钢结构单层厂房结构计算书.docx
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钢结构单层厂房结构计算书
钢结构课程设计
---王子涵
一、设计资料
该设计为单层厂房设计，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度18m，柱高6m；共有12榀刚架，柱距6m，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，详细做法见建筑专业设计文件；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。
二、荷载计算
（一）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=0.45KN/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=1.05×0.45KN/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：
恒荷载标准值：
0.5×6×6+4.02×9=54.18KN
活荷载标准值：
3.00×9=27.00KN
风荷载标准值：
迎风面：
柱上qw1=0.47×6×0.25=0.71KN/m
横梁上qw2=－0.47×6×1.0=－2.82KN/m
背风面：
柱上qw3=－0.47×6×0.55=－1.55KN/m
横梁上qw4=－0.47×6×0.65=－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·m
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=3.00×18×3×0.5289/8=10.71KN
MC=3.00×182[1－（1+0.15）×0.5289]/8=47.60KN·m
MB=MD=－3.00×182×0.5289/8=－64.26KN·m
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=2.82×18×3×0.1322/4=5.03KN
MB=MD=5.03×6=30.18KN·m
MC=ql2[α2－（1+ψ）Φ]/4=2.82×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=22.38KN·m
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=1.83×18×3×0.1322/4=3.27KN
MB=MD=3.27×6=19.62KN·m
MC=ql2[α2－（1+ψ）Φ]/4=1.83×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=14.52KN·m
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·m
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=－1.55×62/（2×18）=－1.55KN
HA=1.55×6－7.02=2.28KN
MD=7.02×6－1.55×62/2=14.22KN·m
MB=2.28×6=13.68KN·m
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·m
MD=1.25×6=7.50KN·m
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·m
MD=0.84×6=5.04KN·m
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×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应
C．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+0.6×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应
D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
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：
（1）Mmax及相应的N、V；
（2）Mmin及相应的N、V
对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：
（1）Mmax及相应的N、V；
（2）Mmin及相应的N、V
（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
（KN）
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×恒+1.4×风
－7.89
1.05
－1.67（←）
Nmax及相应的±Mmax、V
A
1.2×恒+1.4×活
193.30
81.22
－32.21（←）
Nmin及相应的±Mmax、V
B
1.0×恒+1.4×风
－7.89
1.05
－1.67（←）
柱底（A点）
Mmax及相应的N、V
Mmin及相应的N、V
Nmax及相应的±Mmax、V
A
1.2×恒+1.4×活
0
102.82
－32.21（→）
Nmin及相应的±Mmax、V
B
1.0×恒+1.4×风
0
19.05
4.30（←）
刚
架
梁
支座（B点）
Mmax及相应的N、V
A
1.2×恒+1.4×活
193.30
39.89
77.60（↑）
Mmini及相应的N、V
B
1.0×恒+1.4×风
－7.89
1.57
0.89（↑）
跨中（C点）
Mmax及相应的N、V
B
1.0×恒+1.4×风
－9.40
－2.03
0.60（↓）
Mmin及相应的N、V
A
1.2×恒+1.4×活
－143.18
31.81
－3.21（↑）
注：
内力计算的“+、－”号规定：
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=426×8×125=426000N=426.0KN
Vmax=77.60KN（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·N
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）整体稳定验算
N=39.89KN，M=193.30KN·m
A．梁平面内的整体稳定性验算。
计算长度取横梁长度lx=18090mm，
λx=lx
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