鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計案例分享一、項目背景與設(shè)計要求本次課程設(shè)計以某地區(qū)單層工業(yè)廠房為原型，廠房主要服務(wù)于機(jī)械加工生產(chǎn)，需滿足大空間、低維護(hù)的使用需求。建筑平面呈矩形，軸線尺寸為24m（跨度）×60m（長度），柱距6m，檐口高度8m，屋脊高度9.5m。設(shè)計需遵循《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB____，2016年版），抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），場地類別Ⅱ類，基本風(fēng)壓0.45kN/㎡，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5kN/㎡，地面粗糙度B類。二、設(shè)計流程與核心環(huán)節(jié)（一）結(jié)構(gòu)選型：門式剛架的合理性論證結(jié)合廠房跨度、高度及使用功能，最終采用單跨門式剛架結(jié)構(gòu)（圖1）。選型依據(jù)包括：受力特性：剛架梁、柱剛接，形成空間受力體系，可有效傳遞水平荷載（風(fēng)、地震），減小截面尺寸；經(jīng)濟(jì)性：門式剛架構(gòu)件可工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，降低綜合成本；空間利用：剛架形式無內(nèi)柱，滿足大空間生產(chǎn)需求，檐口高度與跨度比（8/24≈0.33）符合門式剛架合理比例范圍。（二）荷載計算與組合荷載計算需綜合考慮永久荷載（恒載）、可變荷載（活載、風(fēng)荷載）及偶然荷載（地震作用），并通過荷載組合驗證構(gòu)件承載力：恒載：屋面檁條、壓型鋼板、保溫層等總重約0.35kN/㎡，柱間支撐、墻面圍護(hù)等按線荷載計入；風(fēng)荷載：通過風(fēng)載體型系數(shù)（門式剛架迎風(fēng)面取0.8，背風(fēng)面取-0.5）計算，檐口高度處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.62kN/㎡；地震作用：采用底部剪力法計算，剛架柱底剪力約12kN，地震作用效應(yīng)小于風(fēng)荷載效應(yīng)，故以風(fēng)荷載控制設(shè)計。荷載組合遵循“基本組合”原則，如*1.2恒載+1.4活載*、*1.2恒載+1.4風(fēng)荷載*等，取最不利組合驗算構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形。（三）內(nèi)力分析與構(gòu)件設(shè)計利用PKPM-STS軟件建立模型，輸入荷載與約束條件（柱底剛接、梁端剛接），分析得到梁、柱內(nèi)力包絡(luò)圖。以剛架梁為例，跨中彎矩最大值為120kN·m，支座剪力25kN；柱頂水平力18kN，柱底彎矩80kN·m。構(gòu)件截面設(shè)計需滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度要求：剛架梁：選用H400×200×8×12（Q355鋼），經(jīng)驗算，抗彎強(qiáng)度*σ*=145N/mm2（≤295N/mm2），整體穩(wěn)定系數(shù)*φ*_b=0.92（滿足*φ*_b≥0.6）；剛架柱：選用H350×200×8×10（Q355鋼），長細(xì)比*λ*_x=45（≤150），穩(wěn)定應(yīng)力*σ*=160N/mm2（≤295N/mm2）；檁條：選用C200×70×20×2.5（Q235鋼），間距1.5m，撓度驗算結(jié)果為*L*/350（≤*L*/250，滿足要求）。（四）節(jié)點設(shè)計：剛接與鉸接的構(gòu)造邏輯1.梁柱剛接節(jié)點：采用全熔透對接焊縫（圖2），焊縫質(zhì)量等級二級，計算長度按梁端彎矩、剪力確定，焊縫厚度*h*_f=8mm（滿足*h*_f≥1.5√*t*=1.5√12≈5.2mm）；2.柱腳節(jié)點：采用剛接柱腳，錨栓選用M20（4個），埋入深度30*d*（*d*為錨栓直徑），混凝土基礎(chǔ)頂面設(shè)抗剪鍵，傳遞水平剪力；3.檁條與剛架梁連接：采用自攻螺釘（ST5.5×25），間距300mm，按受剪承載力驗算，單釘承載力≥0.8kN（滿足檁條支座反力0.6kN/個）。（五）防腐與防火設(shè)計防腐：采用氟碳漆涂層，干膜厚度≥150μm，設(shè)計使用年限15年；防火：剛架梁、柱耐火極限要求1.5h，采用薄型防火涂料，涂層厚度20mm（經(jīng)計算，Q355鋼構(gòu)件達(dá)1.5h耐火極限需涂層厚度≥18mm）。三、設(shè)計成果與反思（一）成果總結(jié)本設(shè)計最終用鋼量約35kg/㎡（含檁條、支撐），低于同類門式剛架結(jié)構(gòu)平均水平（40~50kg/㎡），主要得益于：截面優(yōu)化：通過試算調(diào)整梁、柱截面，避免初期設(shè)計的“保守冗余”；荷載組合優(yōu)化：優(yōu)先考慮風(fēng)荷載控制，減少地震作用下的截面放大。（二）設(shè)計反思1.節(jié)點構(gòu)造細(xì)節(jié)：初期忽略檁條與剛架梁的偏心問題，后期通過增設(shè)隅撐（間距6m）解決檁條扭轉(zhuǎn)；2.風(fēng)荷載計算精度：軟件模型中風(fēng)載體型系數(shù)取值偏保守，實際可結(jié)合《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB____）細(xì)化，進(jìn)一步降低用鋼量；3.施工可行性：柱腳錨栓定位精度要求高，需在施工圖中明確“二次灌漿”工藝，避免現(xiàn)場偏差。四、結(jié)語本次鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計以實際工程為載體，從選型到節(jié)點構(gòu)造的全流程實踐，不僅深化了《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》《結(jié)構(gòu)力學(xué)》等理論知識，更體會到“規(guī)范應(yīng)用—軟件分析—構(gòu)造優(yōu)化”的設(shè)計邏輯。門式剛架的經(jīng)濟(jì)性與實用性，在工業(yè)建筑中具有廣泛推廣價值