钢结构单层厂房计算书.doc
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《建筑钢结构设计》大作业
钢结构单层厂房结构计算书
专业：
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
23
第一部分设计任务书
一、设计资料
1、车间柱网布置：
长度120m，柱网分别为6m、7.5m、9m，跨度分别为18，21m、24m、27m、30m，檐口高度分别为6m、7m,8m,9m，10m屋面坡度为1/10，1/12屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。
2、荷载：
静荷载当无有吊顶时为，有吊顶时为；活荷载为（计算刚架时）、（计算檩条时）；基本风压，地面粗糙度为B类；雪荷载为；地震设防烈度为7度。
3、材质:
Q235或Q345钢材
4、地质水文条件:
场地平坦,周围无相邻建筑物,II类场地土,自上而下土层分布情况为:
（1）素填土,FK=50kPa,ES=2.8MPa,厚度0.5~1.m，灰褐色，软塑
（2）粘土,FK=170kPa,ES=7.0MPa,厚度0.4~1.m，黄褐色，可塑
（3）粘土,FK=280kPa,ES=12.0MPa,厚度3.0m，褐色，硬塑
（4）粘土,FK=420kPa,ES=15.0MPa,厚度2.9m，黄褐色，硬塑
（5）强风化岩层，FK=420kPa，坚硬
地下水位较低,无侵蚀性。
施工技术条件:
各种机具、材料和施工质量能满足要求。
二、作业要求
根据不同柱网、跨度、檐口高度、荷载可以有多种不同的组合。
每人取其中的一种组合（不得雷同），独立完成轻钢门式刚架结构设计计算。
坡度=1/10
坡度=1/12
跨度
檐高
18
21
24
27
30
跨度
檐高
18
21
24
27
30
6
1
6
11
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21
6
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7
2
7
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7
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8
3
8
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18
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8
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9
4
9
14
19
24
9
29
34
10
5
10
15
20
25
10
30
35
根据要求可知：
檐口高度7m、柱网间距9m、跨度为21m、坡度为1/10。
要求计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据，并应附有与设计有关的插图和说明。
三、设计计算书内容
1、确定柱网和屋面及其支撑布置，选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；
2、门式刚架选型，确定梁柱截面形式，并初估截面尺寸；
3、梁柱线刚度计算及其计算长度确定；
4、荷载统计及计算荷载计算；
5、用结构力学计算各工况下的内力、柱顶水平位移及横梁挠度；
6、进行荷载组合、内力组合（不考虑地震计算）；
7、构件及连接节点（梁柱连接节点、屋面梁拼接节点）设计计算；
8、柱脚设计计算。
要求计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据，并应附有与设计有关的插图和说明。
四、教材及参考书
1.马人乐等编著，《建筑钢结构设计》（第二版），同济大学出版社，2000年10月
2.《建筑钢结构设计》，刘锡良、陈志华编著，天津大学出版社，2004年
3.《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）
5.《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规范》（JGJ82-91）
6.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
7.《冷弯薄壁型钢结构设计手册》
8.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（CECS102:
98）
9.《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
10.《建筑结构荷载规范》（GB50205-2001）（2006版）
11.《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）
五、考核方式
占总成绩的20%.
一、轴网布置、材料选择
某市某一厂房，该厂房为单层，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱高8m；共有12榀刚架，柱距9m，屋面坡度1:
10；地震设防列度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值0.05g。
刚架平面布置见图1（a），刚架形式及几何尺寸见图1（b）。
屋面及墙面板均为彩色压型钢板,内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。
120000
1
14
A
B
图1.1刚架平面布置图
9000
9000
9000
9000
9000
9000
9000
9000
9000
……
……
9000
9000
9000
27000
1350
8000
27000
图1.2刚架形式及几何尺寸
二、荷载取值计算
1．屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）
YX51-380-760型彩色压型钢板 0.15KN/m2
50mm厚保温玻璃棉板 0.05KN/m2
PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02KN/m2
檩条及支撑 0.10KN/m2
刚架斜梁自重 0.15KN/m2
悬挂设备 0.20KN/m2
合计 0.67KN/m2
2．屋面可变荷载标准值
屋面活荷载：
按不上人屋面考虑，取为0.50KN/m2。
雪荷载：
基本雪压S0=0.45KN/m2。
对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=5°42′38″，
μr=1.0，雪荷载标准值Sk=μrS0=0.5KN/m2。
取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50KN/m2，不考虑积灰荷载。
3．轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.50KN/m2
4．风荷载标准值
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：
2002附录A的规定计算。
基本风压ω0=1.05×0.35KN/m2，地面粗糙度类别为B类；
风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。
风荷载体型系数μs：
迎风面柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为＋0.55和－0.65（CECS102：
2002中间区）。
5．地震作用
据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18.8.1条建议：
单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于7度的地区可不进行抗震计算。
由于本工程的抗震设防烈度为6度，故本工程结构设计不考虑地震作用。
三、各部分作用的荷载标准值计算
屋面：
恒荷载标准值：
0.67×9=6.03KN/m
活荷载标准值：
0.50×9=4.50KN/m
柱荷载：
恒荷载标准值：
0.5×8×9+6.03×13.5=117.40KN
活荷载标准值：
4.50×13.5=60.75KN
风荷载标准值：
迎风面：
柱上qw1=1.05×0.35×9×0.25=0.83KN/m
横梁上qw2=－1.05×0.35×9×1.0=－3.31KN/m
背风面：
柱上qw3=－1.05×0.35×9×0.55=－1.82KN/m
横梁上qw4=－1.05×0.35×9×0.65=－2.15KN/m
四、内力分析
考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。
柱脚按铰接支承设计。
采用弹性分析方法确定刚架内力。
引用《钢结构设计与计算》（包头钢铁设计研究院编著，机械工业出版社）中表2－29（铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。
1．在恒荷载作用下:
g=6.03KN/m
由结构力学求解器可得
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端1杆端2
单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩
--------------------------------------------------------------------------------------------
1-63.3150338-21.56772430.00000000-63.3150338-21.5677243-172.541794
2-27.760756760.8547486-172.541794-21.4606787-2.14603101137.216243
3-21.46073982.14610267137.216243-27.7608177-60.8546770-172.541038
4-63.314956921.5676298-172.541038-63.314956921.5676298-0.00000000
--------------------------------------------------------------------------------------------
MA=ME=0KN·mMC=137.22KN·mMB=MD=172.54KN·m
VAB=VDE=VBA=VED=21.57KNVBC=-VDC=60.86KNVCD=-VCB=2.15KN
NAB=NED=99.32KNNDE=NBA=63.32KNNBC=-NDC=27.76KN
NCD=-NCB=21.46KN
刚架在恒荷载作用下的内力如图。
内力计算的“+、－”号规定：
弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
-169.34KN·
m
8000
27000
A
B
C
E
D
142.52KN·m
-169.34KN·m
65.31KN
36.00KN
36.00KN
65.31KN
23.47KN
23.47KN
g=6.03KN
/
m
图4.1.1刚架在恒荷载作用下的M图
99.52KN
99.52KN
22.76KN
8000
图4.1.2刚架在恒荷载作用下的N图
27000
A
E
B
C
D
65.31KN
99.52KN
25.44KN
22.76KN
65.31KN
99.52KN
+
+
+
+
8000
图4.1.3刚架在恒荷载作用下的V图
27000
A
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