门式钢架厂房计算实例

PAGE52目录HYPERLINK\l"_Toc137959530"摘要ⅠHYPERLINK\l"_Toc137959531"AbstractⅡHYPERLINK\l"_Toc137959532"1建筑设计 1HYPERLINK\l"_Toc137959533"1.1建筑平面设计 1HYPERLINK\l"_Toc137959533"1.2建筑立面设计 4HYPERLINK\l"_Toc137959533"1.3建筑平面设计 6HYPERLINK\l"_Toc137959534"2结构方案设计说明 7HYPERLINK\l"_Toc137959535"2.1构件截面尺寸及材料选择7HYPERLINK\l"_Toc137959536"2.2结构体系抗震防火要求7HYPERLINK\l"_Toc137959537"3.荷载统计 9HYPERLINK\l"_Toc137959538"3.1恒荷载统计 9HYPERLINK\l"_Toc137959539"3.2活荷载统计 9HYPERLINK\l"_Toc137959540"3.3整个厂房部分作用的荷载 12HYPERLINK\l"_Toc137959541"4.各种荷载作用下的内力分析 16HYPERLINK\l"_Toc137959542"4.1手算内力标准值 16HYPERLINK\l"_Toc137959543"4.2电算内力标准值 21HYPERLINK\l"_Toc137959550"5.门式刚架计算和选型 24HYPERLINK\l"_Toc137959551"5.1截面选型 24HYPERLINK\l"_Toc137959552"5.2刚架梁验算 27HYPERLINK\l"_Toc137959553"5.3刚架柱验算 28HYPERLINK\l"_Toc137959554"5.4位移验算 32HYPERLINK\l"_Toc137959560"6.檩条设计和计算 35HYPERLINK\l"_Toc137959561"6.1设计说明 35HYPERLINK\l"_Toc137959562"6.2荷载计算 35HYPERLINK\l"_Toc137959563"6.3内力计算36HYPERLINK\l"_Toc137959563"6.4截面选型及计算 37HYPERLINK\l"_Toc137959564"7.墙梁设计和计算 41HYPERLINK\l"_Toc137959565"7.1荷载计算 41HYPERLINK\l"_Toc137959566"7.2内力分析 42HYPERLINK\l"_Toc137959567"7.3截面选型和验算 427.4拉条计算 49HYPERLINK\l"_Toc137959568"8支撑设计 50HYPERLINK\l"_Toc137959569"8.1屋面横向水平支撑设计 50HYPERLINK\l"_Toc137959570"8.2柱间支撑设计 53HYPERLINK\l"_Toc137959571"9屋面板设计和计算 58HYPERLINK\l"_Toc137959572"9.1内力及截面验算 58HYPERLINK\l"_Toc137959573"9.2强度验算 61HYPERLINK\l"_Toc137959574"9.3刚度验算 61HYPERLINK\l"_Toc137959580"10吊车梁的设计 63HYPERLINK\l"_Toc137959581"10.1吊车梁的设计 63HYPERLINK\l"_Toc137959588"11节点设计 71HYPERLINK\l"_Toc137959589"11.1柱脚设计 71HYPERLINK\l"_Toc137959590"11.2梁柱节点设计 73HYPERLINK\l"_Toc137959591"11.3牛腿 79HYPERLINK\l"_Toc137959592"11.4抗风柱的计算 81HYPERLINK\l"_Toc137959593"12基础设计计算 84HYPERLINK\l"_Toc137959594"12.1基础设计资料 84HYPERLINK\l"_Toc137959595"12.2基础底面尺寸设计 84HYPERLINK\l"_Toc137959599"13全文总结 91HYPERLINK\l"_Toc137959602"14参考文献93HYPERLINK\l"_Toc137959603"15致谢 95HYPERLINK\l"_Toc137959604"附录：内力组合计算表 961建筑设计本建筑依据其功能要求设计成单层的单坡双跨刚架承重厂房，适用于《门式刚架轻型房屋钢结构规程》（CECS102）。建筑占地面积为：105m×48m=5040。平面详细情况见建筑物的平面图。功能布置依据所给出的建筑功能和相关规范要求，进行建筑内部的设计如下：1.1建筑平面设计本厂房平面设计考虑到现在较常用的刚架承重方案，采用轻型门式刚架。考虑柱距的经济性和受理的均匀合理性，所以纵向柱距取7.5m。此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用较为简单平面布置。对于建筑物大门的设置，考虑到有重型吊车出入，在左右山墙上采用4.5m×4.5m的推拉门。建筑物纵向墙体考虑到人员及设备的出入方便上，采用3.6m×3.6m的推拉门。屋顶为不上人屋顶，屋顶排水采用有组织外檐沟排水，层顶排水坡度为10%，檐沟内排水坡度为0.002。各详细情况表达见图1-1厂房平面图和图1-2屋顶平面图图1-1厂房平面图图1-2屋顶平面图1.2建筑立面设计考虑到排架结构的优点，柱间尽量多用窗，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门2个，均匀布置。除了在1.5米高处设窗之外，在排架柱上部采用贯通的窗以减轻自重和增加厂房内部通风的功能。悬挂式雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。建筑立面详图见图1-3图1-3正立面图1.3建筑剖面建筑剖面从厂房轴线11-12处剖断，剖断处的各详细表达见图1-31.3.1建筑做法：1 屋面做法：II 级防水，不上人，保温隔热，2 地面做法：01ZJ001，地19，陶瓷地砖地面。总厚135mm.3 墙面做法：01ZJ001外墙22，涂料外墙面（一），总厚20mm，4 踢脚做法：01ZJ001，踢22（150高），面砖踢脚（一），总厚30mm，5 散水做法：01ZJ001，散4，水泥砂浆散水（二），总厚120mm。5门式刚架的计算和选型5.1截面选型5.1.1构件截面几何参数梁柱采用国内焊接H型钢，截面示意图如下图所示：由于有吊车荷载，为满足刚度要求，柱采用实腹等截面，梁也采用实腹等截面。所选取的截面如下所示：1斜梁H800×350×10×14Q235图5-1梁截面示意图截面特性：截面面积 A=175.2截面惯性矩=189717.66=10010.60截面抗弯系数=4742.94=572.03截面回转半径=32.91=7.562边柱H500×250×8×12Q235图5-2边柱截面示意图截面特性截面面积 A=98.08截面惯性矩=42918.81=3127.03截面抗弯系数=1716.75=250.16截面回转半径=20.92=5.653中柱H500×400×8×14Q235图5-3中柱截面示意图截面特性 截面面积A=134.08截面惯性矩=64356.09=12802.03截面抗弯系数=2574.24=640.10截面回转半径=21.91=9.775.1.2构件宽厚比验算1梁：翼缘==12.1＜=15腹板==77.2＜=2502边柱：翼缘==10.08＜=15腹板==59.5＜=2503中柱：翼缘==14＜=15腹板==59＜=2505.2刚架梁的验算1抗剪验算：剪力=190.13平均剪应力=0.114∴无需设置横向加劲肋2弯剪压共同作用下验算查表得=5.34=0.903∵==117∵∴按公式计算=边缘应力比：=23.38=0.519=1.0∴受压区全截面有效=4742.94×1000×215=1019.73斜梁平面外整体稳定性验算斜梁下翼缘受压时，加隅撑作为梁平面外支撑点，梁平面外计算长度取2.4m，即∴不需计算5.3刚架柱的验算5.3.1边柱的验算1抗剪验算：柱截面最大剪力=80.16平均应力：=0.1142弯剪压共同作用下验算取二组内力：①②①查表得=5.34=0.696∵∵∴按公式计算==12.71==0.519=1.0∴受压区全截面有效=1716.75×1000×215=369.1满足要求3整体稳定验算=900cm柱截面惯性矩梁截面惯性矩中柱长度边柱计算长长度欧拉临界力为满足要求4刚架柱平面外稳定定验算考虑墙梁与柱连接接处有隅撑，故故刚架柱的平平面外计算长长度取3.0m查查表得满足要求5.3.2中柱的的验算1抗剪验算：柱截截面最大剪力力=1110.566平平均应力：=0.1362弯剪压共同作用下下验算取二组内力力：①查表得=5.334==0.6966∵∵∴按公式计算=边缘应力比：=8.64==0.533∴=11.0∴受压区全截面有效效=2574.24××1000×215=553.55满足要求3整体稳定验算=11400cm柱截面惯性矩梁截面惯性性矩中柱长度边柱计算算长度欧拉临界力为满足要求4刚架柱平面外稳定定验算考虑墙墙梁与柱连接接处有隅撑，故故刚架柱的平平面外计算长长度取3.0m查查表得满足要求5.4位移验算5.4.1风荷载作作用下的位移移因为刚架对称，所所以只计算在在左风下的变变形：图5-5刚架在左左风荷载下的的变形1.47mm,,1.544mm=1.47/90000=1/66122<[[V]=1//240满足要求=1.54/90000=1/74118<[V]]=1/2440满足要求求5.4.2横梁的竖竖向挠度图5-6刚架在竖竖向荷载下的的变形屋面恒荷载作用下下16mm屋屋面活荷载作作用下14mm=1/827.66<[V]==1/1800满足要求。6檩条的设计和计算算6.1设计说明屋面做法：复合屋屋面板。屋面面坡度0.1，檩条跨度度为刚架跨度度7.5m，水平檩条条间距0.8m，均匀设置2道拉条。钢钢材采用Q235FF图6-1檩条布置置简图6.2荷载计算算1恒载：屋面板板0.2檩条（包括拉条）自自重0.112活载：活载（受受荷面积＞660）00.3雪荷载0.55积灰荷载0.333检修集中荷载（采采用等效均步步荷载）1×2//（0.8×77.5）=0.3444风荷载受受风面积为：：风载体型系数为：：风压高度变变化系数：基本风压5荷载组合（设计值值）6.3内力计算算引起绕x轴弯矩按按简支梁计算算，引起弯矩矩按三跨简支支梁计算。计计算简图为见见图6-1和6-2图6-2檩条内力力计算简图跨中截面内力：图6-3檩条内力力计算简图1/3处负弯矩：：跨中正弯矩：6.4截面选型型和计算6.4.1截面选选型C1600×70×220×3.00图6-4檩条截面面示意图截面面积截面惯性矩6.4.2截面验验算图6-5檩条截面面特征1应力计算和稳定验验算=181腹板=184N//mm2=－178NN/mm2b/t==160/33=53.33=11.15=7.8+6.229×0.9967+9..78×0..967=223.03上翼缘=184N/mmm2=－175NN/mm2b/t=700/3=233.3=1.15－0.15=11.007==0.909腹板=2.2＞1.11=00.311＜＜1.7==2.676∴上翼缘=0.454＜11.1=1.4884＜1.7==1.161=23.9=23.9×2..5=60mm下翼缘受压，全截截面有效∵屋面能阻止檩条侧侧向失稳和扭扭转满足要求2刚度满足足要求7墙梁的设计和计算算本工程墙梁采用卷卷边C形槽钢C1160×700×20×33.0，跨度度l=7.55m，间距l=11.5m，在1/3各设一根根根拉条，墙梁梁和拉条均用用Q235钢。墙梁自自重0.0733kN/m。迎风风荷载标准值值：=1.05μsμμzw0ll=1.055×1.0××1.01××0.35××1.5=00.56kkN/m背风风荷载标准值值：=1.05μsμμzw0ll=1.055×－1.1×11.01×00.35×11.5=－0.62kN/m本设计中墙梁有一一定竖向承载载能力，且墙墙板落地，墙墙梁与墙板有有可靠连接。根根据规范要求求，可不考虑虑墙梁自重引引起的剪力和和弯矩。图7-1墙梁布置置简图7.1荷载计算算墙梁所受荷载标准准值：水平=0.566kN/mm=－0.62kN//m墙梁所受荷载设计计值：水平 =0.56×1..4=0.7784kNN/m=－0.62×1.44=－0.8688kN/mm7.2内力分析析图7-2墙梁内力计计算简图1水平荷载，产生的的弯矩墙梁承担水平方向向荷载作用下下，按单跨简简支梁计算内内力，则：迎风Mx=11/8qyyl2=1/8××0.7844×7.522=5.511kN·mm背风My=11/8qyyll2=1/8××－0.8688×7.522=6.1kN·m2剪力水平方向剪力按单单跨简支梁计计算计算迎风Vymax=00.5qyyl=0.55×0.7884×7.55=2.966kN背风Vymaxx=0.5qyll=0..5×0.8868×7..5=3.2255kNN3双弯矩力矩因设有拉条，故可可不计算双弯弯矩。7.3截面选型及及验算7.3.1截面选选型选择C形槽钢160×770×20××3，查表可可知其截面特特性：图7-3墙梁截面面示意图截面面积 A=9.445cm2截面惯性矩Ix==373.664cm44IIy=60.442cm44截面抗弯系数WWx=46.771cmWyymax=227.17cm3WWymin=112.65cm3截面回转半径=6.299cm=22.53ccm=2.224ccm7.3.2截面验验算由弯矩Mx，Mxxl，My引起的截面面各角点应力力符号如图5.3所示。1各板件端部的应力力值为：（1）迎风图7-4墙梁截面面受力示意图图（2）背风2各组成板件有效截截面（1）迎风荷载qy时时：腹板为受压的两边边支撑板件，==118N/mm2==－118N/mm2b/t==160/33=53.33=11.15=7.8+6.229×1+99.78×11=23.887上翼缘b/t=700/3=233.3=1.155－0.15=11.0==0.98腹板=2.16＞1..1==0.3199＜1.7==3.637腹板受压全截面有有效。受拉区区也全部有效效上翼缘=0.463＜11.1=1.4669＜1.7==1.20=20=20×3=600mm＞0==2××70/4==35mmm=660－35=255mm（2）背风荷载qly时时：腹板为受压的两边边支撑板件，==－131N/mm2==131N/mm2b/t==160/33=53.33=11.15=7.8+6.229×1+99.78×11=23.887下翼缘b/t=700/3=233.3=1.155－0.15=11.0==0.98腹板=2.16＞1..1==0.3199＜1.7==3.452腹板受压全截面有有效。受拉区区也全部有效效下翼缘=0.463＜11.1=1.4669＜1.7==1.20=20=20×3=600mm＞0==2××70/4==35mmm=660－35=255mm3强度和稳定验验算（1）迎风时：由于与墙板的有效效连接能阻止止墙梁的侧向向失稳和扭转转，所以只需需验算其应力力满足要求即即可：N/mm2＜ff=205N/mm22N/mm2＜==120NN/mm2应力满足要求（2）背风时：此时，由于墙梁受受压一侧无墙墙板连接，不不能阻止墙梁梁的侧向失稳稳和扭转，所所以需验算其其平面外失稳稳和应力：N/mm2＜ff=205N/mm22N/mm2＜==120NN/mm2平面外失稳：kN/mkN/m=35.6K=0.03=1.4kN·mN/mm2＜==205NN/mm2应力和稳定均满足足要求4刚度验算（1）迎风时：mm＜=500mm（2）背风时：mm＜=500mm刚度满足要求7.4拉条计算跨中布置2根垂直直拉条，其计计算简图如下下所示：图7-5拉条内力力计算简图当跨中拉条承担一一根墙梁的竖竖向支撑作用用时，拉条所所受拉力：N=0.37qxxl=0.337×0.009×7.55=0.255kN拉条所需截面面积积：An=按构造选用1○88拉条，截面面面积50..3mm2,它可以承担担10根墙梁的的竖向支撑作作用。11节点设计11.1柱脚设设计柱脚采用埋入式，其其示意图如图图11-1所示图11-1柱脚示示意图11.1.1边边柱柱脚设计计1柱脚内力设计值图11-2边柱柱柱脚计算简图图柱脚采用埋入式柱柱脚，用C40细石混凝土土二次浇灌。混混凝土参数为为：=2.339=26..8埋入深度为：=11.5×5000=7500mm满足要求满足要求11.1.2中柱柱柱脚设计1柱脚内力设计值图11-3中柱柱柱脚计算简图图柱脚采用埋入式柱柱脚，用C40细石混凝土土二次浇灌。混混凝土参数为为：=2.339=26..8埋入深度为：=11.5×5000=7500mm满足要求满足要求11.2梁柱节点点设计梁柱节点采用端板板拼接，如图图11-4图11-4梁柱拼拼接节点11.2.1梁梁与边柱连接接计算结合A柱柱顶Ⅳ——Ⅳ截面内力组组合与左半跨Ⅰ－Ⅰ截面内力组组合知连接处处内力组合为为：采用10.9级M222高强螺栓连连接，连接表表面用钢丝刷刷除锈，，每每个螺栓承载载力为：，抗抗剪需用螺栓栓数量。初步步选用20个M22高强螺栓。图11-5边柱端端板计算详图图1螺栓强度验算螺栓承受的最大拉拉力值：2连接板设计端端板厚度t根据支承条条件确定（1）两边支承类：端板厚度为为：（2）无加劲肋类：端板厚度为：综上，可取端板厚厚度为：3节点域剪应力计算算：（1）剪应力为：满足要求（2）验算腹板处拉力力：满足要求4梁和端板间焊缝计计算：（1）梁翼缘和端板间间焊缝采用全全熔透对接K形焊缝（2）梁腹板与端板间间焊缝：取11.2.2梁与与中柱连接计计算结合B柱柱顶Ⅳ——Ⅳ截面内力组组合与左半跨Ⅲ－Ⅲ截面内力组组合知连接处处内力组合为为：其计算简图为：图11-6中柱节节点详图采用10.9级M244高强螺栓连连接，连接表表面用钢丝刷刷除锈，，每每个螺栓承载载力为：，抗抗剪需用螺栓栓数量。初步步选用24个M24高强螺栓。图11-7中柱端端板计算详图图1螺栓强度验算螺栓承受的最大拉拉力值：2连接板设计端端板厚度t根据支承条条件确定（1）两边支承类：端板厚度为为：（2）无加劲肋类：端板厚度为：综上，可取端板厚厚度为：3节点域剪应力计算算：（1）剪应力为：满足要求（2）验算腹板处拉力力：满足要求4梁和端板间焊缝计计算：（1）梁翼缘和端板间间焊缝采用全全熔透对接K形焊缝（2）梁腹板与端板间间焊缝：取11.3牛腿因B柱内力较大，同时时承担两台吊吊车荷载，故故取B柱牛腿验算算。牛腿选用用截面型号为为：BH450×2550×6×110，钢材选选用Q3455，e=500mm，外伸宽宽度d=2000mm图11-8牛腿计计算简图11.3.1荷载载计算恒荷载吊车梁及轨道自重重标准值设计值活荷载吊车竖向作用设计计值D==1.42556.14==358.660kN11.3.2截截面验算图11-9牛腿截截面简图(1)拉应力计算算牛腿根部截面：最大拉应力：＜满满足要求(2)剪应力计算算近似以腹板承受剪剪力＜满足要求(3)折算应力计计算腹板与翼缘相交点点：＜1.1满足要求(4)焊缝计算角焊缝抗拉抗剪强强度设计值翼板周边角焊缝长长：腹板周边角焊缝长长：翼板角焊缝高度：：取焊缝高度：=112mm＞腹板角焊缝高度：：取焊缝高度：=88mm＞11.4抗风柱的的计算抗风柱的柱顶和柱柱脚分别由屋屋面支撑和基基础提供竖向向及水平支承承，计算模型型如11-110所示。图11-10抗风风柱计算模型型1荷载计算：墙面恒载标准值：：恒载：风载：查表得查表设计值：经计算，2截面选取取工字型型截面H3350200068Q2235截截面特性：绕强轴长细比：绕弱轴长细比：强度校核稳定验算查表得挠度验算横向风荷荷载作用下，抗抗风柱水平挠挠度12基础设计12.1基础设设计资料，12.2基础底底面尺寸设计计12.2.1边边柱基础设计计选用设计内力为：：图12-2边柱基础础计算简图1确定基础尺寸基础埋深为:初步修正地基承载载力:预估截面面积:取基础边缘的最大和和最小压力:满足要求满足要求故该基础尺寸满足足要求2验算基础高度基底净反力:冲切有效高度:图12-3基底反反力示意图考虑冲切时的多边边形面积为:故该基础高度满足足冲切要求图12-4边柱基基础冲切验算算示意图3基础底版配筋计算算（1）沿基础长边方向向:跨中截面最大弯矩矩：所需钢筋截面面积积：（2）沿基础短边方向向:跨中最大弯矩：所需钢筋截面面积积：最后确定配筋为::沿长边8@2000短边8@200014参考文献[1]张其林..轻型门式刚刚架.济南：山东东科学技术出出版社，2004[2]《轻型钢钢结构设计指指南（实例如如图集）》编编辑委员会.轻型钢结构构设计指南（实实例如图集）.北京：中国国建筑工业出出版社，2000[3]赵熙元，柴柴昶，武人岱岱.建筑钢结构构设计手册（上上册）.北京：治金金工业出版社社，1995[4]沈祖炎，陈陈扬骥，陈