钢结构厂房计算书

1、一、设计资料1.1厂房信息该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m，柱顶高度5.1m，共8榀刚架，柱距6.3m，屋面坡度1/10，柱底铰接。窗高出柱脚1.5m，尺寸为1.5x3m，每个柱距间居中设置一个。两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为3.3x4.5m。1.2材料刚架构件截面采用等截面焊接工字形。钢材采用Q235B，焊条E43型。1.3屋面及墙面材料 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。1.4自然条件抗震设防烈度为6度（不考虑地震作用）。地面粗糙度系数按C类。二、结构布置该厂房跨度12m，柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵

2、向长度6.3×（8-1）=44.1m,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。结构布置图见附录 2.1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；腹板厚度tw可取4mm、5mm、6mm，大于6mm以2mm为模数；翼缘厚度t6mm，以2mm为模数，且大于腹板厚度。 （

3、2）工字型截面的高厚比（h/b）：通常取h/b=25；梁与柱采取端板竖放连接时，该梁端h/b6.5。 （3）等截面梁的截面高度一般取跨度的1/401/30，即300mm400mm。综上所述，初步选择梁柱截面均用等截面H型钢300×300×10×15 2.2截面几何特性构件名称 截面A（mm²）Ix×104mmIy×104mmWx×103mmixmmiymmWy×103mm梁  11850202006750135013175.5450 柱 11850202006750135013175.5450三

4、、荷载计算 荷载计算简图3.1荷载取值计算（1）屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）：0.5kN/（包括构件自重）；（2）屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：0.4kN/；（3）基本雪压S0=0.35kN/；对于单跨双坡屋面，屋面坡度=5.71, z=1.0雪荷载标准值SK=S0×z=0.35kN/<0.4kN/,取屋面活荷载和雪荷载中的较大值为0.4kN/，不考虑积灰荷载。（4）基本风压：0.35kN/。按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的规定计算，基本风压0=1.0×0.35=0.3675kN/，地面粗糙度系数按C类。风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范的规定采用，

5、当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用,z =0.74。风荷载体型系数s，迎风面柱及屋面分别为+0.80和-0.60，背风面柱及屋面分别为-0.50和-0.50。 3.2荷载标准值计算（1）屋面恒荷载标准值：0.5×6.3=3.15kN/m（2）屋面活荷载标准值：0.4×6.3=2.52 kN/m（3）风荷载标准值：qk=1.05sz0×柱距 迎风面：柱上q1=1.05×0.8×0.74×0.3675×6.3=1.44 kN/m 横梁上q2=-1.05×0.6×0.74×0.3675

6、15;6.3=-1.08 kN/m 背风面：柱上q3=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90 kN/m 横梁上q4=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90 kN/m荷载简图如下所示：0.90kN/m0.90kN/m1.08kN/m1.44kN/m 四、内力计算及组合4.1刚架内力计算注：剪力图：“+”表示方向“”；轴力图：拉为正，压为负。(1)在不可变荷载作用下内力图 M图（单位kN·m） V图（单位kN) N图（单位kN）(2)在可变荷载作用下内力图 M图

7、（单位kN·m） V图（单位kN） N图（单位kN）(3)在风荷载作用下内力图（左风） M图（单位kN·m） V图（单位kN） N图（单位kN）(4)在风荷载作用下内力图（右风） M图（单位kN·m） V图（单位kN） N图（单位kN） 4.2荷载组合该结构只考虑承受屋面不可变荷载、屋面可变荷载、风荷载，所以进行刚架内力分析时，所需考虑的荷载效应组合主要有：（1）1.2×不可变荷载+1.4×max可变荷载，雪荷载；（2）1.2×不可变荷载+1.4×风荷载；（3）1.2×不可变荷载+0.85×1.4

8、5;（不可变荷载+风荷载） 4.3内力组合根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底（1-1）、柱顶（2-2）、梁支座（3-3）、梁跨中（4-4）等截面。控制截面的内力组合主要有：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。鉴于轻型门式刚架自重较轻，锚栓在强风下可能受到拔起力，需考虑组合。最小轴压力Nmin和同时出现的M及V较大值，出现在不可变荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。控制截面示意图截面 内力恒荷载活荷载风荷载1.2不可变+1.4可变荷载1.2不可变+1.4风荷载1.2不可变+1.4*0.85（

9、可变+风荷载）1-1M000000N-18.90-15.128.70-44.60-16.02-30.32V-5.66-4.53 8.37-13.362.21-3.352-2-28.88-23.1123.96-68.16-11.68-39.42-18.90-15.128.70-44.60-16.02-30.32V-5.66-4.531.03-13.36-6.69-10.963-3-28.88-23.1123.96-68.16-11.68-35.67-7.52-6.011.89-17.74-8.26-13.93V18.2414.59-8.5543.04-35.8029.084-424.4219.5

10、3-7.9857.62-43.7643.05-5.64-4.511.89-13.31-10.16-9.89V-0.56-0.45-2.04-1.32-3.23-3.64各情况下的截面内力值及组合值由上表可知，各控制截面的内力为：柱底截面： M=0， N=-44.60kN, V=-13.36kN柱顶截面： M=-68.16kN·m N=-44.60kN V=-13.36kN梁支座截面： M=-68.16kN·m N=-17.74kN V=43.04kN梁跨中截面： M=57.62kN·m N=-13.31kN V=-3.64kN五、刚架梁、柱的截面及稳定验算 5.1

11、构件的宽厚比验算翼缘部分：b/t=145/15=9.6715235/fy =15，满足；腹板部分：h0/tw=270/10=27250235/fy =250，满足。 5.2刚架梁的验算（1）梁的抗剪验算 梁支座 V=43.04kN 查书可知 梁支座处腹板的平均切应力：=Vhwtw=43040270×10=15.94N/mm2 所以w=hw/tw37k235/fy=270/10375.34235/235=0.320.8，满足；故 270×10×125=337.5kN>40.04kN , 满足。 梁跨中 V=-3.64kN 查表可知 梁跨中腹板的平均切应力：=V

12、hwtw=3640270×10=1.35N/mm2 所以w=hw/tw37k235/fy=270/10375.34235/235=0.320.8，满足故 270×10×125=337.5kN>3.64kN , 满足。 综上所述：梁的抗剪强度满足要求。（2）有效宽度验算梁支座处：M=-68.16kN·m N=-17.74kN V=43.04kN=NA±MyIx=17.74×10311850±68.16×106×13520200×104=1.50±45.55所以1=47.05N/mm

13、2 <f 2=-44.05N/mm2=21=-44.0547.05=-0.936k=16(1+)2+0.112(1-)2+(1+)=22.35 =hw/tw28.1k235/(R1)=270/1028.1×22.35×235/(1.087×47.05)=0.095<0.8，满足所以腹板全截面有效 M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kNm MN=M-NWXA=290.25-17.74×135011850=288.23kNm>68.16kNm，满足。（3）整体性验算当斜梁不超过1:5时

14、，因为轴力很小可以把构件当做压弯构件计算，由于该厂房的坡度为1:10，因此可以不进行稳定性验算。5.3刚架柱的验算（1）抗剪验算柱顶：柱的内力V=13.36kN 查书可知柱顶腹板的平均切应力：=Vhwtw=13360270×10=4.95N/mm2 w=hw/tw37k235/fy=270/10375.34235/235=0.320.8，满足； 270×10×125=337.5kN>13.36kN ,满足。 柱底：柱的内力V=13.36kN 查书可知 柱底腹板的平均切应力：=Vhwtw=13360270×10=4.95N/mm2w=hw/tw37k

15、235/fy=270/10375.34235/235=0.320.8，满足；270×10×125=337.5kN>13.36kN ,满足。 所以柱的抗剪强度满足要求。（2）有效宽度验算柱顶 M=-68.16kN·m N=-44.60kN V=-13.36kN=NA±MyIx=44.60×10311850±68.16×106×13520200×104=3.76±45.55所以1=49.31N/mm2 <f 2=-41.79N/mm2=21=-41.7949.31=-0.847k=16(

16、1+)2+0.112(1-)2+(1+)=20.26 =hw/tw28.1k235/(R1)=270/1028.1×20.26×235/(1.087×49.31)=0.102<0.8，满足。 故腹板全截面有效 M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kNm MN=M-NWXA=290.25-44.60×135011850=285.17kNm>68.16kNm，满足。 （3）整体性验算 平面内稳定性验算：柱的计算长度 一端铰接一端固定计算长度系数=0.7所以，柱的计算长度x=l0ix=35701

17、31=27.25 b类截面 查表得 MxbW=68.16×1060.942×1350×103=53.60N/mm2<f=235N/mm2所以柱的平面内整体稳定性验算满足要求六、节点设计6.1梁柱节点设计（1）构造要求1）螺栓排列应符合构造要求，采用端板平放。2） ew，ef应满足扣紧螺栓的净空要求，通常不小于35mm，此节点处=56mm，=50mm。3）螺栓排列端距不应小于两倍螺栓孔径，选取10.9级M20高强螺栓，两排螺栓之间最小距离为三倍直径，最大距离不应超过400mm，因此可确定端板长L=880mm，宽b=400mm。6.2节点验算 （1）每个受拉螺栓的最大拉力Ntp=Mntht=68.16×1064×(300-12)=59.12kN 其抗拉承载力Ntp=0.8P=0.8×155=124