单层钢结构厂房结构计算

一、设计资料

河南省 某加工厂一厂房，该厂房为单层，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度 18m ，柱高 6m ；共有 12 榀刚架，柱距 6m ，屋面坡度 1:10 ；地震设防列度为 6 度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值 0.05g 。刚架平面布置见图 1(a) ，刚架形式及几何尺寸见图 1(b) 。屋面及墙面板均为 聚氨酯复合保温 板；考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边 C 型钢，间距为 1.5m ，钢材采用 Q235 钢，焊条采用 E43 型。

二、荷载计算

（一）荷载取值计算

1．屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）

YX51-380-760型彩色压型钢板 0.15 KN/m 2

50mm厚保温玻璃棉板 0.05 KN/m 2

PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02 KN/m 2

檩条及支撑 0.10 KN/m 2

刚架斜梁自重 0.15 KN/m 2

悬挂设备 0.20 KN/m 2

合计 0.67 KN/m 2

2．屋面可变荷载标准值

屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为 0.50 KN/m 2 。

雪荷载：基本雪压 S 0 =0.45 KN/m 2 。对于单跨双坡屋面，屋面坡角

α =5 ° 42 ′ 38 ″，μ r =1.0，雪荷载标准值 Sk= μ r S 0 =0.45 KN/m 2 。

取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0.50 KN/m 2 ，不考虑积灰荷载。

3．轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等） 0.50 KN/m 2

4．风荷载标准值

按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 CECS102 ： 2002 附录 A 的规定计算。

基本风压ω 0 =1.05× 0.45 KN/m 2 ，地面粗糙度类别为 B 类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2001) 的规定采用，当高度小于 10m 时，按 10m 高度处的数值采用，μ z =1.0。风荷载体型系数μ s ：迎风面柱及屋面分别为＋ 0.25 和－ 1.0 ，背风面柱及屋面分别为＋ 0.55 和－ 0.65(CECS102 ： 2002 中间区 ) 。

5．地震作用

据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第 18.8.1 条建议：单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于 7 度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。

（二）各部分作用的荷载标准值计算

屋面：

恒荷载标准值： 0.67 × 6=4.02KN/m

活荷载标准值： 0.50 × 6=3.00KN/m

柱荷载：

恒荷载标准值： 0.5 × 6 × 6+4.02 × 9=54.18KN

活荷载标准值： 3.00 × 9=27.00KN

风荷载标准值：

迎风面：柱上 q w1 =0.47× 6 × 0.25=0.71KN/m

横梁上 q w2 =－ 0.47 × 6 × 1.0= － 2.82KN/m

背风面：柱上 q w3 =－ 0.47 × 6 × 0.55= － 1.55KN/m

横梁上 q w4 =－ 0.47 × 6 × 0.65= － 1.83KN/m

三、内力分析

考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法确定刚架内力。引用《钢结构设计与计算》（包头钢铁设计研究院编著，机械工业出版社）中表 2 － 29 （铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。

1．在恒荷载作用下

λ =l/h=18/6=3

ψ =f/h=0.9/6=0.15

k=h/s=6/9.0449=0.6634

μ =3+k+ ψ (3+ ψ )=3+0.6634+0.15 × (3+0.15)=4.1359

H A =H E =qlλΦ /8=4.02 × 18 × 3 × 0.5289/8=14.35KN

M C =ql 2 [1－ (1+ ψ )  Φ ]/8=4.02x18 2 [1－ (1+0.15) × 0.5289]=63.78KN· m

M B =M D =－ ql 2 Φ /8= － 4.02 × 18 2 × 0.5289/8=－ 86.11KN · m

刚架在恒荷载作用下的内力如图。

内力计算的“ + 、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。

2．在活荷载作用下

V A =V E =27.00KN

H A =H E =3.00 × 18 × 3 × 0.5289/8=10.71KN

M C =3.00 × 18 2 [1－ (1+0.15) × 0.5289]/8=47.60KN· m

M B =M D =－ 3.00 × 18 2 × 0.5289/8=－ 64.26KN · m

刚架在活荷载作用下的内力如图。

3．在风荷载作用下

对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力 q x 和竖向的分力 q y 。现分别计算，然后再叠加。

(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力 q w2y 作用下

V A =2.82 × 9－ 6.35=19.03KN

H A =H E =qlλΦ /4=2.82 × 18 × 3 × 0.1322/4=5.03KN

M B =M D =5.03 × 6=30.18KN· m

M C = ql 2 [α 2 － (1+ ψ )  Φ ]/4=2.82 × 18 2 × [0.5 2 － 1.15 × 0.1322]/4=22.38KN· m

刚架在 q w2y 作用下的内力如图

(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力 q w4y 作用下

V A =1.83 × 9－ 4.12=12.35KN

H A =H E =qlλΦ /4=1.83 × 18 × 3 × 0.1322/4=3.27KN

M B =M D =3.27 × 6=19.62KN· m

M C = ql 2 [α 2 － (1+ ψ )  Φ ]/4=1.83 × 18 2 × [0.5 2 － 1.15 × 0.1322]/4=14.52KN· m

刚架在 q w4y 作用下的内力如图。

(3)在迎风面柱上风荷载 q w1 作用下

α =1 ，

V A =－ V B =－ qh 1 2 /2L=－ 0.71 × 6 2 /(2 × 18)=－ 0.71KN

刚架在 q w1 作用下的内力如图。

(4)在背风面柱上风荷载 q w3 作用下

V A =－ V B =－ qh 1 2 /2L=－ 1.55 × 6 2 /(2 × 18)=－ 1.55KN

H A =1.55 × 6－ 7.02=2.28KN

M D =7.02 × 6－ 1.55 × 6 2 /2=14.22KN· m

M B =2.28 × 6=13.68KN· m

刚架在 q w3 作用下的内力如图。

(5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力 q w2x 作用下

α =1 ，β =0

刚架在 q w2x 作用下的内力如图。

(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力 q w4x 作用下

刚架在 q w4x 作用下的内力如图。

(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。