钢结构厂房计算书.docx

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钢结构厂房计算书

一、设计资料

1.1厂房信息

该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m，柱顶高度5.1m，共8榀刚架，柱距6.3m，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。

1.2材料

刚架构件截面采用等截面焊接工字形。

钢材采用Q235B，焊条E43型。

1.3屋面及墙面材料

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。

1.4自然条件

抗震设防烈度为6度（不考虑地震作用）。

地面粗糙度系数按C类。

二、结构布置

该厂房跨度12m，柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵向长度6.3×（8-1）=44.1m,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。

结构布置图见附录

2.1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10mm为模数；腹板厚度tw可取4mm、5mm、6mm，大于6mm以2mm为模数；翼缘厚度t≥6mm，以2mm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=2～5；梁与柱采取端板竖放连接时，该梁端h/b≤6.5。

（3）等截面梁的截面高度一般取跨度的1/40～1/30，即300mm～400mm。

综上所述，初步选择梁柱截面均用等截面H型钢300×300×10×15

2.2截面几何特性

构件名称

截面

A（mm²）

Ix

×

Iy

×

Wx

×

ix

mm

iy

mm

Wy

×

梁

11850

20200

6750

1350

131

75.5

450

柱

11850

20200

6750

1350

131

75.5

450

三、荷载计算

荷载计算简图

3.1荷载取值计算

（1）屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）：

0.5kN/㎡（包括构件自重）；

（2）屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：

0.4kN/㎡；

（3）基本雪压S0=0.35kN/㎡；对于单跨双坡屋面，屋面坡度α=5.71,μz=1.0雪荷载标准值SK=S0×μz=0.35kN/㎡0.4kN/㎡,取屋面活荷载和雪荷载中的较大值为0.4kN/㎡，不考虑积灰荷载。

（4）基本风压：

0.35kN/㎡。

按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的规定计算，基本风压ω0=1.0×0.35=0.3675kN/㎡，地面粗糙度系数按C类。

风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用,μz=0.74。

风荷载体型系数μs，迎风面柱及屋面分别为+0.80和-0.60，背风面柱及屋面分别为-0.50和-0.50。

3.2荷载标准值计算

（1）屋面恒荷载标准值：

0.5×6.3=3.15kN/m

（2）屋面活荷载标准值：

0.4×6.3=2.52kN/m

（3）风荷载标准值：

qk=1.05μsμzω0×柱距

迎风面：

柱上q1=1.05×0.8×0.74×0.3675×6.3=1.44kN/m

横梁上q2=-1.05×0.6×0.74×0.3675×6.3=-1.08kN/m

背风面：

柱上q3=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90kN/m

横梁上q4=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90kN/m

荷载简图如下所示：

四、内力计算及组合

4.1刚架内力计算

注：

剪力图：

“+”表示方向“→”；

轴力图：

拉为正，压为负。

（1）在不可变荷载作用下内力图

M图（单位kN·m）

V图（单位kN）

N图（单位kN）

（2）在可变荷载作用下内力图

M图（单位kN·m）

V图（单位kN）

N图（单位kN）

（3）在风荷载作用下内力图（左风）

M图（单位kN·m）

V图（单位kN）

N图（单位kN）

（4）在风荷载作用下内力图（右风）

M图（单位kN·m）

V图（单位kN）

N图（单位kN）

4.2荷载组合

该结构只考虑承受屋面不可变荷载、屋面可变荷载、风荷载，所以进行刚架内力分析时，所需考虑的荷载效应组合主要有：

（1）1.2×不可变荷载+1.4×max{可变荷载，雪荷载}；

（2）1.2×不可变荷载+1.4×风荷载；

（3）1.2×不可变荷载+0.85×1.4×（不可变荷载+风荷载）

4.3内力组合

根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底（1-1）、柱顶（2-2）、梁支座（3-3）、梁跨中（4-4）等截面。

控制截面的内力组合主要有：

①最大轴压力Nmax和同时出现的M及V较大值。

②最大弯矩Mmax和同时出现的N及V较大值。

鉴于轻型门式刚架自重较轻，锚栓在强风下可能受到拔起力，需考虑③组合。

③最小轴压力Nmin和同时出现的M及V较大值，出现在不可变荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。

控制截面示意图

截面

内力

恒荷载

活荷载

风荷载

1.2不可变+1.4可变荷载

1.2不可变+1.4风荷载

1.2不可变+1.4*0.85（可变+风荷载）

1-1

M

0

0

0

0

0

0

N

-18.90

-15.12

8.70

-44.60

-16.02

-30.32

V

-5.66

-4.53

8.37

-13.36

2.21

-3.35

2-2

-28.88

-23.11

23.96

-68.16

-11.68

-39.42

-18.90

-15.12

8.70

-44.60

-16.02

-30.32

V

-5.66

-4.53

1.03

-13.36

-6.69

-10.96

3-3

-28.88

-23.11

23.96

-68.16

-11.68

-35.67

-7.52

-6.01

1.89

-17.74

-8.26

-13.93

V

18.24

14.59

-8.55

43.04

-35.80

29.08

4-4

24.42

19.53

-7.98

57.62

-43.76

43.05

-5.64

-4.51

1.89

-13.31

-10.16

-9.89

V

-0.56

-0.45

-2.04

-1.32

-3.23

-3.64

各情况下的截面内力值及组合值

由上表可知，各控制截面的内力为：

柱底截面：

M=0，N=-44.60kN,V=-13.36kN

柱顶截面：

M=-68.16kN·mN=-44.60kNV=-13.36kN

梁支座截面：

M=-68.16kN·mN=-17.74kNV=43.04kN

梁跨中截面：

M=57.62kN·mN=-13.31kNV=-3.64kN

五、刚架梁、柱的截面及稳定验算

5.1构件的宽厚比验算

翼缘部分：

b/t=145/15=9.67≤15=15，满足；

腹板部分：

h0/tw=270/10=27≤250=250，满足。

5.2刚架梁的验算

（1）梁的抗剪验算

梁支座V=43.04kN查书可知

梁支座处腹板的平均切应力：

=15.94N/mm2

所以满足；

故270×10×125=337.5kN>40.04kN,满足。

梁跨中V=-3.64kN查表可知

梁跨中腹板的平均切应力：

1.35N/mm2

所以满足

故270×10×125=337.5kN>3.64kN,满足。

综上所述：

梁的抗剪强度满足要求。

（2）有效宽度验算

梁支座处：

M=-68.16kN·mN=-17.74kNV=43.04kN

=1.50±45.55

所以σ1=47.05N/mm2

β=

=

，满足

所以腹板全截面有效

M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kN∙m

kN∙m>68.16kN∙m，满足。

（3）整体性验算

当斜梁不超过1:

5时，因为轴力很小可以把构件当做压弯构件计算，由于该厂房的坡度为1:

10，因此可以不进行稳定性验算。

5.3刚架柱的验算

（1）抗剪验算

柱顶：

柱的内力V=13.36kN查书可知

柱顶腹板的平均切应力：

=4.95N/mm2

满足；

270×10×125=337.5kN>13.36kN,满足。

柱底：

柱的内力V=13.36kN查书可知

柱底腹板的平均切应力：

=4.95N/mm2

满足；

270×10×125=337.5kN>13.36kN,满足。

所以柱的抗剪强度满足要求。

（2）有效宽度验算

柱顶M=-68.16kN·mN=-44.60kNV=-13.36kN

=3.76±45.55

所以σ1=49.31N/mm2

β=

=

，满足。

故腹板全截面有效

M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kN∙m

kN∙m>68.16kN∙m，满足。

（3）整体性验算

平面内稳定性验算：

柱的计算长度一端铰接一端固定

计算长度系数=0.7

所以，柱的计算长度

b类截面查表得

N/mm2

所以柱的平面内整体稳定性验算满足要求

六、节点设计

6.1梁柱节点设计

（1）构造要求

1）螺栓排列应符合构造要求，采用端板平放。

2）应满足扣紧螺栓的净空要求，通常不小于35mm，此节点处=56mm，=50mm。

3）螺栓排列端距不应小于两倍螺栓孔径，选取10.9级M20高强螺栓，两排螺栓之间最小距离为三倍直径，最大距离不应超过400mm，因此可确定端板长L=880mm，宽b=400mm。

6.2节点验算

（1）每个受拉螺栓的最大拉力kN

其抗拉承载力kN>107.8kN,满足要求。

另一端承压N/mm2

（2）抗剪靠c处两个螺栓，每个承载力为12.03/2=6.02kN

每个螺栓的抗剪能力kN>29.1kN,满足要求。

（3）端板厚度确定

又端板厚度不应小于螺栓直径

因此取端板厚度t=20mm。

图1梁柱节点设计

图2柱脚节点设计