[工学]轻钢结构门式钢架设计.doc

绪 论 众所周知道，钢结构越来越多的被应用在高层建筑，立体桥梁等设施中。国内外钢结构工程大量涌现，钢结构体系越来越完善，越来越受建筑单位和客户青睐。综其原因，钢结构建筑主要有以下优点： 1强度高、自重轻、延性好 钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，构件截面小，可增加使用面积。高层钢结构建筑的结构占有面积是同类钢筋混凝土结构面积的28%，可增加使用面积3%5%左右。北京长富宫中心采用26层纯框架钢结构体系，钢柱断面仅为450mm450mm，层数和柱 网与其类似的钢筋混凝土结构柱断面约900mm900mm；5万平方米的建筑大约增加了2000平方米的使用面积。钢结构自重轻，为钢筋混凝土结构的1/21/3，降低了基础的负载，在地质条件差的津沪等地，优点更为突出。钢结构具有良好的延性、抗震性。对设防要求的高层建筑，自重减轻一半，相当于降低抗震设防烈度一度。2)施工周期短钢结构建筑的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓，安装迅速轻钢结构的最大优点是所有构件均可由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需45天到60天。3)综合经济效益好钢结构建筑通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；更由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板，美观华丽，改善了周边环境的动态感；因为建筑物本身的自重轻，一般情况下不需要做桩基，可以节省投资；由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后，使保温、隔热和隔章等效果良好。彩色钢板是以镀锌为基板又用硅酮作为表面，经两除两烘加工而成，耐久性也较好，根据目前我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显，这也是它赖以竞争的一大优势。 4) 抗震性能好由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。唐山地震的惨痛教训应予记起。目前，天津市已正式启动轻钢结构住宅。 5）节能环保，符合可持续发展的战略目标钢材本身就是一种环保型建筑材料，可以多次回收，重复利用，建造和拆除时对环境污染小，其节能指标可达50%以上，能很好地满足节能环保的要求，因此钢结构住宅是绿色环保建筑，符合可持续发展的要求。墙体采用轻型节能标准化预制墙板代替粘土砖。钢结构造价相对较高，应正确运用综合效益分析钢材产量、加工水平、钢材品种、规格、设计技术水平、计算造价的方法等。随着技术的发展，轻质材料的应用，设计方法的改进，钢结构的造价会逐渐降低。钢结构从开始到现在，经历了一个比较长的历程，到目前为止，有以下几个发展方向： 1）桥梁钢结构目前,我国公路桥梁已有23 万座,总长度达800 万延米。其中1999 年10 月建成通车、主跨达1385m 的江阴长江公路大桥,作为我国第一座超千米的悬索桥,不仅主跨长度居世界第四位,而且也标志我国跻身世界上能建造跨度千米以上大桥六强。其中,桥梁钢结构功不可没。2）高层及超高层钢结构目前,在世界上最高的15 座建筑中,有3 座属于祖国大陆。而正在建设中的上海环球金融中心将以其地上95 层,460m 的高度成为世界最高的建筑。我国20 世纪80 年代建成的11 幢高层建筑钢结构建筑,20 世纪90 年代以来建成或正在建造的高层建筑钢结构建筑共约32 幢。我国内地已建、在建的高层钢结构建筑已有40 余幢,总面积达320 104m2 ,用钢量约30 104 t 。其中1998 年建成的51 层大连国贸中心,高201m ,所用钢结构全采用了国产钢材。3)空间钢结构近年来,我国以钢网架及网壳为代表的空间网格结构得以迅速发展,目前,每年竣工网架结构工程在1. 0 107m2 以上。其中:北京首都机场四机位机库是世界上最大的飞机检修库之一,其屋盖跨度和覆盖面积均为国内最大,仅屋盖钢结构就使用钢材5000t 。在我国,100 多米跨度的网架或网壳建筑已有多座。一批航站楼、会议展览中心、体育场馆开始采用矩形管、圆钢管制作空间桁架、拱架及斜拉网架结构,加上波浪形屋面,其身姿更引人注目。4)轻钢结构轻型钢结构所用钢板大量为涂层钢板。2000 年,我国涂层钢板表现消费量达86. 4 104 t ,而当年涂层板产量只有35. 4 104 t ,市场满足率只有41 %。轻型钢结构体系中檩条和墙梁一般采用Z 形或C 形冷弯薄壁型钢。目前,我国冷弯型钢年产量在30 104 左右。据统计,中国每年大约有300 多万平方米轻钢建筑竣工(包括门式钢架、轻钢房屋和压型钢板、拱壳屋盖) 。5） 住宅钢结构为迅速提升我国住宅产业化程度,推进我国建筑用钢的技术创新及产业结构调整,从20 世纪80 年代我国开始引进国外的轻钢住宅进行开发研究,到了20 世纪末已取得进展。钢结构住宅建筑近几年已完成近50 104m2 的试点工程建筑,为下一步建立钢结构住宅体系、扩大钢结构建筑市场起到了有力推动作用。由于轻钢结构住宅具有耐腐蚀、不怕白蚁等特殊优势，其保险费率比其它建筑形式低约40%因此其市场规模正在逐年扩大。 当前，我国钢结构（含轻钢结构）发展的形势很好，我国钢结构年产已超过1亿吨，可以预言，21世纪将是钢结构快速发展时期，长期以来，由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破，从事钢结构制造、施工企业前景宽阔，各建筑设计院也面临着新的机遇和挑战。但是，以下几点仍需各方加以重视。 1）缺乏钢结构设计人员和施工技术工人我国建成及正在筹建的40多幢高层钢结构中，由国内院所设计的仅5幢，国内设计人员在钢结构，尤其在住宅钢结构方面，设计经验不足，导致设计方案过于保守，用钢量过大，增加了造价成本。设计人员须加强学习，通过实践磨合，尽快成熟起来。钢结构施工技术虽已成熟，但在钢结构住宅开发方面，国内尚没有成规模的项目；国内中等、高等专业学校的教学内容均未涉及钢结构住宅体系，使得我国建筑类专业的工程技术人员对这一体系知之甚少，缺乏熟练技术工人。 2）缺乏有针对性的钢结构规范我国现行规范是针对建筑物多采用耐火性能好的砖石和钢筋混凝土等材料的结构体系编制的，导致建筑设计防火规范在材料选用方面较国外苛刻。长期以来，镀锌轻钢龙骨在我国仅用于隔断、吊顶等非主要承重结构，我国冷弯薄壁型钢结构技术规程基本上不考虑用厚度2mm以下的钢材制作主要承重构件，对于国外大量采用的壁厚0.81.6mm的镀锌轻钢龙骨承重体系，我们既缺乏对其受力状况和结构安全性、耐久性的理论分析，也缺乏相关的实验数据，这就使得相关结构设计找不到有针对性的规范作为依据。这种规范不衔接的状况，使钢结构项目无论在工程报建阶段还是在工程验收阶段，都遇到数不尽的障碍与麻烦。 3）部分建筑用钢需进口我国高层建筑钢材几乎都从国外进口，国内大于50mm的厚钢板的Z向性能达不到要求。日本已能生产100mm的厚钢板，且种类多，如高强度低预热板、抗地震的厚钢板、防火厚钢板等。既然存在以上的问题，我们要采取一些对策和措施，尽量提高钢结构发展的水平。逐步引进、消化吸收国外标准。一般情况下,必须执行规范,但是技术标准和规范就其性质来说,永远都是落后于技术发展的。因此,在国内规范不完善时,建造试验工程不仅是应当的,而且是必须的,通过有计划地建造一批试验工程来引进相关技术,促使该技术成熟起来;京、津、沪已开展试点工程,在试点工程取得经验的基础上,编制相应的钢结构技术标准和规范。目前,建设部住宅产业化促进中心正在组织各有关科研设计单位、大专院校、生产企业共同编制行业技术标准低层轻钢结构住宅技术要求,这将结束钢结构住宅在我国无技术标准可依的局面。一旦有了技术标准,就应将这种技术体系纳入专业学校的教学内容中,并对在职工程技术人员和技术工人进行培训,企业和建筑科研院所也应投入力量进行深入研究和开发,使这一体系在我国日臻完善。我国钢结构建筑具备长期发展的基本条件,钢材年产量超过1亿吨,市场供应宽裕,54个主要钢铁企业分布均匀,供应比较便捷。国产普通碳素钢和低合金钢的主要性能可满足钢结构建筑的要求。马鞍山钢厂已经建成了我国最大的H型钢生产线;北新建材建造了中国第一条金属结构房屋生产线。2001年底建设部发布钢结构住宅建筑产业化技术导则,并组织钢结构住宅建筑体系及关键技术的课题研究。随国家经济实力的增强和和社会发展的需要,体育、休闲、展馆、机库、住宅等建筑的需求十分旺盛,2008年奥运设施的建设为我国钢结构的发展提供了更大的机遇。本次为江苏省南京市机械厂铸造车间单层门式刚架厂房设计及制造工艺设计，设计分为三部分：1、建筑设计：内容包括柱网布置；确定横向框架型式及主要尺寸；布置屋盖结构、墙架、支撑体系；选择各部分结构采用的钢材标号。这时应充分了解生产工艺和使用要求，建厂地区的自然地质资料、交通运输、材料供应等情况。2、结构设计：根据已确定的结构方案进行荷载计算，结构内力分析；计算各构件所需要的截面尺寸（或验算）及设计各构件间的连接。3、绘制结构图：根据技术设计确定的构件尺寸和连接，绘制施工图纸。但应了解钢材供应情况和钢结构制造厂的生产技术条件和安装设备等条件。第一章 建筑设计1. 建筑设计基础资料:毕业设计的原始数据： 厂房跨度20米，长为54米。 柱距6米 ， 柱高6.5米，屋面坡度1/10 。 恒载： 板及保温层0.35KN/m2 檩条自重0.05 KN/m2 刚架横梁0.15 KN/m2 悬挂设备0.10 KN/m2 活载： 均布活荷载0.30 KN/m2 墙面及柱荷载 0.50 KN/m2 基本雪荷载0.40KN/m2 基本风压0.45KN/m2 两跨双坡门式结构，无吊车。屋面彩钢板，独立基础 使用年限25年，安全等级二级。 屋面采用压型钢板 檩条采用轻型槽钢20 檩条间距1米 。屋面采用双层镀锌钢板锁边屋面系统，并在屋面设采光带。 冬季室外计算温度-20度 2设计条件：1）自然条件建筑物场地地势平坦，地下水对基础无腐蚀性，标准冻融深度为地下1.2m。第二层粉质粘土层做为持力层。2）荷载条件荷载类型荷载值活载屋面荷载0.30KN/m2基本风压0.45KN/ m2雪荷载0.40KN/ m2恒载板及保温层0.35KN/ m2檩条自重0.05KN/ m2刚架横梁0.15KN/ m2 悬挂设备0.10KN/m23材料规格钢材：型钢，钢板，冷弯薄壁型钢均为Q235B；螺栓：摩擦型高强度螺栓8.8级，10.9级和普通螺栓；焊接方法：手工焊、自动埋弧焊和CO2气体保护焊；基础混凝土C20，垫层混凝土C10；钢筋:直径D12mm为HRB335级钢筋,直径D10mm为HPB235级钢筋。 4施工与安装条件 各种材料保证供应，品种齐全； 施工技术力量雄厚，有足够的运输、吊装设备； 构件加工和预制设施配套，保证工期。5设计的依据建筑制图标准（GBT50104-2001）建筑结构制图标准（GBT50105-2001）钢结构设计规范（GB50017-2003）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81-2002）混凝土结构设计规程（GB50018-2002）钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规范（JGJ82-91）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）建筑抗震设计规范（GB500011-2001）压型金属板设计施工规程（YBJ216-88）上海标准轻型钢结构设计规程（DBJ08-68-97）参考的资料钢结构钢结构设计与计算轻型钢结构设计手册简明钢结构设计手册钢结构连接节点设计手册现行建筑结构规范大全冷弯薄壁型钢结构设计手册建筑结构构造资料集（上、下册）建筑钢结构设计手册（上、下册）等等。6设计指导思想(1)根据初步拟定的方案进行建筑技术设计。(2)设计应满足生产功能使用要求，并为工人创造良好的生产环境。(3)厂房结构选型应根据建筑、结构、施工要求综合考虑，应做到安全适用、技术先进、经济合理、外表美观，应积极采用新技术、新结构、新材料。(4)设计中应遵守各种有关设计规范，标准和部颁标准，如应符合厂房统一基本规划和建筑模数制等要求，有利于设计标准化、施工机械化、以提高建筑工业水平，对轻钢结构，可采用压型钢板作为墙面、屋面材料。(5)立面设计应力求简洁、明快、美观、大方。7设计特点及方案（1）结合地区地质、气象条件及车间特征在建筑平剖面设计中采取了相应措施。地区地质：基础持力层设置在第二层粉质粘土层。气象条件：有基本的风压，冬天有一定的积雪。建筑设计相应措施：主体结构采用双跨等高门式刚架，柱顶与横梁刚接,柱脚与基础均为铰接。屋面板采用双层镀锌钢板锁边屋面系统。外墙体在标高1.3m以下为350砖墙，加贴瓷砖装饰。标高1.3m以上为100mm彩钢板。沿厂房纵向采用塑钢隔热推拉窗。窗尺寸为3000mm1200mm。(2)平面组合、柱网布置及变形缝的设置特点。平面组合：厂房平面采用矩形形式平面跨布置。这种平面形式较其他平面形式个工段之间靠得更紧密，运输路线短捷，工艺联系紧密，工程管线较短，形式规整，占地面积少，吊车轨定标高相同，结构构造简单，造价较低，施工快，宽度不大情况下室内采光通风都较容易解决，所以该工程采用的是两跨平行布置。柱网布置：柱网布置的一般要求有以下几点：柱网布置优先满足工艺要求，还应考虑生产发展和工艺设备更新问题。应将柱布置在同一横向轴线上，使与屋架组成刚强的横向框架。柱网布置应结合工程具体情况进行综合方案比较确定。当厂房跨度L18m时，其跨度采用3m的倍数；当厂房跨度L18m时，其跨度采用6m的倍数，只有在生产工艺有特殊要求时，跨度方可采用21m、27m、33m等。柱距一般采用6m或 6m的倍数。变形缝的设置：查阅门式刚架轻型房屋钢结构技术规程温度区段长度（变形缝间的距离）有如下规定：纵向温度区段不大于220m,横向温度区段不大于120m设置变形缝。该厂纵向长度为54m，横向长度为18m，可不设置变形缝。(3)立面设计及空间艺术处理 建筑立面设计和建筑体型组合一样，在满足厂房使用要求和技术经济条件的前提下，运用建筑造型和立面构图的一些规律，紧密结合平面、剖面的内部空间组合下进行的。立面由柱子、勒脚、门窗、墙面、雨蓬等构件组成，恰当地确定立面中这些组成部分和构部件的比例和尺度，运用节奏韵律，虚实对比等规律，设计出体型完整、形式与内容统一的建筑立面，是立面设计的主要任务。本工程的立面设计采用水平划分的方法，在水平方向设窗。将门窗连成水平条带或者利用檐口、勒脚等水平构件组成水平条带。厂房的墙面为大型压型钢板墙面，采用窗墙合适的比例，自然构成水平线条划分。在空间艺术处理上，由于厂房跨度与柱距大小相近，其内部空间无明显方向性。空间单元结构多数统一且相互连通具有空间开阔感。整个厂房内部构图具有精确的空间序列和鲜明的节奏感。各种管道、管线采用暗藏式。厂房内柱上悬挂各种生产安全守则和操作规程、宣传画、图表。厂房内彩色处理深浅变化，上浅下深。环境色采用天蓝色，机械色由设备制造厂选定。(4)结构形式的特点本工程结构形式为门式刚架的承重结构。立面为水平划分，墙面采用压型钢板。屋面采用双层压型板锁边系统。设置内天沟有组织排水系统。外墙体在标高1.3m以下为砖墙外贴瓷砖。内部空间为方形柱网式，管道为暗藏式，室内颜色为蓝色。门式刚架轻钢建筑的特点有以下几点：1、构造简单、材料单一、地震反应小，2、自重轻、工期短、工业化程度高、主要构件在工厂制作，3、可以满足多种工艺使用要求和功能使用要求，4、轻钢结构建筑属于环保型，节能型产品，厂房可以搬迁，材料可以回收5、整体性依靠檩条、墙梁和隅撑来保证，支撑多用张紧的圆钢。（5）构造简要说明1.屋面构造屋面构造采用双层镀锌压型钢板保温屋面。外层屋面为B彩色扣板，内层为TD板反装。保温材料为75mm厚苯板，坡度为1：10的双坡屋面。2.墙体构造外墙体在标高1.3m以下为240砖墙。标高1.3m以上为双层镀锌钢板。外墙采用BHP压型保温墙面系统。玻璃丝棉保温厚度为50mm，与传统的混凝土屋面以及砌体墙体相比大大降低了结构自重使复杂结构轻型化。3.地面构造厂房地面土夯实后上铺混凝土。表层覆盖20mm厚水泥砂浆，沿纵向通道方向增至150mm厚度。室内地坪标高为0.000，室外地面标高为0.300m 。4.基础布置形式由于上部结构自重较轻，基础采用柱下独立基础形式，持力层为粉质粘土层。5.门窗厂房全部采用塑钢隔热平开窗，厂房出入门有推拉门和平开门两种。6.采光和通风为保证室内采光的强度均匀及避免眩光，采用侧面采光。利用室内外温度造成的热压和风吹向建筑物。通过采光窗进行自然通风。7.除锈和防腐采用酸洗磷化处理除锈，构件酸洗后再用2左右的磷酸作磷化处理，处理后涂上一层红色硼钡底漆以防腐第二章 结构设计：1荷载条件：屋面恒载： 板及保温层： 0.35 檩条自重： 0.05刚架横梁： 0.15悬挂设备： 0.10 屋面活荷载: 雪 荷 载 ： 0.4KN/m2 均布活荷载： 0.30 KN/m2 墙面及柱荷载： 0.50 KN/m2 基本风压： 0.45KN/m2冬季室外计算温度-20度，选用Q235B钢材 E43型焊条，混凝土等级为C25。在有较好加工条件的工厂加工，运往工地，运输长度16米，运输高度3.8米。外墙及屋面采用80mm金属压型彩钢复合板。该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组。基础设计选用天然地基，基础持力层为二层粉质粘土，承载力特征值120KPa。地下水对基础混凝土无腐蚀。地基土标准冻结深度Z0=0.6m。2.荷载计算：1）荷载组合按下列规则： 屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，设计时取两者较大者。积灰荷载与屋面活荷载或雪荷载中两者中较大者同时考虑。施工或检修荷载只与屋面材料或檩条自重荷载同时考虑。对于自重较轻的屋盖应验算在风吸力作用下屋架杆件檩条永久荷载与风荷组合下杆件截面应力反号的影响。2）荷载计算：屋面恒载： 板及保温层：0.35 KN/m2， 檩条自重：0.05 KN/m2 刚架横梁： 0.15 KN/m2， 悬挂设备：0.10 KN/m2屋面恒载总计： 0.65KN/m2屋面活载： 雪 荷 载： 0.4KN/m2 均布活荷载： 0.30 KN/m2 墙面及柱荷载 ： 0.50 KN/m2 基 本 风 压： 0.45KN/m2由于是机械厂轻钢车间厂房，不考虑积灰荷载。屋面活荷载选取雪荷载和均布活荷载中的较大值 ：0.40 KN/m2。3）各部分作用荷载屋面荷载 恒载 标准值： 设计值： 活载 标准值： 设计值： 柱荷载柱荷载： 恒荷载标准值：0.566.5+5.879=72.33KN 设计值：1.272.33=86.79 KN 活荷载标准值：3.609=32.4KN 设计值：1.432.4=45.36 KN风荷载1) 左风荷载本工程总高小于且高宽比小于m，故不考虑风压脉动影响，取。B类地面粗糙度，结构总高，取。风压调整系数，风压体型系数如图所示。根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，建筑类型为封闭式。风荷载体型系数按荷载规范（GB50009-2001）选用，如下图所示： 封闭式双跨双坡屋面风荷载体型系数（左风） 封闭式双跨双坡屋面风荷载体型系数（右风）左风时： 左风荷载计算简图2) 右风荷载 右风时： 右风荷载计算简图3.3.4.2 屋面恒荷载作用下的内力由于厂房为偶数跨对称布置，可简化为一半结构体系进行内力分析。屋面BDF柱承受均布竖向荷载作用q5.87KN/mm计算简图如图3.8所示。 框架在恒载下结构计算简图(单位KN/m)采用位移法求解杆件内力结构内力图如下：屋面恒载轴力图（单位KN）屋面恒载剪力图（单位KN）屋面恒载弯矩图（单位KNm）3.3.4.3 在活荷载作用下的内力屋面承受均布竖向活荷载q3.60KN/m,计算简图如图3.12所示框架在活荷载下结构计算简图(单位KN/m)结构内力图如下：活荷载轴力图（KN）活荷载剪力图（单位KN）活荷载弯矩图(KNm)3.3.4.4 风荷载作用下的内力风荷载作用下结构计算简图如所示 框架在风载下结构计算简图(单位KN/m)结构内力图如下：风荷载轴力图（单位KN）风荷载剪力图（单位KN）风荷载弯矩图（单位KNm3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(GB500092001)的规定，采用荷载效应的基本组合：0SR。本工程结构构件安全等级为二级，0=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：A1.2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B1.0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C1.2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+0.61.4风荷载标准值计算的荷载效应D1.2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+0.71.4活荷载标准值计算的荷载效应E1.35恒荷载标准值计算的荷载效应+0.71.4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。刚架内力组合表内力组合柱/梁截面荷载内力值组合1组合2组合3组合4恒载活载左风右风1.00 柱下端M0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 N45.36 -45.36 25.33 23.53 25.72 70.69 70.69 25.72 V18.25 -18.25 24.63 21.03 20.75 42.88 42.88 20.75 柱上端M-147.24 -105.87 89.54 88.67 -57.70 -162.72 -57.70 -162.72 N-63.09 -45.36 25.33 23.53 -37.76 -82.73 -37.76 -82.73 V25.38 -18.25 6.25 9.55 31.63 17.54 31.63 17.54 2.00 梁左端M-147.24 -105.87 89.54 88.67 -57.70 -162.72 -57.70 -58.57 N-31.53 -22.68 8.73 11.84 -22.80 -41.28 -22.80 -19.69 V60.25 43.32 -24.59 -22.47 35.66 79.02 35.66 37.78 梁右端M113.80 81.82 -36.44 -34.35 79.45 154.65 77.36 79.45 N-25.26 -18.16 6.60 10.07 -15.19 -35.66 -18.66 -15.19 V2.52 -1.82 -3.27 -4.73 -2.21 -2.06 -0.75 -2.21 3.00 梁左端M113.80 81.82 -36.44 -34.35 77.36 154.65 77.36 156.53 N-25.26 -18.16 5.82 8.93 -19.44 -36.36 -19.44 -33.57 V2.52 1.82 -4.51 -6.63 -1.99 0.09 -1.99 -1.82 梁右端M-147.25 -105.87 2.92 2.04 -145.21 -239.90 -144.33 -240.69 N-31.54 -22.68 7.60 11.06 -20.48 -45.11 -23.94 -41.99 V-60.25 -43.32 13.22 14.68 -45.57 -87.34 -47.03 -86.03 4.00 柱下端M-147.25 -105.87 2.92 2.04 -240.69 -144.33 -144.33 -253.12 N-63.09 -45.36 13.91 15.71 -89.78 -49.18 -49.18 -108.45 V25.39 18.25 -6.25 -9.55 33.22 19.14 19.14 43.64 柱上端M0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 N25.39 -45.36 13.91 15.71 39.30 -241.48 39.30 -19.97 V-63.09 18.25 5.24 8.84 -57.85 180.76 -57.85 -44.84 4截面选择与验算部位截面简图截面特性刚架横梁截面HN400200813截面积： A=84.12cm2惯性矩： Ix=23700cm4 Iy=1474cm4抵抗矩： Wx=1190cm3Wy=174cm3回转半径：ix=16.8cm iy=4.54cm刚架柱截面HW350350129截面积：A =173.9;惯性矩： Ix =40300; Iy =13600;抵抗矩： Wx=2300; Wy=776; 回转半径：ix =15.2cm; iy =8.84cm;（1）柱截面设计与验算本设计采用等截面柱，假定选择截面的焊接工字型钢，其截面简图如下： 下面对该截面的型钢进行校核： A =173.9; Ix =40300; Iy =13600; Wx=2300; Wy=776; ix =15.2cm; iy =8.84cm高厚比、宽厚比 腹板计算高厚比 H0/Tw=22.67 翼缘宽厚比 B/T=7.84轴心受压构件的截面分类 对 X 轴：b类 对 Y 轴：b类刚架(1)柱截面特性查表1）强度验算正应力：=215KN/剪应力：=125KN/2）稳定性验算构件的最大内力：N=-82.73KN，M=162.72KNmA刚架柱平面内的整体稳定性验算。刚架柱高H=6500mm，梁长L=29050mm.柱的线刚度K1=Ic1/h=40300104/6500=62000mm3梁线刚度K2=Ib0/(2S)=40300104/(29050)=22265.1mm3K2/K1=0.359，查表得柱的计算长度系数=3.80刚架柱的计算长度lx=24730mm。x=110.85=150，b类截面，查表得x=0.447，mx=1.0=82.32N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。B刚架柱平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即ly=2000mm。对于等截面构件=0，s=w=1y=73.5，b类截面，查表得y=0.732取b=1.070.282/by=0.822 (4)按钢结构设计规范(GB500172003)校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：平面内稳定计算最大应力 (N/mm*mm) = 22.62 平面内稳定计算最大应力比 = 0.110 平面外稳定计算最大应力 (N/mm*mm) = 21.64 平面外稳定计算最大应力比 = 0.106 门规CECS102:2002腹板容许高厚比 H0/TW = 250.00 翼缘容许宽厚比 B/T = 15.00平面内稳定计算最大应力 f= 205.00 平面外稳定计算最大应力 f= 205.00满足要求 刚架(2)柱截面特性查表1）强度验算正应力：=215KN/剪应力：=125KN/2）稳定性验算(3)整体稳定验算N=39.89KN，M=193.30KNmA梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度lx=18090mm，x=lx/ix=18090/185.3=97.63=150，b类截面，查表得x=0.570，mx=1.0=165.15N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。B横梁平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=2000mm。对于等截面构件=0，s=w=1y=73.5，b类截面，查表得y=0.732取b=1.070.282/by=0.821(4)按钢结构设计规范(GB500172003)校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：平面内稳定计算最大应力 (N/mm*mm) = 22.62 平面内稳定计算最大应力比 = 0.110 平面外稳定计算最大应力 (N/mm*mm) = 21.64 平面外稳定计算最大应力比 = 0.106 门规CECS102:2002腹板容许高厚比 H0/TW = 250.00 翼缘容许宽厚比 B/T = 15.00平面内稳定计算最大应力 f= 205.00 平面外稳定计算最大应力 f= 205.00（2）梁截面尺寸设计与验算刚梁(1)截面特性查表1）强度验算正应力：=215KN/剪应力：=125KN/(3)整体稳定验算N=54.21KN，M=253.11KNmA梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度lx=18090mm，x=lx/ix=18090/168=107.67=150，b类截面，查表得x=0.375，mx=1.0=209.45N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。B横梁平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=2000mm。对于等截面构件=0，s=w=1y=sl/iy0=3015/45.4=68.2，b类截面，查表得y=0.762取b=1.070.282/by=0.822(4)按钢结构设计规范(GB500172003)校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：平面外稳定最大应力(N/mm*mm) = 45.14 平面外稳定计算最大应力比 = 0.210平面外稳定最大应力 f= 215.00腹板高厚比 H0/TW= 42.75 H0/TW= 250.00 (CECS102:2002) 翼缘宽厚比 B/T = 6.15 B/T = 15.00满足要求刚梁(2)柱截面特性1）强度验算正应力：=215KN/剪应力：=125KN/(3)整体稳定验算N=54.21KN，M=253.11KNmA梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度lx=18090mm，x=lx/ix=18090/168=107.67=150，b类截面，查表得x=0.375，mx=1.0=212.115N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。B横梁平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=2000mm。对于等截面构件=0，s=w=1y=sl/iy0=3015/45.4=68.2，b类截面，查表得y=0.762取b=1.070.282/by=0.822(4)按钢结构设计规范(GB500172003)校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：平面外稳定最大应力(N/mm*mm) = 45.14 平面外稳定计算最大应力比 = 0.210平面外稳定最大应力 f= 215.00腹板高厚比 H0/TW= 42.75 H0/TW= 250.00 (CECS102:2002) 翼缘宽厚比 B/T = 6.15 B/T = 15.00满足要求1) 次梁（梁顶标高3.2m）次梁与压型钢板组合楼板组成构成组合梁，具体设计过程见组合楼板设计部分。3.7.3 支撑设计(图需要从新画)（1）柱间支撑的结构形式：柱间支撑设置为交叉支撑，如下图： 柱间支撑布置图（2）柱间支撑设计：1）载荷计算： 由屋盖垂直支撑传来的纵向风载荷W，基本风压W0风压高度变化系数取，风载荷体型系数取.考虑山墙放向风力的作用，增加结构纵向抗侧刚度，在轴2-3和5-6轴之间设置支撑。由于该柱间支撑采用柱支撑结构体系，故仅由竖向支撑承受风荷载，支撑承受宽度的荷载。纵向支撑计算简图见1) 各层支撑内力计算左风时： 节点集中风荷载 ：支撑杆拉力：支撑与柱组成立桁架来承受此水平力，由于两边柱截面相等，中和轴位于柱距中央，故其拉力按下式确定：2) 支撑斜杆截面选择选择，并验算如下。满足要求 5. 主要连接节点设计3.8.1 梁与柱的连接计算1) A1处节点设计 节点说明主梁截面为HN400200813，柱截面为HW350350129。梁与柱采用刚性连接：梁与柱端焊接端板，采用10.9级的M24摩擦型高强度螺栓连接，孔径，摩擦面要求作喷砂处理，摩擦抗滑移系数，螺栓预拉力。梁与柱连接节点如图3-21所示。连接处组合内力值为：图3-21 A2处节点 螺栓布置及计算a. 按螺栓布置要求，螺栓至梁、柱翼缘以及肋板的距离；端板宽度高度；设两排螺栓，螺栓每排数目。b. 螺栓强度验算：一个高强摩擦型螺栓受剪承载力设计值：高强螺栓抗剪验算：，满足要求；高强螺栓抗剪验算：满足要求。c. 连接板厚度设计端板厚度t根据支承条件计算确定，该节点螺栓均为两边支承类端板（端板外伸）。由图3-22可知，取端板厚度为d. 节点域剪应力验算满足要求。2) 一层纵向主梁与柱连接计算 节点说明主梁截面为HN400200813，柱截面为HW350350129。梁与柱采用刚性连接：梁翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，腹板采用8.8级的M20摩擦型高强度螺栓连接，孔径，摩擦面要求作喷砂处理，摩擦抗滑移系数，螺栓预拉力。梁与柱连接节点如图3-23所示。连接处组合内力值为： 。 螺栓布置及计算a. 按螺栓布置要求，螺栓至连接板端部距离，取；焊接通过孔取；连接板上下边缘到梁上下翼缘外侧距离，取；连接板高度；设双排螺栓，每排数目；螺栓间距。b. 螺栓群计算梁腹版惯性矩：（扣除焊缝通过孔上下各）；梁翼缘惯性矩：；腹板分担的弯矩为：；螺栓群受到的扭矩为：；由于螺栓群受到的扭矩很小，因此忽略不计，螺栓按抗剪计算。，满足要求。c. 连接板设计连接板的钢材与主梁相同，厚度应满足截面抗剪要求：，；连接板净截面与梁腹板净截面应相等：；因此连接板厚度。连接板的抗剪强度验算：，满足要求。d. 焊缝计算梁翼缘与柱水平加劲肋采用对接焊缝，完全焊透。满足要求。连接板与柱腹板相连的双面角焊缝抗剪强度：按构造取焊脚尺寸：双面脚焊缝焊脚尺寸取。有效焊缝长度：；有效焊缝截面模量：；，满足要求。3.8.2 梁与梁的连接计算1) B1处节点设计 节点说明主梁截面为HN400200813，采用刚性连接：梁端焊接端板，采用10.9级的M24摩擦型高强度螺栓连接，孔径，摩擦面要求作喷砂处理，摩擦抗滑移系数，螺栓预拉力。梁与柱连接节点如图3-22所示。连接处组合内力值为：，。 节点计算a. 按螺栓布置要求，螺栓至梁、柱翼缘以及肋板的距离；端板宽度高度；设两排螺栓，螺栓每排数目。 图3-22 B2处节点b. 螺栓强度验算：一个高强摩擦型螺栓受剪承载力设计值：节点处所受剪力很小，故可对螺栓受剪强度不做验算；高强螺栓抗拉验算：满足要求。c. 连接板厚度设计端板厚度t根据支承条件计算确定，该节点螺栓均为两边支承类端板（端板平齐）。由图3-22可知，取端板厚度为。2) 主梁与次梁连接节点计算 节点说明主梁截面为，次梁截面为，主梁与次梁铰接，连接形式见图3-23。采用10.9级的M20高强度螺栓承压连接，孔径。图3