《建筑钢结构设计》大作业
四、内力组合
刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)的规定，采用荷载效应的基本组合：?0S≤R。本工程结构构件安全等级为二级，?0=1.0。 对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定： A．1.23恒荷载标准值计算的荷载效应+1.43活荷载标准值计算的荷载效应 B．1.03恒荷载标准值计算的荷载效应+1.43风荷载标准值计算的荷载效应
C．1.23恒荷载标准值计算的荷载效应+1.43活荷载标准值计算的荷载效应+0.631.43风荷载标准值计算的荷载效应
D．1.23恒荷载标准值计算的荷载效应+1.43风荷载标准值计算的荷载效应+0.731.43活荷载标准值计算的荷载效应
E．1.353恒荷载标准值计算的荷载效应+0.731.43活荷载标准值计算的荷载效应
本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：
梁端截面：(1)Mmax及相应的N、V； (2)Mmin及相应的N、V 梁跨中截面：(1)Mmax及相应的N、V；
(2)Mmin及相应的N、V
对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有： (1)Mmax及相应的N、V；
(2)Mmin及相应的N、V
(3)Nmax及相应的±Mmax、V ； (4)Nmin及相应的±Mmax、V 内力组合见表1。
刚架内力组合表（以左半跨为例）表1
内力组组合项截面 目 刚 架 柱顶（B点） Mmax及相应的N、V Mmin及相应的N、V B 风 式 A 活 1.0×恒+1.4×目 1.2×恒+1.4×荷载组合方荷载组合项
M
N V （KN） －36.91（KN2m） （KN） —221.46 78.12 （←） 1.95 1.57 —1.60 （→） 华中科技大学土木工程与力学学院 11
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柱 Nmax及相应的±Mmax、V Nmin及相应的±Mmax、V Mmax及相应的N、V Mmin及相应的柱底（A点） N、V Nmax及相应的±Mmax、V Nmin及相应的±Mmax、V Mmax及相应的支座（BN、V Mmini及相应的N、V 1.2×恒+1.4×A 活 1.0×恒+1.4×B 风 1.57 —1.60 —221.46 78.12 －36.91（←） 1.95 （→） 1.2×恒+1.4× －36.91A 活 1.0×恒+1.4×B 风 1.2×恒+1.4×A 活 1.0×恒+1.4×B 风 1.0×恒+1.4×B 风 1.2×恒+1.4×A 活 0 124.92 （→） —2.460 16.40 （→） —221.46 43.26 79.58（↑） 刚 点） 架 跨中（C梁 点） Mmin及相应的N、V －4 －156.32 37.37 （↑） Mmax及相应的N、V —4.24 －23.76 －0.55 （↑） 1.57 1.67 2.68（↑） 注：内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
五、刚架设计 （一）截面设计
参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450×200×8×12，截面特性： B=200mm，H=450mm，tw=8.0mm，tf=12.0mm，A=82.1cm2 Ix=28181cm4，Wx=1252cm3，ix=18.53cm
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Iy=1602cm4，Wy=160.2cm3，iy=4.42cm
（二）构件验算
1．构件宽厚比的验算
翼缘部分： b/t?96/12?8?15235/fy?15
腹板部分： h0/tw?426/8?53.25?250235/fy?250 2．刚架梁的验算 (1)抗剪验算
梁截面的最大剪力为Vmax=79.58KN 考虑仅有支座加劲肋，
?h0/tws?415.34fy/235?0.562?0.8
fv=125N/mm2
Vu=hwtwfv=426×8×125=426000N=426.0KN Vmax=79.58KN N=43.26KN，V=79.58KN，M=221.46KN2N 因V<0.5Vu，取V=0.5Vu，按规范GB70017式4.4.1-1验算， ?(Ah2M1Nff1h?Af2h2)(f?) 2A?(200?12?2192219?200?12?219)(215?432608210) =220.47KN2m>M=193.30KN2m，取M=Mf 故(V0.5V?1)2?M?Mf?M?0?1，满足要求。 uMeuf(3)整体稳定验算 N=43.26KN，M=221.46KN2m A．梁平面内的整体稳定性验算。 华中科技大学土木工程与力学学院13 《建筑钢结构设计》大作业 计算长度取横梁长度lx=21073mm， ?x=lx/ix=21073/185.3=113.7<[?]=150，b类截面，查表得 N'EX0?=0.472 x ?2EAe0?2?206?103?8210???1173.8KN，?mx=1.0 221.1?1.1?113.7?mxMxN432601.0?221.46?106??? N43.26?xAe0W(1??)0.472?82101252?103?(1?0.4720?)e1x'NEX01173.8 =191.18N/mm2 B．横梁平面外的整体稳定验算 考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=3512mm。 对于等截面构件?=0，?s=?w=1 ?y=?sl/iy0=3512/44.2=79.46，b类截面，查表得?y=0.690 ?by?43208210?42679.46?122??()?0.972?0.6 79.4621252?1034.4?426取?b’=1.07－0.282/?by=0.78 ?t?1.0-NN2?0.75()?0.962N'EX0N'EX0?maxmin172.6543.26?103221.46?106?2132 ???5.269?167.39?N/mm4?162.12821028181?10?0??max??min?1.94 ?max故 h0235?53.25?(48?0?0.5??26.2)?115.7，满足要求。 twfy梁跨中截面： ?maxmin112.0931.81?103143.18?103?2132 ???3.87?108.22?N/mm6?104.35821028181?10?0??max??min?1.93 ?max华中科技大学土木工程与力学学院 14 《建筑钢结构设计》大作业 故 h0235?53.25?(48?0?0.5??26.2)?106.17，满足要求。 twfy(5)验算檩条集中荷载下的局部受压承载力 檩条传给横梁上翼缘的集中荷载： F=(1.2×0.5×6+1.4×3.00)×3.5=27.3KN Lz=a+5hy+2hR=70+5×12+0=130mm 1.0?27.3?103?c???26.25N/mm2?f?215N/mm2 twlz8?130?F验算腹板上边缘处的折算应力： 取梁端截面处的内力：M=221.46KN2m，N=43.26KN，V=79.58KN M221.46?106??y1??213?167.39N/mm2 4In28181?10?c=26.25N/mm 2 VS79.58?103?200?12?4192????35.50N/mmItw28181?104?8??????c?3??(167.39?43.26)?26.25?26.25?(167.39?43.26)?3?35.502 =113.57 N/mm2<1.2f=258 N/mm2，满足要求。 22c222 3．刚架柱的验算 抗剪验算 柱截面的最大剪力为Vmax=36.91KN 考虑仅有支座加劲肋， ?s?h0/tw415.34fy/235?0.562?0.8 fv=125N/mm2 Vu=hwtwfv=426×8×125=426000N=426.0KN Vmax=32.21KN N=78.12KN，V=32.21KN，M=221.46KN2N 华中科技大学土木工程与力学学院 15