雪糕厂轻型门式刚架设计策划方案

1、 学 号2011021111钢结构设计课程设计哈尔滨市某雪糕厂轻型门式刚架设计院 （系）名 称： 航天与建筑工程学院专 业 名 称： 土木工程学 生 姓 名： 韩学彬指 导 教 师： 张建华 副教授2014年6月 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2426 1. 设计资料 PAGEREF _Toc2426 1 HYPERLINK l _Toc23289 2.荷载计算 PAGEREF _Toc23289 2 HYPERLINK l _Toc27010 1）荷载取值计算 PAGEREF _Toc27010 2 HYPERLINK l _Toc6280 2）各部分作用的荷载

2、标准值计算 PAGEREF _Toc6280 3 HYPERLINK l _Toc4229 3.内力分析 PAGEREF _Toc4229 4 HYPERLINK l _Toc6803 1）在恒荷载作用下 PAGEREF _Toc6803 42） HYPERLINK l _Toc25291 在活荷载作用下 PAGEREF _Toc25291 63） HYPERLINK l _Toc25004 在风荷载作用下 PAGEREF _Toc25004 84. HYPERLINK l _Toc15455 内力组合 PAGEREF _Toc15455 155. HYPERLINK l _Toc25975

3、刚架设计 PAGEREF _Toc25975 17 HYPERLINK l _Toc8888 5.1 截面设计 PAGEREF _Toc8888 17 HYPERLINK l _Toc23623 5.2 构件验算 PAGEREF _Toc23623 17（1） HYPERLINK l _Toc19157 验算刚架柱在风荷载作用下的侧移 PAGEREF _Toc19157 17 HYPERLINK l _Toc8172 （2）构件宽厚比验算 PAGEREF _Toc8172 17 HYPERLINK l _Toc10001 （3）刚架梁的验算 PAGEREF _Toc10001 18 HYPER

4、LINK l _Toc22330 （4）刚架柱的验算 PAGEREF _Toc22330 20 HYPERLINK l _Toc18319 5.3 节点验算 PAGEREF _Toc18319 23 HYPERLINK l _Toc18308 （1）梁柱连接节点： PAGEREF _Toc18308 23（2） HYPERLINK l _Toc1697 横梁跨中节点 PAGEREF _Toc1697 25 HYPERLINK l _Toc27476 （3）柱脚设计 PAGEREF _Toc27476 27 HYPERLINK l _Toc14316 6.其他构件设计 PAGEREF _Toc1

5、4316 28 HYPERLINK l _Toc32279 6.1 檩条的设计 PAGEREF _Toc32279 28 HYPERLINK l _Toc12924 （1）荷载及内力： PAGEREF _Toc12924 28 HYPERLINK l _Toc11483 （2）截面选择及截面特性 PAGEREF _Toc11483 29 HYPERLINK l _Toc29161 （3）强度验算： PAGEREF _Toc29161 31 HYPERLINK l _Toc23661 （4）挠度验算： PAGEREF _Toc23661 31 HYPERLINK l _Toc10185 （5）构

6、造要求： PAGEREF _Toc10185 32 HYPERLINK l _Toc3596 6.2 隅撑的设计 PAGEREF _Toc3596 32 HYPERLINK l _Toc25739 6.3墙梁的设计 PAGEREF _Toc25739 32 HYPERLINK l _Toc30033 （1）荷载计算 PAGEREF _Toc30033 33 HYPERLINK l _Toc31055 （2）内力计算 PAGEREF _Toc31055 33 HYPERLINK l _Toc26711 （3）强度计算 PAGEREF _Toc26711 33 HYPERLINK l _Toc41

7、95 （4）挠度计算 PAGEREF _Toc4195 34 HYPERLINK l _Toc17987 参考文献 PAGEREF _Toc17987 34 1. 设计资料 哈尔滨市某雪糕厂房，采纳单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱距6m，柱高6m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。刚架平面布置如下图（a）所示，刚架形式及几何尺寸如下图（b）所示。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采纳冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，钢材采纳Q345钢，焊条采纳E43型。（a）钢架平面布置图（b）钢架形式及几何尺寸2.荷载计算 1）荷载取值计算

8、（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面） YX51-380-760型彩色压型钢板 0.15kN/m2 50mm厚保温玻璃棉板 0.05kN/m2 PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02kN/m2 檩条及支撑 0.10kN/m2 刚架斜梁自重 0.40kN/m2 悬挂设备 0.20kN/m2 合计 0.92kN/m2 （2）屋面可变荷载标准值 屋面活荷载：0.30KN/m 雪荷载：差不多雪压S0=0.45kN/m2。关于单跨双坡屋面，屋面坡角=542 38,z=1.0，雪荷载标准值Sk=zS0=1.00.45kN/m2=0.45kN/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.45kN/m2，不考虑积灰荷

9、载。 （3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱，墙骨架等） 0.5kN/m2 （4）风荷载标准值 按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002)附录A的规定计算。 差不多风压0=1.050.55kN/m2=0.58kN/m2，地面粗糙度类不为B类；风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范（GB500092001）的规定采纳，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采纳，z=1.0。风荷载体型系数s。迎风面柱及屋面分不为+0.25和-1.0，背风面柱及屋面分不为-0.55和-0.65（CECS102:2002中间区）。地震作用 据全国民用建筑工程设计技术措施结构中第18.8.1条建议：单层

10、门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于7度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。2）各部分作用的荷载标准值计算 （1）屋面 恒荷载标准值：0.926kN/m2=5.52kN/m2 活荷载标准值：0.456kN/m2=2.70kN/m2 （2）柱荷载 恒荷载标准值：（0.566+5.5213.5）kN=95.52kN 活荷载标准值：2.7013.5kN=36.45kN （3）风荷载标准值 迎风面：柱上qw1=0.5860.25kN/m=0.87kN/m 横梁上qw2=-0.5861.0kN/m=-3.48kN/m 背风面：柱上qw3=-0.5860.55kN/m=-1

11、.91kN/m 横梁上qw4=-0.5860.65kN/m=-2.26kN/m3.内力分析 考虑本工程刚度跨度较小，厂房高度较低，荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采纳等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采纳弹性分析方法确定刚架内力。引用建筑结构静力计算手册（中国建筑工业出版社）中表8-7公式计算刚架内力。 （1）在恒荷载作用下（见图3-13-3)=l/h=27/6=4.5=f/h=1.35/6=0.225k=h/s=6/13.5673=0.4422=3+k+(3+)=3+0.4422+0.225(3+0.225)=4.1678=0.5474HA=HE=5.52274.50.5474/

12、8kN/m=45.89kNMC=1-(1+)=9.1812721-(1+0.225)0.5474/8kN/m=165.71kNmMB=MD=-=-5.522720.5474/8kN/m=-275.35kNm 图3-1 恒荷载作用下的M图图3-2 恒荷载作用下的N图图3-3 恒荷载作用下的V图刚架的内力图符号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。（2）在活荷载作用下（见图3-43-6）VA=VE=2.70272kN=36.45kNHA=HE=kN=22.45kNMC=1-（1+）=1-(1+0.225)0.5474kNm=81.

13、05kNmMB=MD=-=-2.702720.5474/8kNm=-134.68kNm图3-4 活荷载作用下的M图图3-5 活荷载作用下的N图图3-6 活荷载作用下的V图（3）在风荷载作用下 关于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx和竖向的分力qy。 （1）在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y作用下（见图3-7）=（8+5）=（8+50.225）=0.1368VE=3.48278kN=11.75kN; VA=(3.4813.5-11.75)kN=35.23kNHA=HE=kN=14.46kNMB=MD=kNm=86.76kNmMC=2-(1+)=0.52-(1+0.225)0.1368

14、kNm=26.57kNm图3-7 风荷载qw2y作用下的M图在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下（见图3-8）VA=2.26278kN=7.63kN; VE=(2.2613.5-7.63)kN=22.88kNHA=HE=2.26274.50.1368/4kNm=9.39kNmMB=MD=2.262740.1368kNm=56.35kNmMC=0.52-(1+0.225)0.1368kNm=33.95kNm图3-8 风荷载qw4y作用下M图在迎风面柱上风荷载qw1作用下（见图3-9）=1=6(2+0.225)+50.4422=0.9334VA=-VE=-0.8762/(227)kN=-0.

15、58kNHE=0.586-3.38kN=1.84kNMB=(2-)=kNm=8.35kNmMC=1-(1+)=（1-（1+0.225）0.9334kNm=-1.12kNmMD=1.846kNm=11.04kNm图3-9 风荷载qw1作用下的M图（4）在背风面柱上风荷载qw3作用下（见图3-10）VA=-VE=-1.9162/(227)kN=-1.27kNHE=)=-（2-）kN=8.79kNHA=(1.916-8.79)kN=2.67kNMD=(8.796-1.9162/2)kNm=18.36kNmMB=2.676kNm=16.02kNmMC=kNm =-2.47kNm 图3-10 风荷载qw

16、3作用下的M图在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下（见图3-11）=1;=0.0315VA=-VE=-(1+0.0315)=1.16kNHA=(1+0.0315)kN=2.28kNHE=(3.481.35-2.42)kN=2.28kNMC=kNm =1.04kNmMB=2.426kNm=14.52kNmMD=2.286kNm=13.68kNm图3-11 风荷载qw2x作用下的M图在背风面横梁上风荷载水平风力qw4x作用下（见图3-12）VA=-VE=-2.261.35(227)(26+1.35)kN=-0.75kNHE=2.261.35(1+0.0315)/2kN=1.57kNHA=(2

17、.261.35-1.57)kN=1.48kNMC=2.261.35620.2250.51.2250.0315)kNm=0.68kNmMB=1.486kNm=8.88kNm，MD=1.576kNm=9.42kNm图3-12 风荷载qw4x作用下的M图用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力（见图3-133-3-16）图3-13 左风向风荷载qw作用下的M图图3-14 右风向风荷载qw作用下的M图图3-15 风荷载qw作用下的N图图3-16 左风向风荷载qw作用下的V图4.内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计，依照建筑结构荷载规范（GB50009-2001）的规定，采纳荷载效应的差不多组合：S

18、R。本工程结构构件安全等级为二级，=1.0。关于差不多组合，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 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 1.2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； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 1.0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； = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 1.2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； = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 1.0恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4风荷载

19、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； = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 1.35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操纵截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面。关于刚架梁，截面可能的最不利内力组合如下。 梁端截面:Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。 梁跨中截面：Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。 关于刚架柱,截面的最不利组合有Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V；Nmax及相应的Mmax、V；Nmin及相应的Mmax、V。内力组合见表4-1。 表4

20、.1 钢架内力组合（左半跨）截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M/kNmN/kNV/kN刚架柱柱顶B（1）恒活518.97 140.45-86.5（2）恒风-33.312.5-22.9（1）恒活518.97140.45-86.5（2）恒风-33.312.5-22.9柱底A（1）恒活0165.65-86.5（2）恒风033.527.2刚架梁支座B（1）恒活518.772.1125.68（2）恒风-33.3-12.40.89跨中C（2）恒风-78.4-17.93.87（1）恒活-312.358.11-8.63 刚架设计5.1 截面设计初选梁柱截面均用热轧一般工字钢I63c :6301801

21、722，截面特性： =180,=630, =17.0，=22.0，=179.79， =102339, =3248.9，=23.86； =1842.4，=204.7，=3.20。5.2 构件验算（1）验算刚架柱在风荷载作用下的侧移=102339，=/=27000/6000=4.5 刚架柱顶等效水平力： =16.68 =0.6716.68=11.18kN = =6.20=/60=100（2） 构件宽厚比验算翼缘部分：/=81.5/22=3.7815=15 满足腹板部分：/=586/17=34.47250=250 满足（3）刚架梁的验算抗剪验算：梁截面最大剪力为=125.68，考虑到仅有支座加劲肋，

22、=0.620.8， =58617125=1245=125.68kN，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算：取梁端截面进行验算，=72.1, =125.68，=518.97。因0.5,取=0.5，按钢结构设计规范（GB500172003）验算= =820.99=518.97，取= 故 =01，满足要求。整体稳定验算：=72.1, =518.97梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度=27135，=/=27135/238.6=113.73=150，b类截面，查表得=0.472。 =2566.5,=1.0 + =+ =170.38=295，满足要求 横梁平面外的整体稳定验算：考虑屋面压型钢板与

23、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=3015。关于等截面构件=/=3015/32=94.2,b类截面，查表得=0.593。, =1.2690.6 = =166.88=295按钢结构设计规范（GB50017-2003）校核横梁腹板容许高厚比：梁端截面： = = =1.93故=34.47=113.54，满足要求梁跨中截面： = = =1.91 故=34.47=112.58，满足要求验算檩条集中荷载下的局部受压承载力：檩条传给横梁上翼缘的集中荷载。 =10.21 =130 =4.62=295验算腹板上翼缘处的折算应力。取梁端截面

24、处的内力=518.97，=72.1, =125.68， =108.01 =/=6.26/ =/ =106.33=354，满足要求（4） 刚架柱的验算抗剪验算：柱截面最大剪力为=86.5，考虑到仅有支座加劲肋，=0.410.8，=58617170=693.5=86.5，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算：取柱顶截面进行验算=140.45，=86.5，=518.97因0.5,取=0.5，按钢结构设计规范（GB500172003）验算= = =537.69.0=518.97，取= 故 =01，满足要求。整体稳定验算构件的最大内力：=165.65, =518.97刚架柱平面内的整体稳定性验算：刚架柱

25、高=6000，梁长=27135，柱的线刚度=/ =102339/6000=170565；梁线刚度=/(2)=102339/27135=37714.8，/=170565/37714.8=4.5，查表得柱的计算长度系数=2.075。刚架柱的计算长度=2.0756000=12450。=/=12450/238.6=52.18=150，b类截面，查表得=0.845 =12192.46，=1.0+=+ =156.08/=295/，满足要求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，单位安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考

26、虑，即=3015mm。关于等截面构件，=/=3015/32.0=94.2,b类截面，查表得=0.593 =1.2690.6 =/ =172.75/=295/ 按钢结构设计规范（GB50017-2003）校核钢架柱腹板容许高厚比：a.柱顶截面：=/=/ =1.91 故=34.47=128.6，满足要求b.柱底截面：=0 故=34.47=117.3，满足要求5.3 节点验算梁柱连接节点：（见图5-1） 图5-1 刚架柱与刚架梁的连接节点螺栓强度验算：梁柱节点采纳10.9级M22高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采纳喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为190，连接处传递内力设计值

27、： =72.7, =125.68，=518.97螺栓抗拉承载力验算： =0.8=152 = =螺栓的抗剪承载力验算： =0.9=0.910.45190 =76.95=125.69/8=15.71，满足要求最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算 =0.851，满足要求端板厚度验算：端板厚度取=20，按二边支撑类端板计算:=15.66梁柱节点域的剪应力验算：=/ =151.12/=180/ 满足要求。螺栓处腹板强度验算：=75.70.4=0.4=76=/，满足要求（2）横梁跨中节点（见图5-2） 图5-2 刚架梁跨中节点螺栓强度验算横梁跨中节点采纳10.9级M20高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采纳

28、喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为155kN，连接处传递内力设计值： =26.17, =2.61，=123.45螺栓抗拉承载力验算：=0.8=0.8155=124= =118.33=124螺栓的抗剪承载力验算：=0.9=0.910.45155 =62.78=8.63/8=1.08，满足要求 最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算 =0.971，满足要求端板厚度验算： 端板厚度取=18，按二边支撑类端板计算: =17.10螺栓处腹板强度验算：=57.72 0.4=0.4155=62=/，满足要求（3）柱脚设计（见图5-3）图5-3 刚架柱铰接 刚架柱与基础铰接，采纳平板式铰

29、接柱脚。柱脚内力设计值：=165.65，相应的=86.5； =33.5，相应的=27.2。由于柱脚剪力=86.50.4=66,26，故在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。另0，考虑柱间支撑竖向 上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设 置锚栓即可，采纳4M24。柱脚底板面积和厚度计算。柱脚底板面积确定基础采纳C20混凝土，=9.6，验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值：=/=0.75/=9.6/ 满足要求。 b.底板厚度的确定依照柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分不计算底板所承受的最大弯矩: 三边支承板：/=96/586=0.160.3，按悬臂板计算 =11616

30、关于悬臂板部分：=900底板厚度：=15.0，取=20。 6.其他构件设计 6.1 檩条的设计 檩条形式为卷边槽形冷弯型钢，按单跨简支构件设计。屋面坡度1/10，檩条跨度6m，于跨中设一道拉条，水平檩距1.5m，材质为钢材Q345。 （1）荷载及内力：考虑永久荷载与屋面活荷载的组合为操纵效应。檩条线荷载标准值：=1.53 檩条线荷载设计值 =1.908 =sin=0.189kN/m，=cos=1.899 kN/m 弯矩设计值： ， （2）截面选择及截面特性选用C (见图6-1)： ,;,. 图6-1 薄壁C型钢截面先按毛截面计算的截面应力为 受压板件的稳定系数 腹板： 上翼缘板： 受压板件的有效宽度： 腹板：， 。 板件约束系数 由于，取 ， ，. 则截面有效宽度 上翼缘板：， 。 板件约束系数 由于，取 ， ，. 则截面有效宽度下翼缘板：下q翼缘板全截面受拉，全部有效。有效净截面模量 上翼缘板的扣除面积宽度为（70