戴南新源环保有限公司厂房设计

1、1绪论自20世纪90年代以来，我国钢结构建筑的发展十分迅速，特别是一些代表城市 标志性高层建筑的建成，为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。近十年轻钢建筑工 程得到迅速的发展，其具有施工周期短、综合经济效益好、抗震性能好、宜于拆卸搬 迁等优点，而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构 抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了更广泛的应用。本次毕业设计课题为戴南新源环保有限公司厂房设计，结构类型采用门式钢架结构，其目的是培养我们综合运用所学基础知识、专业知识与技能去分析和解决工程中 实际问题，使自己了解和掌握工程问题的力学建模以及工程结构的计算机分析，培养 自

2、己的综合素质和能力，提高从事本专业的实际工作能力，为今后走上工作岗位打下 扎实的基础。毕业设计过程中，需要我们熟悉结构体系的类型并能根据建筑的特点选择合理的 结构形式；具备综合运用所学的专业知识及相关的参考资料、规范设计出合理实用的 建筑方案的能力；通过对门式刚架进行荷载计算，运用3D3S软件进行内力分析掌握门式刚架设计要点。最后，基于任务书所给的条件及要求：本厂房地处泰州市，根据2建筑结构荷载规范（GB50009-2012）的有关规定，基本风压为 0.4kN/m，基本2雪压为0.35kN/m，地面粗糙程度为B类。对本次设计采用的结构形式为轻钢门式刚 架结构。门式刚架结构体系通常由轻型焊接 H

3、形钢（等截面或变截面）、冷弯薄壁型钢等 构成的门式刚架作为主承重结构，配套用冷弯薄壁型钢（槽钢）作为屋面檩条和墙檩； 屋面和墙面为压型钢板；以及相应的支撑系统所组成的结构体系。竖向荷载由围护结 构传递至门式刚架梁及柱，随后传递给基础。纵向承载结构由纵向柱列、吊车梁、柱 间支撑和基础等组成，厂房承受的水平荷载经由吊车梁、柱间支撑等构件传递至纵向 柱列，再传递给基础。本次设计将首先进行厂房的建筑布置及结构布置，根据钢结构设计手册和门式刚架的一些规范，采用3D3S辅助结构设计软件进行计算机建模，根据建模数据设计验 算檩条、支撑、抗风柱等构件，选一榀标准榀刚架计算内力并校核梁柱截面是否满足 要求，最后

4、设计计算节点域基础，完成整体设计。2建筑方案设计根据设计要求，厂房整体采用双跨等跨矩形平面布置。 两跨均为30m,厂房设15t 桥式吊车两台（选用大连重工起重集团有限公司 DQQD型），吊车工作级别为A5级， 轨顶标高为8.2m。因此，在考虑门窗洞口布置的同时，也应该考虑吊车的空间使用要 求和采光通风的需要。具体方案如图 2.1所示。图2.1建筑平面图2.1定位轴线及柱网布置参照任务书，本次设计为双跨等跨门式刚架厂房结构，跨度都为30m。根据GB50006-2010厂房建筑模数协调标准，纵向柱距布置为6.0m，横向间距为6m。定位 轴线及柱网的详细布置方案详见建施 02。2.2立面设计建筑立面

5、布置体现了建筑的外部形象。作为厂房，建筑外观的美观要求较低，但 是需要布置大气雄伟。为了保证人员与物资的流通，在两侧山墙各布置了两扇门。基 于采光及通风的考虑，在山墙与纵墙都布置大量平开窗，两侧纵墙均布置有封闭高窗 用来提高采光效果。基于出入方便考虑，在门洞处均设置有斜坡和雨棚。厂房的立面详细布置方案如图2.2所示。图2.2建筑立面图2.3剖面设计根据任务书要求，轨顶标高8.2m，则柱顶标高：其中H2为轨顶到柱顶的高度，H2 = H6+H7+H8。H6为轨顶到小车顶面的距离，根 据门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）查吊车规格表可知为2185mm； H7为小车顶面到梁的距离，规范规定应300mm，

6、此处取315mm； H8为梁高，由前知为800mm， 则有：根据任务书要求，厂房室内外高差为 300mm。本设计的屋面结构形式采用单脊双坡方式，在其他条件都相同的情况下，屋脊两 侧各需要一根檩条，而内天沟两侧也各需要一根檩条，因此，多一个屋脊就需要多一 根檩条；多一个内天沟也需要多一根檩条。同时也需要增加内天沟、落水管、室内排 水沟的用料，设置内天沟还容易因积水、积雪而加大荷载，甚至导致渗漏。如果因为室内排水沟淤塞需要疏通，还将影响正常使用，而对多级多坡不等高刚架，上述的问题更加严重，应尽可能不采用。剖面图如图2.3所示。图2.3厂房剖面图2.4采光通风设计根据厂房的设计与生产要求，厂房四面都

7、设有窗户，由于厂房中设有吊车，光线 不能很好地进入室内，在吊车梁的上下段布置窗户，下段为平开窗，上段为固定的高 窗。这样的设计既解决了厂房的采光问题，又解决了通风问题。2.5屋面排水设计屋面采用有组织排水，由规范知坡度为1/101/20,取1/10。每个刚架布置一个直径为120mm勺PVC雨水管，天沟纵向坡度取1.5%。2.6厂房的围护设计(1) 外墙设计外墙在1.2m以下部分米用240厚的灰砂砖墙，墙下设基础梁支撑在基础上。外 墙在1.2m以上部分采用压型钢板，型号为 YX28-205-820-0.6。(2) 屋面设计屋顶采用压型钢板，型号为：YX35 125 750 0.6,用C型檩条与刚

8、架梁连接,檩距为1.5m。(3) 地面设计根据任务书的所给条件，厂房内对地面没有特殊要求，由规范可知采用水泥砂浆 地面即可。3结构方案设计为了加强厂房结构的空间整体刚度和稳定性，厂房一般会适当地布置支撑体系， 支撑系统包括柱间支撑和屋盖支撑两大部分，其主要作用是传递水平风荷载以及吊车 间产生的冲切力。轻型门式刚架厂房由承重结构系统、围护结构系统和支撑系统等三 大部分组成，如图3.1所示。其中，主结构有：横向刚架(包括中部和端部刚架)和 支撑体系，次结构有：屋面檩条和墙面檩条等；围护结构包括：屋面板和墙板；另外 还有基础。图3.1轻型门式刚架结构组成3.1结构形式本厂房为钢结构厂的门式刚架结构。

9、当厂房设有吊车时，为了节省材料和有效的 发挥钢结构的特点，采用变截面梁，变截面梁分三段，根据以往的工程实际情况，分 段处大致为反弯点处，以减小跨中弯矩带来的危害，至结构失稳，故变截面梁分段比 为 2:6:2。根据钢结构设计手册，一般钢结构的厂房使用铰接柱脚，当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。本厂房的吊车为A5工作制15t桥式吊车，故设计为刚接柱脚。设两对地脚螺栓。对于有桥式吊车的厂房，中柱不宜采用摇 摆柱。结构设计计算简图如图3.2所示：图3.2结构计算简图3.2结构平面布置根据任务书要求，厂房全长60米，则设计柱距为6m，共11榀刚架。在厂房两层山墙处需要布置抗风柱抵

10、抗侧向风载。由于厂房两跨等跨均为 30m， 根据门式刚架轻型房屋钢结构(带吊车)(04SG518-3)的规定，抗风柱的柱距 设计为 6m，6m，6m，6m。根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102: 2002)规定，门式刚架 轻型房屋的屋面坡度宜取1/101/20。具体坡度可详见建施03。门式刚架轻型钢结构自重轻，且厂房所处地理位置土质良好，因此选用浅基础中 的柱下独立基础。柱脚米用刚接柱脚，基础设计为台阶基础。基础的平面布置方式详 见结施02,基础的具体参数及形式详见结施 04。（1）伸缩缝温度变化将引起结构变形，使厂房结构产生温度应力。故当厂房平面尺寸较大时 为避免产生过大的温度

11、变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。本 次设计的厂房长度为60m,无需在横向上设置伸缩缝。（2）柱距的布置根据厂房建筑统一化基本规则和建筑统一模数制可知，对厂房横向，当 厂房跨度L>18m时，其跨度宜采用6m的倍数。所以本次设计厂房的柱距取 6m。（3）抗风柱布置根据门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）04SG518-3规定抗风柱的间距为：6m，6m，6m，6m。（4）柱间支撑布置根据门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）04SG518-3规定，在厂房的两端开间分别布置两道柱间支撑，上柱和下柱各一道。上柱柱间支撑为单片，连接于柱腹板 中心，下柱柱间支撑为双片，连接于柱两侧翼缘里侧。

12、（5）基础布置本次设计内容是钢结构厂房，根据任务书给出的地质条件，本次设计采用阶形式 的柱下独立基础。43D3S辅助结构设计3D3S软件一款专业的钢结构软件，对设计门式刚架轻钢来说，3D3S可以简单迅速的建模，在节点计算方面更有着异常强大的功能，能自动设计相关节点并且校核优 选，由于是基于CAD的一款钢结构设计软件，可以直接在 CAD出图。在辅助设计方 面更是可以直接校核支撑，设计并出基础图。3D3S软件进行设计时，首先设计刚架模板，然后将模板配置到设定好的柱网中， 接着分别对单榀框架进行材性定义和截面定义、荷载布置并计算其内力，再进行围护 结构设计如门窗、屋面檩条、墙面檩条、屋面支撑和抗风柱

13、等构件，最后对整体模型 进行后处理编辑并输出相应的图纸以及计算书。4.1刚架布置进入3D3S建模界面，进入模板生成界面，输入相应的模板信息，包括跨度、檐 口高、牛腿标高、梁分段比等。接着进入荷载信息界面，输入相应的荷载信息，包括 恒载、活载、基本风压等。模板信息和荷载信息输入完成后，建模部分基本完成。进入轴网生成界面，把轴线数和轴线间距输入，轴线就生成完毕。进入刚架布置界面，点击生成的轴线，刚架就可以布置上去。具体操作如图4.1所示。图4.1模板生成4.2吊车布置吊车荷载参数中有相应的吊车信息，如施加吊车的节点和位置，吊车规格等，可 根据工程实际情况选用合适的吊车。具体操作如图4.2所示。图4

14、.2吊车荷载参数信息4.3抗风柱布置首先从截面库中选择抗风柱的截面，然后按照要求输入抗风柱间距，再选择布置 抗风柱的主刚架即可。具体操作如图4.3所示。图4.3抗风柱布置4.4屋面檩条和支撑设计布置顺序首先布置屋面檩条，其次进行门窗布置，然后布置墙檩，最后布置屋面 支撑、系杆和柱间支撑。在本次毕业设计中，屋面檩条设计的一些参数如图4.4所示, 柱间支撑的一些参数如图4.5所示。结构模型如图4.6所示。图4.4屋面檩条布置信息图 4.5柱间支撑布置信息图4.6厂房结构模型4.5围护结构的计算围护结构布置完成之后要运用软件进行计算，查看各构件是否满足强度、刚度、 稳定性的要求。屋面檩条计算如图 4

15、.7所示，墙面檩条计算如图4.8所示。图4.7屋面檩条计算图4.8墙面檩条计算4.4门式刚架的后处理单榀设计完成之后，对刚架进行后处理。先对齐模型并生成实体模型，接着进行主结构节点计算参数的设置、主结构节点连接形式的选择（如图4.4所示）、围护结构节点设计和牛腿设计（如图4.10所示），然后对节点归并，主钢架命名和构件编号， 最后绘制施工图。图4.9连接节点形式图4.10牛腿设计5构件设计在构件设计中主要包括檩条设计、墙梁设计、抗风柱设计、支撑设计、吊车梁设 计。设计包括荷载计算、截面选择以及截面特性的计算、截面验算等。部分构件还需 进行稳定性验算、焊缝计算等。5.1屋面檩条设计檩条选用冷弯薄

16、壁型钢C型，屋面坡度为1/10 (a=71°。檩条跨度6.0m,檩 距1.5m，在横梁与屋面檩条之间设置一道拉条。材料采用Q235-BF。(1) 荷载计算根据屋面板的受力情况，分别计算永久荷载、屋面均布活荷载和风荷载：(a) 永久荷载：屋面压型钢板自重：0.12kN/m 2檩条及支撑(含拉条)自重：0.05kN/m2(b) 可变荷载：根据建筑结构荷载规范GB50092012，当屋面均布活荷载和雪荷载同时存 在时，应取两者中的较大值。屋面活荷载0.5kN/m2，雪荷载0.35kN/m2。即可变荷载取 0.5kN/m2。(c) 风荷载：本次设计的厂房位于泰州市海陵工业园区，基本风压为 0

17、.40kN/m2。厂房的檐口 标高为11.5m，根据地面粗糙度为B类，由风压高度变化系数表可知 “=1.039。根据 门式刚架房屋技术规程可知，风荷载体型系数取边缘带计算，A=6X1.5=9m2，又 6.3VAV 10，贝=15log A-2.9 =1.5log 9-2.9 =-1.47则垂直屋面的风荷载标准值：(2) 内力计算(a) 永久荷载与屋面均布活荷载组合檩条线荷载标准值：qk h0.17 0.5 1.5=：1.01kN/m檩条线荷载设计值：q=(1.2 0.17 1.4 0.5) 1.5 = 1.36kN/m弯矩设计值：(b) 永久荷载与风吸力组合檩条线荷载设计值(见图5.1)：弯矩

18、设计值：(跨中设一道拉条)由上述可知，永久荷载与屋面均布活荷载的组合起控制作用。图5.1屋面檩条计算简图(3) 截面选择及截面特性计算屋面檩条选用冷弯薄壁 C型钢，截面尺寸为C180K70&0&.5,2h = 180mm ; b = 70mm ; a = 20mm ; t = 2.5mm ; A = 8.48cm ;冷=2.11cm ； lx = 420.20cm 4 ; I y = 54.42cm4; ix = 7.04cm； iy = 2.53cm ;46.69cm3;Wymax = 25.82cm3 ; Wymiti = 11.12cm3;= 3492.15cm4; I

19、0.1767cm 4 ； e°=5.10cm截面验算：按毛截面计算截面应力：WxWymax-46.69 10325.82 103MxMy66.09 1060.15 10WxVymin-46.69 10311.12 103MxM y66.09 100.15 10= 116.95N /mm2MyMx6.09 1060.15 106= 136.24N /mm2（压）（压）23 -3 = 124.63N / mmWx Wymax 46.69 1025.82 10（拉）2(a) 受压板件稳定系数k腹板：腹板为加劲板件上翼缘板：上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲板件的支撑边(b) 受压板件的有效

20、宽度腹板：k =21.743 ;人=0.863 ； b =180mm ; c=70mm ; t = 2.5mm ； c 1 =136.24N/mm2故板组约束系数为：由于；=-0.915：0，贝=1.15,由于 b/t =180/2.5 =72 , 18- 18 1.15 3.465 =71.73 ,所以 18" : b/t < 38： ?所以截面有效宽度为：上翼缘板：k =0.863 ; k = 21.743 ； b = 70mm ; c= 180mm ; - 1=136.24N/mm故板组约束系数为：佥-_1二1=1.397由于屮=0.858>0 贝 Ug =1.15

21、0.15屮=1.150.15 汉 0.858 = 1.021 ,由于 b/t =70/2.5=281驰P =18x1.021x1.347 =24.73 ,所以 18" mb/t 岂38"所以截面有效宽度为：下翼缘板：全截面受拉，故全截面有效（c）有效净截面模量上翼缘板的扣除面积宽度为：70 -65.43二4.57mm，考虑腹板截面内开孔：d=13mm，（距上翼缘边缘50mm处，拉条为12mm）图5.2檩条有效截面示意图为简化计算可取 Wenx =0.95Wx，Weny =0.95Wy ；当下翼缘有拉条孔时可取 Wenx =0.9Wx，Weny =0.9Wy。（4）截面验算（

22、a）强度验算假设屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，则不考虑截面塑性发展，验算檩条在第一 种荷载组合作用下的强度为：所以强度满足要求。（b）整体稳定性验算永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩， 据前面的计算结构，截面全部有效；同时不计孔洞削弱，跨中设一道拉条，查冷弯 薄壁型钢结构设计规范 GB50018-2002附录A.2.1可知：% =0.50 ； 广1.35；=0.14Wex 二Wx =46.69 1 03mm3 ； W4y =Wyma 25.82 103mm3檩条计算长度I。二二J =0.5 6= 3m横向荷载作用点到弯心的距离 q b/2 = 5.10-2.17

23、/2 = 6.49cmbx0.7应以匚值代替；bx，风吸力使下翼缘受压，则稳定性为：所以稳定性满足要求。(c) 挠度验算所以挠度满足要求。(d) 构造要求所以此檩条在平面内、外均满足要求。5.2墙檩设计在本次设计中考虑到墙梁的设计方法与屋面檩条的设计方法一致，墙梁采用C型檩条，由于篇幅的限制，在本次设计中采用的墙梁由软件直接生成，截面为140X 60X 20X 3.0,经验算其强度、刚度、稳定性等均满足要求。5.3屋面支撑设计门式刚架跨度为30m,柱距为6.0m,钢材为Q235。基本风压为0.40kN/mm2,在 厂房两端共设置2道水平支撑以抵抗风荷载的作用。(1) 荷载及内力计算本设计地处泰

24、州市，其基本风压为w0=0.4kN/m2，地面粗糙度为B类，查表知风压高度变化系数取 叮=1.039。迎风面*=+0.8，背风面 =-0.5。由于风荷载一半传递给柱脚，一半传递到支撑，所以，风荷载设计值为：图5.3屋面支撑计算示意图(2) 杆件强度验算交叉斜杆(拉杆)：Ni =15.03kN，I。=1 = .62 62=8.49m选用圆钢12，其截面特性为A=1.131cm2因为张紧的圆钢不考虑长细比限制，因此根据计算结果可知强度满足要求。5.4吊车梁计算(1) 设计资料起重量为15t,工作级别为A5的桥式吊车两边跨各一台，吊车梁跨度为6.0m，跨度为s=28.5m。钢材采用Q235钢，焊条为

25、E43型。基本尺寸为：宽度B=6434mm, 轮距W=5000mm,轨顶以上高度 H=2180mm,轨道型号43kg/m，总重G=36.372t，小 车重 g=6.227t,最大轮压 Fmax =196kN，最小轮压 Pmin =78.7kN。(2) 吊车荷载吊车荷载的动力系数'为1.05,吊车荷载的分项系数 q为1.40o吊车荷载设计值为：(3) 内力计算(a) 吊车梁的最大弯矩及相应的剪力因轮距为5m,所以一台吊车的两个轮子同时作用在梁上时产生最大弯矩，梁上所有吊车荷载的合力a P的位置，其产生最大弯矩的荷载简图如图5.4：图5.4吊车梁计算示意图(a) 弯矩(b)剪力a1耳=W

26、= 5000mm， a2- = 5000/4=1250mm。4考虑吊车自重对内力的影响，由跨度 6m查表得，自重影响系数 、胡.。3，贝愎大弯矩为：Mmaxflmax6 2288.12 2：6-1.25-1.033 =302.95kN m6最大弯矩处相应的剪力为:(b)吊车最大剪力:(c)由水平荷载产生的最大弯矩:(4)截面选择(a)经济高度按公式计算:(b)按容许挠度值计算，由中级工作制桥式吊车，查表得容许挠度值为l1000则 hmin =0.6 fl-6_60=0.6 215 6000 1000 10774mm，所以选取高度为650mm。(c) 吊车梁腹板厚度tw按公式计算:取 12mm。

27、按剪力确定腹板的厚度：tW = 暑二1.2 346.22 10'二5.38mm，h0 fV '618汉125(d) 吊车梁翼缘尺寸:采用420 16o(5) 截面特性（a）毛截面特性：（b）吊车梁净截面特性：设螺栓孔直径为24mm，螺栓孔中心距吊车梁中心线为 90mm。 上翼缘对y轴的特性：（6）强度计算（a）正应力上翼缘最大正应力为：下翼缘的正应力为：（b）剪应力平板支座的剪应力为：（c）腹板的局部压应力为：采用43kg/m钢轨，轨高为140mm集中荷载增大系数为：=1.0 ； F二P=288.12kN腹板局部压应力为：（d）腹板计算高度边缘处的折算应力为：（7）稳定性验算（

28、a）梁的整体稳定性1"= 6000/420十2 13 235/3，应计算梁的整体稳定性3h6 42 -9878cm4（受压翼缘对y轴的惯性矩）1216 x 253,12工一 =2083cm （受拉翼缘对y轴的惯性矩）12=0.352：0.5，3=0.9 0.793=0.714梁的整体稳定性系数；为：对其进行修正，得：=1.07 -=1.07 - 082 =0.961b歸2.584整体稳定性为：（b）腹板的局部稳定性h°/tw =（65 -1.6 2） /1.2 =51.5 < 80，则可按构造配置横向加劲肋 加劲肋间距为：amin =O.5h0 =0.5 (650 -

29、16 2) = 309mm ,则取 a = 1000mmh0650 -16 2bs- 4040 = 60.6mm ,s 3030则取 bs =80mm丄bs80cts -5.3mm1515则取 ts =10mm(8) 刚度验算经验算，刚度满足要求。(9) 挠度验算经验算，挠度满足要求。(10) 焊缝验算(a) 上翼缘与腹板的连接焊缝：取焊缝的焊脚尺寸为6mm。(b) 下翼缘板与腹板的连接焊缝：取焊缝的焊脚尺寸为6mm。(c) 支承加劲肋与腹板的连接焊缝：取焊缝的焊脚尺寸为6mm。5.5抗风柱设计抗风柱通过弹簧钢片与屋面梁铰接，底端与基础铰接，则柱的计算长度系数1=1.0，檐口设计标高为11.5

30、m(屋面坡度为1/10)，抗风柱顶标高12.1m，柱底位于地面以下-0.300m。(1)荷载计算根据抗风柱的受力情况，分别计算永久荷载和风荷载：(a) 永久荷载：墙面压型钢板自重：0.1kN/m2；墙梁自重：0.07kN/m。(b) 风荷载：基本风压°=0.40kN/m2，地面粗糙度为B类，厂房的檐口标高为11.5m,则风压高度变化系数Jz =1.039。迎风面宽度取抗风柱间距为 6m。风荷载体型系数取中间区段计算，贝U：>0.65则垂直房屋墙面的风荷载标准值：抗风柱计算简图见图5.5：图5.5抗风柱计算简图(2) 截面选择及内力计算选用宽翼缘H型钢柱350X240X10,则截

31、面特性为：244A = 74.4cm ; I 16271.8cm ； IN = 2305.4cm ; ix = 14.78cm;33iy = 5.56cm ； Wx = 929.81cm ； Wy =192.11cm抗风柱的自重为58.4kg/m,即卩0.584kN/m。抗风柱上下端均为铰接，则计算长度l.J -1.0 12.4 = 12.4m忽略墙架垂直荷载的偏心，则抗风柱最大弯矩：抗风柱最大轴力：(3) 截面验算(a) 强度验算不考虑截面削弱，净面积参量取值同毛截面。自由外伸宽度与其厚度之比，需要考虑塑性发展系数的影响，即x =1.05 o则强度满足要求。(b) 弯矩作用平面内整体稳定性验

32、算因b/h =240/350 =0.69： 0.8，故按a类截面设计，查规范得 = 0.758无端弯矩有横向荷载，则：mx=1.0所以，平面内稳定满足要求。(C)弯矩作用平面外整体稳定性验算：由于墙檩外侧和墙板的支撑作用，可不验算其稳定性。(d) 刚度验算1 = t24083.9 ：I 一150、二b 二迴=18.0 汀一 150ix 14.78y iy 5.56(e) 挠度验算按受弯构件验算，则故根据计算结果可知，所选择的抗风柱的强度、整体稳定性、挠度及刚度均满足要求6门式刚架设计计算作用于门式刚架上的荷载有恒荷载、活荷载、吊车荷载以及风荷载，根据建筑 抗震设计规范GB50011-2010规

33、定可知，钢结构单层厂房可不考虑地震荷载作用。 然后计算各项荷载作用下刚架的内力，并进行各截面最不利内力组合。根据组合所得 内力对梁、柱截面进行设计。由于该厂房的结构形式和受力形式在空间上是对称的，所以以中间区段标准榀 GJ-3为例进行构件截面验算。6.1结构内力图及内力组合刚架选取9个控制截面，分别为柱底、牛腿、柱顶、梁端和梁中。具体控制截面 位置如图6.1所示。图6.1控制截面示意图在计算刚架控制截面的内力组合时，一般计算以下四种最不利内力组合：(a)Mmax及相应的N、V(b)-Mmax及相应的N、V(c)-Nmax及相应的M、V(d)Nmax及相应的M、V运用3D3S软件建模并完成后，可

34、由3D3S软件得到以下工况的内力图。在 3D3S 软件中，轴力N的符号定义为：受压为负，受拉为正；剪力V的符号定义为：顺时针为正，逆时针为负；弯矩 M的符号定义为：上侧受拉为正，下侧受拉为负。（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩 M图（单位：kN -m）图6.2恒载作用下门式刚架的内力图（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩 M图（单位：kN -m）图6.3活载作用下门式刚架的内力图（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩M图（单位：kN - m）图6.4左风作用下门式刚架的内力图（a）轴力N图（单位：kN）（

35、b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩M图（单位：kN m）图6.5右风作用下门式刚架的内力图（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩M图（单位：kN m）图6.6吊车荷载作用下门式刚架的内力图（吊车作用在 AB跨，Dmax作用A柱，T水平向左）（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩M图（单位：kN m）图6.7吊车荷载作用下门式刚架的内力图（吊车作用在 AB跨，Dmax作用A柱，T水平向右）（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩M图（单位：kN m）图6.8吊车荷载作用下门式刚架的内力图（吊车作用在 AB跨，Dm

36、ax作用B柱，T水平向左）（a）轴力N图（单位：kN）（b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩M图（单位：kN m）图6.9吊车荷载作用下门式刚架的内力图® ® ©(c)弯矩 M图(单位：kN m)图6.9吊车荷载作用下门式刚架的内力图（c）弯矩 M图（单位：kN m）图6.9吊车荷载作用下门式刚架的内力图（吊车作用在 BC跨，Dmax作用C柱，T水平向左）（a）轴力N图（单位：kN）® © © （b）剪力V图（单位：kN）（c）弯矩 M图（单位：kN m）图6.9吊车荷载作用下门式刚架的内力图（吊车作用在 BC跨，Dmax作用C柱，T

37、水平向右）表6.1内力表格荷 载 类 别恒载屋面活何载吊车何载风荷载吊车在AB跨吊车在BC跨左右Dmax左,T向右Dmax左,T向左Dmax 右，T向右Dmax右,T向左Dmax右,T向左Dmax左,T向左Dmax左,T向右Dmax右,T向右序号A柱1-1M74.163.636.0-31.077.010.022.6-46.31.570.6-84.6-0.5N-79.6-38.5-241.1-241.2-97.6-97.7-1.20.6-0.7-2.636.821.6V15.7-13.521.010.716.66.33.0-5.40.58.9-19.33.82-2M-40.3-34.8-117.

38、0-109.2-43.9-36.10.6-7.1-185.939.48.9N-56.3-38.5-241.1-241.2-97.6-97.7-1.20.6-0.7-2.636.821.6V15.7-13.521.010.716.66.33.0-5.40.58.9-14.7-6.43-3M-45.1-38.056.976.822.342.20.5-7.0-1.95.642.510.8N-56.3-38.5-1.0-1.1-1.2-1.3-1.20.6-0.7-2.636.821.6V15.7-13.514.217.59.813.03.0-5.40.58.9-14.7-6.44-4M-98.7-8

39、4.92.510.0-15.2-7.7-10.913.6-3.6-28.089.542.9N-44.9-38.5-1.0-1.1-1.2-1.3-1.20.6-0.7-2.636.821.6V15.7-13.514.217.59.813.03.0-5.40.58.9-11.9-12.4续表6.1荷 载 类 别恒载屋面活何载吊车何载风荷载吊车在AB跨吊车在BC跨左右Dmax左,T向右Dmax左,T向左Dmax右，T向 右Dmax右，T向左Dmax 右,T 向左Dmax左，T向左Dmax 左，T向右Dmax右,T向右序号横 梁5-5M-98.7-84.92.510.0-15.2-7.7-10.91

40、3.6-3.6-28.089.542.9N-20.1-17.2-14.2-17.5-9.9-13.1-3.15.4-0.5-9.115.514.5V-42.6-36.50.40.7-0.2-0.1-0.90.1-0.6-1.735.220.16-6M9.27.60.77.5-14.9-8.1-8.413.5-1.8-23.6-0.3-7.5N-19.1-16.4-14.2-17.5-9.9-13.1-3.15.4-0.5-9.115.514.5V-32.7-28.00.40.7-0.2-0.1-0.90.1-0.6-1.727.715.27-7M88.475.5-1.15.0-14.6-8.5

41、-5.813.40-19.2-68.3-43.7N-18.1-15.5-14.2-17.5-9.9-13.1-3.15.4-0.5-9.115.514.5V-22.8-19.50.40.7-0.2-0.1-0.90.1-0.6-1.720.110.38-8M155.3133.0-5.1-1.0-12.4-8.32.712.45.7-8.1-138.3-64.5N-15.0-12.8-14.2-17.5-9.9-13.1-3.15.4-0.5-9.115.514.5V16.67.10.40.7-0.2-0.1-0.90.1-0.6-1.7-4.8-5.99-9M-63.1-53.9-9.1-6.

42、9-10.2-8.011.111.411.511.118.962.4N-11.8-10.1-14.2-17.5-9.9-13.1-3.15.4-0.5-9.115.514.5V39.834.10.40.7-0.2-0.1-0.90.1-0.6-1.7-29.9-22.2由于钢结构自重较轻，一般是按可变荷载起控制作用，所以只计算可变荷载控制下的组合永久荷载分项系数G，在组合Nmax时，为了防止刚架出现拉力，永久荷载起促进作用，因此分项系数取1.00可变荷载组合值系数，c，计算活荷载、雪荷载、单台吊车时取 0.7,组合多台吊车时吊车荷载乘以系数0.9,计算风荷载取0.6。详见表 6.2o表6.2控

43、制截面内力组合表组合截面、+ Mmax及相应N、V-Mmax及相应N、V-Nmax及相应M、V+ Nmax及相应M、V1-1M1.2 X +1.4 X (0.9 x +0.7 X 0.9 X+0.7 X)310.51.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X 0.9 X )-112.51.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )174.51.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X)-22.8N-258.5-240.3-439.5-65.3V34.4-6.626.9-29.32-2M1.0 X +1.4 X什0.7 X

44、0.9 X )20.11.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X 0.9 X+0.7 X )-140.51.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )-214.91.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X)-25.5N-7.1-408.5-411.5-42.0V3.027.327.0-22.93-3M1.0 X +1.4 X (0.9X +0.7 X 0.9 X +0.6 X )92.31.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X )-113.51.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X +0.7X 0.9 X )

45、-65.21.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X)-29.0N-29.1-121.0-124.9-42.0V33.316.419.3-22.94-4M1.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X 0.9 X )47.41.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X +0.7X 0.9 X )-275.41.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X +0.7X 0.9 X )-268.81.0 X +1.4 X什0.7 X 0.9 X )38.6N6.2-111.1-111.27.1V9.716.419.3-4.2续表6.2组合截面+

46、Mmax及相应N、V-Mmax及相应N、V-Nmax及相应M、V+ Nmax及相应M、V5-5M1.0 X+1.4 X 什0.7 X 0.9X +0.7 X 0.9 X)47.41.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X +0.7X 0.9 X )-275.41.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )-213.71.0 X +1.4 X什0.7 X 0.9 X )38.6N-9.1-65.0-71.16.4V7.4-103.9-87.56.86-6M1.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )42.11.0 X +

47、1.4 X (0.9X +0.6 X+0.7 X0.9 X)-40.01.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )7.11.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X)28.1N-47.6-27.1-69.1-8.7V-65.9-22.3-67.3-21.37-7M1.0 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X +0.7X 0.9 X )210.31.2 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X 0.9 X )-19.41.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )169.41.0 X +

48、1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X)78.6N-50.5-16.8-67.0-6.8V-49.4-1.0-47.1-13.78-8M1.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X )383.51.0 X +1.4 X 什0.7 X 0.9 X +0.7 X 0.9 X )-56.41.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )308.31.0 X +1.4 X什0.7 X 0.9 X +0.7 X)118.5N-31.2-10.1-60.6-1.1V29.98.226.316.99-9M1.0 X +1.4 X什0.7 X 0.9 X )3

49、4.41.2 X +1.4 X (+0.7 X 0.9 X )-160.21.2 X +1.4 X (0.9X +0.7 X +0.7X 0.9 X )-127.41.0 X +1.4 X什0.7 X 0.9 X +0.7 X)-79.4N8.1-37.0-54.14.8V8.295.380.631.4注：表中序号所表示的工况情况详见表6.16.2刚架梁设计刚架梁选用Q235钢材，以中间区段等截面梁为例进行设计验算。截面形式为焊接H型钢：H650 400 10 20，查型钢表得，截面特性为：h= 650mm，t10mm，29484b 二400mm， t 二20mm， A 二22100mm ，

50、lx=1.78 10 mm ， ly 二 2.13 10 mm ，ix = 283.5mm， iy =98.2mm，WX = 5.47 106 mm3，Wy =1.07 106 mm3(1) 构件宽厚比验算翼缘部分：一二tb1(400 一10)/2=9.75：“5235 =1520腹板部分：虹二(650 -2 20)=6： 250tw10y235250fy经验算，翼缘和腹板截面均满足要求。(2) 强度验算查刚架内力组合表6.2得，冈H架梁端部的最不利截面(7-7截面)内力为:M =210.3kN m， N - -50.5kN，V - -49.4kN(a)抗剪验算按仅有支座加劲肋考虑，即a/hw 1计算，因不设中间加劲肋，则k.=5.34九 / tw37 k 235 / f(650 -2 20) /10= 0.71 ： 0.8，375.34.235/235所以，化=fv =125N /mm2，则:即刚架梁抗剪满足要求。(b)受弯、剪、压共同作用下的验算分析梁的有效截面：腹板的最大应力二max和最小应力二min :腹板的受压区高度：由于二max=38.3N/mm2 ： f -215N / mm2，故取R；max=1.1 38.3=42.1N / mm2代替 fy计算、:由于，kp =0.200 <0.8，则取卩曰，即梁腹板不屈服全部有效,则按有效截面计算的梁抗弯承载力