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_月日武昌首义学院制一、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、刚架柱验算171. 抗剪验算182. 有效宽度计算及在

2、MN、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100mn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Q235B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

3、 0.35kN/ m2b 0.4kN/mc 0.5kN/m22、屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：a 0.5kN/ mb 0.4kN/mc 0.3kN/m23、雪荷载（基本雪压）a 0.3kN/m2b 0.35kN/mc 0.5kN/m4、风荷载（基本风压）a 0.35kN/m（地面粗糙度系数按C 类）b 0.45kN/mc 0.35kN/m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

4、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）（02SG518-12、 钢结构课程设计指导与设计范例王静峰 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

5、年 月 日课程设计成绩评定表成 绩 评 疋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 月曰一、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/卅；屋面可变荷 载标准值（按水平投影面）0.4kN/卅；基本雪压0.35kN/卅；基本风压0.45kN/ 卅，地面粗糙度系数按C类，柱与墙自重0.5kN/ m20二、结构平面柱网及支撑该厂房跨度18m柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵向长度6X （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

6、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/ m2x 6m=3.0kN/m 柱及墙自重标准值：0.5kN/ m2x 6m=3.0kN/m（2）屋面可变荷载标准值：0.3kN/ m2x 6m=1.8kN/m雪荷载标准值：0.5k

7、N/m2x 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Wk1.05 s z 0计算风压高度变化系数z z=0.74。风荷载体型系s迎风面:侧面：Wk1.050.740.350.250.068KN /m2q10.068 60.408KN /m屋顶：Wk1.050.740.35(-1.0)-0.272KN /m2q1-0.272 6-1.632KN /m背风面:侧面：Wk1.050.740.35(-0.55)2-0.150KN /mq1-0.150 6-0.90KN /m屋顶：Wk1.050.740.35(-0.65)-0

8、.177KN /m2q1-0.177 6-1.062KN /m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.mV（2）在雪荷载作用下内力图MNV（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：N图（KN图（KN图（KN.m图（KN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,

9、(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Mmax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荷载风何载1.0x永久何载+1.4x 风何载柱小头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-

10、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-9.88-9.886.23-19.58-1.158V-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= -2

11、1.09N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10mn为模数；腹板厚度tw可取4mm 5mm 6mryi大于6mn以 2mm为模数；翼缘厚度t > 6mm以2mn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

12、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小头 400x200x6x82.截面几何特性构件名 称截面A(mm2)Ix(mm4)ly(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(1)柱 大头&

13、#174;t250 88.642 14小头b.200 612.13t2 8(2)斜梁15.235/235 1515 235/235 1515.235/235 1515 235/235 15大头 b,58 8.64t2 14小头色凹以12.13t2 8五、刚架斜梁验算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) 814.23N/mm2腹板可不设中间横向加劲肋，此时k 5.34，贝U：所以 Vd hwtwfv 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

14、 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，贝U：所以 Vd hwtw fv' hwtwfv 384 6 125 288KN由于V Vd,故抗剪强度满足要求。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125.00KN .m53.72KN,因为 V 0.5Vd，故按 M26.58KNA小头MyI26 58 103125 106 竺驾等盂冷辭®或58.5N/mm2 即:内力设计值为110.27KN.m0.5Vd，故按 M1.70KN,因为 V19.58K

15、N110.27 10619.58 103550438415126 10住 143.5N/mm2 或任如曲即：3. 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/fy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200X 16XV 23

16、5/235=3200>ly =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oVhwtw21.09 103(500 2 14)25.59N /mm8腹板可不设中间横向加劲肋，此时k5.34，贝U：所以 Vd hwtwfv 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，贝U：所以Vd hwt

17、wfv hwtwfv 384 6 125 288KN由于V Vd,故抗剪强度满足要求。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：计算。56.09KN5609 103125 106 竺. 务 66.2N / mm2或 55.8N / mm2 即:1077648356 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=56.0

18、9KN V=19.83KM 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, lx 27084 104mm4 , Iy 1900 104mm4, Wx 1204 1 03mm3计算上段的平面外稳定性，此段的小头在分段处l 3150y二话6440查规范得y 0782，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。（门ew、ef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级M22型号，则