单层工业厂房设计.docx

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单层工业厂房设计

《钢结构》

课程设计报告

题目：

单层工业厂房设计

院（系）：

城市建设学院

专业班级：

土木1304班

学生姓名：

张伟

学号：

20133101168

指导教师：

邹思敏

2016年_5_月8日至2016年5_月14_日

武昌首义学院制

一、设计资料8

二、结构平面柱网及支撑8

三、荷载计算8

1.计算模型8

2.荷载取值8

3.截面内力9

4.荷载组合13

5.内力组合13

四、梁柱截面设计15

1.截面尺寸确定15

2.截面几何特性15

3.构件宽厚比验算15

四、刚架斜梁验算15

1.抗剪验算16

2.有效宽度计算及在MN、V共同作用下的验算16

3.斜梁的整体稳定验算17

五、刚架柱验算17

1.抗剪验算18

2.有效宽度计算及在MN、V共同作用下的验算18

3.斜梁的整体稳定验算19

六、节点设计20

1.构造要求21

2.节点验算22

钢结构课程设计任务书

一、设计题目

1、单层工业厂房设计

一、设计资料

单层厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m（a）、15m（b）、18m（c），

柱顶高度5.1m（a、b）、6.3m（c），共有8榀刚架。

柱距6.3m（a）6m（b、c），屋面坡度1/10，柱底铰接。

窗高出柱脚1.5m,尺寸为1.5x3m，每个柱距间居中设置一个。

两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为3.3x4.5m。

取中间跨刚架（GJ-1）进行计算，刚架构件截面采用变截面焊接工字形。

屋面及墙面均为带100mm?

岩棉夹层的双层压型钢板；檩条（墙梁）采用薄壁卷边C型钢，间距为1.5m。

钢材采用Q235B焊条E43型。

抗震设防烈度为6度。

1、

屋面不可变何载标准值（按水平投影面）：

a0.35kN/m2

b0.4kN/

c0.5kN/

m2

m2

2、

屋面可变何载标准值（按水平投影面）：

a0.5kN/

m2

b0.4kN/

m2

c0.3kN/

m2

3、

雪荷载（基本雪压）

a0.3kN/

m2

b0.35kN/

m2

c0.5kN/

m2

4、

风荷载（基本风压）

a0.35kN/

m2

（地面粗糙度系数按

C类）b0.45kN/

m2

c0.35kN/

m2

三

、课程设计要求

1、

根据设计资料进行结构布置（含屋面支撑和柱间支撑）。

并绘制结构平面布置图

（1:

100）

参考图：

12严痔&.0rn>4建培直启■和惫堑

提示：

布置屋面檩条、拉条、隅撑；布置墙面墙梁、拉条、隅撑。

布置墙面檩条时，注意预留门窗洞口的空间。

3、根据题目给定的荷载，进行荷载组合。

找出各构件的控制截面及内力值，并根据内

力值对刚架梁和刚架柱以及一个梁柱刚性节点进行设计。

出具相关计算书。

（门式刚架

内力分析可借助分析软件）

4、绘制GJ-1的施工图。

要求对每一个单元板件均编号并列入材料表并计算重量由此统计单榀刚架总重量。

参考图：

—I

参考图:

6要求刚架柱和刚架梁均按变截面设计

七、参考资料推荐

1、《门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）》（02SG518-1

2、《钢结构课程设计指导与设计范例》王静峰主编武汉理工大学出版社

3、其它与钢结构设计实际例子的书籍均可参考。

指导教师（签名）：

20年月日

课程设计成绩评定表

成绩评疋

项目

比例

得分

平时成绩（百分制记分）

30%

业务考核成绩（百分制记分）

70%

总评成绩（百分制记分）

100%

评定等级

优良中及格不及格

指导教师（签名）：

20年月曰

一、设计资料

该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度18m柱顶高度6.3m，共8榀刚架，柱距6m屋面坡度1/10，柱底铰接。

窗高出柱脚1.5m，尺寸为1.5x3m，每个柱距间居中设置一个。

两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为3.3x4.5m。

刚架构件截面采用变截面焊接工字形。

屋面及墙面均为带100mm厚岩棉夹层的双层压型钢板；檩条（墙梁）采用薄壁卷边C型钢，间距为1.5m。

钢材采用Q235B焊条E43型。

抗震设防烈度为6度。

荷载取值：

屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）0.4kN/卅；屋面可变荷载标准值（按水平投影面）0.4kN/卅；基本雪压0.35kN/卅；基本风压0.45kN/卅，地面粗糙度系数按C类，柱与墙自重0.5kN/m20

二、结构平面柱网及支撑

该厂房跨度18m柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵向长度6X（8-1）=42m,由于纵向温度区段不大于300m横向温度区段不大于150m因此不用设置伸缩缝。

柱间支撑宜布置在温度区段的中部，以减小纵向温度应力的影响。

并在屋盖相应部位设置檩条、拉条及撑杆，同时应该在柱间支撑布置的柱间布置屋盖横向水平支撑。

由于无吊车，且柱高＜柱距，因此柱间支撑不用分层布置。

三、荷载计算

1、计算模型

选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用变截面设计。

跨度18m柱高6.3m，屋面坡度1:

10。

计算模型为：

-——11=10

r^i

一1亦

2、荷载取值

（1）屋面不可变荷载标准值：

0.5kN/m2x6m=3.0kN/m柱及墙自重标准值：

0.5kN/m2x6m=3.0kN/m

3KN/P1

（2）屋面可变荷载标准值：

0.3kN/m2x6m=1.8kN/m雪荷载标准值：

0.5kN/m2x6m=3.0kN/m

雪荷载不与屋面可变荷载同时考虑，应取两者较大值3.0kN/m

3.0KN/n

（3）风荷载以风左吹为例计算，

A.0.2取值。

风荷载体型系数如下:

1.050.740.350.250.068KN/m2

根据公式Wk1.05sz0计算风压高度变化系数z应根据建筑物离地面或

海平面的高度以及地面的粗糙程度进行确定，按《荷载规范》中表7.2.1取值为

z=0.74。

风荷载体型系数s按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中附录

屋顶：

Wk

1.05

0.74

0.35

（■

-1.0）

-0.272KN/m2

q1

-0.272

6

-1.632KN/m

背风面

:

侧面：

Wk

1.05

0.74

0.35

（-

■0.55）

-0.150KN/m2

q1

-0.150

6

-0.90KN/m

屋顶：

Wk

1.05

0.74

0.35

（-

■0.65）

-0.177KN/m2

q1

-0.177

6

-1.062KN/m

侧面：

Wk

q10.0686

0.408KN/m

荷载简图如下所示:

一三三兰三

风荷载作用下

（4）水平地震作用由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重小，当抗震设防烈度为7度及7度以下时，一般不需进行抗震验算。

3、截面内力

根据各个计算简图，利用结构力学求解器计算内力，得结构在各种荷载作用下的内力图。

（1）在不可变荷载作用下内力图：

0

15

M图（KN.m

图（KN

15

V图（KN

（2）在雪荷载作用下内力图

15

M图（KN.m

-12.

r

I-27.00

1

图（KN

5

4.荷载组合

该结构值考虑屋面不可变荷载、雪荷载、风荷载。

所以进行刚架内力分析时，所需考虑荷载效应组合主要有：

（1）1.2x永久荷载+1.4x｛屋面活荷载，雪荷载｝max+1.4x0.7x风荷载

（2）1.2x永久荷载+1.4x0.7x｛屋面活荷载，雪荷载｝max+1.4x风荷载

（3）1.0x永久荷载+1.4x风荷载

5.内力组合

根据不同荷载组合下的内力分析结果，找到控制截面的内力组合。

控制截面

的位置一般在柱底、柱顶、梁端、梁跨中等截面，控制截面内力组合主要有：

最大轴压力Nmax和同时出现的M及V较大值

最大弯矩Mmax和同时出现的N及V较大值

最小轴压力Nmin和同时出现的M及V较大值其内力组合如下表所示：

截面

内力

永久荷载

雪荷载

风荷载

1.2x永久

荷载

+1.4x雪

荷载

+1.4x0.7x风何载

1.0x永久

何载

+1.4x风

何载

柱小头

M

0

0

0

0

0

N

-27.00

-27.00

14.40

-56.09

-6.84

V

-9.93

-9.93

7.40

-18.57

0.43

柱大头

M

-62.57

-62.57

38.49

-125.00

-8.68

N

-27.00

-27.00

14.40

-56.09

-6.84

V

-9.93

-9.93

4.82

-21.09

-3.18

梁大头

M

-62.57

-62.57

38.49

-125.00

-8.68

N

-12.57

-12.57

6.23

-26.58

-3.85

V

25.88

25.88

-13.85

53.72

6.49

梁小头

M

49.99

49.99

-20.11

110.27

21.84

N

-9.88

-9.88

6.23

-19.58

-1.158

V

-0.99

-0.99

0.89

-1.70

0.256

由上表可知，各截面的内力为：

柱脚截面：

M=0N=-56.09KN,V=-18.57KN

柱顶截面：

M=-125.00KN.m,N=-56.09KN,V=-21.09N

梁端截面：

M=-125.00KN.m,N=-26.58KN,V=53.72KN

梁跨中截面：

M=110.27KN.m,N=-19.58KN,V=-1.70KN

四、梁柱截面设计

1.截面尺寸确定

（1）焊接工字型截面尺寸：

截面高度h以10mm为模数；截面宽度b以5mm为模数，但工程中经常以10mn为模数；腹板厚度tw可取4mm5mm6mn,大于6mm以2mm为模数；翼缘厚度t>6mn,以2mn为模数，且大于腹板厚度。

（2）工字型截面的高厚比（h/b）:

通常取h/b=2-5mm梁与柱采取端板竖放连接时，该梁端h/b<6.5。

（3）变截面梁的端高不宜小于跨度的1/40~1/35，中段高度则不小于跨度

的1/60。

变截面柱在铰接柱脚处的截面高度不宜小于200-250mm

综上所述，选择梁柱截面尺寸为：

梁大头500x250x8x14

小头400x200x6x8

柱大头500x250x8x14

小头400x200x6x8

2.截面几何特性

构件名称

截面

A

（mm2）

Ix

（mm4）

ly

（mm4）

Wx

（mm3）

ix

（mm

iy

（mm）

梁

大头

10776

48356

3648

1934

212

58

小头

5504

15126

1067

756

166

44

柱

大头

10776

48356

3648

1934

212

58

小头

5504

15126

1067

756

166

44

tw

6

3.构件宽厚比验算

由于VVd,故抗剪强度满足要求

所以Vdhwtwfvhwtwfv3846125288KN

由于VVd,故抗剪强度满足要求。

2.有效宽度计算及在MN、V共同作用下的验算大头

因此MeWef1934103215415.81KN.m

N19341033

MeMeNWe/Ae415.8126.5810411.04KN.m

10776

M：

M125.00KN.m，满足要求

即:

2

1143.5N/mm

2136.4N/mm2

w_w0.390.8

28.1k,235/（1.08763.5）

1,即腹板全截面有效

因此MeWef756103215162.54KN.m

M；Me

3

7561033

NWe/Ae162.5419.58103159.85KN.m

5504

MeNM

110.27KN.m，满足要求

3.斜梁的整体稳定验算

当斜梁坡度不超过1:

5时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。

实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支撑点的间距。

当斜梁两翼缘侧

向支撑点间的距离不相等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。

斜梁不需

计算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取受压翼缘宽度的16235/fy倍。

侧向支撑点由檩条配合支撑体系来提供，其间距不超过此值

任务书中檩条间距1500mm以梁小头400x200x6x8为例，因为200X16XV

235/235=3200>ly=1500,故不需计算斜梁平面外整体稳定性。

六、刚架柱的验算

所以Vdhwtwfvhwtwfv4728125472KN

由于VVd,故抗剪强度满足要求。

所以乂hwtwfvhwtwfv3846125288KN

由于VVd,故抗剪强度满足要求。

2.有效宽度计算及在MN、V共同作用下的验算

在MNV共同作用下，取控制截面为柱上端截面，即柱大头

M

125.00KN.m

内力设计值为

V

21.09KN

因为V

0.5Vd，故按M

M：

计算。

N

56.09KN

NMy

AI

56.091031251062

1077648356104

66.2N/mm2或

55.8N/mm2即:

66.2N/mmT

2

55.8N/mm

166.2

0.260.8

28.1k,235/（1.08763.5）

1,即腹板全截面有效

因此MeWef1934103215415.81KN.m

3

mSNMeNWe/代415.8156.09193410103405.74KN.m

10776

M]M125.00KN.m，满足要求

3.柱整体稳定性验算

平面内整体稳定性验算

根据二阶分析法计算柱的计算长度系数

平面外整体稳定性验算

假定分段出内力大小为大头和小头截面的平均值，即M=62.5KN.mN=56.09KNV=19.83KN。

且其截面尺寸取平均值为450x225x8x10,可以算出分段处截面的几何特性：

A7940mm2,IX27084104mm4,Iy1900104mm4,WX1204103mm3

计算上段的平面外稳定性，此段的小头在分段处

柱的楔率

梁整体稳定系数

4.230.6

等效弯矩系数

N0

tM1

56.09

103

125106

yAe0

'bWe1

0.782

7940

1.0001204103

因上柱段两端弯曲应力相差不多，取

t1.0

七.节点设计

1.构造要求螺栓排列应符合构造要求，采用端板竖放。

（门ew、ef应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm,此节点取ew75mm、ef40mm。

（2）螺栓排列间距不应小于2倍螺栓孔径，选取螺栓为8.8级M22型号，则

do=21.5mm端距大于43mm因此宽度方向端距取47mm因此宽度方向端距取

47mm长度方向端距取50mm

（3）两排螺栓之间最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过500mm因此确定端板长L=500+40x2+2x50=680mm宽b=8+75x2+2x47=252m。

2.节点验算

a、节点螺栓验算

柱节点处内力值：

M=125.00KN.mN=56.09KNV=21.09KN梁节点处内力值：

M=125.00KN.mN=26.58KNV=53.72KN

一个螺栓的抗拉承载力设计值N：

0.8p120KN

一个螺栓的抗剪承载力设计值NV0.9nfP0.910.4515060.75KN

柱截面：

螺栓所受剪力

V21.09

Nv=2.6KN

n8

受力最大的螺栓所受拉力

第二排螺栓所受拉力

高强度螺栓摩擦型连接同时受剪和受拉时，其承载力计算

梁截面

螺栓所受剪力

Nv

53.72

=6.7KN

受力最大螺栓所受拉力

第二排螺栓所受拉力

高强度螺栓摩擦型连接同时受剪和受拉时，其承载力计算

b、端板厚度设计

但不应小

此结构的端板厚度t可根据支撑条件按伸臂类和两边支撑类公式计算,于16mm和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度。

伸臂类：

t

两边支撑类:

250215

3

640120103

23.1mm

.[ewb

6efewNt

2ef（efej]f

67540120103

[75250275115]215

16.7mm

综上，取端板厚度t=24mm

c，腹板强度验算

柱截面：

N2t51.8KNp0.4p60KN

0.4P

ewtw

60103

758

22

100N/mmp215N/mm

梁截面:

N2t55.5KNp0.4p60KN

0.4P

ewtw

60103

758

22

100N/mmp215N/mm

d、梁柱节点域剪力验算

M1251062

66.2N/mm2

dbdctc5004728满足要求

pfv125N/mm2