結構構件的內力與變形，根據內力分析結果校覈構件的承載力，並對剛架的節點進行設計和驗算。力學計算模型涉及的內容包括構件單元類別的確定、節點定義、幾何模型的建立、荷載的取值與導算、荷載組合、分析方法的選擇等；構件和節點設計主要內容爲構件的承載力、變形及穩定性驗算，並依據選擇的構件截面設計節點，校覈節點承載力。門式剛架系超靜定結構，內力計算一般採用彈性分析方法。門式剛架結構的內力分析依據結構佈置情況的規則性與複雜程度的不同，可採用簡化的平面結構或考慮空間整體作用建立計算模型。一般情況下，結構平面佈置較規則、構件分佈對稱，剛架無局部不規則的夾層與凸起，所受外部荷載較爲均勻，則可簡化爲平面結構計算剛架的內力。當結構平面佈置或豎向佈置呈不規則時，或受載情況複雜等條件下，如按傳統的平面門式剛架簡單分析，其結構走出工程設計允許誤差範圍，且情況複雜時簡化工作更是困難，尤其是對於縱向水平支撐與屋面系統的簡化，此時應採用空間結構進行計算。（1）幾何尺寸的確定

建立幾何模型涉及的主要尺寸有：剛架的跨度、柱距、剛架高度、屋面坡度。剛架的跨度可定義爲橫向剛架柱軸線間的距離，對變截面柱其軸線可取通過柱下端（較小端）中心的豎向軸線。

剛架柱距取相鄰剛架橫向軸線間的距離。

剛架的計算高度爲自柱底至剛架斜樑軸線與柱軸線交點處的長度。對變截面剛架斜樑，其軸線可取通過變截面樑段最小端中心與斜樑上表面平等的軸線。門式剛架的脊頂高度可依據檐口處的高度與屋面坡度在建模型時自動推算出。（2）構件單元類別與節點類型的定義

當採用平面剛架建模時，涉及的主要構件爲剛架斜樑與柱，而採用空間計算模型時，除上述單元外還包括屋蓋支撐系統、柱間支撐、剛性系杆等。有些較爲複雜的結構可能還包括平臺、雨篷及托架或託樑等。下表列出了門式剛架結構常用單元與節點類型的定義。構件名稱

單元類別

連接節點類別

主剛架

樑

樑單元

兩端均爲剛接

柱

與基礎連接端鉸接、與樑連接端剛接 牆架柱

樑單元

兩端均爲鉸接，且與剛架斜樑連接端釋放豎向約束

水平支撐

壓桿

拉壓二力杆

兩端鉸接

交叉杆

拉桿單元

柱間支撐

壓桿

拉壓二力杆

兩端鉸接

交叉杆

剛性系杆

拉壓二力杆

兩端鉸接

托架

弦杆

樑單元

兩端鉸接

腹杆

拉壓二力杆

雨篷樑

樑單元

一端剛接、一端懸臂

（3）截面的初步選擇

主剛架構件可採用軋製或焊接形成的h型鋼、工字鋼、槽鋼等。建立計算模型時必須初步確定構件的截面尺寸，選擇截面時必須保證構件各板件的尺寸能滿足基本構造要求，以保證構件整體穩定與局部穩定的前提，主要由構件的長細比與寬厚比（或高厚比）確定。下表給出了受壓與受拉構件的長細比限值。主剛架構件截面一般由穩定控制，其長細比取值不宜太高。受壓構件長細比限值 構件類別

長細比限值

備註

主要構件

180

在永久荷載與風荷載組合作用下受壓構件，其長細比不宜大於250

其他構件、支撐與隅撐

220

受拉構件長細比限值 構件類別

受靜態荷載或間接承受動態荷載的結構

直接承受動態荷載的結構

桁架構件

350 250

吊車樑與吊車桁架以下的柱間支撐

300--

其他支撐（張緊的圓鋼或鋼鉸線支撐除外）

400--

初選剛架斜樑、柱截面的高度和寬度時，可參考相關資料或已建成的類似結構，結合擬分析結構的跨度、高度及荷載情況估算。一般斜樑截面的高度可取跨度的1/20-1/55，柱截面高度取柱高的1/10-1/20，上述取值區間較大，當跨度或荷載較大時可取較大值。截面高度與寬度之比h/b可取2-5，剛架柱爲壓彎構件，其h/b可取較小值，但有的樑端爲了與柱連接（豎板連接）樑端可取h/b≤6.5。（4）建立分析模型

建立分析模型的主要工作是依據初選的構件斷面及構件的受力特點，利用有限元軟件分析模型中之幾何模型，並定義結構的材料屬性。

建立分析模型要解決的關鍵問題是確定擬分析結構所需建立模型的類別，即是建立簡化的平面結構模型還是空間整體模型。

採用平面模型分析時一般應將整體結構簡化爲橫向平面剛架體系和柱間支撐體系。橫向水平剛架承受跨間的全部豎向荷載和橫向水平荷載，柱間支撐體系承擔縱向水平荷載，包括屋蓋支撐和柱間支撐兩部分。對於可簡化爲平面模型分析的門式剛架結構，應根據各剛架的受載情況和截面特徵選擇典型剛架進行內力分析，由於橫向風荷載在縱牆中部和靠近山牆端分佈存在差異，因此在各開間尺寸相等且豎向荷載等值均勻的結構中，至少應分析三榀剛架的內力。

採用空間模型時，通常是根據結構佈置圖，選擇其中的主要受力構件建立有限元分析模型。空間模型中應包括的主要構件有剛架斜樑、剛架柱、屋蓋支撐、柱間支撐、剛性系杆及山牆牆架柱或山牆構架系統，對於存在平臺或吊車的結構，平臺與吊車樑是否應在模型中反映或簡化爲相應的荷載則需視具體情況確定。空間模型中一般不建入檁條與牆樑單元，而是將屋面荷載和牆面荷載等價作用在剛架系統中。

七、荷載和內力計算

（一）荷載計算

設計門式剛架結構所涉及的荷載，包括永久荷載和可變荷載。（1）永久荷載

永久荷載包括結構構件的自重和懸掛在結構上的非結構構件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、場面構件和剛架自身等。（2）可變荷載 屋面活荷載

當採用壓型鋼板輕型屋面時，屋面豎向均布括荷載的標準值（按水平投影面積計算）應取0.5kn/m2；對受荷水平投影面積超過60m2的剛架結構，計算時採用的豎向均布活荷載標準值可取0.3kn/m2。設計屋面板和檁條時應考慮施工和檢修集中荷載（人和小工具的重力），其標準值爲1kn。

屋面雪荷載和積灰荷載

屋面雪荷載和積灰荷載的標準值應按《荷載規範》的規定採用，設計屋面板、檁條時並應考慮在屋面天溝、陰角、天窗擋風板內和高低跨連接處等的荷載增大系數或不均勻分佈係數。吊車荷載

包括豎向荷載和縱向及橫向水平荷載，按照《荷載規範》的規定採用。地震作用

按現行國家標準《建築抗震設計規範》gb50011-2001的規定計算。風荷載

按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》附錄a的規定，垂直於建築物表面的風荷載可按下列公式計算：

（二）荷載效應組合

荷載效應的組合一般應順從《荷載規範》的規定。針對門式剛架的特點，《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》給出下列組合原則：

（1）屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，應取兩者中的較大值；（2）積灰荷載應與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時考慮；

（3）施工或檢修集中荷載不與屋面材料或檁條自重以外的其他荷載同時考慮：（4）多臺吊車的組合應符合《荷載規範》的規定；

（5）當需要考慮地震作用時，風荷載不與地震作用同時考慮。在進行則架內力分析時，所需考慮的荷載效應組合主要有：（1）1.2×永久荷載+ 0.9×1.4×（積灰荷載+max{屋面均布活荷載、雪荷載}）+0.9×1.4×（風荷載+吊車豎向及水平荷載）；（2）1.0×永久荷載+ 1.4×風荷載

組合（1）用於截面強度和構件穩定性計算。在進行效應疊加時，起有利作用者不加，但必須注意所加各項有可能同時發生。爲此，不能在計入吊車水平荷載效應的同時略去豎向荷載效應。組合（2）用於錨栓抗拉計算，其永久荷載的抗力分項係數取1.0。當爲多跨有吊車框架時，在組合（2）中還應考慮鄰跨吊車水平力的作用。

由於門式剛架結構的自重較輕，地震作用產生的荷載效應一般較小。設計經驗表明：當抗震設防烈度爲7度而風荷載標準值大於0.35kn/m2，或抗震設防烈度爲8度而風荷載標準值大於0.45kn/m2時，地震作用的組合一般不起控制作用。

八、杆件截面設計

剛架截面校覈包括：剛架柱與斜樑兩部分。由於受壓強度驗算按有效淨截面，穩定性驗算要採用有效截面，因此在校覈截面承載力前需確定構件的有效截面。

剛架柱爲壓彎構件，主要承受彎矩、軸力作用，剪力一般相對較小。壓彎構件截面承載力的驗算包括強度驗算和穩定性驗算，其中穩定性驗算可分爲整體穩定性驗算與局部穩定性驗算。按彈性狀態設計式，局部穩定性驗算多由構件的板件的寬厚比或高厚比控制。整體穩定性可分爲平面內穩定與平面外穩定兩種情況。

實腹式剛架斜樑在平面內可按壓彎構件計算強度，在平面外按壓彎構件計算穩定性，強度與穩定計算可參照壓彎剛架柱的計算公式。實腹式斜樑的出平面計算長度，應取側向支撐點的距離；當斜樑兩翼緣側向支撐點間距離不相等時，應取較大受壓翼緣側向支撐點的距離。當實腹式剛架斜樑的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側面佈置隅撐作爲斜樑的側向支撐，隅撐的另一端連接在檁條上。

九、節點設計

節點設計內容包括：剛架斜樑與柱的連接、斜樑的拼接和脊節點的連接及柱腳的連接。節點設計要求構件受力明確，傳力路徑清晰，計算模型與其實際受力狀態相一致。

十、施工圖

施工圖是指導鋼結構構件製造和安裝的技術文件，同時也是編制工程預算的依據和工程竣工後的存檔資料。因此，務須做到清晰、明確，準確無誤，表達詳盡。

1．施工圖通常採用兩種比例尺繪製。屋架杆件的軸線一般用1：20～1：30，而節點尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺繪製。對重要節點和特殊零部件還可加大些，以清楚地表達節點的細部尺寸。

2．施工圖上應註明各零部件的型號和主要幾何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍數）、定位尺寸、孔洞位置以及對工廠製造和工地安裝的要求。定位尺寸主要有：節點中心至各杆件杆端和至節點板邊緣（上、下和左、右）的距離、軸線至角鋼肢背的距離等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工廠製造和工地安裝要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直徑和焊縫尺寸等均應在施工圖中註明。工地安裝焊縫和安裝螺栓應標註其符號。

3．施工圖中的各零部件應加以詳細編號，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一編號，如兩個零部件形狀和尺寸完全一樣，僅因開孔位置或切角等不同，使兩構件成鏡面對稱時，可採用同一編號而只須在材料表中用正、反字樣註明，以示區別。

4．施工圖上還應有文字說明。其內容主要有：鋼材的鋼號、焊條型號和焊接方法、質量要求，圖中未註明的焊縫和螺栓孔尺寸，防鏽處理方法，以及運輸、安裝和製造要求等。此外，對一些在施工圖上難以用圖而宜用文字表達清楚的內容亦可用文字加以說明。

十一、參考資料 1．中華人民共和國國家標準。鋼結構設計規範（gb50017-2003）．中國建築工業出版社，2003 2.中華人民共和國國家標準。建築結構荷載規範(gb50009-2001).中國建築工業出版社，2006 3.中華人民共和國國家標準。建築抗震設計規範(gb50011-2001).中國建築工業出版社， 2001 4.中華人民共和國國家標準。冷彎薄壁型鋼結構技術規範(gb50018-2002).中國計劃出版社， 2002 5.中國工程建設標準化協會標準。門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程(cecs102：2002).中國計劃出版社， 2003 6.陳紹蕃顧強主編．鋼結構(上冊鋼結構基礎).中國建築工業出版社，2007 7.陳紹蕃主編．鋼結構(下冊房屋建築鋼結構設計).中國建築工業出版社，2007 8.董軍，曹平周。鋼結構原理與設計。中國建築工業出版社，2008 9.魏明鍾主編。鋼結構(第二版).武漢理工大學出版社，2006