轻型门式钢架毕业设计计算书

中有一台10吨A5级工作制吊车，24米跨度双坡轻型门式刚架，7.5米柱距。总建筑面thearchitecturaldesignacomponentselection,checonsistsofspecificrequirementsofengineeringdrawingsanddesigningparametersachievedThisdesignaccordingtovariousdesigningspecifications,sourcemdesignapproach.Throughcomparingandrectifyinganumberofreferencesandthreemonths第一部分结构选型和结构布置 1 11.2设计原始资料 1 21.4设计的任务和内容 21.4.1建筑设计内容 21.4.2结构设计内容 21.5设计完成应提交的文件和图表 31.5.1计算说明书 3 3第二章建筑设计说明 42.1单层门式刚架结构的组成 4 42.3平面设计 52.4剖面设计 52.4.1厂房高度的确定 52.4.2室内地坪标高的确定 62.5立面设计 6 62.5.2建筑立面设计的任务及步骤 62.5.3采光面积 7 72.5.5各种构造的做法 7第三章钢结构的特点及应用 83.1钢结构的特点 83.2钢结构的应用范围 93.3单层门式刚架结构的特点 3.4结构选型和整体布置 4.1屋面板选型 4.1.1轻型屋面的特点 4.3柱的选择 4.4檩条选型 4.5拉条的设置 4.6墙梁选型 4.7吊车梁选型及钢轨型号 4.7.2吊车轨道 4.10基础设计 5.2檩条和墙梁的布置 5.4檩条与钢梁的连接 5.5檩条的拉条和撑杆 6.1檩条设计 6.1.1荷载和内力计算 6.1.3有效净截面模量 6.1.4强度计算 6.1.5有效净截面模量 6.1.6稳定计算 6.1.7挠度验算 6.1.8构造要求 6.2.3内力计算 6.2.5有效截面 6.2.6强度计算 6.2.7稳定计算 6.2.8挠度验算 6.3抗风柱设计 6.3.4弯矩作用平面外的稳定性计算 6.3.5局部稳定 6.3.6挠度计算 7.2吊车荷载标准值 7.4其他荷载 7.5内力计算 7.5.1作用在吊车梁上的力的分析 7.5.4弯矩和剪力叠加 7.6.1吊车梁确定高度 7.6.2吊车梁腹板厚度确定 7.6.3吊车梁翼缘宽度确定 7.6.4制动结构与支撑构件 7.7吊车梁截面计算 7.8稳定计算 7.10制动结构 7.10.1制动边梁的强度与稳定计算 7.10.2走道板的计算 8.1荷载的组合 8.2刚架荷载计算 8.2.1永久荷载 8.2.2活荷载 8.4刚架内力计算 8.4.1刚架在屋面恒载和刚架自重作用下的内力计算 8.4.2在屋面活荷载作用下的内力计算 8.5右风作用在屋架上的内力计算 8.6吊车荷载作用 8.7内力组合 第九章刚架侧移和截面验算 9.1截面验算 9.1.2构件宽厚比验算 9.1.3刚架梁的验算 9.1.4刚架柱的验算 9.2刚架的变形计算 9.2.1刚架柱顶的位移计算 9.2.2刚架斜梁在竖向荷载标准值作用下的挠度限制计算 第十章刚架连接节点设计 10.1.1牛腿截面设计 10.1.2柱连接处焊缝强度计算 10.2刚架梁柱连接节点设计 10.2.1螺栓验算 10.2.2端板厚度验算 10.2.4螺栓处腹板强度验算 10.2.5净截面的强度验算 10.3刚架跨中梁拼接节点设计 10.3.1端板厚度验算 10.4.1确定底板面积 10.4.3确定底板厚度 10.4.4柱脚锚栓截面计算 10.4.5焊缝计算 第十一章基础设计 11.1基础设计资料 11.1.1设计资料 11.1.2荷载计算 11.2确定基础底面尺寸 11.2.1初选基底尺寸 11.2.2验算持力层地基承载力 11.3冲切验算 11.4基础底板的配筋计算 参考文献 3.其他 IntroductiontoCivilEngineeringPape 土木工程简介 第一部分结构选型和结构布置第一章设计原始数据跨度为24m,柱距为7.5m,车间总长度为60m。主跨设有起重量为10t的吊车一台，吊车的工作级别为A5级，轨顶标高为6.0m。室内最大积雪深度100.8mm西北 设计资料知地基承载力标准值为170kpa,无不良地基风荷载1.4.1建筑设计内容(1)基础平面布置图及基础详图；(2)屋面系统布置图及檩条节点详图；(3)刚架及刚架节点详图；(5)墙皮系统布置图及节点详图；(6)吊车梁及节点详图。第二章建筑设计说明单层门式刚架结构是指以轻型焊接H型钢(等截面或变截面)、热轧H型钢(等截冷弯薄壁型钢(槽型、卷边槽型、Z型等)做檩条、墙梁；以压型金属板(压型钢板、2.2工业建筑设计原则和依据(1)符合生产工艺的要求；(2)满足有关的技术要求；合理选择建筑参数(高度、跨度、柱距等)。应尽量选用标准构件，提高建筑工业化水平。(3)具有良好的经济效益；(4)满足卫生等要求。柱距按生产工艺来确定。综合考虑各方面的因素本次设计的厂房跨度为24m,柱距为7.5m,长度为60m。册》(上册)附表可查得吊车轨顶以上高度为1.876m;选定吊车梁的高度为0.65m,暂取轨道顶面至吊车梁顶面的距离为0.14m,垫板厚20mm。则牛腿顶面标高可按下式计6.0+1.876+0.3+0.55=8.700m屋面坡度为1/10,厂房跨度为24m,所以屋脊的高度为9.9m,故厂房的高度为9.92.4.2室内地坪标高的确定侵室内，同时考虑单层工业建筑工具进出频繁，室内外高差过大则出入不便，故取2.5立面设计(1)符合基地环境和总体规划的要求；(5)掌握相应的设计标准和经济指标。2.5.3采光面积方式，在厂房的侧面设有3.6m×2.4m的窗户18扇和通长设置的高为0.9m带型窗，采第三章钢结构的特点及应用3.1钢结构的特点(1)材料的强度高，塑性和韧性好；(2)材质均匀，和力学计算的假定比较符(3)钢结构制造简便，施工周期短；(4)钢结构的质量轻；多不过钢筋混凝土屋架的1/4～1/3,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10,为吊装提供了方(5)钢材的耐腐蚀性差；(6)钢材耐热但不耐火。(1)大跨度结构；(2)重型厂房结构；里吊车的起重质量大(常在100t以上，有的达到440t),其中有些作业也十分繁重(24h(3)受动力荷载影响的结构；(4)可拆卸的结构；(5)高耸结构和高层建筑；(6)容器和其他构筑物；(7)轻型钢结构。装迅速，近20年来如雨后春笋大量出现。3.3单层门式刚架结构的特点(1)质量轻；(2)工业化程度高，施工周期短；(3)综合经济效益高；门式刚架结构由于材料价格的原因其造价虽然比钢筋混凝土结构等其他结构形式(4)柱网布置比较灵活。传统的结构形式由于受到屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6m,当采用12m柱距化协会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》于1998年颁布施行后门式刚架结第四章构件选型4.1屋面板选型4.1.1轻型屋面的特点(1)压型钢板腹板与翼缘水平面之间的夹角不宜小于45度；(3)压型钢板长度方向的搭接端必须与支承构件(如檩条、墙梁等)有可靠的连屋面坡度小于1/10时屋面坡度大于1/10时120mm4.2压型钢板选择应用较多的板型也就十几种。压型钢板根据波高的不同，一般分为低波板(波高小于30mm)、中波板(波高为30～70mm)和高波板(波高大于70mm)。波高越高，截面的4.3柱的选择(1)面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高柱的整体稳(2)使两个主轴方向等稳定性，以达到经济的效(3)便于和其他构件进行连接；(4)尽可能构造简单，制造省工，取材方便。4.4檩条选型檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条的跨度(柱距)不超过9m时，常用的檩条形式为冷弯薄壁型钢截面，包括卷边槽钢(亦称C形钢)、直卷边Z形钢、斜卷边Z形钢。本次设计的单层厂房由于坡度小于1/3,所以选用C形钢檩条。初选截4.5拉条的设置4.6墙梁选型4.7.1吊车梁选型根据吊车的参数：起重量10t、工作级别A5、跨度22.5m、最大轮压为130kN,吊车梁截面定为618×10×390×18×300×14(上翼缘为宽翼缘、下翼缘为窄翼缘)。度为0.14m,轨钢型号为43kg/m。4.8支撑体系布置4.9制动平台结构经计算采用宽度为0.805m厚度为4mm的压花钢板，制动边梁选用[25a的槽钢。4.10基础设计(2)底板配筋：基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm。当基础底面边长大于或等于2.5m时(3)混凝土强度等级：基础的混凝土强度等级不宜低于C20。垫层的混凝土强度等级应为C15,垫层厚度不宜小于70mm,周边伸出基础边缘宜为100mm。(2)控制地基的变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值，以免引起基础和上(3)基础的材料、型式、尺寸和构造除应能适应上部结构、符合使用要求、满足上述地基承载力(稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。另外，力求灾害荷载)(爆炸等)作用时，经济损失最小。第五章结构布置吊车净空的要求确定。柱的轴线可取柱下端(较小端)中心的竖向轴线，工业建筑边柱本次设计的厂房主刚架的跨度为24m,高度为9.9m,屋面坡度为1/10。共为9榀门5.2檩条和墙梁的布置(6)在刚架转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)应沿房屋全长设置第二部分结构计算部分6.1檩条设计6.1.1荷载和内力计算檩条设计封闭式建筑，屋面材料为压型钢板，屋面坡度为1/10(α=5.71°),檩条(1)永久荷载压型钢板(含保温)0.30kN/m²(2)可变荷载屋面均布活荷载为0.5kN/m²,雪荷载为0.25kN/m²。《荷载规范》规定当屋面有积灰荷载时，积灰荷载应与雪荷载或不上人的屋面均布荷载中的较大值同时考虑。即可变荷载采用0.5kN/m²。y轴方向△x轴方向1)檩条线荷载：2)在刚架最大主平面内(对x轴)由p,引起的弯矩设计值(跨中设两道拉条),当在刚架最小主平面内(对y轴)由p,引起的弯矩设计值(跨中设两道拉条)第二种组合：1.0×永久荷载+1.4×凤荷载房屋的总高度为9.9m,可查得其风荷载高度变化系数为1.0,取边缘跨计算。根A=1.5×7.51取125,垂直屋面的风荷载标准值为：1)檩条线荷载檩条上的线荷载设计值：P=1.0×0.35×1.5×sin5.71=0.052kN/mP=1.4×0.77×1.5-0.35×1.5×cos5.71=12)弯矩设计值(由于p,>p/3.5,取跨中1/3处进行验算):6.1.2截面选择与截面特性(1)选用截面的毛截面尺寸初步选用C250×75×20×2.5,查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》知其截面特性为：1,=71.31cm⁴i,=2.69cmWmax=36.86cm³wmn=12.84cm³I,=0.2184cm⁴先按毛截面计算截面的应力(压为正、拉为负):=85.96N/mm²(拉)(2)受压杆件的稳定系数腹板为加劲板件，压力分布不均匀系数：由《轻型钢结构设计指南》查得板件的受压稳定系数计算公式：k=7.8-6.29y+9.78y²=7.8-6.29×(-0.922)+9.78×(-0.922)²=21.912)上翼缘上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲肋板件的支承边，压力分布不均系数：y=σm/om=89.48/93.2=由《轻型钢结构设计指南》查得板件的受压稳定系数计算公式：k=5.89-11.5k=5.89-11.59w+6.68y²=5.89-11.59×0.96+6.68×0.96²=0.92(3)受压板件的有效宽度k₁=0.11+0.93/(c-0.05)²=0.11+0.93/(1.46-0对于加劲板件，y<0,则有：2)上翼缘板：p=√205k,k/o,=205×1.20×0.92/89.48=b₁=0.4b,=0.4×75=30mmb₂=0.6b=0.6×75=45mm3)下翼缘板：下翼缘板全截面受拉，全部有效。6.1.3有效净截面模量上翼缘板的扣除面积宽度为全截面有效，腹板全截面有效。同时在腹板的计算截面有一圆钢拉条φ12孔径13mm的拉条连接孔(距上翼缘板边缘40mm),孔位置与扣除面积位置基本相同，所以腹板的扣除面积宽度按13mm计算。图6.3上翼缘板拉条连接孔图6.4腹板拉条连接孔则有效净截面模量为：6.1.4强度计算在永久荷载和活荷载作用下，屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，可不计算檩条的整体稳定性，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算①、②点的强度为：(1)先按毛截面计算截面应力为：(2)受压板件的稳定系数：1)腹板w=σm/0mx=-87.2/90.67=-0由《轻型钢结构设计指南》公式可知板件的受压稳定系数k=7.8-6.29y+9.78y²=7.8+6.29×0.962+9.78×(-0.962)²=22.902)上翼缘上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲肋板件的支承边，压力分布不均匀系数：y=σ/0m=88.88/90.67=0k=5.89-11.59y+6.68y²=5.89-11.59×0.980+6.68×0.980²=0.947(3)受压板件的有效宽度。1)腹板按公式计算受压板件的板组约束系数k,:p=√205k,k/o,=√205×22.90×0.571/90.67=5.46受压板件的宽厚比大于规定的有效宽厚比；受压板件的有效截面应自截面的受压部分扣除去超出部分来确定，截面的受压部分全部有效。b=0.4b=0.4×127.42=50.97mm2)下翼缘板p=√205k,k/o,=√205×1.215×0.947/89.78=1.610b/t=75/2.5=3018ap=18×1.003×1.610=29.06738ap=38×1.003×1.61b,=0.4b=0.4×73.49=29.40mmb₂=0.6b=0.6×73.49=44.09mm3)上翼缘板6.1.5有效净截面模量6.1.6稳定计算计算表明由永久荷载和风荷载组合效应起控制作用。6.1.7挠度验算对两端简支檩条的挠度可按以下公式计算挠度：6.1.8构造要求此檩条在平面内、外均满足要求6.2墙梁设计6.2.1墙板设计在本设计中，采用一侧挂墙板。墙板做成落地式并与矮墙相连，墙板的重力传至基础，故墙梁的最大刚度平面在水平方向。开有门窗时，门窗上面的墙梁板荷载由墙梁承受。另外，由于面板设计时只考虑均布水平风荷载的作用，墙板不需要计算，可根据荷载、墙梁间距选用板型。6.2.2荷载标准值计算(1)墙梁的永久荷载：压型钢板(含保温层的双层构造)0.30kN/m²墙梁(包括拉条)0.05kN/m²(2)墙梁的可变荷载。风荷载标准值可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GB50009的规定值乘以1.05。对于门式刚架轻型房屋，当其屋面坡度α不大于10°,屋面平均高度不大于18m,房屋高宽比不大于1,檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸时，风荷载查《门式刚架轻@x₁=β×μ。×μ_×@₀=-1.78×1.1×1.0×(1.05×0.55)=-1.13kN/m²(风吸力)0k₂=βg×μ,×μ:×0=1.78×1.0×1.0×(1.05×0.55)=1.03kN/m(风压力)6.2.3内力计算墙梁选用：C250×75×20×2.5,重量为8.23kg/m,开口朝下布置。墙梁跨度为7.5m,在跨中设两道拉条，则有：6.2.4截面选择6.2.5有效截面由前面檩条计算知，墙梁全截面有效。6.2.6强度计算(1)有效净截面模量(不考虑螺栓孔的影响):(2)由于墙梁采用的是冷弯薄壁型钢，其强度验算公式如下：查《轻型钢结构设计指南》第三版知中B=0)强度满足。6.2.7稳定计算受压构件的整体稳定系数，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2001,跨中设有两道侧向支撑，有μ=0.335=1.375₂=0.06e。=125mm按公式计算稳定性：6.2.8挠度验算满足要求。6.2.9构造要求均满足要求。此墙梁在平面内、外6.3抗风柱设计6.3.1内力计算由墙梁作用于柱各支托上的垂直力设计值为0.05×1.2×1.5×8=0.72kN,沿着柱方向一共布置由6根墙梁，见图6.6。由于风荷载作用于柱的均布荷载设计值为：按《轻型钢结构设计指南》附表，选用焊接H钢400×200×8×13柱高9.5m,柱距6.3.2截面几何特性A=84.12cm²m=66.00kg/mI=23700cm⁴W=1190cm³i=16.80cm忽略抗风柱的垂直荷载的偏心，抗风柱的最大弯矩：抗风柱的最大轴力计算由柱自重产生的轴力设计值：66×9.由墙梁自重产生的轴力：8×0.54×1.2=4.3所以在柱底产生的最大轴力为：N=7.37+4.32=11.69kN6.3.3弯矩作用平面内的稳定性计算根据平面内的稳定性计算公式性。计算其平面内的稳定满足要求。6.3.4弯矩作用平面外的稳定性计算满足要求。6.3.5局部稳定柱上端铰接，下端固定，可不验算在水平风荷载作用下的挠度。第七章钢吊车梁设计起重量跨度工作制吊钩类型轮距尺寸(mm)最大轮压Pmax小车重(t)吊车总重(t)轮道型号中级软钩 (2)吊车水平荷载标准值之和10%采吊车可变荷载《建筑结构荷载规范》第3.2.5条规定，可变荷载分项系数r。=1.4。吊车横向水平荷载设计值：H=r₂H₄=1.47.4其他荷载(2)无悬挂荷载。7.5内力计算7.5.1作用在吊车梁上的力的分析荷载标准值作用下，吊车荷载的最大竖向弯矩和最大剪力。(1)最大竖向弯矩在该吊车荷载标准值得作用下，产生最大竖向弯矩和吊车荷载的最不利位置见图：最大弯矩C点的位置为：P=130kNZP最大剪力：最大竖向弯矩设计值：最大竖向弯矩：(2)最大剪力在吊车荷载标准值作用下，产生最大剪力计算见图：图7.2吊车最大剪力布置图吊车梁最大剪力设计值：支座的支反力为最大剪力：吊车梁的最大水平弯矩设计值：7.5.2在吊车荷载标准值作用下，吊车荷载的最大水平弯矩7.5.3附加弯矩和附加剪力吊车梁最大竖向弯矩设计值增大值：吊车最大竖向弯矩标准曾大值：(2)考虑其他荷载作用时吊车梁最大剪力值吊车最大剪力设计增大值：7.5.4弯矩和剪力叠加(1)吊车梁绝对最大竖向弯矩(计算强度稳定和连接强度是的绝对最大竖向弯矩设计值):Mmx=Mmx,+△Mmx=381.89+24.26=406.15kN..M=Mx+△M=259.794+14.12=273.91kN..(2)吊车梁绝对最大水平弯矩：MAmx=Mm=36.37kN!.mx₂…Amx..(3)吊车梁最大支反力：Vmax=Vmax!+△Vmax₁=279.01+24.26=303.27kNRmax=Vmax=303.27kN(4)吊车梁在竖向最大弯矩截面处(C点)的剪力设计值：7.6截面尺寸确定及几何特性计算7.6.1吊车梁确定高度按经济高度确定梁高7.6.2吊车梁腹板厚度确定因两种结果均小于8mm,故按规范要求取，=8mm。7.6.3吊车梁翼缘宽度确定为使截面经济合理选上下翼缘不对称的工字形截面。上翼缘宽度根据轨道连接件的要求和翼缘板的局部稳定的要求，初取b=390mm。根据梁受压翼缘自由外伸宽度b与其厚度t之比应满足《钢结构设计规范》GB50017-2003第4.3.8条规定：故上翼缘取—390×18,下翼缘取—270×14。所以：390×18+270×14=10800mm²≥5161.89mm²(满足要求)7.6.4制动结构与支撑构件制动结构与支撑构件，其中制动板选花纹钢板—805×4,边梁为槽钢[25a吊车梁截面及吊车梁系统组成构件见图：图7.3吊车梁布置图(1)正应力7.6.5截面几何特性(1)吊车梁对x轴的截面特性：A=39×1.8+30×1,4+61.8×1.(2)制动结构对y轴的截面特性，制动边梁[25a的截面特性：12o₁=3359.1cm⁴b=78mmA,=61.8+80.5×0.4+34.91=17.7吊车梁截面计算Q235B钢(钢材板厚t≤16mm)的强度设计值：f=215N/mm²f=125N/mm²f=325N/mm²f"=160N/mm²Q235钢(钢材板厚16mm≤t≤40mm)的强度设计值：f=205N/mm²f.=325N/mm²f,=160N/mm²强度计算：f,=120N/mm²上翼缘正应力：下翼缘正应力：(2)突缘支座剪应力：(3)腹板的局部压应力：对于中级工作制吊车梁集中荷载增大值系数y=1.0。(4)腹板计算高度处的折算应力(C截面处):7.8稳定计算(1)梁的整体稳定由于吊车梁上翼缘没有制动板，梁的侧向位移可靠保证根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第4.2.1条规定可不计算梁的整体稳定。(2)腹板的局部稳定故按构造配置横向加劲肋。1)支座加劲肋计算支座加劲肋分为平板式支座加劲肋和突缘支座加劲肋，其中后者在工程张使用较为广泛，取支座加劲肋200×12mm。稳定计算：查表有：φ=0.986则计算支座加劲肋在腹板平面外稳定性2)挠度计算①.竖向挠度：7.9焊缝连接计算(1)上翼缘腹板的连接为焊接采用《钢结构设计规范》GB50017-2003第8.5.5条规定的焊透的T形接头对接与角接组合的焊接形式。其焊缝质量等级为二级，可认为其强度与母材强度等级相同，故可不计算焊角尺寸h,=8mm。(2)下翼缘与腹板的连接焊缝(3)支座加劲肋与腹板连接焊缝7.10制动结构制动结构是边梁，走道板和吊车梁上翼缘组成的制动梁。走道板宽度0.805m。7.10.1制动边梁的强度与稳定计算(1)竖向荷载产生竖向弯矩和稳定计算走道板自重：qx=0.805×0.5=0.4025kN/m则由此产生的内力：根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第3.2.3条规定可变荷载起控制作用的组合内力的设计值：M₁=r₆Mcx+r,Mgx=1.2×2.8+1.4×5.Vx=r₆Vax+r₀Vgx=1.2×1,51+1.4×3.02=6.04kN(2)横向水平荷载产生最大弯矩：Max=36.37kN...(3)强度计算：(4)整体稳定系计算制动梁的计算长度：1,=7500mm制动梁的回转半径和长细比根据《钢结构设计荷载规范》GB50017-2003公式计算制动梁整体稳定性：制动梁边梁的竖向挠度计算：7.10.2走道板的计算(1)走道板的强度计算走道板为t=4mm,花纹钢板，板的加劲板为—80×6@750设置如图综上以上设计均满足要求。第八章刚架内力分析当抗震设防烈度为7度而风荷载标准值大于0.45kN/m²,或抗震设防烈度为8度而风荷(2)最大弯矩M和同时出现的N和V的较大值；8.2刚架荷载计算压型钢板0.30kN/m²总计0.35kN/n刚架斜梁选用Q235B钢：H550×350×10×22G=A×78.5=20460×10⁻⁶×78.5=1.606kN/m基本风压：a=0.55kJm²按地面粗糙程度为B类，风压高度变化系数选用边跨左风荷载体型系数如图8.1:@=βH₂Ha@=1.0×1.05×0.55×7.5×0.5=2.166kN/m(压力)021=βμ:H₂0。=1.0×1.05×0.55×7.5×1.4=6.064kN/m(吸力)O3x=βμH,₃0。=1.0×1.05×0.55×7.5×0.8=3,465kN/m(吸力)@=βH₂μ,0。=1.0×1.05×0.55×7.5×0.7=3.032kN/m(吸力)8.3各部分作用荷载刚架横梁自重标准值：1.606kN/m屋面活荷载标准值：0.5×7.5=3.75kN/m标准值：3.163+10.244=13.405kN斜梁承受竖向均布荷载时有两种表示方法：一是荷载集度q以沿水平线分布表示，如楼梯上的人群荷载以及屋面斜梁上的雪荷载等均以这种形式表示。二是斜梁上的荷载集度q按沿杆轴线分布情况表示，如楼梯、梁自重就属于这种情8.4刚架内力计算按《静力计算手册》柱脚固接门式刚架内力计算如图8.2。设钢柱从室内地坪到嵌入基础部分长度为600mm,则柱高h=8.7+0.6=9.3m,μ₁=4(1+k)-2μ₂(k-φ)=4(1+0.771)-2×1.c₂=(c,-1)μ₂=(5.517-设计结构或构件时通常按承载力极限状态，设计保证安全，再按正常使用极限状态进行校核以保证适用性。8.4.1刚架在屋面恒载和刚架自重作用下的内力计算内力计算：(拉为正，压为负)图8.4恒荷载作用刚架左侧受力简图图8.5刚架在屋面恒载和自重作用下DE杆件的剪力计算图8.6刚架在屋面恒载和自重作用下AD杆件的剪力计算轴力计算：取如图所示的节点进行轴力计算：图8.7刚架在屋面恒载和自重作用下AD和DE杆件的轴力计算则主跨刚架在屋面恒载作用下的内力图如下：ECB图8.8恒载和自重作用下的弯矩图D④A图8.9恒载和自重作用下的剪力计算N(kN)8.4.2在屋面活荷载作用下的内力计算=87.274kN]...图8.12活荷载作用左侧受力简图剪力计算，取如图8.12所示的杆件进行计算：E图8.13DE杆件在活载作用下的剪力计算图8.14AD杆件在活荷载作用下的剪力计算轴力计算，取如图所示的节点进行轴力计算：图8.15在活载作用下AD和DE杆件的轴力计算则刚架在活荷载作用下的内力图如下：ECB图8.16刚架在活载作用下的弯矩图图8.17刚架在活载作用下的剪力图N(kN)图8.18刚架在活载作用下的轴力图8.4.3刚架在左风荷载作用下的内力计算先计算刚架右侧梁在左风作用下的内力计算，由于风吸力是与屋面垂直的，与水平方向和竖直方向都有一定的夹角，可以分解成水平和竖直方向两个力进行计算。如图E二B(1)斜梁右侧均布风荷载竖向分力如图8.20:q,=q·cosα=3.465·cosa=3.465kN/m=-67.443kN-..=-54.699kN..图8.21EC杆件在左风荷载竖向分力作用下刚架E点弯矩计算简图则在左风作用下，只考虑刚架右侧上作用竖向风吸力时的弯距图如下：DAEC图8.22EC杆件在左风荷载竖向分力作用下刚架的弯矩图(2)斜梁右侧均布风荷载水平分力如图8.23:图8.23EC杆件在左风荷载水平分力作用下刚架的计算简图4,=qsinα=3.465si=-1.286kN-...=0.629kN..kN...DA图8.24EF杆件在左风荷载水平分力作用下刚架的弯矩图将(1)和(2)两种荷载同时考虑则可以得到刚架右侧梁受左风作用时的弯矩图：DEACB图8.25EF杆件在左风荷载作用下刚架的弯矩图剪力计算，取如图所示的杆件进行计算：E图8.26EC杆件在左风荷载作用下DE杆件的剪力计算简图图8.27EC杆件在左风荷载作用下AD杆件的剪力计算简图图8.28EC杆件在左风荷载作用下EC杆件的剪力计算简图图8.29EC杆件在左风荷载作用下CB杆件的剪力计算简图所以其剪力图如下：图8.30EC杆件在左风荷载作用下刚架的剪力图轴力计算，取如图所示的节点进行轴力计算：(1)节点D点图8.31EC杆件在左风荷载作用下DA和DE杆件的轴力计算简图图8.32EC杆件在左风荷载作用下CB和EC杆件的轴力计算简图所以其轴力图如下：N(kN)图8.33EC杆件在左风荷载作用下刚架的轴力图2.刚架左侧梁在左风作用下的内力计算，由于风吸力是与屋面垂直的，与水平方向和竖直方向都有一定的夹角，可以分解成水平和竖直方向两个力进行计算。左侧均布风荷载竖向分力如图。图8.34DE杆件在左风荷载作用下刚架的计算简图(1)刚架左侧斜梁在左侧均布风荷载作用下的竖向分力如图图8.34DE杆件在左风荷载竖向分力作用下刚架的计算简图-53.306kN].=118.369kN-..图8.34EC杆受力简图则在左风作用下，只考虑刚架右侧上作用竖向风吸力时的弯距图如下：B图8.35DE杆件在左风荷载竖向分力作用下刚架的弯矩图(2)刚架左侧斜梁在左侧均布风荷载的作用下的水平分力如图8.36:图8.36DE杆件在左风荷载水平分力作用下刚架的计算简图,,=-0.352=-1,925kN..=-1.211kN..弯矩如图8.37:DEC图8.37DE杆件在左风荷载水平分力作用下刚架的弯矩图将(1)和(2)两种荷载同时考虑则可以得到刚架左侧梁受左风作用时的弯距图：D图8.38DEECB杆件在左风荷载作用下刚架的计算简图图8.39DE杆件在左风荷载作用下DE杆件的剪力计算简图图8.40DE杆件在左风荷载作用下DA杆件的剪力计算简图OO图8.41DE杆件在左风荷载作用下EC杆件的剪力计算简图图8.42DE杆件在左风荷载作用下CB杆件的剪力计算简图图8.43DE杆件在左风荷载作用下刚架的剪力图(1)节点D点由ZX=0,有Q₀A-Qpgsin5.71-Npgcos5.71=0图8.45DE杆件在左风荷载作用下DA和DE杆件的轴力计算简图(2)节点C点图8.46DE杆件在左风荷载作用下EC和CB杆件的轴力计算简图所以其轴力图如下：N(kN)图8.47DE杆件在左风荷载作用下刚架的轴力图3.左侧刚架柱在左风荷载作用下的内力计算如图8.48图8.48AD杆件在左风荷载作用下刚架的计算简图=-48.535kN..图8.49EC杆受力简图M=-3.066×10.5+0.908×12+23.338=-9.038kN..所以刚架只有左侧柱受作风作用时的弯矩如图：D图8.50AD杆件在左风荷载作用下刚架的弯矩图剪力计算，取如下图所示的杆件进行计算：Mp=16.627KNm图8.51CB杆件在左风荷载作用下DE杆件的剪力计算简图图8.52CB杆件在左风荷载作用下DA杆件的剪力计算简图QCE图8.53FB杆件在左风荷载作用下EC杆件的剪力计算简图图8.54CB杆件在左风荷载作用下BC杆件的剪力计算简图所以其剪力图如下：图8.55CB杆件在左风荷载作用下刚架的剪力图轴力计算，取如图所示的节点进行轴力计算：(1)节点D点图8.56CB杆件在左风荷载作用下DA和DE杆件的轴力计算简图(2)节点C点图8.57CB杆件在左风荷载作用下EC和CB杆件的轴力计算简图所以其轴力图如下：N(kN)图8.58CB杆件在左风荷载作用下刚架的轴力图4.刚架右侧柱在左风荷载作用下的内力计算如图8.69:图8.59CB杆件在左风荷载作用下刚架的计算简图计算在图所示的荷载作用下的内力计算：=-32.670kN...=14.254kN..得其弯矩图如下：32.67A图8.60左风作用在CB上的刚架弯矩图剪力计算，取如下图所示的杆件进行计算：图8.61FB杆件在左风荷载作用下DE杆件的剪力计算简图图8.62CB杆件在左风荷载作用下DA杆件的剪力计算简图图8.63CB杆件在左风荷载作用下EC杆件的剪力计算简图得Qc=-5.043kN由ZMc=0,有Qc=23.154kN图8.64CB杆件在左风荷载作用下BC杆件的剪力计算简图所以其剪力图如下：EA田B轴力计算，取如图所示的节点进行轴力计算：(1)节点D点得No=5.147kN由2Y=0,有N-Nbsin5.71+Qpgco图8.66CB杆件在左风荷载作用下DA和DE杆件的轴力计算简图(2)节点C点图8.67CB杆件在左风荷载作用下EC和CB杆件的轴力计算简图所以其轴力图如下：N(kN)图8.68CB杆件在左风荷载作用下刚架的轴力图左风作用在刚架上的内力图：DECD⑥oBN(kN)8.5右风作用在屋架上的内力计算同理右风作用在刚架上的内力图：DN(kN)8.6吊车荷载作用吊车荷载：Pmax,=130kNPmin.k=49.2kNB=5930mmK=4050mm考虑到生产工艺和厂子发展，为将来扩建打算，按两台吊车进行内力组合：根据B与K及反力影响线，可算得各轮对应的反力影响线竖标，于是可求得作用于柱上的吊车垂直荷载。Dmax=α·y。·Pmax,k∑y,=1.1×1作用于每个轮子上的吊车水平制动力设计值：作用于牛腿上的吊车水平荷载值：1水平制动力到柱顶的垂直距离：y=8.7-6=2.70m则作用在左侧柱牛腿处竖向最大集中力：Fmax=Dmx+G=440.08+17.045=4此集中力在牛腿处产生的最大弯矩：Mmx=457.125×0.50=228.56kN-.,在左侧柱产生竖向最大集中力Fmax,相应的在右侧柱出现最小集中力Fmin:Fmn=Dmn+G=166.55+17.405=183.395kN吊车最大水平荷载Tmax,从左向右且仅作用在左侧柱时刚架内力计算：M,=-2.53×(8.7+0.6)+16.66-0.91×M=11.07×5.79-40.16=23.94kN.BDA或CDC图8.76Tmax作用在架上是的弯矩图剪力计算：A图8.77Tmax作用下AD杆剪力计算简图(2)对于杆件DED图8.78Tmax作用下DE杆剪力计算简图E得Qgp=1.140kN图8.79Tmax作用下EC杆剪力计算简图CB图8.80Tmax作用下CB杆剪力计算简图剪力图：因AEB图8.81Tmax作用下刚架剪力图轴力计算：图8.82Tmax作用下刚架D点轴力计算简图Zx=0,有Qo-Nocos5.71-Qpsin5.71=0,得No=0.766kNZY=0,有NoA-1.14cos5.71-0.766sin5.71=0,得No=1.216kN图8.83Tmax作用下刚架C点轴力计算简图N(kN)图8.84Tmax作用下刚架轴力图=-36.22kN..=55.72kN]..=-43.69kM=14.65×(8.7+0.6)-92.91-49.68M,=14.65×5.79+36.22=121.04kN..Mg=5.88×(8.7+0.6)-37.31-1.66×12=-2.546kNA图8.85Dmax作用在左侧柱最大竖向荷载弯矩图EEDABC图8.86Dmin作用在右侧柱最大竖向荷载弯矩图EC图8.87Dmax作用在刚架左侧的弯矩图DA图8.88Mc作用下AD杆剪力计算简图图8.89Mc作用下DE杆剪力计算简图(3)对于杆件ECN.m(4)对于杆件CBC剪力图：轴力计算：图8.93Mmin作用下刚架D点轴力计算简图∑x=0,有QoA-Nogcos5.71-Qpgsin5.71=0,得ND=-26.12∑Y=0,有No-3.15cos5.71-26.12sin5.71=0,得N=2.91kN(2)节点C图8.94Mmin作用下刚架C点轴力计算简图∑X=0,有Ncg=-0.939kN∑Y=0,有Ncg=-1.109kN轴力图：N(kN)图8.95Dmax作用在刚架左侧轴力图同理当Dmin作用在左侧时的内力图：E8.7内力组合内力组合见附表1:由以上内力组合知柱底截面2-2的内力值较大，2-2截面的最不利内力组合为M=-292.98kN.m,N=-742.46kN,Q=-161.43kN,即以此内力值进行柱截面设计。对刚架横梁，支点截面1-1的内力值较跨中截面2-2的内力值大，故取1-1截面的内力值中最不利组合M=-405.48kN.m,Ns=-55.86kN,Q=92.34kN作为梁截面设计的依据。第九章刚架侧移和截面验算9.1截面验算9.1.1构件截面几何参数柱、梁均选用焊接H钢H550×350×22×10,A=350×22×2+(550-44)×10=2,取24.035cm,取8.768cm9.1.2构件宽厚比验算翼缘部分：翼缘部分：满足。腹板部分：满足。9.1.3刚架梁的验算(1)抗剪验算：V₄=htf'=506×10×125×10³=632.5kNVmax=155.33kN<V,=632.50kN满足要求。(2)梁腹板有效宽度计算：因-1<β<0,则有h=0.4h。,h₂=0.6h。0.5V,=0.5×632.5=316.250kN,V=92.34<0.5V,有M≤M(4)梁的整体稳定验算N=56.1kNM=405.48kN..满足要求。2)横梁平面外的整体稳定验算满足要求。(5)梁的折算应力的验算P=(0.5+0.35)×7.5×1.5/√o¹+o,²-oo,+3r-√83.99'+3.<205N/mm²(满足要求)。9.1.4刚架柱的验算梁截面的最大剪力为：v.=161.43kN。H字型截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm/m时可考虑屈V,=h₁=506×10×6.23=315.24kNV.=161.43kN<V,=315.24满足要求。2)弯、剪、压共同作用下的验算取柱上端截面进行验算：N=-742.46kN取M■M,=874.1kNp=1.0M=r,awf=1.22×1×4297.82×215×10³=1127.32kN-..故满足要求。3)整体稳定验算N=-742.46kNM=-142.39kN-①.刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高H=9.3m,横梁长度1。=24.12m,梁柱线刚度比由于柱为等截面，根据表查柱的计算长度系数：满足要求。②.刚架柱平面外的整体稳定验算考虑墙面压型钢板与墙梁紧密连接，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，但为了安全起见计算长度按四个墙梁间距考虑，即1=6000mm。满足要求。9.2刚架的变形计算9.2.1刚架柱顶的位移计算估算刚架沿柱高度均布的水平左风荷载作用下的侧移，查《轻型钢结构设计指南》第二版，表2-9,则：吊车水平荷载p,作用下的侧移柱顶等效水平力H可取：刚架在吊车水平荷载p,作用下的侧移：柱脚刚接刚架如图9.3:按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》3.4变形规定：刚架柱顶位移设计值的限,刚架柱顶在水平风荷载和吊车水平荷载作用下的侧移μ=4.3mm<23.25mm满足要求。9.2.2刚架斜梁在竖向荷载标准值作用下的挠度限制计算在竖向荷载作用下产生的挠度分两个部分：(1)跨中正弯矩部分按单跨简支梁受均布荷载计算；(2)支座负弯矩部分按单跨简支梁两端弯矩计算。设荷载的分项系数平均值取1.3。第十章刚架连接节点设计10.1牛腿设计10.1.1牛腿截面设计牛腿截面采用焊接工字型截面，根部截面尺寸根据剪力和弯矩确定。腹板的厚度由计算确定，但不宜小于10mm。取牛腿的宽度与柱同宽为350mm。截面尺寸如图所示：图10.1牛腿截面尺寸图牛腿所承受的组合内力值：牛腿承受一个吊车梁传来的偏心竖向力，包括吊车竖向的荷载及吊车梁的自重。力的大小为：F=457.125kN力作用点距柱内边缘的偏心值为e=200mm,则牛腿与柱连接处所受力为：Q=457.125kNM=F-e=457.125×0.200=91.425kN集中荷载下的牛腿高度：500mm牛腿截面强度验算：(1)经计算牛腿惯性矩为：(2)截面模量为：图10.2柱截面图(3)腹板边缘处的折算应力：计算表明，以上三项计算中，牛腿为集中荷载下的抗剪强度控制。10.1.2柱连接处焊缝强度计算设焊缝采用周边围焊，转角处连续施焊，没有起弧落弧所引起的焊口缺陷，且假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受。焊脚尺寸的取值最小焊脚尺寸：h,=1.s√i=1.5√22=7.04mm最大焊脚尺寸：h,=1.21=1.2×10=12mm取h,=8mm并对工字型翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计。腹板上竖向焊缝的有效截面面积：A=(700-22×2)×5.6×2=7347.2mm²全部焊缝对x轴的惯性矩为：焊缝最外边缘的截面模量：翼缘和腹板连接处的截面模量：在弯矩M=91.425KN.m的作用下角焊缝的最大应力：利5利5以上设计满足要求。10.2.1螺栓验算梁柱节点采用10.9级M30的高强度螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂，M=-405.48kN要求及施工要求，具体参数参照《钢结构》上册231页表7-5。为此应采用将端板伸出每个螺栓承受的拉力：最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力验算：满足要求。10.2.2端板厚度验算(1)无加劲肋类端板：(2)两边支撑类端板(端板外伸时):综上取端板厚度为32mm。10.2.3梁柱节点域的剪应力验算其中：--分别为节点域柱腹板的高度和厚度。d--横梁端部腹板高度或节点域高度。f--节点域柱腹部钢材的抗剪强度设计值。10.2.4螺栓处腹板强度验算刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的接应采用角焊缝，坡口形式应符合现行国家标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊坡口接的基本形式与尺寸》的规定。在端板螺栓处，验算构件腹板的强度：10.2.5净截面的强度验算10.3刚架跨中梁拼接节点设计梁对接节点采用10.9及M30高强度螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数μ=0.45,每个高强度螺栓的设计预拉力为353kN,连接处传递内力设计值：M=407.27kN.N=-55,86kNQ=-4.89kN每个螺栓的拉力：=222.59kN<0.8×353=282.4kN单个螺栓的抗剪承载力：N"=0.9n,μP=0.9×1.0×0.45×353=142.965kN单个螺栓的抗拉承载力：N*-0.8P-0.8×353=282.4kN最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力验算：满足要求。10.3.1端板厚度验算10.3.2螺栓处腹板强度验算刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝，坡口形式应符合现行国家标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊坡口接的基本形式与尺寸》的规定。在端板螺栓处，验算构件腹板的强当10.4柱脚设计门式刚架轻型房屋钢结构柱脚，宜采用平板式铰接柱脚，当有必要时，也可采用刚性柱脚。由于该厂房设有桥式吊车，其柱脚宜采用刚接，采用带加劲肋的刚性柱脚。柱脚的形式采用下图所示；假定锚栓不承受任何水平力，其水平力全部由混凝土摩擦力和抗剪件承担。图10.7柱脚设计图柱脚最大反力为：M=162.33kN..(742.46kNQ=-142.39kN10.4.1确定底板面积底板长度和宽度应根据底板下混凝土的抗压强度确定。初步确定L=884mmB=600mm锚栓孔布置如图10.7。10.4.2柱脚底板混凝土基础顶面的承压应力验算10.4.3确定底板厚度可知在底板的的三边支承和两边支承部分为基础所承受压应力最大部分，M₁=βqd)=0.087×3.47×(200²+145²)=1取板厚为26mm。10.4.4柱脚锚栓截面计算底板单位面积压力为：图10.8柱脚底板反力图受压区高度x为：受拉锚栓至受压中心距离z为：轴心力至受压区中心的距离z为：受拉区每个锚栓所承受的拉力值为：则受拉区所需锚栓有效面积：(承受为压力)查《钢结构》上册附表8可知，一个锚栓直径为30mm其有效截面面积为706.5mm²>488.5mm²,满足要求。10.4.5焊缝计算计算压力最大一侧的肢件与加劲板的连接焊缝。则单条焊缝所需的实际长度为：即加劲肋高度取160mm。设置抗剪键。抗剪键采用型钢[10,L=100mm。压型钢板自重：(7.5×8.7-3.6×其11.2.2验算持力层地基承载力图11.1基础立面图图11.2基础平面图b=2000mm>2h,+h,=2×400+400=1200mm,需要验算F₁=PA,=345,88×1.2=415.06kN<0.7β.,fah满足要求。(2)长度方向a:F,=P,A,=345.88×1.8=622.58kN<311.4基础底板的配筋计算(1)柱边截面柱边1-1截面：柱边2-2截面：截面1,1-1截面：截面2,1-1截面：截面2,2-2截面：沿着长边方向的配筋计算：附表1:构件号力活荷载吊车荷载内力组合左侧左侧士Tmax①②③④⑤①⑦22 截面1-1截面2-2③+⑤)截面3-3③+⑤)"与己"与己2E截面1-1)截面2-20)CivilEngineeringforthedevelopmentofakeyrole,firstascivilengineeringconstructionmaterials,followedbythesubsequentdevelopmentofthedesigntheoryandconstructiontePeoplecanonlyrelyfirsthumantobreaktheshacklesofnaturalbuildingmaterials,ChinaintheeleventhcenturyBCintheearlyWesternZhouDynatothethirdcenturyBC,whenthetomboftheWarringStatesPeriod.Brickandtilebetterthanthemechanicalpropertiesofsoil,materials,andeasytomanufacture.constructionandurbanfloodcontrolprojeSeventeen1970stheusebridgesandtheconstructionofhousing,whichisaFromthebeginningofthemid-nineteenthcentury,metallurollingouthightensileandcompressivestrength,ductility,uniformityofthequalityofconstructionsteelandthentheapplicationoftheoriginalbeam,ofnetwork,cablestructurestopromotethegraduaFromthebrickbuildinglong-spsteelstructuretothedevelopmentoftensoskyscrapersandhigh-risetower,eveninthelayingofundergroundrailway,tocreateanInordertomeettheneedsofthedevelopmentofsteelworks,onthebasisofNewtonmechanics,materialmechanics,structuralcameintobeing,anexperienceofrisingtobecomescience,engineeringpracticeandtheoreticalbasisforbothisadifferentplace,whichledtomorerapidDuringthenineteenthcentury,20,madeofPortlandcement,concretehascomeout.Concretecanaggregatematerials,eaofconcreteisverysmall,limiteduse.Bythemiddlsteelproduction,withtheemergenceofthisnewtypeofreinforcedconcretecompositeconstructionmaterials,whichbearthetensionsteel,cownadvantages.SincethebegiFromthebeginningofthe1930s,therehavebeenpre-stressedconcrete,Pconcretestructureofthecrackresistance,rigidityandcarryingcapacity,muchhigherthantreinforcedconcretestructure,whichusesanevenwiderarea.reinforcedconcreteandprestressedconcretedominanthisbringabouttheemergenceofnewecocivilengineeringsothatanestructureofthetheory.ThisThecharacteristicsofCivilEngineeringconstructioninthreestages,requiretheuseofgeolohydro-geologicalsurvey,engineeringsurvey,soilmechanics,mechanicalengineering,engineeringdesign,buildingmaterials,constructioneqotherfields