《建筑钢结构设计》大作业
一、设计资料
某市某加工厂一厂房，该厂房为单层，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度21m，柱高6m；共有20榀刚架，柱距6m，屋面坡度1:12；地震设防列度为7度。刚架平面布置见图1(a)，刚架形式及几何尺寸见图1(b)。屋面及墙面板均为彩色压型钢板,内填充以保温玻璃棉板，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。
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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） 有吊顶时为0.45KN/m2。 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0.30 KN/m2。
雪荷载：基本雪压S0=0.5 KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角
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?=4°46′2″，
?r=1.0，雪荷载标准值Sk=?rS0=0.5 KN/m。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 KN
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/m2 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ω0=0.35KN/m2，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，?z=1.0。风荷载体型系数μs：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：0.4536=2.70KN/m 活荷载标准值：0.5036=3.00KN/m 柱荷载：
恒荷载标准值：0.53636+2.7310.5=46.35KN 活荷载标准值：3.00310.5=31.50KN 风荷载标准值：
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迎风面：柱上qw1=0.353630.25=0.525KN/m 横梁上qw2=－0.353631.0=－2.1KN/m 背风面：柱上qw3=0.353630.55=1.16KN/m 横梁上qw4=－0.353630.65=－1.37KN/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
?=l/h=21/6=3.5 ?=f/h=0.875/6=0.146
k=h/s=6/10.536=0.569
?=3+k+?(3+?)=3+0.569+0.15×(3+0.146)=4.041
??8?5?8?5?0.146??0.54 4?4?4.041HA=HE=ql??/8=2.7×21×3.5×0.54/8=13.40KN
MC=ql2[1－(1+?) ?]/8=2.7x212[1－(1+0.146)×0.54]/8=56.73KN2m MB=MD=－ql2?/8=－2.7×212×0.54/8=－80.37KN2m
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。
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2．在活荷载作用下
VA=VE=49.5KN HA=HE=3.00×21×3.5×0.54/8=14.88KN
MC=3.00×212[1－(1+0.146)×0.54]/8=63.03KN2m MB=MD=－3.00×212×0.54/8=－89.30KNm 刚架在活荷载作用下的内力如图所示：
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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qx和竖向的分力qy。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qw2y作用下
??11(8?5?)?(8?5?0.146)?0.135 16?16?4.041qa22.1?10.52VE???5.51KN
2l2?21VA=2.1×10.5－5.51=16.54KN
HA=HE=ql??/4=2.1×21×3.5×0.135/4=5.21KN MB=MD=5.21×6=31.26KN2m
MC= ql2[?2－(1+?) ?]/4=2.1×212×[0.52－1.146×0.135]/4=22.06KN2m
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