单层工业厂房设计

1、 钢结构 课程设计报告题 目：单层工业厂房设计院 （系）：城市建设学院专业班级：土木 1304 班学生姓名：张伟学 号：指导教师：邹思敏2016 年5 月 8 日至 2016 年 5 月 14 日 武昌首义学院制目录一、设计资料 8二、结构平面柱网及支撑 8三、荷载计算 81. 计算模型 82. 荷载取值 83. 截面内力 94. 荷载组合 135. 内力组合 13四、梁柱截面设计 151. 截面尺寸确定 152. 截面几何特性 153. 构件宽厚比验算 15四、 刚架斜梁验算 151. 抗剪验算 162. 有效宽度计算及在 M、N、V 共同作用下的验算 163. 斜梁的整体稳定验算 17五、

2、刚架柱验算 171. 抗剪验算 182. 有效宽度计算及在 M、N、V 共同作用下的验算 183. 斜梁的整体稳定验算 19六、节点设计 201. 构造要求 212. 节点验算 22钢结构 课程设计任务书一、设计题目1、单层工业厂房设计一、设计资料单层厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度 12m（a）、15m（b） 、18m（c）， 柱顶高度 5.1m（a、b）、6.3m（c），共有 8 榀刚架。取中间跨刚架 （GJ-1） 进行计算，刚架构件截面采用变截面焊接工字形。屋面及墙面 均为带 100mm厚岩棉夹层的双层压型钢板；檩条（墙梁）采用薄壁卷边 C 型钢，间距为 1.5m。钢材采用 Q23

3、5B，焊条 E43型。抗震设防烈度为 6 度。1、屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）：a 0.35kN/ b 0.4kN/c 0.5kN/2、屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：a 0.5kN/b 0.4kN/c 0.3kN/3、 雪荷载（基本雪压）： a 0.3kN/b 0.35kN/c 0.5kN/4、 风荷载（基本风压）： a 0.35kN/（地面粗糙度系数按C 类）b 0.45kN/c 0.35kN/三、课程设计要求1、根据设计资料进行结构布置（含屋面支撑和柱间支撑）。并绘制结构平面布置图 （ 1:100 ） 参考图：2、绘制屋面和墙面支撑系统的布置图（ 1:100 ） 提示：布置屋

4、面檩条、拉条、隅撑；布置墙面墙梁、拉条、隅撑。布置墙面檩条时，注 意预留门窗洞口的空间。3、根据题目给定的荷载，进行荷载组合。找出各构件的控制截面及内力值，并根据内 力值对刚架梁和刚架柱以及一个梁柱刚性节点进行设计。出具相关计算书。 （门式刚架 内力分析可借助分析软件）4、绘制 GJ-1 的施工图。要求对每一个单元板件均编号并列入材料表并计算重量由此统 计单榀刚架总重量。参考图：5、绘制不少于两个节点详图；绘制 3 个零件大样。（比例自定） 参考图：6、要求刚架柱和刚架梁均按变截面设计。七、参考资料推荐1、门式刚架轻型房屋钢结构 （ 无吊车 ） （ 02SG518-1） 2、钢结构课程设计指导

5、与设计范例 王静峰 主编 武汉理工大学出版社3、其它与钢结构设计实际例子的书籍均可参考。指导教师（签名）：20 年 月 日课程设计成绩评定表成 绩 评 定项目比例得分平时成绩（百分制记分）30%业务考核成绩（百分制记分）70%总评成绩（百分制记分）100%评定等级优 良 中 及格 不及格指导教师（签名）：20 年 月 日一、设计资料荷载取值：屋面不可变荷载标准值（按水平投影面） 0.4kN/ ；屋面可变荷 载标准值（按水平投影面） 0.4kN/ ；基本雪压 0.35kN/ ；基本风压 0.45kN/ ，地面粗糙度系数按 C 类，柱与墙自重 0.5kN/ 。二、结构平面柱网及支撑该厂房跨度 18

6、m，柱距 6m,共 8榀刚架，所以厂房纵向长度 6（ 8-1 ）=42m, 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。柱间支撑宜布置在温度区段的中部， 以减小纵向温度应力的影响。 并在屋盖 相应部位设置檩条、 拉条及撑杆， 同时应该在柱间支撑布置的柱间布置屋盖横向 水平支撑。由于无吊车，且柱高 柱距，因此柱间支撑不用分层布置。三、荷载计算1、计算模型选取取一榀刚架进行分析， 柱脚采用铰接， 刚架梁和柱采用变截面设计。 跨 度 18m，柱高 6.3m，屋面坡度 1:10 。计算模型为 :2、荷载取值（1）屋面不可变荷载标准值： 0.5kN/ 6m=3.

7、0kN/m 柱及墙自重标准值： 0.5kN/ 6m=3.0kN/m（2）屋面可变荷载标准值： 0.3kN/ 6m=1.8kN/m 雪荷载标准值： 0.5kN/ 6m=3.0kN/m 雪荷载不与屋面可变荷载同时考虑，应取两者较大值 3.0kN/m（3）风荷载以风左吹为例计算，根据公式 WK 1.05 s z 0 计算风压高度变化系数z =0.74风荷载体型系迎风面：侧面： Wk1.050.740.350.250.068KN /m2q10.06860.408KN /m屋顶：Wk1.050.740.35（-1.0）-0.272KN /m2q1-0.2726-1.632KN / m背风面：侧面：Wk1

8、.050.740.35 (- 0.55)2-0.150KN /m2q1-0.1506-0.90KN /m屋顶：Wk1.050.740.35 (- 0.65)-0.177KN /m2q1-0.1776-1.062KN /m数s荷载简图如下所示：风荷载作用下（4）水平地震作用由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重小，当抗震 设防烈度为 7度及 7度以下时，一般不需进行抗震验算。3、截面内力根据各个计算简图， 利用结构力学求解器计算内力， 得结构在各种荷载作用 下的内力图。（1）在不可变荷载作用下内力图：M图（ KN.m）N图（ KN）V图（ KN）（2）在雪荷载作用下内力图M图（ KN.m）N图（

9、KN）V（3）在风荷载作用下的内力图：MNV4. 荷载组合 该结构值考虑屋面不可变荷载、 所需考虑荷载效应组合主要有：图（KN）图（ KN.m） 图（KN） 图（KN）雪荷载、风荷载。所以进行刚架内力分析时，（3）1.0x 永久荷载 +1.4x 风荷载5. 内力组合 根据不同荷载组合下的内力分析结果， 找到控制截面的内力组合。 控制截面 的位置一般在柱底、柱顶、梁端、梁跨中等截面，控制截面内力组合主要有： 最大轴压力 Nmax 和同时出现的 M及 V 较大值最大弯矩 M max和同时出现的 N及 V较大值最小轴压力 Nmin 和同时出现的 M及 V 较大值其内力组合如下表所示截面内力永久荷载雪

10、荷载风荷载1.0x 永久 荷载+1.4x 风 荷载柱小头M00000N-27.00-27.0014.40-56.09-6.84V-9.93-9.937.40-18.570.43柱大头M-62.57-62.5738.49-125.00-8.68N-27.00-27.0014.40-56.09-6.84V-9.93-9.934.82-21.09-3.18梁大头M-62.57-62.5738.49-125.00-8.68N-12.57-12.576.23-26.58-3.85V25.8825.88-13.8553.726.49梁小头M49.9949.99-20.11110.2721.84N-9.88

11、-9.886.23-19.58-1.158V-0.99-0.990.89-1.700.256由上表可知，各截面的内力为：柱脚截面： M=0，N= -56.09KN，V=-18.57KN柱顶截面： M= -125.00KN.m，N= -56.09KN， V= -21.09N梁端截面： M= -125.00KN.m，N= -26.58KN， V= 53.72KN梁跨中截面： M= 110.27KN.m， N=-19.58KN， V=-1.70KN四、梁柱截面设计1. 截面尺寸确定（1）焊接工字型截面尺寸：截面高度 h以 10mm为模数；截面宽度 b以 5mm为模数，但工程中经常以 10mm为模数；

12、腹板厚度 tw 可取 4mm、5mm、6mm，大于 6mm以 2mm为模数；翼缘厚度 t 6mm，以 2mm为模数，且大于腹板厚度。（2） 工字型截面的高厚比（ h/b ）：通常取 h/b=2-5mm；梁与柱采取端板竖放 连接时，该梁端 h/b 6.5 。（ 3）变截面梁的端高不宜小于跨度的 1/401/35 ，中段高度则不小于跨度 的 1/60 。变截面柱在铰接柱脚处的截面高度不宜小于 200-250mm。综上所述，选择梁柱截面尺寸为：梁 大头 500x250x8x14 小头 400x200x6x8柱 大头 500x250x8x14（1）柱 大头 b1 t250 88.642 14小头b12

13、00 612.13t282）斜梁大头 b1 250 8 8.64t 2 14 小头 b1 200 6 12.13t 2 815 235/ 235 1515 235/235 1515 235/ 235 1515 235/235 15小头 400x200x6x82. 截面几何特性构件名 称截面A （mm2 ）Ix（ mm4 ）Iy（ mm4 ）Wx（ mm3 ）（mm）（mm）梁大头10776483563648193421258小头550415126106775616644柱大头10776483563648193421258小头5504151261067756166443. 构件宽厚比验算五、刚架

14、斜梁验算1. 抗剪验算 大头 梁截面大头剪力设计值为 V 53.72KN大头梁腹板平均切应力为hwtw53.72 103（500 2 14） 8214.23N / mm2腹板可不设中间横向加劲肋，此时 k 5.34 ，则：所以Vd hwtw fv hwtwfv 472 8 125 472KN由于V Vd, 故抗剪强度满足要求小头梁截面小头剪力设计值为 V 1.70KN小头梁腹板平均切应力为hwtw1.70 103(400 2 8) 60.74N / mm2腹板可不设中间横向加劲肋，此时 k 5.34 ，则：所以Vd hwtw fv hwtwfv 384 6 125 288KN由于V Vd, 故

15、抗剪强度满足要求。2. 有效宽度计算及在 M、N、V 共同作用下的验算 大头内力设计值为MeN 计算。125.00KN .m53.72KN ,因为V 0.5Vd ，故按 M26.58KNNA 小头MyI26.58 103 125 106 472261.50877610 1245831506 1024 63.5N/mm2或58.5N /mm2 即：内力设计值为110.27KN.m1.70KN, 因为 V19.58KN0.5Vd ，故按 MMeN 计算。N MyAI19.58 1035504110.27 106 38415126 104 2 143.5N / mm2或 136.4N/mm2即：3.

16、斜梁的整体稳定验算当斜梁坡度不超过 1:5 时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面 外的稳定，不计算平面内的稳定。实腹式刚架斜梁的平面外计算长度， 取侧向支撑点的间距。 当斜梁两翼缘侧 向支撑点间的距离不相等时， 应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。 斜梁不需 计算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取受压翼缘宽度的 16 235/ f y 倍 侧向支撑点由檩条配合支撑体系来提供，其间距不超过此值。任务书中檩条间距 1500mm，以梁小头 400x200x6x8 为例，因为 200 16 235/235=3200ly =1500，故不需计算斜梁平面外整体稳定性。六、刚架柱的验算1. 抗

17、剪验算 大头 柱截面大头剪力设计值为 V 21.09KN大头柱腹板平均切应力为 0Vhwtw21.09 103 (500 2 14)25.59N /mm28腹板可不设中间横向加劲肋，此时 k5.34 ，则：所以Vd hwtw fv hwtwfv 472 8 125 472KN由于V Vd, 故抗剪强度满足要求。小头梁截面小头剪力设计值为 V 18.57KN小头梁腹板平均切应力为 0Vhwtw18.57 103 (400 2 8)8.06N /mm26腹板可不设中间横向加劲肋，此时 k5.34 ，则：所以Vd hwtw fv hwtwfv 384 6 125 288KN由于V Vd, 故抗剪强度

18、满足要求。即柱大头。2. 有效宽度计算及在 M、N、V 共同作用下的验算在 M、N、V 共同作用下，取控制截面为柱上端截面，125.00KN .m内力设计值为21.09KN ,因为V 0.5Vd ，故按 M M eN计算。56.09KNN My AI56.09 103 125 106 47256.09 1042 66.2N /mm2或 55.8N /mm2 即：10776 48356 1043. 柱整体稳定性验算 平面内整体稳定性验算 根据二阶分析法计算柱的计算长度系数 平面外整体稳定性验算 假定分段出内力大小为大头 和小头截面的 平均值，即 M=62.5KN.m， N=56.09KN，V=1

19、9.83KN。且其截面尺寸取平均值为 450x225x8x10, 可以算出分段 处截面的几何特性 :A 7940mm2 , Ix 27084 104mm4 , Iy 1900 104 mm4 , Wx 1204 103mm3计算上段的平面外稳定性，此段的小头在分段处l0y 3150y il0y0y 4381.5902 64.40 查规范得 y 0.782 ，对于分段处，经计算全截面有效，故受压区高度为柱的楔率梁整体稳定系数 等效弯矩系数因上柱段两端弯曲应力相差不多，取 t 1.0七 . 节点设计1. 构造要求螺栓排列应符合构造要求，采用端板竖放。（1） ew、e f应满足扣紧螺栓所用工 具的净空要求，通常不 小于35mm,此节点取ew 75mm、 ef 40mm 。（ 2）螺栓排列间距不应小于 2 倍螺栓孔径，选取螺栓为 8.8