单坡双跨刚架承重厂房设计.doc

目录摘 要abstract1 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 结构方案设计说明72.1 构件截面尺寸及材料选择72.2 结构体系抗震防火要求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分析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内力分析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 参考文献9315 致谢95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：105m48m=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4.5m4.5m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3.6m3.6m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 h 8003501014 q235 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 h 500250812 q235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 =5.65 3中柱 h 500400814 q235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=4742.941000215=1019.7 3 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： =0.114 2 弯剪压共同作用下验算 取二组内力： 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=1716.751000215=369.1 满足要求3 整体稳定验算 =900 cm 柱截面惯性矩 梁截面惯性矩 中柱长度 边柱计算长度 欧拉临界力为 满足要求4 刚架柱平面外稳定验算 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3.0m 查表得 满足要求5.3.2 中柱的验算1 抗剪验算： 柱截面最大剪力 =110.56 平均应力： =0.136 2 弯剪压共同作用下验算 取二组内力： 查表得 =5.34 =0.696 按公式 计算 = 边缘应力比： =8.64=0.533 =1.0 受压区全截面有效=2574.241000215=553.5 满足要求3整体稳定验算 =1140 cm 柱截面惯性矩 梁截面惯性矩 中柱长度 边柱计算长度 欧拉临界力为 满足要求4刚架柱平面外稳定验算 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3.0m 查表得 满足要求5.4 位移验算5.4.1风荷载作用下的位移因为刚架对称，所以只计算在左风下的变形：图5-5 刚架在左风荷载下的变形1.47mm , 1.54 mm =1.47/9000=1/6122v=1/240 满足要求=1.54/9000=1/7418v=1/240 满足要求5.4.2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16mm 屋面活荷载作用下14mm =1/827.6v=1/180 满足要求。6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，均匀设置2道拉条。钢材采用q235f图6-1 檩条布置简图6.2 荷载计算1 恒载： 屋面板 0.2 檩条（包括拉条）自重 0.1 2 活载： 活载（受荷面积60） 0.3 雪荷载 0.5 积灰荷载 0.3 3检修集中荷载（采用等效均步荷载） 12/（0.87.5）=0.34 4风荷载 受风面积为： 风载体型系数为： 风压高度变化系数： 基本风压 5 荷载组合（设计值） 6.3 内力计算 引起绕x轴弯矩按简支梁计算，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： 图6-3 檩条内力计算简图1/3处负弯矩： 跨中正弯矩： 6.4 截面选型和计算6.4.1 截面选型 c16070203.0图6-4 檩条截面示意图截面面积 截面惯性矩 6.4.2 截面验算 图6-5 檩条截面特征1 应力计算和稳定验算 =181腹板=184n/mm2 =178 n/mm2 b/t=160/3=53.3 =1.15 =7.8+6.290.967+9.780.967=23.03上翼缘 =184n/mm2 =175 n/mm2 b/t=70/3=23.3 =1.150.15=1.007 =0.909腹板=2.21.1 =0.3111.7=2.676 上翼缘=0.4541.1 =1.4841.7=1.161 =23.9 =23.92.5=60 mm下翼缘受压，全截面有效 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转 满足要求2 刚度 满足要求7墙梁的设计和计算本工程墙梁采用卷边c形槽钢c 16070203.0，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： =1.05szw0ll=1.051.01.010.351.5=0.56 kn/m背风风荷载标准值： =1.05szw0ll=1.051.11.010.351.5=0.62 kn/m本设计中墙梁有一定竖向承载能力，且墙板落地，墙梁与墙板有可靠连接。根据规范要求，可不考虑墙梁自重引起的剪力和弯矩。图7-1 墙梁布置简图7.1 荷载计算墙梁所受荷载标准值： 水平 =0.56 kn/m =0.62 kn/m墙梁所受荷载设计值：水平 =0.561.4=0.784 kn/m =0.621.4=0.868 kn/m7.2 内力分析图7-2墙梁内力计算简图1 水平荷载，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=1/8 qyl2=1/80.7847.52=5.51 knm背风 my=1/8 qyll2=1/80.8687.52=6.1 knm2 剪力 水平方向剪力按单跨简支梁计算计算 迎风 vymax=0.5 qyl=0.50.7847.5=2.96 kn 背风 vymax=0.5 qyll=0.50.8687.5=3.255 kn3 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7.3.1 截面选型选择c形槽钢16070203，查表可知其截面特性：图7-3 墙梁截面示意图截面面积 a=9.45cm2 截面惯性矩 ix=373.64 cm4 iy=60.42 cm4截面抗弯系数 wx=46.71 cm wymax=27.17 cm3 wymin=12.65 cm3 截面回转半径 =6.29 cm =2.53 cm =2.224 cm7.3.2 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。1 各板件端部的应力值为：（1） 迎风 图7-4 墙梁截面受力示意图（2） 背风 2 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，=118n/mm2 =118 n/mm2 b/t=160/3=53.3 =1.15 =7.8+6.291+9.781=23.87上翼缘 b/t=70/3=23.3 =1.150.15=1.0 =0.98腹板=2.161.1 =0.3191.7=3.637腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效上翼缘=0.4631.1 =1.4691.7=1.20 =20 =203=60 mm0 =270/4=35 mm =6035=25 mm （2） 背风荷载qly时：腹板为受压的两边支撑板件，=131n/mm2 =131 n/mm2 b/t=160/3=53.3 =1.15 =7.8+6.291+9.781=23.87下翼缘 b/t=70/3=23.3 =1.150.15=1.0 =0.98腹板=2.161.1 =0.3191.7=3.452腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效下翼缘=0.4631.1 =1.4691.7=1.20 =20 =203=60 mm0 =270/4=35 mm =6035=25 mm 3 强度和稳定验算（1） 迎风时：由于与墙板的有效连接能阻止墙梁的侧向失稳和扭转，所以只需验算其应力满足要求即可： n/mm2 f=205 n/mm2 n/mm2 =120 n/mm2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，不能阻止墙梁的侧向失稳和扭转，所以需验算其平面外失稳和应力： n/mm2 f=205 n/mm2 n/mm2 =120 n/mm2平面外失稳： kn/m kn/m =35.6k=0.03=1.4 knm n/mm2=205 n/mm2 应力和稳定均满足要求4 刚度验算（1） 迎风时： mm =50 mm（2） 背风时： mm =50 mm刚度满足要求7.4拉条计算跨中布置2根垂直拉条，其计算简图如下所示：图7-5 拉条内力计算简图当跨中拉条承担一根墙梁的竖向支撑作用时，拉条所受拉力：n=0.37qxl=0.370.097.5=0.25kn拉条所需截面面积：an=按构造选用18拉条，截面面积50.3mm2,它可以承担10根墙梁的竖向支撑作用。11 节点设计11.1 柱脚设计柱脚采用埋入式，其示意图如图11-1所示图11-1 柱脚示意图11.1.1 边柱柱脚设计1 柱脚内力设计值 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：=2.39 =26.8 埋入深度为：=1.5500=750mm 满足要求 满足要求11.1.2中柱柱脚设计1 柱脚内力设计值 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：=2.39 =26.8 埋入深度为：=1.5500=750mm 满足要求 满足要求11.2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11.2.1 梁与边柱连接计算结合a柱柱顶截面内力组合与左半跨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，每个螺栓承载力为：，抗剪需用螺栓数量。初步选用20个m22高强螺栓。图11-5 边柱端板计算详图1 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根据支承条件确定 （1）两边支承类： 端板厚度为：（2）无加劲肋类： 端板厚度为：综上，可取端板厚度为：3 节点域剪应力计算： （1）剪应力为： 满足要求（2）验算腹板处拉力： 满足要求 4 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： 取11.2.2 梁与中柱连接计算结合b柱柱顶截面内力组合与左半跨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，每个螺栓承载力为：，抗剪需用螺栓数量。初步选用24个m24高强螺栓。图11-7 中柱端板计算详图1 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根据支承条件确定 （1）两边支承类： 端板厚度为：（2）无加劲肋类： 端板厚度为：综上，可取端板厚度为：3 节点域剪应力计算： （1）剪应力为： 满足要求（2）验算腹板处拉力： 满足要求 4 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： 取11.3牛腿因b柱内力较大，同时承担两台吊车荷载，故取b柱牛腿验算。牛腿选用截面型号为：bh450250610，钢材选用q345，e=500mm，外伸宽度d=200mm图11-8 牛腿计算简图11.3.1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=358.60kn11.3.2 截面验算图11-9 牛腿截面简图(1) 拉应力计算 牛腿根部截面：最大拉应力： 满足要求(2) 剪应力计算 近似以腹板承受剪力 满足要求(3) 折算应力计算 腹板与翼缘相交点： 1.1满足要求(4) 焊缝计算角焊缝抗拉抗剪强度设计值 翼板周边角焊缝长： 腹板周边角焊缝长： 翼板角焊缝高度：取焊缝高度：=12mm腹板角焊缝高度：取焊缝高度：=8mm11.4抗风柱的计算抗风柱的柱顶和柱脚分别由屋面支撑和基础提供竖向及水平支承，计算模型如11-10所示。图11-10 抗风柱计算模型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 取工字型截面 h35020068 q235 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 横向风荷载作用下，抗风柱水平挠度 12 基础设计12.1 基础设计资料，12.2 基础底面尺寸设计12.2.1 边柱基础设计选用设计内力为：图12-2边柱基础计算简图1 确定基础尺寸基础埋深为: 初步修正地基承载力: 预估截面面积: 取 基础边缘的最大和最小压力: 满足要求 满足要求故该基础尺寸满足要求2 验算基础高度基底净反力: 冲切有效高度: 图12-3 基底反力示意图 考虑冲切时的多边形面积为: 故该基础高度满足冲切要求图12-4 边柱基础冲切验算示意图3 基础底版配筋计算（1）沿基础长边方向:跨中截面最大弯矩： 所需钢筋截面面积：（2）沿基础短边方向:跨中最大弯矩： 所需钢筋截面面积： 最后确定配筋为:沿长边 8200 短边 8200 14参考文献1 张其林. 轻型门式刚架. 济南：山东科学技术出版社，20042 轻型钢结构设计指南（实例如图集）编辑委员会. 轻型钢结构设计指南（实例如图集）.北京：中国建筑工业出版社，20003 赵熙元，柴昶，武人岱. 建筑钢结构设计手册（上册）. 北京：治金工业出版社，19954 沈祖炎，陈扬骥，陈以一. 钢结构设计基本原理. 北京：中国建筑工业出版社，20005 朱海宁，王东，赵瑜. 轻型钢结构建筑构造设计.南京：东南大学出版社，20036 候兆欣，蔡昭昀，