钢结构单层厂房结构设计计算书毕业设计Word文档下载推荐.docx
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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×
0.45KN/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。
故本工程结构设计不考虑地震作用。
(二)各部分作用的荷载标准值计算
屋面:
恒荷载标准值:
0.67×
6=4.02KN/m
活荷载标准值:
0.50×
6=3.00KN/m
柱荷载:
0.5×
6×
6+4.02×
9=54.18KN
3.00×
9=27.00KN
风荷载标准值:
迎风面:
柱上qw1=0.47×
0.25=0.71KN/m
横梁上qw2=-0.47×
1.0=-2.82KN/m
背风面:
柱上qw3=-0.47×
0.55=-1.55KN/m
横梁上qw4=-0.47×
0.65=-1.83KN/m
三、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
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·
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。
2.在活荷载作用下
VA=VE=27.00KN
HA=HE=3.00×
0.5289/8=10.71KN
MC=3.00×
182[1-(1+0.15)×
0.5289]/8=47.60KN·
MB=MD=-3.00×
0.5289/8=-64.26KN·
刚架在活荷载作用下的内力如图。
3.在风荷载作用下
对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx和竖向的分力qy。
现分别计算,然后再叠加。
(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y作用下
VA=2.82×
9-6.35=19.03KN
HA=HE=qlλΦ/4=2.82×
0.1322/4=5.03KN
MB=MD=5.03×
6=30.18KN·
MC=ql2[α2-(1+ψ)Φ]/4=2.82×
[0.52-1.15×
0.1322]/4=22.38KN·
刚架在qw2y作用下的内力如图
(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下
VA=1.83×
9-4.12=12.35KN
HA=HE=qlλΦ/4=1.83×
0.1322/4=3.27KN
MB=MD=3.27×
6=19.62KN·
MC=ql2[α2-(1+ψ)Φ]/4=1.83×
0.1322]/4=14.52KN·
刚架在qw4y作用下的内力如图。
(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下
α=1,
VA=-VB=-qh12/2L=-0.71×
62/(2×
18)=-0.71KN
HE=0.71×
6-3.22=1.04KN
MD=1.04×
6=6.24KN·
刚架在qw1作用下的内力如图。
(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下
VA=-VB=-qh12/2L=-1.55×
18)=-1.55KN
HA=1.55×
6-7.02=2.28KN
MD=7.02×
6-1.55×
62/2=14.22KN·
MB=2.28×
6=13.68KN·
刚架在qw3作用下的内力如图。
(5)在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下
α=1,β=0
HA=2.82×
0.9(1+0.0202)/2=1.29KN
HE=2.82×
0.9-1.29=1.25KN
MB=1.29×
6=7.74KN·
MD=1.25×
6=7.50KN·
刚架在qw2x作用下的内力如图。
(6)在背风面横梁上风荷载水平分力qw4x作用下
HA=1.83×
0.9(1+0.0202)/2=0.84KN
HE=1.83×
0.9-0.84=0.81KN
MB=0.81×
6=4.86KN·
MD=0.84×
6=5.04KN·
刚架在qw4x作用下的内力如图。
(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。
四、内力组合
刚架结构构件按承载能力极限状态设计,根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定,采用荷载效应的基本组合:
γ0S≤R。
本工程结构构件安全等级为二级,γ0=1.0。
对于基本组合,荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定:
A.1.2×
恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×
活荷载标准值计算的荷载效应
B.1.0×
风荷载标准值计算的荷载效应
C.1.2×
活荷载标准值计算的荷载效应+0.6×
1.4×
D.1.2×
风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×
E.1.35×
恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×
本工程不进行抗震验算。
最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面,对于刚架梁,截面可能的最不利内力组合有:
梁端截面:
(1)Mmax及相应的N、V;
(2)Mmin及相应的N、V
梁跨中截面:
对于刚架柱,截面可能的最不利内力组合有:
(3)Nmax及相应的±
Mmax、V;
(4)Nmin及相应的±
Mmax、V
内力组合见表1。
刚架内力组合表(以左半跨为例)
表1
截面
内力组组合项目
荷载组合方式
荷载组合项目
M
(KN·
m)
N
(KN)
V
刚
架
柱
柱顶(B点)
Mmax及相应的N、V
A
1.2×
恒+1.4×
活
193.30
81.22
-32.21(←)
Mmin及相应的N、V
B
1.0×
风
-7.89
1.05
-1.67(←)
Nmax及相应的±
Nmin及相应的±
柱底(A点)
102.82
-32.21(→)
19.05
4.30(←)
梁
支座(B点)
39.89
77.60(↑)
Mmini及相应的N、V
1.57
0.89(↑)
跨中(C点)
-9.40
-2.03
0.60(↓)
-143.18
31.81
-3.21(↑)
注:
弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
五、刚架设计
(一)截面设计
参考类似工程及相关资料,梁柱截面均选用焊接工字钢450×
200×
8×
12,截面特性:
B=200mm,H=450mm,tw=8.0mm,tf=12.0mm,A=82.1cm2
Ix=28181cm4,Wx=1252cm3,ix=18.53cm
Iy=1602cm4,Wx=160.2cm3,ix=4.42cm
(二)构件验算
1.构件宽厚比的验算
翼缘部分:
腹板部分:
2.刚架梁的验算
(1)抗剪验算
梁截面的最大剪力为Vmax=77.60KN
考虑仅有支座加劲肋,
fv=125N/mm2
Vu=hwtwfv=426×
125=426000N=426.0KN
Vmax=77.60KN<
Vu,满足要求。
(2)弯、剪、压共同作用下的验算
取梁端截面进行验算
N=39.89KN,V=77.60KN,M=193.30KN·
因V<
0.5Vu,取V=0.5Vu,按规范GB70017式4.4.1-1验算,
=220.90KN·
m>
M=193.30KN·
m,取M=Mf
故,满足要求。
(3)整体稳定