干貨！門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

干貨！門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例工程概況（一）設(shè)計(jì)資料某客戶需要建設(shè)66X75m的倉庫，根據(jù)客戶要求，寬度方向?yàn)?6m，設(shè)3跨，跨度分別為24m、18m、24m，柱距取7.5m，檐口高度為6m。屋面為0.5mm壓型鋼板+75mm厚保溫棉（容重14kg/m3）＋0.4mm內(nèi)襯板，材質(zhì)采用Q345。（二）方案選取1．跨度：考慮到特殊的使用要求（中間18m兼做交通走道），客戶指定了上述的跨度要求。為使讀者理解如何尋找最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，筆者又研究了21m＋24m＋21m或18m+30m+18m的跨度方案，三種方案的每榀框架的用鋼量對(duì)比如下：24m+18m+24m，每榀框架用鋼量4.9噸；21m+24m+21m，每榀框架用鋼量4.2噸；18m+30m+18m.，每榀框架用鋼量4.6噸；通常來說，如可能盡量將框架設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，各跨跨度基本相同，中間跨跨度度略大于邊跨將是一種比較經(jīng)濟(jì)的方案。本項(xiàng)目由于客戶需要將中間跨(18m)設(shè)置為走道，故筆者沒有建議他們改為較為經(jīng)濟(jì)的跨度方案（21m＋24m＋21m）。2．柱距選擇：鑒于本工程總長(zhǎng)度為75m，故取柱距為7.5m，即10@7.5。讀者也可以比較7.75+7@8.5+7.75的柱距方案。后者也是一種比較經(jīng)濟(jì)的株距方案。3．屋面梁拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)設(shè)置需要考慮下列因素：(1)拼接點(diǎn)盡可能靠近反彎點(diǎn)，一般反彎點(diǎn)位置在1/4~1/6跨度處，按照此原則，對(duì)于24m跨，拼接點(diǎn)設(shè)在離柱24*(1/4~1/6)=4~6m處比較合適。對(duì)于18m跨，則應(yīng)該設(shè)在18*(1/4~1/6)=3~4.5m比較合適；(2)單元長(zhǎng)度不要超過可運(yùn)輸最大長(zhǎng)度，一般不宜超過12.5m；(3)盡量減少拼接數(shù)量，因?yàn)槠唇庸?jié)點(diǎn)需要端板及高強(qiáng)螺栓，同樣會(huì)增加項(xiàng)目造價(jià)；(4)拼接節(jié)點(diǎn)應(yīng)避開抗風(fēng)柱及屋面系桿的連接位置，以避免出現(xiàn)連接上的不便；綜合多種因素，我們將屋面梁做了分段，見圖3-26。A節(jié)點(diǎn)為邊柱與梁拼接節(jié)點(diǎn)，D為中柱與梁拼接，通常此處屋面梁不斷，這是考慮此處彎矩較大，對(duì)于屋脊節(jié)點(diǎn)F，通常我們也不建議此處屋面梁斷開，原因是此處通常會(huì)有抗風(fēng)柱及屋面系桿，若設(shè)置屋面系桿，將引起連接上的不便。這樣66m的屋面梁一共被分為7段。讀者可以試著研究其余不同的梁分段方式，并與此方案做以對(duì)比。4．柱腳及梁柱的鉸接與剛接設(shè)置：由于本項(xiàng)目檐高較低，且沒有行車，故柱腳均可按鉸接處理，對(duì)于中柱，采取搖擺柱，即柱與梁連接采用鉸接的模式。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3-26。（三）荷載計(jì)算1．恒載計(jì)算：作用在屋面梁上的恒載有：0.5mm厚壓型鋼板，重量0.5*7.85*1.25=5.0Kg/m275mm厚保溫棉（容重14kg/m3）75*14/1000=1.05Kg/m20.4mm厚屋面內(nèi)襯板，重量0.4*7.85*1.1=3.5Kg/m2屋面檁條重量，一般可取3-5Kg/m2屋面支撐、系桿、檁條拉條、隅撐等重量，可取2Kg/m2以上重量合計(jì)約為15Kg/m2,作用在框架上的恒載為0.15KN/m2*7.5m=1.125KN/m，見下圖：2．活載計(jì)算：由于每榀框架受荷面積A=66*7.5＝495m2>60m2，故活荷載可取為0.3KN/m2。3．屋面懸掛荷載根據(jù)客戶要求，取0.1KN/m2，由于STS軟件沒有此基本工況，我們將懸掛荷載放在活荷載里進(jìn)行考慮，將活荷載取為0.4KN/m2，這樣作用在框架上的活荷載為0.4KN/m2*7.5m=3.0KN/m,見下圖4．風(fēng)荷載計(jì)算：日照的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.4KN/m2，按照CESE102：2002，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)跨的風(fēng)荷載體型系數(shù)，風(fēng)載體型系數(shù)參照下圖：則作用在框架梁柱上的風(fēng)荷載分別為：0.4*7.5*(+0.25)=0.8KN/m0.4*7.5*1.05*(-1.0)=-3.15KN/m0.4*7.5*1.05*(-0.65)=-2.0KN/m0.4*7.5*1.05*(+0.55)=-1.7KN/m在輸入風(fēng)荷載時(shí)，需要注意STS里的正負(fù)號(hào)與與體型系數(shù)的正負(fù)號(hào)有所不同。體型系數(shù)的正負(fù)以風(fēng)吸力或風(fēng)壓力定義，風(fēng)吸力為負(fù)，風(fēng)壓力為正。而輸入程序時(shí)，荷載方向與坐標(biāo)正向一致為正。結(jié)構(gòu)布置本工程長(zhǎng)度為75m，按照門鋼第4.2.2.2條規(guī)定，當(dāng)無吊車時(shí)柱間支撐的間距宜取30～45m。因此本工程需要設(shè)3道柱間支撐，支撐分別設(shè)在端跨及較為中間的跨。

同時(shí)規(guī)范第4.2.2.3條規(guī)定，當(dāng)建筑物寬度大于60m時(shí)，在內(nèi)柱列宜適當(dāng)增加柱間支撐。本項(xiàng)目跨度為66m>60m，按規(guī)定應(yīng)在B，C軸增設(shè)柱間支撐。但由于本項(xiàng)目客戶由于工藝使用要求，不允許內(nèi)部設(shè)柱間支撐（實(shí)際上這種情況在實(shí)際工程中會(huì)經(jīng)常碰到）。需要提醒設(shè)計(jì)者注意的是，在支撐跨度較大的情況下，設(shè)計(jì)者需要對(duì)屋面及柱間支撐的受力進(jìn)行嚴(yán)格的有限元分析，屋面支撐及柱間支撐當(dāng)有必要時(shí)需采用雙圓鋼、角鋼甚至圓管。有些設(shè)計(jì)者，不管受力如何，一律用圓鋼做屋面或柱間支撐，圓鋼的規(guī)格通常被經(jīng)驗(yàn)的取為16～27mm的直徑，這種做法很危險(xiǎn)。本工程通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)在靠近端部的屋面圓鋼支撐需采用雙圓鋼（2φ24），柱間支撐也需要采用2φ24的雙圓鋼支撐，本項(xiàng)目的支撐方案見圖3-32。建立計(jì)算模型由于本工程無行車，故柱腳可選用鉸接，中柱可采用搖擺柱，計(jì)算簡(jiǎn)圖及單元節(jié)點(diǎn)劃分參見下圖。內(nèi)力計(jì)算和計(jì)算結(jié)果查看根據(jù)STS計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)將節(jié)點(diǎn)的控制內(nèi)力列表如下：說明：1．表中彎矩單位為KN·m，對(duì)于梁上部受拉為“＋”，下部受拉為“－”，軸力及剪力單位為KN，軸力“＋”為拉，“－”為壓，剪力“＋”為逆時(shí)針，“－”為順時(shí)針；2．在計(jì)算柱腳時(shí)，Qmax最不利組合應(yīng)該是剪力較大，且軸力較小的情況；同時(shí)，STS還提供了圖形查閱功能，通過后處理菜單，可以方便查到彎矩、剪力及軸力的數(shù)值，圖3-34，35，36即為分別為彎矩，軸力及剪力的包絡(luò)圖，通過這些直觀的圖形，工程師可以方便的檢查構(gòu)件的內(nèi)力情況，可以對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行。設(shè)計(jì)結(jié)果查看、分析和調(diào)整STS具有先進(jìn)的后處理系統(tǒng)，能夠按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)梁柱構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形檢驗(yàn)，相關(guān)的檢驗(yàn)結(jié)果見下圖。鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖說明：1.柱左：作用彎矩與考慮屈曲后強(qiáng)度抗彎承載力比值；2.右上：平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)細(xì)比）；3.右下：平面外穩(wěn)定應(yīng)力比（對(duì)應(yīng)長(zhǎng)細(xì)比）；4.梁上：作用彎矩與考慮屈曲后強(qiáng)度抗彎承載力比值；5.左下：平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比；6.右下：平面外穩(wěn)定應(yīng)力比。結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和連接設(shè)計(jì)STS可以根據(jù)計(jì)算的內(nèi)力，對(duì)節(jié)