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1、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） 控制截面确实定12五， 钢架设计121截面设计122构件验算131. 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.221. 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
2、，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0.05 KN/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。AC1:10B36000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4
3、 )钢架立面简图三， 荷载简图和计算1，荷载简图 恒载作用270004.24.24.24.236000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )活荷载作用3.03.036000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )风荷载作用qw2=2.22qw4=1.443qw1=0.555qw3=1.22136000600012345( 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荷载计算恒载彩色钢板保温层檩条0.25KN/m20.4KN/m20.05KN/m2活载活载和雪载风荷载0.3KN/m20.4KN/m2各荷载标准值计算屋
4、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qw10.555KN/m2横梁上qw22.22 KN/m2背风面柱上qw31.221 KN/m2横梁上qw41.443 KN/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KNm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KNm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KNm）风荷
5、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+1.40.9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AM0000Q-61.24-43.7529.25-91.76N-90.63-49.7533.87-128.76柱上BM-306.20-218.76139.3-467.56Q-61.24-43.7526.47-95.26N-69.63-49.7533.87-103.56梁上BM-306.20-218.76139.3-467.56Q63.1945.15-31.0793.57N-67.86-48.4929.71-105.09梁上
6、CM167.20119.46-70.67262.12Q-6.09-4.355.74-5.56N-60.94-43.5429.71-90.552控制截面确定CBAA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600300612，具体尺寸和截面信息见以下图表：梁、柱截面形式和尺寸截面名称面积IxIyWxWyixiymm2mm4mm4mm3mm3mmmmH6003006121065671797.710454011042393.3103360.1103259.671.22构件验算1. 构件宽厚比验算翼缘局部b1t
7、=300-6212=12.315235fy=15腹板局部hwtw=5766=96250235fy=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k=5.34 hw=576mm tw=6mmw=hwtw37235fyk =5766375.34235235=1.12因为0.8w1.4fv=1-0.64w-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=0KNm V=-9
8、1.76KN N=-128.76KN a. 正应力验算弯矩为0，故截面边缘正应力比值=1.0用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.112.08=13.29Nmm2k=161+2+0.1121-2+1+=4.0=hwtw28.1k235fy=576628.1223513.29=0.41因为0.8，=1柱上A截面全部有效b. 剪应力验算V1=91.76Vd=hwtwfv=576699.4=343.53KN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=-467.56KNm V=-95.26KN N=-103.56KN a. 正应力验算故截面边缘正应力比值=21=-1
9、85.64205.08=-0.91因为1f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1205.08=225.59KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=21.75=hwtw28.1k235fy=576628.121.75235225.59=0.72因为0.8，=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=95.26M=467.56KNm经验算柱上B截面强度满足要求b. 剪应力验算V1=95.26Vd=hwtwfv=576699.4=343.53KN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
10、梁线刚度k2=Ib2sIc=Ib K1=k2k1=5000216582=0.15K2=0.1(采用平板支座)查表得=2.635lox=h=50002.635=13175mmx=13175259.6=50.75=150平面内稳定x=50.75查表b类截面得x=0.853NEx=2EA1.12=22.061051.150.752=7647.09KN,有侧移，故mx=1.0NxA+mxM1-NNExxWe=212.37Nmm20.6用by代替byby=1.07-0.2823.13=0.981t=1-NNEx0+0.75NNEx02=1-128.767647.09+0.75128.767647.092
11、=0.98N0yAe0+tM1bywe1=128.761030.8910656+0.98467.561060.982393.3103=208.94Nmm2f=215Nmm23. 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k=5.34 hw=576mm tw=6mmw=hwtw37235fyk =5766375.34235235=1.12因为0.8w1.4fv=1-0.64w-0.8fv =1-0.641.12-0.8 125 =99.4Nmm2梁上B截面强度验算因为梁上B截面存在轴力
12、，剪力，弯矩M=467.56KNm V=93.57KN N=105.09KN a.正应力验算故截面边缘正应力比值=21=-185.50205.22=-0.90因为1f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1205.22=225.74KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=22.31=hwtw28.1k235fy=576628.122.31235225.74=0.71因为0.8，=1，所以梁上B截面全部有效梁上B截受剪力，弯矩，轴力共同作用V1=93.57M=467.56KNm经验算梁上B截面强度满足要求b.剪应力验算V1=93.57KNVd=hwtwfv=576699
13、.4=343.53KN梁上C截面强度验算因为梁上C截面存在轴力，剪力，弯矩M=262.12KNm V=-5.56KN N=-90.55KN a.正应力验算1=NA+MW=9055010656+262.121062393.3103=118.02Nmm2f=215Nmm22=NA-MW=9055010656-262.121062393.3103=-101.02Nmm2故截面边缘正应力比值=21=-101.02118.02=-0.86因为1f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1118.02=129.82KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=20.56=hwtw28.1
14、k235fy=576628.120.56235129.82=0.56因为0.8，=1，所以梁上C截面全部有效梁上C截面受剪力，弯矩，轴力共同作用V1=5.56KNM=262.12KNm经验算梁上C截面强度满足要求b.剪应力验算V1=5.56KNVd=hwtwfv=576699.4=343.53KN钢架梁整体稳定验算a. 根据规定，在钢架梁平面内可按压弯构件计算其强度，平面内无需验算稳定b. 平面外的稳定验算考虑到屋面压型钢板与檩条紧密连接，檩条可作为钢架梁平面外的支撑点，计算时为平安考虑，取ly=3000mmy=loyiy=300071.2=42.13查表B类截面y=0.89y0.6by代替b
15、yby=1.07-0.2821.03=0.81N0yAe0+tM1bywe1=90.551030.8910656+1262.111060.82393.3103=146.45Nmm2f=215Nmm2满足要求4. 钢架位移验算钢架在风荷载作用下的侧位移由于钢架坡度不大于1:5，钢架侧位移可按=Hh312EIc2+1计算。受力简图见以下图w=0.555+1.2215=8.88KN H=0.678.88=5.95KN1=IcLIbh=Lh=335=6.6=Hh312EIc2+1=3.61mmh60=83.33mm满足要求(3)节点设计1. 梁柱连接节点设计梁柱节点连接采用端板竖放的连接形式，连接处内
16、力M=467.56 KNm V=93.57KN N=105.09KN连接如图梁柱连接节点示意图(1)螺栓布置图(2)采用10.9级摩擦型高强度螺栓连接，连接外表采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，那么每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用8个高强度螺栓。螺栓群的布置如图螺栓验算假定中和轴位于节点板中心处，不考虑压力的有利作用，计算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，那么顶排螺栓的拉力最大Nmax=My1yi2=467.56103476.54114.52+476.52=231.92KNV=93.57KN抗剪满足要求端板厚度端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型：两边支承类端板端
17、板外伸和两边支承类端板端板平齐，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值。a、 两边支承类端板端板外伸：ef=175mm, ew=67mm, Nt=231.92KN, b=300mm , f=215t6efewNtewb+2efew+eff=61756723192021567300+217567+175=26.91mmb、两边支承类端板端板平齐：ef=175mm, ew=67mm, Nt=55.73KN, b=300mm , f=215t12efewNtewb+4efew+eff=12175675573021567300+417567+175=13.87mm
18、综上所得结果可取端板厚度为t32mm节点域验算斜梁与柱相交的节点域的剪力验算：节点域是指弯剪共同作用下应力情况比拟复杂的节点区域。节点域板件的国度变形会影响节点刚度，从而降低计算模型的准确性，对构件强度和结构变形造成不利的影响；未经加强的节点域板件在复杂应力下甚至会发生破坏。一般通过增加节点域加劲板或额外增加该区域板件厚度来加强节点域承载能力，轻钢规程CECS102推荐采用下面公式进行节点域验算：=Mdbdctc=467.561066006006=216.46Nmm2120Nmm2节点域剪应力不满足轻钢规程CECS102要求，应设置斜加劲肋，加劲肋厚度采用t=12mm的钢板，如图(1)所示。在
19、端板设置螺栓处，应按照轻钢规程CECS102第7.2.11条的规定验算构件腹板的强度。采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值：因为，所以因此，构件腹板的强度满足要求。刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，坡口形式应符合现行国家标准?手工电弧焊焊接接头的根本型式与尺寸?GB985 的规定。斜梁与斜梁的拼接节点设计采用以以下图的连接方式计算。1节点连接方式：节点采用M2010.9级高强度摩擦型高强螺栓连接，构件接触采用喷砂，摩擦面抗滑移系数u=0.45，每个高强度螺栓的预拉力P=225KN查?钢结构设计手册?，表4-12。2节点内力：M=354.2，
20、N=78KN，Q=85KN。3螺栓杆轴方向受拉受剪验算：4端板厚度计算：a伸臂类端板：；b两边支承类端板：当端板外伸时，；当端板平齐时，；故，取端板厚度t=20mm。2.梁梁节点设计梁梁拼接节点连接形式如图(3)所示，连接处选用如下组合内力值：M=262.12 KNm V=5.56KN N=90.55KN采用级摩擦型高强度螺栓连接，连接外表采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，那么每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用8个高强度螺栓。螺栓群的布置如图(4)所示。梁梁连接节点示意图(3)螺栓布置图(4)螺栓验算假定中和轴位于节点板中心处，不考虑压力的有利作用，计算最大拉力，并按照此拉力配置螺
21、栓，那么顶排螺栓的拉力最大Nmax=My1yi2=262.12103476.54114.52+476.52=130.02KNV=5.56KN抗剪满足要求端板厚度端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型：两边支承类端板端板外伸和两边支承类端板端板平齐，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值。a、 两边支承类端板端板外伸：ef=175mm, ew=52mm, Nt=130.02KN, b=300mm , f=215t6efewNtewb+2efew+eff=61756713002021552300+217552+175=18.64mmb、两边支承
22、类端板端板平齐：ef=175mm, ew=52mm, Nt=31.02KN, b=300mm , f=215t12efewNtewb+4efew+eff=12175523124021552300+417552+175=9.54mm综上所得结果可取端板厚度为t22mm刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，坡口形式应符合现行国家标准?手工电弧焊焊接接头的根本型式与尺寸?GB985 的规定。(4)柱脚设计按照计算假定，柱脚的形式为铰接，不能抵抗弯矩。剪力由底板与混凝土之的摩擦力承当假设经过验算不满足，那么需设置抗剪键。柱脚的形式如图5所示，采用四个锚
23、栓与根底连接。锚栓为，。根底砼标号。根底底板设计采用如下荷载组合进行：N=128.76KN，V=91.76KN1.柱脚混凝土强度验算计算受压混凝土面积为那么其单位应力柱脚详图(5)2.柱脚底板尺寸确实定假定底板宽度底板长度L=1BNfc+A0=134012876012.5+1256=33.99mm取3.柱脚底板厚度确实定底板压力q=NLB-A0=128760680340-1256=0.56Nmm2底板按三边支承板一边自由板计算，查表得。因此,M=0.0580.563002=2923.2Nmm2底板厚度t=6Mmax215=62923.2215=9.0mm底板的厚度不小16mm，所以实际取用底板
24、厚度t=20mm。4.柱脚抗剪承载力验算柱底组合内力均为受压，根底混凝土与柱脚底板间的摩擦系数为0.4，由于f=0.4128.76=51.50KNVmin=91.76KN ，故需设置抗剪键。采用20a号槽钢作为其抗剪键，其截面特性为2-2剖面图槽钢与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，坡口形式应符合现行国家标准?手工电弧焊焊接接头的根本型式与尺寸?GB985 的规定，截面无削弱其设置如图采用槽钢抵抗全部剪力，那么槽钢与混凝土接触面所抵抗最大剪力为N=91760200100=4.588Nmm2ft=12.5Nmm2，满足。验算槽钢与端板的对接焊缝受力，假定剪力所用于槽钢的中部，与端板往下50mm，那么f=Mwymin=917605024200=189.59Nmm2f=215，焊缝强度满足。23 / 23
