一、設(shè)計資料

某加工廠一廠房，該廠房為單層，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度18m，柱高6m;共有12榀剛架，柱距6m，屋面坡度1:10;地震設(shè)防列度為6度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值0.05g。剛架平面布置見圖1(a)，剛架形式及幾何尺寸見圖1(b)。屋面及墻面板均為聚氨酯復(fù)合保溫板;考慮經(jīng)濟(jì)、制造和安裝方便，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距為1.5m，鋼材采用Q235鋼，焊條采用E43型。

二、荷載計算

(一)荷載取值計算

1.屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值(對水平投影面)

YX51-380-760型彩色壓型鋼板0.15 KN/m2

50mm厚保溫玻璃棉板0.05 KN/m2

PVC鋁箔及不銹鋼絲網(wǎng)0.02 KN/m2

檁條及支撐0.10 KN/m2

剛架斜梁自重0.15 KN/m2

懸掛設(shè)備0.20 KN/m2

合計0.67 KN/m2

2.屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值

屋面活荷載：按不上人屋面考慮，取為0.50 KN/m2。

雪荷載：基本雪壓S0=0.45 KN/m2。對于單跨雙坡屋面，屋面坡角

α=5°42′38″，μr=1.0，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值Sk=μrS0=0.45 KN/m2。

取屋面活荷載與雪荷載中的較大值0.50 KN/m2，不考慮積灰荷載。

3.輕質(zhì)墻面及柱自重標(biāo)準(zhǔn)值(包括柱、墻骨架等)0.50 KN/m2

4.風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002附錄A的規(guī)定計算。

基本風(fēng)壓ω0=1.05×0.45 KN/m2，地面粗糙度類別為B類;風(fēng)荷載高度變化系數(shù)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)的規(guī)定采用，當(dāng)高度小于10m時，按10m高度處的數(shù)值采用，μz=1.0。風(fēng)荷載體型系數(shù)μs：迎風(fēng)面柱及屋面分別為+0.25和-1.0，背風(fēng)面柱及屋面分別為+0.55和-0.65(CECS102：2002中間區(qū))。

5.地震作用

據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施—結(jié)構(gòu)》中第18.8.1條建議：單層門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)一般在抗震設(shè)防烈度小于等于7度的地區(qū)可不進(jìn)行抗震計算。故本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計不考慮地震作用。

(二)各部分作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算

屋面：

恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.67×6=4.02KN/m

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.50×6=3.00KN/m

柱荷載：

恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.5×6×6+4.02×9=54.18KN

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：3.00×9=27.00KN

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

迎風(fēng)面：柱上qw1=0.47×6×0.25=0.71KN/m

橫梁上qw2=-0.47×6×1.0=-2.82KN/m

背風(fēng)面：柱上qw3=-0.47×6×0.55=-1.55KN/m

橫梁上qw4=-0.47×6×0.65=-1.83KN/m

三、內(nèi)力分析

考慮本工程剛架跨度較小、廠房高度較低、荷載情況及剛架加工制造方便，剛架采用等截面，梁柱選用相同截面。柱腳按鉸接支承設(shè)計。采用彈性分析方法確定剛架內(nèi)力。引用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算》(包頭鋼鐵設(shè)計研究院編著，機(jī)械工業(yè)出版社)中表2-29(鉸接柱腳門式剛架計算公式)計算剛架內(nèi)力。

1.在恒荷載作用下

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

HA=HE=qlλΦ/8=4.02×18×3×0.5289/8=14.35KN

MC=ql2[1-(1+ψ) Φ]/8=4.02x182[1-(1+0.15)×0.5289]=63.78KN·m

MB=MD=-ql2Φ/8=-4.02×182×0.5289/8=-86.11KN·m

剛架在恒荷載作用下的內(nèi)力如圖。

內(nèi)力計算的“+、-”號規(guī)定：彎矩圖以剛架外側(cè)受拉為正，在彎矩圖中畫在受拉側(cè);軸力以桿件受壓為正，剪力以繞桿端順時針方向旋轉(zhuǎn)為正。

2.在活荷載作用下

VA=VE=27.00KN

HA=HE=3.00×18×3×0.5289/8=10.71KN

MC=3.00×182[1-(1+0.15)×0.5289]/8=47.60KN·m

MB=MD=-3.00×182×0.5289/8=-64.26KN·m

剛架在活荷載作用下的內(nèi)力如圖。

3.在風(fēng)荷載作用下

對于作用于屋面的風(fēng)荷載可分解為水平方向的分力qx和豎向的分力qy?，F(xiàn)分別計算，然后再疊加。

(1)在迎風(fēng)面橫梁上風(fēng)荷載豎向分力qw2y作用下

VA=2.82×9-6.35=19.03KN

HA=HE=qlλΦ/4=2.82×18×3×0.1322/4=5.03KN

MB=MD=5.03×6=30.18KN·m

MC= ql2[α2-(1+ψ) Φ]/4=2.82×182×[0.52-1.15×0.1322]/4=22.38KN·m

剛架在qw2y作用下的內(nèi)力如圖

(2)在背風(fēng)面橫梁上風(fēng)荷載豎向分力qw4y作用下

VA=1.83×9-4.12=12.35KN

HA=HE=qlλΦ/4=1.83×18×3×0.1322/4=3.27KN

MB=MD=3.27×6=19.62KN·m

MC= ql2[α2-(1+ψ) Φ]/4=1.83×182×[0.52-1.15×0.1322]/4=14.52KN·m

剛架在qw4y作用下的內(nèi)力如圖。

(3)在迎風(fēng)面柱上風(fēng)荷載qw1作用下

α=1，

VA=-VB=-qh12/2L=-0.71×62/(2×18)=-0.71KN

剛架在qw1作用下的內(nèi)力如圖。

(4)在背風(fēng)面柱上風(fēng)荷載qw3作用下

VA=-VB=-qh12/2L=-1.55×62/(2×18)=-1.55KN

HA=1.55×6-7.02=2.28KN

MD=7.02×6-1.55×62/2=14.22KN·m

MB=2.28×6=13.68KN·m

剛架在qw3作用下的內(nèi)力如圖。

(5) 在迎風(fēng)面橫梁上風(fēng)荷載水平分力qw2x作用下

α=1，β=0

剛架在qw2x作用下的內(nèi)力如圖。

(6) 在背風(fēng)面橫梁上風(fēng)荷載水平分力qw4x作用下

剛架在qw4x作用下的內(nèi)力如圖。

(7)用疊加繪制在風(fēng)荷載作用下剛架的組合內(nèi)力。