钢结构载荷计算及相关

目录纲要ⅠAbstractⅡ1建筑设计11.1建筑平面设计11.2建筑立面设计41.3建筑平面设计62构造方案设计说明72.1构件截面尺寸及资料选择72.2构造系统抗震防火要求73.荷载统计93.1恒荷载统计93.2活荷载统计93.3整个厂房部分作用的荷载124.各种荷载作用下的内力解析164.1手算内力标准值164.2电算内力标准值215.门式刚架计算和选型245.1截面选型245.2刚架梁验算275.3刚架柱验算285.4位移验算326.檩条设计和计算356.1设计说明356.2荷载计算356.3内力计算366.4截面选型及计算377.墙梁设计和计算417.1荷载计算417.2内力解析427.3截面选型和验算427.4拉条计算498支撑设计508.1屋面横向水平支撑设计508.2柱间支撑设计539屋面板设计和计算589.1内力及截面验算589.2强度验算619.3刚度验算6110吊车梁的设计6310.1吊车梁的设计6311节点设计7111.1柱脚设计7111.2梁柱节点设计7311.3牛腿7911.4抗风柱的计算8112基础设计计算8412.1基础设计资料8412.2基础底面尺寸设计8413全文总结9114参照文件错误!未指定书签。15致谢95附录：内力组合计算表96建筑设计本建筑依照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构造规程》（CECS102）。建筑占地面积为：105m×48m=5040m2。平面详细情况见建筑物的平面图。功能部署依照所给出的建筑功能和相关规范要求，进行建筑内部的设计以下：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平均合理性，因此纵向柱距取7.5m。其他，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部署。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1.2建筑立面设计考虑到排架构造的优点，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比较，显得明快、爽朗，同时也获取了优异的采光收效。大门2个，平均部署。除了在1.5米高处设窗之外，在排架柱上部采用贯串的窗以减少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1-1厂房平面图图1-2屋顶平面图图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1-3建筑做法：屋面做法：II级防水，不上人，保温隔热，地面做法：01ZJ001，地19，陶瓷地砖地面。总厚135mm.墙面做法：01ZJ001外墙22，涂料外墙面（一），总厚20mm，踢脚做法：01ZJ001，踢22（150高），面砖踢脚（一），总厚30mm，散水做法：01ZJ001，散4，水泥砂浆散水（二），总厚120mm。门式刚架的计算和选型5.1截面选型构件截面几何参数梁柱采用国内焊接H型钢，截面表示图以以下图所示：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。所采用的截面以下所示：1斜梁H800×350×10×14Q235图5-1梁截面表示图截面特色：截面面积A=175.2cm2截面惯性矩Ix=189717.66cm4Iy=10010.60cm4截面抗弯系数Wx=4742.94cm3Wy=572.03cm3截面辗转半径ix=32.91cm2iy=7.56cm22边柱H500×250×8×12Q235图5-2边柱截面表示图截面特色截面面积A=98.08cm2截面惯性矩Ix=42918.81cm4Iy=3127.03cm4截面抗弯系数Wx=1716.75cm3Wy=250.16cm3截面辗转半径ix=20.92cm2iy=5.65cm23中柱H500×400×8×14Q235图5-3中柱截面表示图截面特色截面面积A=134.08cm2截面惯性矩Ix=64356.09cm4Iy=12802.03cm4截面抗弯系数Wx=2574.24cm3Wy=640.10cm3截面辗转半径ix=21.91cm2iy=9.77cm2构件宽厚比验算1梁：翼缘b=170=12.1＜15235=15t14fy腹板hw=(800214)=77.2＜250235=250tw10fy2边柱：翼缘b=121=10.08＜15235=15t12fy腹板hw=(500214)=59.5＜250235=250tw8fy3中柱：翼缘b=196=14＜15235=15t14fy腹板hw=(500214)=59＜250235=250tw8fy5.2刚架梁的验算抗剪验算：剪力Vmax=190.13kN平均剪应力0190.1310324.6N/mm2=0.114fy(800214)10hw77.2170∴无需设置横向加劲肋tw弯剪压共同作用下验算whwtw查表得k=5.34w77.2=0.90337k375.34235fy∵0.8w1.4fv'[10.64(w0.8)]fv=[10.64(0.9030.8)]125=117N/mm2∵V0.5Vd451.26kN∴按公式MMeNMeNMeNWe/Ae计算36182NMhw=34.610885.2610386N/mm2AWxh175204742.94103400178边缘应力比：maxmin

1780.978182k016=23.38(1)20.112(1)2(1)phw/tw=0.519=1.028.1k235/1.1maxhehchc182772390mm∴受压区全截面有效182178MeWef=4742.94×1000×215=1019.7kNm斜梁平面外整体牢固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ly2400mmly35016235/fy5600mm∴不需计算5.3刚架柱的验算边柱的验算1抗剪验算：柱截面最大剪力Vmax=80.16kN平均应力：080.1610321.05N/mm2=0.114fyhw59.5(50024)8tw2弯剪压共同作用下验算取二组内力：N497.63kNN474.43kN①M251.85kNm②M296.71kNmV37.54kNV37.54kN①hwtw查表得k=5.3459.5ww=0.69637k235fy375.34∵w0.8fv'fv125N/mm2∵V0.5Vd∴按公式MMeNMeNMeNWe/Ae计算36191NMhw=497.6310251.8510476N/mm2AWxh98081716.7510350089k016=12.71)20.112(1)2(1(1)phw/tw=59.5=0.51928.1k235/1.128.112.71235/(1.1191)maxhehc191476324.7mm∴受压区全截面有效hc89191MeWef=1716.75×1000×215=369.1kNm

p0.8=1.0NMeNWe/A369.1497.631033满Me1716.75109808足要求3整体牢固验算lxlx0lx=900cm柱截面惯性矩Ic42918.81cm4梁截面惯性矩IR189717.66cm4中柱长度lR2411cmIR)K1.51.20边柱计算长度lx1.29001080cmIc欧拉临界力为'2EA3.1422.061059808NEX21.149.327451.1kN1.1满足要求刚架柱平面外牢固验算考虑墙梁与柱连接处有隅撑，故刚架柱的平面外计算长度取3.0m30053.1查表得y0.842y5.65NtxMxyAbWx满足要求497.631031.0251.85106207N/mm220.84298081.01716.75103f215N/mm中柱的验算1抗剪验算：柱截面最大剪力Vmax=110.56kN平均应力：0110.5610329.3N/mm2=0.136fyhw59.5(50028)8tw2弯剪压共同作用下验算取二组内力：701.84kNwhwtw查表得k=5.34w59.5=0.696k235fy375.3437∵w0.8fv'fv125N/mm2∵V0.5Vd∴按公式MMeNMeNMeNWe/Ae计算NMhw=701.84103174.34106476117N/mm2AWxh134082574.2410350012.3边缘应力比：max130.111117mink016=8.6420.112(1)2(1)(1)hw/tw=59.5p235/1.1max12.71=0.53328.1k28.1235/(1.1117)=1.0

p0.8∴hehchc117428.4mm∴受压区全截面有效47611713MeWef=2574.24×1000×215=553.5kNmMeNMeNWe/A553.5701.841032574.24103满足13408要求3整体牢固验算lxlx0lx=1140cm柱截面惯性矩Ic42918.81cm4梁截面惯性矩IR189717.66cm4中柱长度lR2411cmIR)K1.51.04边柱计算长度lxIc欧拉临界力为'2EA3.1422.06105134087646.7kNNEX21.156.921.1满足要求刚架柱平面外牢固验算考虑墙梁与柱连接处有隅撑，故刚架柱的平面外计算长度取3.0m30030.7查表得y0.933y9.77NtxMxyAbWx满足要求701.841031.0174.34106123.8N/mm2f215N/mm20.933134081.02574.241035.4位移验算风荷载作用下的位移由于刚架对称，因此只计算在左风下的变形：图5-5刚架在左风荷载下的变形V21.47mm,V41.54mmV2=1.47/9000=1/6122<[V]=1/240满足要求HV4=1.54/9000=1/7418<[V]=1/240满足要求H横梁的竖向挠度图5-6刚架在竖向荷载下的变形屋面恒荷载作用下V316mm屋面活荷载作用下V314mmV31514=1/827.6<[V]=1/180满足要求。L24000檩条的设计和计算6.1设计说明屋面做法：复合屋面板。屋面坡度0.1，檩条跨度为刚架跨度7.5m，水平檩条间距0.8m，平均设置2道拉条。钢材采用Q235F图6-1檩条部署简图6.2荷载计算1恒载：屋面板0.2kN/m2檩条（包括拉条）自重0.1kN/m2活载：活载（受荷面积＞60m2）0.3kN/m2雪荷载0.5kN/m2积灰荷载0.3kN/m23检修集中荷载（采用等效均步荷载）1×2/（0.8×7.5）=0.34kN/m24风荷载受风面积为：A7.50.86风载体型系数为：风压高度变化系数：

s1.1831.07基本风压w00.35kN/m2荷载组合（设计值）6.3内力计算qy引起绕x轴弯矩按简支梁计算，qx引起弯矩按三跨简支梁计算。计算简图为见图6-1和6-2图6-2檩条内力计算简图跨中截面内力：Mx1qyl21/828.45kNm8图6-3檩条内力计算简图1/3处负弯矩：Myqxl220.075kNm90跨中正弯矩：Myqxl21/36020.019kNm3606.4截面选型和计算截面选型C160×70×20×3.0图6-4檩条截面表示图截面面积A9.45cm2截面惯性矩Ix373.64cm4Iy60.42cm4截面验算图6-5檩条截面特色应力计算和牢固验算Mh8.45106160=181N/mm2Ix2373.641042腹板max=184N/mm2min=－178N/mm2minmax

178b/t=160/3=53.3=1.150.96701842=7.8+6.29×0.967+9.78×0.9672=23.03上翼缘max=184N/mm2min=－175N/mm2minmax

184b/t=70/3=23.3=1.15－0.15=1.0070.9511752=0.9512=0.909腹板ck7023.03=2.2＞1.1k0.110.932=0.311＜1.7bkc1600.90910.05205k1k=2050.38523.93=2.6761205∴be(21.80.1)bc26.8be26.82.567mmtb/tt上翼缘ck1600.909=0.454＜1.11=1.484＜1.7bkc7023.03k1205k1k=2051.4840.909=1.1611205be21.80.1bc=23.9tbttbe=23.9×2.5=60mm下翼缘受压，全截面有效∵屋面能阻拦檩条侧向失稳和扭转MM8.451060.075106199.4N/mm2f205N/mm2满足要求WenxWeny43725122302刚度5qyl450.9cos5.77500443mml满足要求v3842.06105373.6410450mm384EIx150墙梁的设计和计算本工程墙梁采用卷边C形槽钢C160×70×20×3.0，跨度l=7.5m，间距l=1.5m，在1/3各设一根根拉条，墙梁和拉条均用Q235钢。墙梁自重0.073kN/m。迎风风荷载标准值：qk=1.05μsμzw0ll背风风荷载标准值：qk=1.05μsμzw0ll

=1.05×1.0×1.01×0.35×1.5=0.56kN/m=1.05×－1.1×1.01×0.35×1.5=－0.62kN/m本设计中墙梁有必然竖向承载能力，且墙板落地，墙梁与墙板有可靠连接。依照规范要求，可不考虑墙梁自重引起的剪力和弯矩。图7-1墙梁部署简图7.1荷载计算墙梁所受荷载标准值：水平q1y=0.56kN/mq2y=－0.62kN/m墙梁所受荷载设计值：水平q1y=0.56×1.4=0.784kN/mq2y=－0.62×1.4=－0.868kN/m7.2内力解析图7-2墙梁内力计算简图水平荷载q1y，q2y产生的弯矩墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁计算内力，则：迎风Mx=1/8qyl2=1/8×0.784×7.52=5.51kNm·背风My=1/8qyll2=1/8×－0.868×7.52=6.1kN·m2剪力水平方向剪力按单跨简支梁计算计算迎风V=0.5ql=0.5××ymaxy背风Vymax=0.5ql=0.50.8687.5=3.255kNyl××双弯矩力矩因设有拉条，故可不计算双弯矩。7.3截面选型及验算截面选型选择C形槽钢160×70×20×3，查表可知其截面特色：图7-3墙梁截面表示图截面面积A=9.45cm2截面惯性矩Ix=373.64cm4Iy=60.42cm4截面抗弯系数Wx=46.71cmWymax=27.17cm3Wymin=12.65cm3截面辗转半径ix=6.29cmiy=2.53cmx0=2.224cm截面验算由弯矩Mx，Mxl，My引起的截面各角点应力符号如图5.3所示。各板件端部的应力值为：（1）迎风MxiWxi图7-4墙梁截面受力表示图（2）背风MxiWxi各组成板件有效截面（1）迎风荷载qy时：腹板为受压的两边支撑板件，max=3=118N/mm2min=2=－118N/mm2minmax

1181b/t=160/3=53.3=1.151182=7.8+6.291+9×.78×1=23.87上翼缘minmax

1181b/t=70/3=23.3=1.15－0.15=1.0118k5.8911.596.6826.681=0.98腹板ck7023.87=2.16＞1.1k10.110.932=0.319＜1.7bkc1600.980.05205k1k=2050.31923.87=3.6371118腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效上翼缘ck1600.98=0.463＜1.1k11=1.469＜1.7bkc7023.87205k1k==1.201205be21.80.1bc=20tbttbe=20×3=60mm＞0be1=2bc×=60－35=25mm5=270/4=35mmbe2（2）背风荷载qly时：腹板为受压的两边支撑板件，max=3=－131N/mm2min=2=131N/mm2minmax

131b/t=160/3=53.3=1.1511312=7.8+6.291+9×.78×1=23.87下翼缘minmax

1311b/t=70/3=23.3=1.15－0.15=1.01312=5.8911.5916.681=0.98腹板ck7023.87=2.16＞1.1k0.110.932=0.319＜1.7bkc1600.9810.05205k1k==3.4521131腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效下翼缘ck1600.98k11bkc70=0.463＜1.1=1.469＜1.723.87205k1k==1.201205be21.8bc=20t0.1tbtbe=20×3=60mm＞0be1=2bc×=60－35=25mm5=270/4=35mmbe2强度和牢固验算（1）迎风时：由于与墙板的有效连接能阻拦墙梁的侧向失稳和扭转，因此只需验算其应力满足要求即可：M5.51106135N/mm2＜f=205N/mm2Wenx419043Vymax32.941039.5N/mm2＜fv=120N/mm22h0t2160323应力满足要求（2）背风时：此时，由于墙梁受压一侧无墙板连接，不能够阻拦墙梁的侧向失稳和扭转，因此需验算其平面外失稳和应力：6M6.110146N/mm2＜f=205N/mm2Wenx419043Vymax33.25510310.5N/mm222h0t2160323＜fv=120N/mm平面外失稳：kf52.50.33q'kq0.330.8680.29kN/mh160xy'qx'ly220.08kN/mMy02424141v2hhdeh2410.3216016052.51602=35.6KEt3Ct2.0610532720K=0.03RKl4/2EIfly0.0325004410984=1.43.143.142.0610510.0125R10.01251.40.36110.198R10.1981.4My'My'00.361·m1MmaxNMy'1(6.11060.031062＜f=205N/mm2WexAWfly)18681174N/mm0.85441904应力和牢固均满足要求刚度验算（1）迎风时：v5qxl450.567500430mm＜l=50mm384EIx3842.061053736400150（2）背风时：v5qxl450.627500433mm＜l=50mm384EIx3842.061053736400150刚度满足要求7.4拉条计算跨中部署2根垂直拉条，其计算简图以下所示：图7-5拉条内力计算简图当跨中拉条担当一根墙梁的竖向支撑作用时，拉条所受拉力：N=0.37qxl=0.37×0.09×7.5=0.25kN拉条所需截面面积：An=Nl0.251032f0.952151.22mm按构造采用1○8拉条，截面面积50.3mm2,它能够担当10根墙梁的竖向支撑作用。节点设计11.1柱脚设计柱脚采用埋入式，其表示图如图11-1所示图11-1柱脚表示图边柱柱脚设计M281.63KNm1柱脚内力设计值N232.92KN80.16KN图11-2边柱柱脚计算简图柱脚采用埋入式柱脚，用C40细石混凝土二次浇灌。混凝土参数为：ftk=2.39N/mm2fck=26.8N/mm2ft1.71N/mm2fc19.1N/mm2埋入深度为：H11.5HZ=1.5×500=750mm[N]ftH1S1.7175019762534kNN497.63满足要求[M]bfH122507502442.7kNmM265.93kNm满足要求fc18.8966M168.44KNm1柱脚内力设计值N372.60KN36.27KN图11-3中柱柱脚计算简图柱脚采用埋入式柱脚，用C40细石混凝土二次浇灌。混凝土参数为：ftk=2.39N/mm2fck=26.8N/mm2ft1.71N/mm2fc19.1N/mm2埋入深度为：H11.5HZ=1.5×500=750mm[N]ftH1S1.7175025763303kNN372.6满足要求[M]bfH124007502mM182.3kNm满足要求fc18.896708.4kN611.2梁柱节点设计梁柱节点采用端板拼接，如图11-4图11-4梁柱拼接节点梁与边柱连接计算结合A柱柱顶Ⅳ—Ⅳ截面内力组合与左半跨Ⅰ－Ⅰ截面内力组合知连接处内力组合为：采用10.9级M22高强螺栓连接，连接表面用钢丝刷除锈，

0.3，每个螺栓承载力为：[bkN，抗剪需用螺栓数量n64.45。初步采用V1.2651.320个M22高强螺栓。图11-5边柱端板计算详图螺栓强度验算螺栓承受的最大拉力值：2连接板设计端板厚度t依照支承条件确定（1）两边支承类：ef45mmew90mmNtNl66.71kN端板厚度为：t12efewNt12459066.7110316.4mm[ewb4ef(ewef)]f[90350445(4590)]215（2）无加劲肋类：a75mmew90mmNtNly466.7134151.12kNy1445端板厚度为：t3ewNt39051.1210322.4mm(0.5aew)f(0.57590)215综上，可取端板厚度为：t24mm3节点域剪应力计算：M267.93kNmdb800mmdc340mmtc10mm（1）剪应力为：M267.93106118.2N/mm2fv125N/mm2dbdctc80034010满足要求（2）验算腹板处拉力：Nt2Nty366.7126639.88kN0.4P76kNy144519010384.4N/mm2f215N/mm2满足要求ewtw9010梁和端板间焊缝计算：1）梁翼缘和端板间焊缝采用全熔透对接K形焊缝2）梁腹板与端板间焊缝：0.5tw0.510取hf10mmhf7.1mm0.70.7梁与中柱连接计算结合B柱柱顶Ⅳ—Ⅳ截面内力组合与左半跨Ⅲ－Ⅲ截面内力组合知连接处内力组合为：其计算简图为：图11-6中柱节点详图采用10.9级M24高强螺栓连接，连接表面用钢丝刷除锈，

0.3，每个螺栓承载力为：[NVb，抗剪需用螺栓数量n190.133.13。初步选60.75用24个M24高强螺栓。图11-7中柱端板计算详图螺栓强度验算螺栓承受的最大拉力值：连接板设计端板厚度t依照支承条件确定（1）两边支承类：ef50mmew90mmNtNl167.1kN端板厚度为：t12efewNt125090167.110326.5mm4ef(ewef)]f[ewb[90350450(5090)]215（2）无加劲肋类：a80mmew90mmNtNly4167.125680.7kNy15303eNt39038.99103端板厚度为：tw27.9mm(0.5aew)f(0.58090)215综上，可取端板厚度为：t30mm3节点域剪应力计算：M300kNmdb800mmdc340mmtc14mm（1）剪应力为：M30010694.5N/mm2fv125N/mm2dbdctc80034014满足要求（2）验算腹板处拉力：y3256Nt2Nty1167.15300.4P0.4225103100N/mm2f215N/mm2满足要求ewtw9010梁和端板间焊缝计算：1）梁翼缘和端板间焊缝采用全熔透对接K形焊缝2）梁腹板与端板间焊缝：hf0.5tw0.5107.1mm取hf10mm0.70.711.3牛腿因B柱内力较大，同时担当两台吊车荷载，故取B柱牛腿验算。牛腿采用截面型号为：BH450×250×6×10，钢材采用Q345，e=500mm，外伸宽度d=200mm图11-8牛腿计算简图荷载计算恒荷载吊车梁及轨道自重标准值设计值活荷载吊车竖向作用设计值D=1.4256.14=358.60kN截面验算图11-9牛腿截面简图拉应力计算牛腿根部截面：最大拉应力：tM190.24106151.9N/mm2＜ft315N/mm2满足要求W1252420剪应力计算近似以腹板承受剪力V380.48103147.5N/mm2＜fv180N/mm2满足要求twhw6430折算应力计算腹板与翼缘订交点：23222258.82＜1.1ft2zss145.23123.7N/mm满足要求