鋼結構加固改造：先學鋼結構載荷計算，

一、設計資料

河南省某加工廠一廠房，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；地震設防列度為6度，設計地震分組為第一組，設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合保溫板；考慮經濟、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．屋蓋永久荷載標準值（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

懸掛設備0.20 KN/m2

合計0.67 KN/m2

2．屋面可變荷載標準值

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，雪荷載標準值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．輕質墻面及柱自重標準值（包括柱、墻骨架等）0.50 KN/m2

4．風荷載標準值

按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002附錄A的規(guī)定計算。

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

5．地震作用

據《全國民用建筑工程設計技術措施—結構》中第18.8.1條建議：單層門式剛架輕型房屋鋼結構一般在抗震設防烈度小于等于7度的地區(qū)可不進行抗震計算。故本工程結構設計不考慮地震作用。

（二）各部分作用的荷載標準值計算

屋面：

恒荷載標準值：0.67×6=4.02KN/m

活荷載標準值：0.50×6=3.00KN/m

柱荷載：

恒荷載標準值：0.5×6×6+4.02×9=54.18KN

活荷載標準值：3.00×9=27.00KN

風荷載標準值：

迎風面：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。柱腳按鉸接支承設計。采用彈性分析方法確定剛架內力。引用《鋼結構設計與計算》（包頭鋼鐵設計研究院編著，機械工業(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力如圖。

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

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力如圖。

3．在風荷載作用下

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

(1)在迎風面橫梁上風荷載豎向分力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作用下的內力如圖

(2)在背風面橫梁上風荷載豎向分力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作用下的內力如圖。

(3)在迎風面柱上風荷載qw1作用下

α=1，

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

剛架在qw1作用下的內力如圖。

(4)在背風面柱上風荷載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作用下的內力如圖。

(5) 在迎風面橫梁上風荷載水平分力qw2x作用下

α=1，β=0

剛架在qw2x作用下的內力如圖。

(6) 在背風面橫梁上風荷載水平分力qw4x作用下

剛架在qw4x作用下的內力如圖。

(7)用疊加繪制在風荷載作用下剛架的組合內力。