鋼結構單層廠房結構計算書

1、鋼結構課程設計- 王子涵、設計資料該設計為單層廠房設計，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度18m，柱高 6m；共有 12 榀剛架，柱距 6m，屋面坡度 1:10 ；地震設防列度為 6 度，設計地震分 組為第一組， 設計基本地震加速度值。 剛架平面布置見圖 1（a） ，剛架形式及幾 何尺寸見圖 1（b） 。屋面及墻面板均為彩色壓型鋼板 , 內填充以保溫玻璃棉板， 詳細做法見建筑專業(yè)設計文件；考慮經(jīng)濟、制造和安裝方便，檁條和墻梁均采 用冷彎薄壁卷邊 C型鋼，間距為，鋼材采用 Q235鋼，焊條采用 E43 型。荷載計算（一）荷載取值計算1屋蓋永久荷載標準值（對水平投影面）YX51-380-760 型彩色

2、壓型鋼板KN/m250mm厚保溫玻璃棉板KN/m2PVC鋁箔及不銹鋼絲網(wǎng)KN/m2檁條及支撐KN/m2剛架斜梁自重2KN/m2懸掛設備KN/m2合計KN/m22屋面可變荷載標準值屋面活荷載：按不上人屋面考慮，取為 m2。 雪荷載：基本雪壓 S0=m2。對于單跨雙坡屋面，屋面坡角 =542 38， r=，雪荷載標準值 Sk= rS0=m2。 取屋面活荷載與雪荷載中的較大值 m2，不考慮積灰荷載。3輕質墻面及柱自重標準值（包括柱、墻骨架等）KN/m24風荷載標準值按門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程 CECS102：2002 附錄 A的規(guī)定計 算。基本風壓 0= KN/m2，地面粗糙度類別為 B 類；

3、風荷載高度變化系數(shù)按 建 筑結構荷載規(guī)范 （GB50009-2001） 的規(guī)定采用，當高度小于 10m時，按 10m高 度處的數(shù)值采用， z=。風荷載體型系數(shù) s：迎風面柱及屋面分別為和， 背風面柱及屋面分別為和 （CECS102：2002中間區(qū) ）。5地震作用據(jù)全國民用建筑工程設計技術措施（二）各部分作用的荷載標準值計算屋面：恒荷載標準值： 6=m活荷載標準值： 6=m柱荷載：恒荷載標準值： 6 6+9=活荷載標準值： 9=風荷載標準值：迎風面：柱上 qw1= 6 =m橫梁上 qw2= 6=m背風面：柱上 qw3= 6= m橫梁上 qw4= 6=m三、內力分析考慮本工程剛架跨度較小、 廠房高

4、度較低、 荷載情況及剛架加工制造方便， 剛架采用等截面，梁柱選用相同截面。柱腳按鉸接支承設計。采用彈性分析方法確定剛架內力。引用鋼結構設計與計算 (包頭鋼鐵設計研究院編著，機械工業(yè)出版社)中表 229(鉸接柱腳門式剛架計算公式)計算剛架內力。1在恒荷載作用下=l/h=18/6=3 =f/h=6=k=h/s=6/= =3+k+ (3+ )=3+ (3+=HA=HE=ql /8= 1838=2MC=ql MB=MD= 18 8= m剛架在活荷載作用下的內力如圖。3在風荷載作用下對于作用于屋面的風荷載可分解為水平方向的分力qx 和豎向的分力 qy。現(xiàn)分別計算，然后再疊加。(1) 在迎風面橫梁上風荷載

5、豎向分力 qw2y 作用下1 (1+) /8=1 (1+= m22MB=MD= ql /8= 18 8= m剛架在恒荷載作用下的內力如圖。內力計算的“ +、”號規(guī)定：彎矩圖以剛架外側受拉為正，在彎矩圖中畫在受拉側；軸力以桿件受壓為正，剪力以繞桿端順時針方向旋轉為正。2在活荷載作用下VA=VE=HA=HE=1838=2MC=1821 (1+ /8= mVA= 9 =HA=HE=ql /4= 18 3 4=MB=MD= 6= m2 2 2MC= ql 22(1+) /4= 182 /4= m剛架在 qw2y 作用下的內力如圖(2) 在背風面橫梁上風荷載豎向分力 qw4y 作用下VA= 9 =HA=

6、HE=ql /4= 18 3 4=MB=MD= 6= m2 2 2MC= ql 22(1+) /4= 182 /4= m 剛架在 qw4y 作用下的內力如圖。(3) 在迎風面柱上風荷載 qw1 作用下=1，22VA=VB=qh12/2L= 62/(2 18)= MBqh242(220.71 62412(20.9803)6.52 KN mHE=6=MD=6=m剛架在 qw1 作用下的內力如圖。(4) 在背風面柱上風荷載 qw3 作用下22VA=VB=qh12/2L= 62/(2 18)= HA= 6 =MD=6 6 /2=mMB= 6=m剛架在 qw3 作用下的內力如圖。(5) 在迎風面橫梁上風

7、荷載水平分力 qw2x 作用下 =1， =0HA=(1+/2=HE= =MB= 6=mMD= 6=m剛架在 qw2x 作用下的內力如圖。(6) 在背風面橫梁上風荷載水平分力 qw4x 作用下HA=(1+/2=HE= =MB= 6=mMD= 6=m剛架在 qw4x 作用下的內力如圖。(7) 用疊加繪制在風荷載作用下剛架的組合內力。四、內力組合剛架結構構件按承載能力極限狀態(tài)設計， 根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范 (GB50009 2001) 的規(guī)定，采用荷載效應的基本組合： 0SR。本工程結構構件安全等 級為二級， 0=。對于基本組合，荷載效應組合的設計值 S 從下列組合值中取最不利值確定：A恒荷載標準值計

8、算的荷載效應 +活荷載標準值計算的荷載效應B恒荷載標準值計算的荷載效應C恒荷載標準值計算的荷載效應 荷載標準值計算的荷載效應D恒荷載標準值計算的荷載效應 荷載標準值計算的荷載效應E恒荷載標準值計算的荷載效應+風荷載標準值計算的荷載效應+活荷載標準值計算的荷載效應 +風+風荷載標準值計算的荷載效應 +活+活荷載標準值計算的荷載效應本工程不進行抗震驗算。最不利內力組合的計算控制截面取柱底、柱頂、梁 端及梁跨中截面，對于剛架梁，截面可能的最不利內力組合有：梁端截面： (1)M max及相應的 N、V； (2)M min 及相應的 N、V梁跨中截面：(1)M max及相應的 N、V； (2)M min

9、及相應的 N、V對于剛架柱，截面可能的最不利內力組合有：(1) Mmax及相應的 N、V； (2)M min 及相應的 N、V(3)N max及相應的 Mmax、V ； (4)N min及相應的 Mmax、 V 內力組合見表 1。剛架內力組合表（以左半跨為例）表1截面內力組組合項目荷載組合方式荷載組合項目M（ KN m）N（KN）V（KN）剛架柱柱頂（ B點）Mmax及相應的 N、VA恒 +活（）Mmin 及相應的 N、VB恒 +風（）Nmax及相應的 Mmax、VA恒 +活（）Nmin 及相應的 Mmax、VB恒 +風（）柱底（ A點）Mmax及相應的 N、VMmin 及相應的 N、VNma

10、x及相應的 Mmax、VA恒 +活0（）Nmin 及相應的 Mmax、VB恒 +風0（）剛架支座（ B點）Mmax及相應的 N、VA恒 +活（）Mmini 及相應的 N、 VB恒 +風（）梁跨中（ C點）Mmax及相應的 N、VB恒 +風（）Mmin 及相應的 N、VA恒 +活（）注：內力計算的“ +、”號規(guī)定：彎矩圖以剛架外側受拉為正，軸力以桿件受壓為正，剪力以繞桿端順時針方向旋轉為五、剛架設計(一)截面設計參考類似工程及相關資料，梁柱截面均選用焊接工字鋼450 2008 12，截面特性：B=200mm，H=450mm，t w=，t f=， A=I x=28181cm4，Wx=1252cm3

11、，i x=I y=1602cm4， Wx=， i x=(二)構件驗算1構件寬厚比的驗算翼緣部分： b/t 96/12 8 15 235/f y 15腹板部分： h0/tw 426/8 53.25 250 235/f y 2502剛架梁的驗算(1) 抗剪驗算梁截面的最大剪力為 Vmax=考慮僅有支座加勁肋，2f v=125N/mmVu=hwt wf v=4268 125=426000N= Vmax=M= m，取 M=Mf故( V1)2 M M f 0 1，滿足要求。0.5VuM eu M f(3) 整體穩(wěn)定驗算N=，M=mA梁平面內的整體穩(wěn)定性驗算。計算長度取橫梁長度 l x=18090mm，x

12、=l x/i x=18090/= =150 ，b 類截面，查表得 x=NEX02EAe01.12 206 103 821021.1 97.6321592.0KN ， mx=mm2f=215 N/mm2，滿足要求。B橫梁平面外的整體穩(wěn)定驗算考慮屋面壓型鋼板與檁條緊密連接，有蒙皮作用，檁條可作為橫梁平面外 的支承點，但為安全起見， 計算長度按兩個檁距或隅撐間距考慮， 即 l y=3015mm。 對于等截面構件 =0， s= w=1 y= sl/i y0=3015/= ， b 類截面，查表得 y=取b故 h0 tw= by=26.2)26.2)2f35 fy115.7，滿足要求。53.25(48 0

13、 0.5梁跨中截面：故 h053.25(48 0 0.526.2)235115.3，滿足要求。twfy(5) 驗算檁條集中荷載下的局部受壓承載力檁條傳給橫梁上翼緣的集中荷載：F= 6+ 3=Lz=a+5hy+2hR=70+512+0=130mm驗算腹板上邊緣處的折算應力：取梁端截面處的內力： M=m， N=，V=2c=mmVSIt77.60 103 200 12 41928181 104 834.61N /mm232(146.10 39.89)2 17.722 17.72 (146.10 39.89) 3 34.61222= N/mm2=258 N/mm2 ，滿足要求。3剛架柱的驗算(1) 抗

14、剪驗算 柱截面的最大剪力為 Vmax= 考慮僅有支座加勁肋，2f v=125N/mm2Vu=hwt wf v=4268 125=426000N= Vmax=M= m，取 M=Mf故 (0.V5Vu 1)2 MMeu MMff 0 1，滿足要求。(3) 整體穩(wěn)定驗算構件的最大內力： N=， M=mA剛架柱平面內的整體穩(wěn)定性驗算。剛架柱高 H=6000mm，梁長 L=18090mm. 柱的線剛度 K1=I c1/h=28181 104/6000= 梁線剛度 K2=I b0/(2 S)=28181104/(2 9045)= K2/K1=，查表得柱的計算長度系數(shù) =。 剛架柱的計算長度 l x=h=1

15、7604mm。x=l x/i x=17604/=95 。0 =150 ， b 類截面，查表得 x=NEX0EAe01.1232 206 103 821021.1 95.021681.4KN ， mx=mm2f=215 N/mm2，滿足要求。B剛架柱平面外的整體穩(wěn)定驗算考慮屋面壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，起到應力蒙皮作用，與柱連接的 墻梁可作為柱平面外的支承點，但為安全起見，計算長度按兩個墻梁距離或隅 撐間距考慮，即 l y=3000mm。對于等截面構件 =0， s= w=1 y= sl/i y0=3000/= ， b 類截面，查表得 y=取 b = by=(4) 按鋼結構設計規(guī)范 (GB500

16、17 2003) 校核剛架柱腹板容許高厚比柱頂截面：故 h0 53.25 (48 0 0.5 26.2) 235 111.0 ，滿足要求。twf y柱底截面：故 h0 53.25 (16 0 0.5 25) 235 72.5 ，滿足要求。 twf y4驗算剛架在風荷載作用下的側移4Ic=I b=28181cm4， t = I c l/hI b=18000/6000=剛架柱頂?shù)刃搅Π聪率接嬎悖篐=其中 W=(1+ 4)h=+=1H2EhI3c (2 t)9.09 103 600033 4 (2 3) 14.1mm h/150 40mm12 206 103 28181 104三)節(jié)點驗算1梁柱

17、連接節(jié)點(1) 螺栓強度驗算梁柱節(jié)點采用級 M22高強度摩擦型螺栓連接，構件接觸面采用噴砂，摩擦 面抗滑移系數(shù) =，每個高強度螺栓的預拉力為 190KN，連接處傳遞內力設計值： N=，V=，M=m。每個螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：NVNtNVbN tbNVb 0.9n f p 0.9 1 0.45 190 8 615.6KN V 77.60KN ，滿足要求。 最外排一個螺栓的抗剪、抗拉力：77.60/8 128.65 0.97 1，滿足要求。615.6/8 152(2) 端板厚度驗算端板厚度取為 t=21mm。按二邊支承類端板計算：(3) 梁柱節(jié)點域的剪應力驗算M193.30 10 106.5

18、2N / mm端板厚度驗算 端板厚度取為 t=18mm。按二邊支承類端板計算： fv 125N /mm2 ，滿足要求。dbdctc426 426 10 v(4) 螺栓處腹板強度驗算Nt2 =190=2206.52N /mm2215N/ mm2 ，滿足要求。0.4P 0.4 190 10螺栓處腹板強度驗算Nt2= 155=ewtw46 82橫梁跨中節(jié)點橫梁跨中節(jié)點采用級 M20高強度摩擦型螺栓連接，構件接觸面采用噴砂， 摩擦面抗滑移系數(shù) =，每個高強度螺栓的預拉力為 155KN，連接處傳遞內力設 計值： N=， V=， M= m。每個螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：NVb 0.9nf p 0.9 1

19、 0.45 155 8 502.2KN V 3.21KN ，滿足要求。 最外排一個螺栓的抗剪、抗拉力：NVNtNVbNtb3.21/8 95.01502.2/8 1240.77 1，滿足要求。32215N /mm2，滿足要求。0.4P 0.4 155 1032168.48N /mm2 ewtw46 8柱腳設計 剛架柱與基礎鉸接，采用平板式鉸接柱腳。(1) 柱腳內力設計值Nmax=，相應的 V=；Nmin=，相應的 V=。(2) 由于柱底剪力較小，max=0，考慮柱間支撐豎向上拔力后， 錨栓仍不承受圖20.剛架柱腳節(jié)點拉力， 故僅考慮柱在安裝過程中的穩(wěn)定，按構造要求設置錨栓即可，采用4M24。(

20、3) 柱腳底板面積和厚度的計算A柱腳底板面積的確定b=b0+2t+2c=200+2 12+2 (2050)=264324mm，取 b=300mm；h=h0+2t+2c=450+2 12+2 (2050)=514574mm，取 h=550mm；底板布置如圖。驗算底板下混凝土的軸心抗壓強度設計值：基礎采用 C20混凝土， fc=mm23N 102.82 10320.62N /mm2cbh 300 550 c2c 9.6N /mm2c ，滿足要求。B底板厚度的確定根據(jù)柱底板被柱腹板和翼緣所分割的區(qū)段分別計算底板所承受的最大彎對于三邊支承板部分：b2/b1=96/426= ，按懸伸長度為 b2 的懸壁

21、板計算：M 1 a42 1 0.62 502 775N m距：對于懸壁板部分： 2 4 2底板厚度 t 6Mmax/ f 6 6608/ 215 13.6mm，取 t=20mm。六、其它構件設計（一）隅撐的設計隅撐按軸心受壓構件設計。軸心力 N 按下式計算： 連接螺栓采用普通 C 級螺栓 M12。 隅撐的計算長度取兩端連接螺栓中心的距離： l0=633mm。 選用 L50 4，截面特性：A=，Iu= ，Wu=， iu= ，iv= u=l0/ iu=633/= =200 ，b 類截面，查表得 u= 單面連接的角鋼強度設計值乘以折減系數(shù) y： =633/= ， y=+=uA12.16 1030.6

22、96 0.927 390248.0N / mm22215N /mm2滿足要求。二）檁條的設計基本資料1/10 ，檁條檁條選用冷彎薄壁卷槽形鋼，按單跨簡支構件設計。屋面坡度 跨度 6m，于跨中設一道拉條，水平檁距。材質為鋼材Q235。荷載及內力考慮永久荷載與屋面活荷載的組合為控制效應檁條線荷載標準值： Pk=+ =m檁條線荷載設計值： Pk=+ =mPx=Psin =m，Py=Pcos=m； 彎距設計值：Mx=Pyl2/8= 62/8= mMy=Pxl2/8= 62/32= m 截面選擇及截面特性 選用 C180 7020Ix= ， Wx=，ix= ；Iy= ，Wymax，= Wymin=，iy

23、= ， 0=；先按毛截面計算的截面應力為：0.17 10623.19 103M x M y 6.88 106WxWymax41.66 1032172.48N /mm2 （壓）Mx M y WxWymin6.88 106 0.17 10641.66 103 10.02 1032148.18N / mm2 （壓）M x My WxWy max6.88 106 0.17 10641.66 103 23.19 1032157.82N / mm2拉)(2) 受壓板件的穩(wěn)定系數(shù)A腹板腹板為加勁板件， =min/ max= 1，k= +2=B上翼緣板上翼緣板為最大壓力作用于部分加勁板件的支承邊，=min/

24、max= 1，kc= +2=(3) 受壓板件的有效寬度A腹板k=，kc=，b=180mm，c=70mm，t= ， 1=mm2板組約束系數(shù) k1=+( 2=由于 =min/ max0，取 =，bc=b/(1 )=180/(1+=b/t=180/=18 =18 =， 38 =38 =所以 18 b/t0，則 = = =，bc=b=70mm， b/t=70/=18 =18 =， 38 =38 =所以 18 b/t38 則截面有效寬度be1=，be2=12.9522.82 34.2331圖22.檁條上翼緣及腹板的有效凈截面C下翼緣板下翼緣板全截面受拉，全部有效。(4) 有效凈截面模量上翼緣板的扣除面積

25、寬度為： 70=；腹板的 扣除面積寬度為：=，同時在腹板的計算截面有一 13 拉條連接孔(距上翼緣板邊緣 35mm)，孔位置與扣除面積位置基本相同。所以腹板的扣除面積按 13 計算，見圖。有效凈截面模量為：Wenx/Wx=，Wenymax/Wymax，= Wenymin/Wymin=4強度計算按屋面能阻止檁條側向失穩(wěn)和扭轉考慮：5撓度計算5 1.155 cos5 4238 6000 4y 3 4 25.11mm l /200 30mmy 384 206 103 374.9 104，滿足要 求。6構造要求x=600/= =200 ，滿足要求y=300/= =200 ，滿足要求（三）墻梁設計1基本

26、資料本工程為單層廠房， 剛架柱距為 6m；外墻高， 標高以上采用彩色壓型鋼板。 墻梁間距，跨中設一道拉條，鋼材為 Q235。2荷載計算墻梁采用冷彎薄壁卷邊 C 型鋼 1606020，自重 g=7kg/m；墻重 m2；風荷載基本風壓 0=m2，風荷載標準值按 CECS10：2 2002 中的圍護結構計算： k=s z0， s=（ +）本工程外墻為落地墻，計算墻梁時不計墻重，另因墻梁先安裝故不計拉條 作用。qx= =m，qy= = m3內力計算Mx= 62/8= m， My= 62/8= m4強度計算墻梁 C160 6020，平放，開口朝上Wxmax，= Wmin=， Wy=，Iy=參考屋面檁條的

27、計算結果及工程實踐經(jīng)驗，取 Wenx= Wx， Weny= Wy在風吸力下拉條位置設在墻梁內側，并在柱底設斜拉條。此時壓型鋼板與 墻梁外側牢固相連，可不驗算墻梁的整體穩(wěn)定性。45 1.1 0.473 1.5 60004384 206 103 288.13 1045撓度計算22.3mm l /200 30mm，滿足要求。四）山墻抗風柱設計基本資料本工程山墻墻板為自承重墻；抗風柱 6274mm，間距采用 6m，承受的荷載有 自重、墻梁重量及山墻風荷載?？癸L柱與基礎鉸接，按壓彎構件設計?？癸L柱 視為支承于剛架橫梁和基礎的簡支構件。該地區(qū)基本風壓 0=m2，地面粗糙度類別為 B 類，隅撐間距?？癸L柱采

28、用Q235鋼。荷載計算抗風柱選用焊接工字鋼 300200 610，自重 g1=m墻梁及其支撐構件重量取 g2=7kg/m風荷載：按 CECS102:2002中的圍護結構計算k=sz 0， s=(+ ， 0= =m2 qz= 63+ 10-2)=qy= 6=m墻梁自重對抗風柱的偏心力矩為 6 3=m內力計算N=， M=1/8 +=m驗算構件的局部穩(wěn)定性翼緣寬厚比 b/t=96/10= 13 235/ f ymax minmax1.947，因 0，l0=6274mm， x= l0/ ix= =150235h0 280(48 0 0.5 26.2) 91.5 0 46.7 故 f ytw6 ，滿足要

29、求。強度驗算 截面特性： A=， Ix=9511cm4，Wx=，ix= ，Iy=1334cm4，Wy=，iy= 驗算彎矩作用平面內的穩(wěn)定性=， b 類截面，查表得 x=EX2EA1.1 22 206 103 568021.1 48.524463.1KN mx=mm2f=215 N/mm，2 滿足要求。驗算彎矩作用平面外的穩(wěn)定性 考慮隅撐為抗風柱平面外的側向支撐點l0y=3000mm， y= l0y/ iy=3000/= =150 ， b 類截面，查表得 y=1.072yf y44000 2350.983 = ， tx=mm2f=215 N/mm，2 滿足要求。撓度驗算 抗風柱在水平風荷載作用下

30、，可視為單跨簡支梁按下式計算其水平撓度：柱腳設計 因抗風柱承受的豎向荷載很小，故墊板尺寸按構造要求確定。采用400 30020；錨栓采用 2M20，平面布置如圖五）柱間支撐的設計柱間支撐的布置如圖柱間支撐為斜桿， 采用帶張緊裝置的十字 交叉圓鋼支撐。直桿用檁條兼用，因檁條留 有一定的應力裕量，根據(jù)經(jīng)驗及類似工程， 不再作壓彎桿件的剛度及承載力驗算。柱間支撐荷載及內力支撐計算簡圖如圖。作用于兩側山墻頂部節(jié)點的風荷載為 （山 墻高度取）：圖23.抗風柱柱腳節(jié)點取 s=+=， 1= 182=54000054006000600060005400 600660001 6 7 12圖24. 柱間支撐布置圖按一半山墻面作用風載的 1/3 考慮節(jié)點荷載標準值為：Fwk=1/31/2 =節(jié)點荷載設計值 Fw= =斜桿拉力設計值 N= =圖25.柱間支撐計算簡圖斜桿截面設計及強度驗算斜桿選用 12圓鋼， A=強度驗算： N/A= 103/=mm2f= 215N/mm2 剛度驗算：張緊的圓鋼不需要考慮長細比的要求。 但從構造上考慮采用 16。（六）屋