廠房鋼結構設計計算及有限元分析 土木工程專業(yè)

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1、 廠房鋼結構設計計算及有限元分析 摘 要 根據設計要求設計鋼結構廠房，設計地點位于南京市鼓樓區(qū)，該工廠主要生產輕型機械零件。廠房結構為單層輕型門式剛架結構，建筑面積2000，共一層，結構安全等級為二級，地面粗糙度類別為B類，抗震設防烈度為7度。該廠房結構整體優(yōu)勢較強，采取重力較輕的材料建成，因此在安裝時較為簡便，且相對于其他工程來說它的施工周期較短。除此之外，該廠房結構的抗震性能很強，所有材料均為環(huán)保材料，不會對環(huán)境造成污染，而且投資回收快。以國家規(guī)范標準為依據進行廠房計算說明書的編寫，在此基礎上繪制廠房建筑結構圖，最后進行有限元受力分析。 關鍵詞：鋼結構；門式剛架；輕型工業(yè)廠房

2、 ABSTRACT According to the design requirements, a steel structure factory building is designed, which is located in Gulou District, Nanjing. The factory mainly produces light mechanical parts. The workshop structure is a single-storey light-weight portal frame structure with a floor ar

3、ea of 2000 and a total of one storey. The safety grade of the structure is second, the ground roughness is B, and the seismic fortification intensity is 7. The structure of the factory building has a strong overall advantage and is built with lighter gravity material. Therefore, it is relatively sim

4、ple to install and has a shorter construction period than other projects. In addition, the anti-seismic performance of the building structure is very strong, all materials are environmentally friendly materials, will not cause pollution to the environment, and the investment recovery is fast. Based

5、on the national standard, the calculation instructions of factory buildings are compiled. On this basis, the structural drawings of factory buildings are drawn. Finally, the finite element stress analysis is carried out.. Key words: Steel structure; portal frame; light industrial plant 目錄 第

6、一章 建筑設計 3 1.1 工程概況 3 第二章 結構設計 3 2.1 設計資料 3 2.2 結構布置 3 2.2.1 柱網布置 3 2.2.2 橫向框架、框架柱合橫梁結構的主要尺寸 3 2.2.3 墻架及柱間支撐布置 4 2.2.4 屋蓋支撐布置 4 2.3 荷載計算取值 4 2.4 檁條設計 5 2.4.1 截面選型 5 2.4.2 荷載標準值 6 2.4.3 內力計算 6 2.4.4 截面選擇及截面特性 7 2.4.5 強度計算 10 2.4.6 穩(wěn)定計算 10 2.4.7 撓度計算 11 2.4.8 長細比驗算 11

7、 2.4.9 拉條強度驗算 12 2.5 墻梁設計 12 2.5.1 截面選型 12 2.5.2 荷載標準值 13 2.5.3 內力計算 13 2.5.4 截面驗算 15 2.5.5 強度計算 18 2.5.6 穩(wěn)定性驗算 18 2.5.7 撓度驗算 19 2.5.8 拉條強度驗算 20 2.6 抗風柱設計 20 2.6.1 荷載計算 20 2.6.2 內力計算 21 2.6.3 初選截面 21 2.6.4 強度計算 21 2.6.5 穩(wěn)定計算 21 2.7 吊車梁設計 23 2.7.1 吊車荷載計算 23 2.7.2 內力計

8、算 23 2.7.3 截面選擇 24 2.7.4 截面特性 25 2.7.5 截面承載力計算 26 2.7.6 焊縫計算 31 2.7.7 支座加勁肋計算 31 第三章AUTOCAD廠房框架結構圖紙繪制 3 第四章 ANSYS有限元分析 第五章 總結  第一章 建筑設計 1.1 工程概況 第二章 結構設計 2.1 設計資料 在江蘇省南京市鼓樓區(qū)，某公司計劃建設一間用于金工操作的車間廠房，該廠房在建筑時主要采用單跨雙坡吊車門式剛架，車間整

9、體用于加工輕小型金屬零件。廠房內的鋼架只有一層，總體跨度是18米，整體建筑面積約兩千平方米。該廠房內含吊車梁，根據相關標準和等級劃分規(guī)定，其結構重要性為二級，地面粗糙度等級為B類，抗震性能的設防烈度是七度。設計廠房屋面時采用的鋼板型號為YX51-380-760壓型鋼板，同時在內部填充保溫玻璃型的棉板，設計各性能時按照無人屋面設計，房梁以等截面的形式設計，柱選用H型鋼一類的材料并將其與基礎剛相接。 2.2 結構布置 2.2.1 柱網布置 確定廠房柱網的布局，以確定以下內容：跨度6米，總共有十跨，水平雙跨度，18米跨距長度，工藝、結構以及經濟三個方面尤為重要，布置柱網時需要綜合考慮。

10、2.2.2 橫向框架、框架柱及橫梁結構的基本尺寸 （1）橫向框架結構尺寸 工廠結構采用雙跨雙斜門鋼架形式，龍門柱和龍門梁采性連接。鋼架柱與地基基礎的連接采用地腳螺栓剛性連接； 框架主要尺寸為： 柱高為8m 柱距為6m 跨度為18m （2） 框架柱及橫梁 框架柱通過使用相等截面為H形鋼塔構成。鋼制成常用Q235鋼，并且所述橫截面被焊接用的橫截面焊接I形截面。該鋼的材料同樣采用Q235鋼。 2.2.3 墻架及柱間支撐布置 梁（墻梁）和支架，窗邊緣構件，墻框架柱，防風柱等構件構成了廠房的墻框架系統，上述構件確保了強的整體穩(wěn)定性，從而起到傳遞力的作

11、用。 柱間支撐包括了上柱支撐和下柱支撐,牛腿的上部設置有上柱支撐，牛腿表面的下部設置有下部柱支撐，并且上和下柱的支撐都是交叉的形式。 2.2.4 屋蓋支撐布置 縱向水平支撐，水平水平支撐和拉桿用于在門型框架的屋頂支撐系統。 2.3 荷載計算取值 荷載取值計算： （1）在屋頂上（水平投影面方向）上的永久負載的標準值如下：單位kN/m2。 YX51-380-760壓型鋼板（內含保溫棉板） 0.15 檁條（含拉條） 0.05 鋼架及支撐 0.1 鋼架斜梁的自重 0.1 輕質墻面及柱的自重 0.5 懸掛類的設備設施 0.2 可變荷載標準值如下：單位kN/m2。

12、 活荷載 0.5 雪荷載 0.35 風荷載 （2）廠房能夠接受的的基本風壓最大限值是0.4kN/m2，在柱高小于10米的時候，計算時可以忽略高度變化系數，根據《建筑結構荷載規(guī)范》的相關規(guī)定，對風荷載體形系數進行取值，系數如下圖所示。 圖2.2 風載體型系數 （3）屋面可變荷載標準值（以下數值單位均為kN/m2） 由于設計時是按照無人屋面來設計的，因此屋面活荷載可以取值0.5。由于廠房屋面是單跨雙坡形式的表面結構，雪載荷的標準值取0.35，測量得知傾斜角度，，基本雪壓力是0.35。 綜合上述信息，忽略積灰載荷的作用時，將屋面活荷載和雪荷載數值進行對比得，活荷載數值較大

13、，因此最后取值為。 （4）地震作用 由于抗震設防烈度大于7度，所以應進行抗震性能計算，查閱《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》的相關規(guī)定后，最后將阻尼比取為0.045。 2.4 檁條設計 2.4.1 截面選型 屋頂的坡度采用i=，檁條高度h=（~）l=171.43mm~120mm，檁條的跨度為6m，因此主要選擇C型檁條16060202.5.根據指定的檁距跨度，距離為1.5m，大于4m的結構需要設置拉條，并在脊和檐口檁條放置剛性撐桿和拉條。如下圖所示： 圖2.3 檁條截面示意圖及拉條布置平面圖 2.4.2 荷載標準值 永久負載：單位均為kN/m2 壓型鋼板（含保溫）

14、0.15 檁條（包括拉條） 0.05 合計 0.2 可變負載： 將雪荷載和屋面均布荷載進行比較，選擇其較大值后決定取0.5。 2.4.3 內力計算 內力計算簡圖如圖2.4。 圖2.4 檁條內力計算簡圖 （1）永久荷載與屋面活荷載組合 檁條線荷載 彎矩設計值，在受壓下翼緣設置拉條 （2）永久荷載與風荷載吸力組合 由于房屋高度小于10米，風荷載變化系數取10米高度處的數值，根據《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009-2001）要求。邊緣帶的風荷載體形系數是

15、：，，根據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》的規(guī)定得：（詳見附錄A）。 垂直屋面的風荷載標準值： 檁條線荷載 彎矩設計值，受壓下翼緣設置拉條 所以第一種組合在整個結構中起控制作用，根據《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》進行設計計算。 2.4.4 截面選擇及截面特性 （1）首次選擇的截面尺寸為：C200*70*20*2.5 該截面相關特性及信息如下： 以毛截面為基準，計算的該截面應力如下：

16、 圖2.5 跨中位置最大彎矩所引起的截面應力（符號壓為正，拉為負） （1）上翼緣有效寬度 上翼緣選用部分加勁板件，在壓應力分布不均勻時，系數，由于支承邊所承受的壓應力是最大的，且，所以單板受壓屈曲系數計算為 相鄰板件屬于加勁板件類的腹板，其受壓屈曲系數為： ，由此可得 由上述可得，其中相關參數含義如下： —板件相鄰板件的寬度（160mm） —板件的寬度（60mm）。 受壓板件的板組約束系數計算過程： ， 由于，，因此 所以板件的有效寬度計算如下： ， (2) 腹板有效寬度的計算 腹板屬于加勁板件，

17、由上述計算可知其板件受壓屈曲系數為，相鄰板件的受壓屈曲系數為，腹板相關尺寸參數為，， 因此可計算板組約束系數 ，設定，。 腹板的有效寬度計算如下： 由此可得所以板件的有效寬度為 （3）由于下翼緣受拉，所以有效部分是全截面。 （4）有效截面的相關特性計算。 扣除面積寬度的計算： ①上翼緣板： ②腹板： 與此同時，腹板內含兩個Q235鋼制成的拉條，連接孔的直徑取，孔的位置分別離上、下翼緣邊緣，所以腹板的扣除面積寬度按12計算，則有效凈截面模量為： 2.4.5 強度計算 上述計算可知，強度的計算只需考慮一個點： 可以看出強度滿足

18、要求。 2.4.6 穩(wěn)定計算 跨中設一道拉條，故，，。 ， 由于風荷載的作用下，使得實腹式檁條下翼緣被壓，所以檁條的穩(wěn)定性為 。 2.4.7 撓度計算 符合標準。 2.4.8 長細比驗算 ， 符合標準。 2.4.9 拉條強度驗算 拉條處所受的拉力為 對拉條進行強度的校驗： 滿足要求。 2.5 墻梁設計 2.5.1 截面類型的選擇 在制作壁梁時選擇冷彎薄壁卷邊槽鋼，采用最常用的材料——鋼，將壁梁的跨度設定為六米，墻梁外掛彩鋼夾芯板單側掛墻板。按規(guī)定墻梁跨中設置一道拉條，由于墻梁間距各有不同，因此規(guī)定其間距最大限度為。 初

19、次選擇的截面尺寸為，如圖2.6 圖2.6 墻梁截面 該截面的相關特性及參數如下： 2.5.2 荷載標準值 永久荷載： 壓型鋼板（含保溫） 墻梁（含拉條） 合計 風荷載 計算風荷載，按照《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002附錄A要求 迎風面 背風面 2.5.3 內力計算 墻梁的荷載設計值計算如下：具體設計見圖2.7。 豎向線荷載：

20、 迎風荷載設計值： 背風荷載設計值： 圖2.7 墻梁內力計算簡要設計圖 在進行荷載的組合時應從兩方面考慮：① ②。 （1） 豎向荷載產生的最大彎矩 跨中的單獨一個拉條可以當作是側向支撐，計算如圖2.8 圖2.8 豎向荷載作用到墻梁時的計算簡圖 因此產生的最大彎矩為：。 （2）水平荷載、分別會產生彎矩、 墻梁承擔的是水平方向荷載作用，因此在設計內力時可以按照單跨簡支梁的標準來考慮，計算如下 迎風： 背風：。 （3）剪切力：在垂直荷載的作用下，跨連續(xù)梁的最大剪切力可計算為 按單跨簡支梁計算在

21、水平方向的剪力得： 迎風 背風 （4）雙彎扭力矩 墻梁翼緣上鋪墻面板能夠起到阻止墻梁翼緣發(fā)生側向變位和扭轉的作用， 2.5.4 截面驗算 根據《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》第5.6.8條的規(guī)定，忽略雙力矩，以毛截面為標準計算截面角點處正應力。 （a） （b） 圖2.9 引起的正應力符號圖 （1）板件3-4的有效寬度 3-4為部分加勁板件，其壓應力分布不均勻系數計算如下（最大壓應力作用在部分加勁邊）。 ，因此單板受壓屈曲系數為：， 相鄰板件

22、的受壓屈曲系數為： ，設定， 由此可得 受壓板件的板組約束系數為， ， 由此可以判斷3-4板件全截面有效。 （2）1-3板件有效寬度 1-3是加勁板件，板件受壓屈曲系數為，相鄰板件的受壓屈曲系數為，腹板尺寸是， 由此可得板組約束系數 ，所以設定， 腹板的有效寬度： ，由此可得全截面有效。 （3）有效截面模量 腹板截面放置一個采用鋼制作的拉條，連接孔的孔徑尺寸，距下翼緣邊緣35，計算腹板的扣除面積寬度時按計算。如圖2.10 圖2.10 鋼材有效截面示意圖 2.5.5 強度計算 (1)驗

23、算正應力 根據得， (2)驗算剪應力 ， 2.5.6 穩(wěn)定性驗算 在驗算穩(wěn)定性時，計算標準均以毛截面為基準,孔徑對腹板截面的削弱作用可暫時忽略不計。 計算受彎構件的整體穩(wěn)定系數時，所需參數值由查表得來，需要注意的是，翼緣在永久荷載與風吸力組合作用下會受到壓力的作用。 跨中設一道側向支撐 ，， ， 計算墻梁的穩(wěn)定性按照《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》要求 長細比驗算 ， 滿足要求。 2.5.7 撓度驗算 豎直方向的撓度按照兩跨連續(xù)梁計算得： 水平方向的撓度按照單跨簡支梁計算得： 。 2.5.8 拉條強度驗算 先計算

24、拉條處所受的拉力得： 由此得出拉條強度： 驗算得強度符合標準，因此該墻梁無論在平面內外均符合設計規(guī)定。 2.6 抗風柱設計 2.6.1 荷載計算 荷載的計算分為恒荷載和風荷載兩個部分。 （1）恒荷載： 山墻墻面板和墻梁的自重取 抗風柱自重取 （2）風荷載 風壓的高度變化系數取。 假設兩根抗風柱處于廠房的跨中位置，廠房內基本風壓ω0=0.4kN/m2，地面類型采用B類，與邊柱和中柱的距離長度都為6m，柱高取8m，由《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（見附錄A中表A0.2-4）查出風壓體型系數，則可以計算風荷載標準值： 除此之外，還需計算單根抗風柱

25、所承受的均布荷載設計值： 恒荷載： 風荷載： 2.6.2 內力計算 基礎和屋面支撐分別為抗風柱的柱腳和柱頂提供豎向支撐和水平支撐，計算簡圖如下： 圖2.11 抗風支撐簡圖 根據該簡圖計算得出最大軸力為：，最大彎矩為：。 2.6.3 初選截面 工字形截面選擇尺寸為的截面，截面特性為 ，，，，，，， 2.6.4 強度計算 根據《鋼結構設計規(guī)范》有 滿足要求。 2.6.5 穩(wěn)定計算 根據《鋼結構設計規(guī)范》有 （1）在彎矩作用平面內計算穩(wěn)定性 繞強軸 因為，所以對強軸為a類截面查得 所計算段有橫向荷載作用但無無端彎

26、矩，所以 （2）彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算 繞弱軸需要考慮到墻面墻梁的隅撐作用，墻梁的最大間距2米作為計算長度 因為，所以對弱軸為b類截面查得 ，所以 由于段內有端彎矩和橫向荷載作用，所述部件段產生同方向的曲率，所以取， 因此，無論在平面內外，其穩(wěn)定性均符合標準。 （3）撓度 根據《鋼結構設計規(guī)范》中的明文規(guī)定，經水平等荷載作用計算抗風柱撓度。 撓度滿足要求。 2.7 吊車梁設計 2.7.1 吊車荷載計算 取吊車荷載動力系數為，分項系數為 吊車荷載設計值分橫向和豎向兩種，分別計算如下： 豎向荷載設計值 橫向荷載設計值 2.7.2 內力計

27、算 （1）吊車梁的最大彎矩及相應的剪應力 如圖2.12，可看出吊車梁產生的最大彎矩的位置，梁上吊車荷載的合力為位置計算如下 圖2.12 產生最大彎矩的荷載位置示意簡圖 ，。 由于起重機的重量過大，對內力會產生一定的的影響，因此在計算內力時有必要將其乘以增大系數，由此可推算最大彎矩的計算方法： 在處相應的剪力為 （2）計算吊車梁的最大剪力 如圖2.13，可以看出荷載位置在何時剪力最大。 圖2.13 產生最大剪力時荷載位置示意圖 （3）在水平荷載作用下產生的最大彎矩 。 2.7.3 截面選擇 （1）吊車梁高度 經濟高度 最小高度 建筑凈

28、空無要求，故采用 （2）吊車梁腹板厚度 按剪力確定腹板厚度 腹板厚度選為 （3）翼緣的尺寸確定 翼緣板截面面積約為 翼緣的寬度取值，厚度取值 初次選擇的截面如下圖所示 圖2.14 吊車梁初選截面示意圖 2.7.4 截面特性 （1）毛截面特性 上翼緣對中和軸的毛截面面積矩 上翼緣對y軸的截面特性： （2）凈截面特征。 上翼緣對y軸的截面特性： 2.7.5 截面承載力計算 （1）強度的計算。 1）正應力的計算 上翼緣正應力： 符合相關標準。 下翼緣正應力 符合相

29、關標準。 2）剪應力的計算 突緣支座處的剪應力： 。 3）腹板局部壓應力計算。 4）上翼緣與腹板交界處的計算 為計算方便，且考慮到安全問題，在計算過程中取最大正應力和最大剪應力進行驗算。 （2）梁的整體穩(wěn)定驗算 梁的穩(wěn)定性系數為： 。 整體穩(wěn)定性為 符合相關標準。 （3）腹板的局部穩(wěn)定性計算 ，，因此，在設計時應按構造配置橫向加勁肋，腹板兩側應采取成對配置的方法。 加勁肋間距， 這里取， 外伸寬度 ，取 厚度，取。 起重機梁腹板高度邊緣的彎曲壓應力計算： 。 腹板的平均剪應力計算： 。

30、腹板邊緣的局部壓應力計算： 。 1)計算 那么 2)計算 則 則 3)計算 則 則 。 跨中區(qū)格的局部穩(wěn)定性計算過程： 4）計算臨近支座剪力最大處區(qū)格 由于彎曲例句在這個地方的正常應力很小，可以近似認為，板部中心處所承受的最不利剪力比最大剪力略小，由于彎曲正應力會對其造成影響，因此采用近似取值的辦法。 局部壓應力仍為 由上可知彎矩最大處區(qū)格及剪力最大處區(qū)格均符合標準，因此其他各區(qū)格也必定符合規(guī)定，就不再計算。 （4）撓度計算 2.7.6 焊縫計算 翼緣板和腹板焊接方法是自動焊接，且焊條采用E43型。 （

31、1）上翼緣與腹板連接焊縫的計算。 ，取 下翼緣與腹板連接焊縫 ，取 2.7.7 支座加勁肋計算 支座處平板加勁板的寬度設置為，厚度設成。 得承壓面積為 支座加勁肋的端面承應力計算得： 穩(wěn)定性計算： 由上述可得，可以知道的是，b型的橫截面不考慮扭轉效應，檢查表之后可以得到，腹板平面外存在的支撐加強肋，其穩(wěn)定性可以根據以下公式計算： 。 支座加勁肋與腹板的連接焊縫計算：焊縫長度 需要的焊腳尺寸為 ，取 由于起重機梁為輕型工作起重機，因此不需要進行疲勞驗算。 2.8 門式剛架計算 2.8.1 荷載統計 根據《建筑結構荷載

32、規(guī)范》的相關規(guī)定，對荷載標準值進行選取。 （1）水平投影面的永久荷載標準值取值如下：（以下數值單位均為kN/m2） 恒載標準值： 壓型鋼板（含保溫） 0.15 懸掛設備 0.2 鋼架及支撐 0.1 鋼架斜梁自重 0.15 檁條（含拉條） 0.05 合計 0.65 將其轉化為線荷載： （2）可變荷載標準值取值如下： 活荷載 0.5 雪荷載 0.35 取兩者之間的較大值0.5 kN/m2，將其轉化為線荷載：。 （3）風荷載標準值： 基本風壓=0.40kN/m2；地面粗糙度系數按B類取值；根據《建筑結構荷載規(guī)范》的規(guī)定對風荷載體型系數進行取值，得，，，

33、，，，高度不超過，，不超過，。 由得： 風載作用見下圖 圖2.15 風載作用簡要示意圖（單位） （4）吊車荷載的計算。 最大輪壓： 最小輪壓： 吊車豎向荷載標準值計算如下。 圖2.16 求Dmax、Dmin時吊車梁支座上吊車的位置示意圖 吊車橫向水平荷載標準值計算如下。 起重量時， 2.8.2內力計算 本設計的內力計算運用結構力學求解器ISBN7-900015-23-X進行計算，其結果如下： （1）恒載作用下的內力圖（單位：，，） 圖2.17 恒載作用下彎矩圖 圖2.18 恒載作用下軸力圖 圖2.19

34、 恒載作用下剪力圖 （2）活荷載作用下內力圖（單位：，，） 圖2.20 活荷載作用下彎矩圖 圖2.21 活荷載作用下軸力圖 圖2.22 活荷載作用下剪力圖 （3）左風作用下內力圖（單位：，，） 圖2.23 左風作用下彎矩圖 （5）吊車荷載作用下內力圖 為了方便將、、等效到柱上進行計算 1)在C柱內力圖（單位：，，） 圖2.29 在C柱彎矩圖 圖2.30 在C柱軸力圖 圖2.31 在C柱剪力圖 2）在B柱內力圖（單位：，，） 圖2.32 在B柱彎矩圖 圖2.34 在B柱剪力圖 3）向左內力圖（單位：，，） 2.8.

35、3內力組合 對于壓彎構件，本文只考慮以下四種內力組合： （1）和對應的N、V； （2）和對應的N、V； （3）和對應的M、V； （4）和對應的M、V。 對于受彎構件，本文只考慮以下四種內力組合： （1）和對應的N、V； （2） 和對應的N、V； （3）和對應的M、V； （4） 和對應的M、N。 柱和梁的控制截面見圖2.41所示。 圖2.41 柱和梁的控制截面圖 單位：，， 119 柱 截面 內力 恒載 活載 左風 右風 在C柱 在B柱 向左作用 向右作用 A 柱 內 力 Ⅰ M 30.20 23.23 -

36、43.37 14.12 0.38 24.41 23.55 -23.55 V -12.74 -9.80 17.63 -4.33 -6.76 -6.47 -5.54 5.54 N -36.72 -25.17 13.05 7.66 -258.21 -18.66 -0.63 0.63 Ⅱ M -37.31 -28.70 21.70 5.36 -35.45 -9.88 -5.83 5.83 V -12.74 -9.80 6.92 1.02 -6.76 -6.47 -5.54 5.54 N -35.37 -25.17

37、 13.05 7.66 -258.21 -18.66 -0.63 0.63 Ⅲ M -37.31 -28.70 21.70 5.36 42.75 -6.70 -10.77 10.77 V -12.74 -9.80 6.92 1.02 -6.76 -6.47 1.52 -1.52 N -35.37 -25.17 13.05 7.66 2.47 -3.03 -0.63 0.63 Ⅳ M -71.71 -55.16 33.03 11.80 24.50 -24.17 -6.68 6.68 V -12.74 -

38、9.80 1.47 3.75 -6.76 -6.47 1.52 -1.52 N -32.72 -25.17 13.05 7.66 2.47 -3.03 -0.63 0.63 B 柱 內 力 截面 內力 恒載 活載 左風 右風 在C柱 在B柱 向左作用 向右作用 Ⅰ M 0 0 -12.42 12.42 -18.92 0.52 24.29 -24.29 V 0 0 2.17 -2.17 5.37 7.27 -6.11 6.11 N -78.95 -57.66 22.41 22.41 -12

39、.85 -256.72 -0.06 0.06 Ⅱ M 0 0 -0.93 0.93 9.52 39.07 -8.11 8.11 V 0 0 2.17 -2.17 5.37 7.27 -6.11 6.11 N -76.30 -57.66 22.41 22.41 -12.85 -256.72 -0.06 0.06 Ⅲ M 0 0 -0.93 0.93 6.34 -39.13 -13.05 13.05 V 0 0 2.17 -2.17 5.37 7.27 0.95 -0.95 N -76.30

40、-57.66 22.41 22.41 -2.22 3.96 -0.06 0.06 Ⅳ M 0 0 4.92 -4.92 20.83 -19.49 -10.50 10.50 V 0 0 2.17 -2.17 5.37 7.27 0.95 -0.95 N -74.95 -57.66 22.41 22.41 -2.22 3.96 -0.06 0.06  A柱的內力組合方式 荷載組合 內力組合 1.2恒荷載+0.91.4(兩個或兩個以上的活荷載) 1.2恒荷載+1.4任一活荷載 組合項目名稱

41、 M V N 組合項目 M V N Ⅰ-Ⅰ +Mmax 1.2+0.91.4(+++) 143.73 -48.23 -90.43 1.2+1.4 70.41 -24.35 -7.19 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -47.60 5.39 -352.17 1.2+1.4 -24.98 9.39 -25.79 Nmax 1.2+0.91.4(++) 95.66 -43.13 -401.92 1.2+1.4 36.77 -24.75 -405.56 Nmin 1.2+0.91.4(++) -17.32 5.75

42、 -50.34 1.2+1.4 -24.48 9.39 -25.79 Ⅱ-Ⅱ +Mmax 1.2+0.91.4(++) -23.1 -7.74 -48.72 1.2+1.4 -14.39 -5.6 -24.17 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -132.95 -43.13 -400.30 1.2+1.4 -94.40 -24.75 -403.94 Nmax 1.2+0.91.4(++) -132.95 -43.13 -400.30 1.2+1.4 -94.40 -24.75 -403.94 Nmin 1.2+0.9

43、1.4(++) -23.1 -7.74 -48.72 1.2+1.4 -14.39 -5.6 -24.17 Ⅲ-Ⅲ +Mmax 1.2+0.91.4(++) 49.94 -17.00 -22.10 1.2+1.4 15.08 -24.75 -38.99 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -102.95 -33.87 -78.77 1.2+1.4 -84.95 -29.01 -77.68 Nmax 1.2+0.91.4(++) -102.95 -33.87 -78.77 1.2+1.4 -84.95 -29.01 -7

44、7.68 Nmin 1.2+0.91.4(++) 49.94 -17.00 -22.10 1.2+1.4 15.08 -24.75 -38.99 Ⅳ-Ⅳ +Mmax 1.2+0.91.4(++) -5.15 -23.89 -18.92 1.2+1.4 -39.81 -13.23 -20.99 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -194.40 -33.87 -75.59 1.2+1.4 -163.28 -29.01 -74.50 Nmax 1.2+0.91.4(++) -194.40 -33.87 -75.59 1.2+

45、1.4 -163.28 -29.01 -74.50 Nmin 1.2+0.91.4(++) -5.15 -23.89 -18.92 1.2+1.4 -39.81 -13.23 -20.99 B柱的內力組合方式 荷載組合 內力組合 1.2恒荷載+0.91.4(兩個或兩個以上的活荷載) 1.2恒荷載+1.4任一活荷載 組合項目名稱 M V N 組合項目 M V N Ⅰ-Ⅰ +Mmax 1.2+0.91.4(+++) 46.91 -1.27 -462.70 1.2+1.4 17.39 -3.04 -63.37

46、 -Mmax 1.2+0.91.4(+++) -70.09 17.20 -155.27 1.2+1.4 -26.49 8.02 -112.73 Nmax 1.2+0.91.4(++) 31.26 1.46 -490.93 1.2+1.4 0.73 10.18 -454.15 Nmin —— —— —— —— 1.2+1.4 17.39 -3.04 -63.37 Ⅱ-Ⅱ +Mmax 1.2+0.91.4(+++) 60.62 14.12 -459.37 1.2+1.4 54.70 10.18 -450.97 -Mmax

47、1.2+0.91.4(+) -1.17 2.73 -135.98 1.2+1.4 -1.32 3.04 -60.19 Nmax 1.2+0.91.4(++) 39.01 1.46 -487.75 1.2+1.4 54.70 10.18 -450.97 Nmin —— —— —— —— 1.2+1.4 -1.32 3.04 -60.19 Ⅲ-Ⅲ +Mmax 1.2+0.91.4(+++) 25.60 2.84 -138.70 1.2+1.4 8.88 7.52 -94.67 -Mmax 1.2+0.91.4(+++) -

48、66.92 13.09 -131.06 1.2+1.4 -54.78 10.18 -86.02 Nmax 1.2+0.91.4(++) -8.45 7.96 -167.08 1.2+1.4 0 0 -172.28 Nmin 1.2+0.91.4(++) -34.03 10.70 -58.26 1.2+1.4 -1.30 3.04 -60.19 Ⅳ-Ⅳ +Mmax 1.2+0.91.4(+++) 45.68 8.30 -137.08 1.2+1.4 29.16 7.52 -93.05 -Mmax 1.2+0.91.4(+++

49、) -43.99 7.62 -129.44 1.2+1.4 -27.29 10.18 -84.40 Nmax 1.2+0.91.4(++) 13.02 7.96 -165.46 1.2+1.4 0 0 -170.66 Nmin 1.2+0.91.4(++) -5.13 10.70 -56.64 1.2+1.4 6.86 3.04 -58.57 梁 截面 內力 恒載 活載 左風 右風 在C柱 在B柱 向左作用 向右作用 D 梁 內 力 Ⅰ M -71.71 -55.16 33.03 11.80 24

50、.50 -24.17 -6.68 6.68 V 32.05 24.65 -12.96 -7.46 -2.80 2.70 0.70 -0.70 N -14.38 -11.04 2.12 4.13 -6.63 -6.61 1.48 -1.48 Ⅱ M 59.94 46.11 -22.41 -15.74 -0.75 0.15 -0.34 0.34 V -3.10 -2.38 0.44 1.22 -2.80 2.70 0.70 -0.70 N -14.38 -11.04 2.12 4.13 -6.63 -6.

51、61 1.48 -1.48 Ⅲ M 33.10 25.46 -10.02 -11.56 11.87 -12.01 -3.51 3.51 V 14.47 11.13 -6.15 -2.91 -2.80 2.70 0.70 -0.70 N -14.38 -11.04 2.12 4.13 -6.63 -6.61 1.48 -1.48 E 梁 內 力 截面 內力 恒載 活載 左風 右風 在C柱 在B柱 向左作用 向右作用 Ⅰ M 58.73 45.18 -22.41 -14.42 -0.75 0.1

52、5 -0.34 0.34 V -1.65 -1.27 0.65 1.64 -2.13 3.35 0.55 -0.55 N -14.59 -11.23 2.17 4.27 -6.88 -6.31 1.55 -1.55 Ⅱ M -114.48 -88.06 32.67 37.59 -19.92 30.30 4.63 -4.63 V -36.79 -28.30 11.79 10.32 -2.13 3.35 0.55 -0.55 N -14.59 -11.23 2.17 4.27 -6.88 -6.31 1.

53、55 -1.55 Ⅲ M 11.71 9.01 -7.66 1.33 -10.33 15.22 2.14 -2.14 V -19.22 -14.79 6.11 5.77 -2.13 3.55 0.55 -0.55 N -14.59 -11.23 2.17 4.27 -6.88 -6.31 1.55 -1.55 D梁的內力組合方式 荷載組合 內力組合 1.2恒荷載+0.91.4(兩個或兩個以上的活荷載) 1.2恒荷載+1.4任一活荷載 組合項目名稱 M V N 組合項目 M V N Ⅰ-Ⅰ +

54、Mmax 1.2+0.91.4(++) -5.15 17.72 -24.80 1.2+1.4 -39.81 20.32 -14.29 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -194.42 73.80 -38.01 1.2+1.4 -163.27 72.97 -32.71 Nmax 1.2+0.91.4(++) -116.27 65.11 -41.39 1.2+1.4 -163.27 72.97 -32.71 Vmax 1.2+0.91.4(++) -194.42 73.80 -38.01 1.2+1.4 -163.27 7

55、2.97 -32.71 Ⅱ-Ⅱ +Mmax 1.2+0.91.4(++) 130.64 -4.20 -41.36 1.2+1.4 136.48 -7.05 -32.71 -Mmax 1.2+0.91.4(++) 43.71 -5.81 -21.07 1.2+1.4 40.55 -3.10 -14.29 Nmax 1.2+0.91.4(++) 129.51 -11.13 -41.39 1.2+1.4 136.48 -7.05 -32.71 Vmax 1.2+0.91.4(++) 129.51 -11.13 -41.39 1.2

56、+1.4 70.88 -7.05 -26.54 Ⅲ-Ⅲ +Mmax 1.2+0.91.4(++) 91.18 26.98 -41.39 1.2+1.4 75.36 32.95 -32.71 -Mmax 1.2+0.91.4(++) 5.60 17.98 -18.52 1.2+1.4 23.54 13.29 -11.47 Nmax 1.2+0.91.4(++) 91.18 26.98 -41.39 1.2+1.4 75.36 32.95 -32.71 Vmax 1.2+0.91.4(++) 52.24 35.67 -37.6

57、3 1.2+1.4 75.36 32.95 -32.71 E梁的內力組合方式 荷載組合 內力組合 1.2恒荷載+0.91.4(兩個或兩個以上的活荷載) 1.2恒荷載+1.4任一活荷載 組合項目名稱 M V N 組合項目 M V N Ⅰ-Ⅰ +Mmax 1.2+0.91.4(++) 128.02 -0.05 -41.56 1.2+1.4 133.73 -3.76 -33.23 -Mmax 1.2+0.91.4(++) 40.87 -3.15 -21.49 1.2+1.4 39.10 -1.07

58、 -14.47 Nmax 1.2+0.91.4(++) 126.85 -6.96 -42.28 1.2+1.4 133.73 -3.76 -33.23 Vmax 1.2+0.91.4(++) 126.85 -6.96 -42.28 1.2+1.4 69.43 -4.96 -27.14 Ⅱ-Ⅱ +Mmax 1.2+0.91.4(++) -46.00 -26.23 -18.13 1.2+1.4 -84.75 -29.70 -11.53 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -279.26 -83.18 -42.28 1.2+1

59、.4 -260.66 -83.76 -27.14 Nmax 1.2+0.91.4(++) -279.26 -83.18 -42.28 1.2+1.4 -260.66 -83.76 -27.14 Vmax 1.2+0.91.4(++) -279.26 -83.18 -42.28 1.2+1.4 -260.66 -83.76 -27.14 Ⅲ-Ⅲ +Mmax 1.2+0.91.4(+++) 48.95 -29.26 -32.28 1.2+1.4 35.36 -18.09 -26.34 -Mmax 1.2+0.91.4(++) -1

60、1.31 -18.74 -25.40 1.2+1.4 -0.41 -26.05 -27.14 Nmax 1.2+0.91.4(++) 9.69 -45.08 -42.28 1.2+1.4 26.67 -43.77 -33.23 Vmax 1.2+0.91.4(++) 9.69 -45.08 -42.28 1.2+1.4 26.67 -43.77 -33.23 2.8.4 截面選擇及驗算 （1）A剛架柱 1）截面確定 根據設計的基本要求進行等截面柱的選擇，器尺寸為HN 5002001016。 其設計中截面特征分析如下

61、所示： ，，，，， ， 2)強度校核過程分析 經計算，其中翼緣的寬厚比，對于Q235鋼其取值為 ， 在Ⅰ—Ⅰ截面處組合方式中最不利的組合： 在Ⅱ—Ⅱ截面處組合方式中最不利的組合： 。 在Ⅲ—Ⅲ截面處組合方式中最不利的組合： 。 在Ⅳ—Ⅳ截面處組合方式中最不利的組合： ，符合設計要求。 3）整體穩(wěn)定性校核 ①平面內部穩(wěn)定性分析 根據《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）求有側移框架柱的計算中的長度細數。 計算可得柱和梁線剛度的比值為： 依據所搜集的資料《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）根據其附表D-2，得，故平面

62、內計算長度為：。 長細比：，b類截面查得， Ⅳ—Ⅳ截面處最不利組合 滿足要求 ②平面外部穩(wěn)定性分析 上柱段設計中計算長度 下柱段設計中計算長度 在上柱段分析過程中： 依據，通過查閱b類截面可得， 。 在Ⅳ—Ⅳ截面處組合中最不利的組合方式為： 在下柱段分析過程中： 依據下述公式，通過查閱b類截面可得， Ⅱ—Ⅱ截面處最不利組合 滿足要求 4）局部穩(wěn)定性校核 ①翼緣處的人局部穩(wěn)定性分析： 其中，翼緣寬厚之比為 ②腹板處的局部穩(wěn)定性分析： 在Ⅳ—Ⅳ截面處組合中最不利的組合方式為： 此時應力梯度取值為： 符合設計

63、要求。 （2）B剛架柱設計 1）截面的確定： 挑選等截面柱，其型號尺寸為HN 5002001016。 此時截面特征的特征為： ，，，，， ， 2)強度校核 其中翼緣的寬厚比，對于Q235鋼其取值為 ， 在Ⅰ—Ⅰ截面處組合中最不利的組合方式為： 在Ⅱ—Ⅱ截面處組合中最不利的組合方式為： 在Ⅲ—Ⅲ截面處組合中最不利的組合方式為： 在Ⅳ—Ⅳ截面處組合中最不利的組合方式為： ，滿足設計要求。 3）設計整體穩(wěn)定性校核 ①平面內部穩(wěn)定性分析 根據《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）求有側移框架柱的可測的長度系數的計算值如

64、下所示： 柱和梁之間的線剛度之比為： 查閱《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）的附表D-2可知，得，故平面內計算長度為： 長細比：，b類截面查得， Ⅱ—Ⅱ截面處最不利組合 滿足要求平面外部穩(wěn)定性分析： 經分析可知其上柱段其設置長度為 下柱段其設置長度 ② 分析上柱段時： 依據，根據查閱b類截面可得：，。 在Ⅲ—Ⅲ截面處組合中最不利的組合方式為： 分析下柱段時： 依據，根據查閱b類截面可得：， Ⅱ—Ⅱ截面處最不利組合 ，滿足要求 4）局部穩(wěn)定驗算 ①翼緣處局部穩(wěn)定性研究 其中翼緣寬厚比取值為： ②腹

65、板處局部穩(wěn)定性研究 Ⅱ—Ⅱ截面處組合總最不利的組合方式為： 應力梯度范圍為： 滿足要求。 （3）A型剛架柱 1）截面選擇 選取等截面柱，其尺寸為HN 400200813。 截面的特征取值為： ，，，，， ， 2)強度的校核 此時，翼緣的寬厚比取值為根據Q235鋼 Ⅰ—Ⅰ截面處組合中最不利的組合方式最 Ⅱ—Ⅱ截面處組合中最不利的組合方式 滿足設計規(guī)定。 3）整體穩(wěn)定性校核 ①平面內部穩(wěn)定性 通過查閱《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）可以獲得有側移框架柱計算長度細數。 根據所得數據可知柱和梁的線剛度之比取值如下所示： 查閱《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）附表D-2，可知，因襲平面內計算長度取值大小為：。 長細比取值為：，根據b類截面可得， Ⅱ—Ⅱ截面處組合中最不利的組合方式 滿足設計規(guī)定。 ②平面外部的穩(wěn)定性校核 上柱段計算的長度 下柱段計算的長度 對上柱段分析： 依據，查閱資料b類截面可得， Ⅱ—Ⅱ截面處組合中最不利