m轻型门式钢架设计计算书.docx

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轻型门式刚架厂房主体结构设计

计算书

目录

一，设计资料…………………………………………………………..3

二，钢架布置简图…………………………………………………..3

三，荷载简图和计算………………………………………………4

（1）荷载简图……………………………………………………4

（2）荷载计算……………………………………………………5

四，内力分析与组合………………………………………………6

（1）内力计算和组合………………………………………6

（2）控制截面的确定………………………………………12

五，钢架设计…………………………………………………………12

（1）截面设计……………………………………………………12

（2）构件验算……………………………………………………13

1.构件宽厚比验算

2.钢架柱验算

3.钢架梁验算

4.钢架位移计算

（3）节点设计……………………………………………………..22

1.梁柱连接节点设计

2.横梁跨中节点设计

（3）柱脚设计………………………………………………………29

一，设计资料

一单层厂房采用单跨双坡轻型门式钢架，柱距6m,长度60m,钢架檐口高度H=6m,钢架跨度为36m,钢架为等截面的梁和柱，屋面坡度取1/10.屋面和墙面均采用彩色钢板，保温层，檩条或墙梁，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距均为1.45m，材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。

恒载：

彩色钢板0.25KN/m2

保温层 0.4KN/m2

檩条 0.05KN/m2

活载：

屋面活载和雪载0.3KN/m2

风荷载 0.4KN/m2

地震：

由于轻型门式钢架自重较轻，地震作用产生的荷载效应一般很小，本建筑为一般性建筑，不考虑地震作用。

二，钢架布置简图

该厂房长度60m,跨度36m，共有11榀刚架，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，

檩条间距为1.45m,墙梁间距1.5m。

A

C

1:

10

B

36000

6000

1

2

3

4

5

（1）

（2）

（3）

（4）

钢架立面简图

三，荷载简图和计算

（1），荷载简图

恒载作用

27000

4.2

4.2

4.2

4.2

36000

6000

1

2

3

4

5

（1）

（2）

（3）

（4）

活荷载作用

3.0

3.0

36000

6000

1

2

3

4

5

（1）

（2）

（3）

（4）

风荷载作用

qw2=2.22

qw4=1.443

qw1=0.555

qw3=1.221

36000

6000

1

2

3

4

5

（1）

（2）

（3）

（4）

取左风为例计算，右风同理计算（地面粗糙度为B类）

（2）荷载计算

已知

恒载

彩色钢板

保温层

檩条

0.25KN/m2

0.4KN/m2

0.05KN/m2

活载

活载和雪载

风荷载

0.3KN/m2

0.4KN/m2

各荷载标准值计算

屋面

恒荷载标准值

4.2KN/m2

活荷载标准值

3.0KN/m2

柱荷载

柱身荷载（墙重）

4.2KN/m2

风荷载

迎风面

柱上qw1

0.555KN/m2

横梁上qw2

2.22KN/m2

背风面

柱上qw3

1.221KN/m2

横梁上qw4

1.443KN/m2

附风载体型系数

迎风柱

0.25

迎风屋面

-1.00

背风屋面

-0.65

背风柱

-0.55

四，内力分析与组合

（1）内力计算与组合

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

恒载作用

恒载下弯矩图（单位KN∙m）

恒载下剪力图（单位KN）

恒载下轴力图（单位KN）

活载下弯矩图（单位KN∙m）

活载下剪力图（单位KN）

活载下轴力图（单位KN）

风荷载下弯矩图（单位KN∙m）

风荷载下剪力图（单位KN）

风荷载下轴力图（单位KN）

此设计只考虑全部荷载同时作用的一种情况，即：

1.2×恒载+1.4×0.9×（活载+风载）

各种情况下控制截面的内力

截面

内力

恒载

活载

左风

组合值

柱上A

M

0

0

0

0

Q

-61.24

-43.75

29.25

-91.76

N

-90.63

-49.75

33.87

-128.76

柱上B

M

-306.20

-218.76

139.3

-467.56

Q

-61.24

-43.75

26.47

-95.26

N

-69.63

-49.75

33.87

-103.56

梁上B

M

-306.20

-218.76

139.3

-467.56

Q

63.19

45.15

-31.07

93.57

N

-67.86

-48.49

29.71

-105.09

梁上C

M

167.20

119.46

-70.67

262.12

Q

-6.09

-4.35

5.74

-5.56

N

-60.94

-43.54

29.71

-90.55

（2）控制截面确定

C

B

A

A

取控制截面为上图的A，B，C三处共四个截面：

柱上A，柱上B，梁上B，梁上C。

五，钢架设计

（1）截面设计

初选梁柱截面均采用焊接工字钢600×300×6×12，具体尺寸和截面信息见下图表：

梁、柱截面形式和尺寸

截面名称

面积

Ix

Iy

Wx

Wy

ix

iy

mm2

mm4

mm4

mm3

mm3

mm

mm

H600×300×6×12

10656

71797.7×104

5401×104

2393.3×103

360.1×103

259.6

71.2

（2构件验算

1.构件宽厚比验算

翼缘部分b1t=300-6212=12.3<15235fy=15

腹板部分hwtw=5766=96<250235fy=250

满足要求

2.钢架柱验算

因为梁，柱是等截面的，因此高度变化率<60mm/m的条件。

所以考虑板件屈曲后的强度，腹板抗剪承载力按下式计算

Vd=hwtwfv'

梁柱都不设横向加劲肋

kτ=5.34hw=576mmtw=6mm

λw=hwtw37235fykτ=5766375.34235235=1.12

因为0.8<λw<1.4

fv'=1-0.64λw-0.8fv

=1-0.641.12-0.8×125=99.4Nmm2

柱上A截面

强度验算

因为柱上A截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力M=0KN∙mV=-91.76KNN=-128.76KN

a.正应力验算

σ1=NA=12876010656=12.08Nmm2

弯矩为0，故截面边缘正应力比值β=1.0

用γRσ1代替公式λρ=hwtw28.1kσ235fy

γRσ1=1.1×12.08=13.29Nmm2

kσ=161+β2+0.1121-β2+1+β

=4.0

λρ=hwtw28.1kσ235fy=576628.1×223513.29=0.41

因为λρ<0.8，ρ=1

柱上A截面全部有效

σ1=NA=12876010656=12.08Nmm2

b.剪应力验算

V1=91.76

经验算柱上A截面强度满足要求

柱上B截面

柱上B截面受到压弯作用

M=-467.56KN∙mV=-95.26KNN=-103.56KN

a.正应力验算

σ1=NA+MW=10356010656+467.56×1062393.3×103=205.08Nmm2

σ2=NA-MW=10356010656-467.56×1062393.3×103=-185.64Nmm2

故截面边缘正应力比值

β=σ2σ1=-185.64205.08=-0.91

因为σ1

γRσ1=1.1×205.08=225.59KNmm2

kσ=161+β2+0.1121-β2+1+β=21.75

λρ=hwtw28.1kσ235fy=576628.1×21.75235225.59=0.72

因为λρ<0.8，ρ=1，所以柱上B截面全部有效

柱上B截受剪力，弯矩，轴力共同作用

V1=95.26<0.5×576×6×99.4=171.76KN

所以采用下列公式进行强度验算

MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-103.56×10310656×2393.3×103=491.3KN∙m>M=467.56KN∙m

经验算柱上B截面强度满足要求

b.剪应力验算

V1=95.26

整体稳定验算

a.平面内稳定验算

钢架柱高5000mm,梁长2X16582=33164

柱线刚度k1=Ich梁线刚度k2=Ib2ψs

Ic=IbK1=k2k1=50002×16582=0.15

K2=0.1（采用平板支座）

查表得μ=2.635

lox=μh=5000×2.635=13175mm

λx=13175259.6=50.75<λ=150

平面内稳定

λx=50.75查表b类截面得φx=0.853

NEx'=π2EA1.1λ2=π2×2.06×1051.1×50.752=7647.09KN,有侧移，

故βmx=1.0

NφxA+βmxM1-NNEx'φxWe=212.37Nmm2

满足要求

b.平面外整体稳定验算

考虑到墙面压型钢板与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱相连的墙梁可作为柱平面外的支撑点，计算时，为了安全起见，计算长度按两个墙梁间距或隅撑间距考虑。

loy=3000mm

λy=loyiy=300071.2=42.13查表B类截面φy=0.89

对等截面构件

γ=0，μs=μw=1,λy=42.13

φby=4320λy2A0h0wx0μsμw2+λyot04.4h02235fy=432042.13210656×6002393.3×1031+42.13×124.4×6002

=3.13>0.6

用φby‘代替φbyφby‘=1.07-0.2823.13=0.98<1

βt=1-NNEx0'+0.75NNEx0'2=1-128.767647.09+0.75128.767647.092=0.98

N0φyAe0+βtM1φbywe1=128.76×1030.89×10656+0.98×467.56×1060.98×2393.3×103=208.94Nmm2

3.钢架梁验算

因为梁，柱是等截面的，因此高度变化率<60mm/m的条件。

所以考虑板件屈曲后的强度，腹板抗剪承载力按下式计算

Vd=hwtwfv'

梁柱都不设横向加劲肋

kτ=5.3