门式刚架钢结构毕业设计.docx

摘 要轻型门式刚架结构是工业厂房、城市公共建筑的一种重要结构形式。随着我国经济的发展，工业厂房的数量日益增多。轻钢结构以其质量轻、样式美观、施工速度快、工业化程度高、综合经济效益明显等优点得到了迅速的发展。本设计是单层单跨双坡轻钢结构工业厂房，采用门式刚架结构：跨度24米，柱距6m,长度为66m设有一台10吨、A5级桥式吊车。根据城市规划、各种建筑工程规范及参考资料，结合设计资料，完成了建筑设计、结构设计。建筑设计部分具体为建筑平面形式的选择，厂房剖面设计，厂房立面设计，厂房的构造设计，门窗明细表。结构设计部分包括方案选择，吊车梁设计，檩条设计，墙梁设计，抗风柱设计，支撑设计，刚架设计，节点设计，基础设计。本次设计图纸部分有：厂房平面图，立面剖面及节点详图；基础的结构平面布置和基础施工图，柱及柱间支撑布置图，刚架及屋面支撑平面布置图，屋面檩条布置图，墙架布置图，刚架图，节点图。关键词 门式刚架,轻钢结构,建筑设计,结构设计,基础设计Abstract Light portal frame structure is an industrial factory building, city public building one of the important structure form. With the development of our countrys economy, increasing the number of industrial building. Light steel structure with its light quality, beautiful style, construction speed is quick, the advantages of high degree of industrialization, comprehensive economic benefit is obvious got rapid development. This design is single single span double slope light steel structure industrial building, adopt gantry frame structure: span 24 meters, the column from 6 m, length of 66 m has a level 10 tons, A5 bridge crane. According to city planning, all kinds of construction engineering standards and reference materials, combining with the design data, completed the architectural design, structural design. The choice of the form of specific parts of the architectural design architectural plane, workshop section design, factory building facade design, the structure of the building design, doors and Windows list. Structure design including scheme selection, design of crane beam, purlin design, wall beam design, wind column design, the supporting design, frame design, node design, foundation design. This design drawing parts are: plant floor plan, elevation section and detail drawings; Basic structure layout and construction drawing, support arrangement between column and column, frame and roof support layout, roof purlin layout, wall frame layout, frame diagram, the node graph.Keywords portal rigid frame, light steel structure, architectural design, structural design, foundation design目录第1章 建筑设计61.1 工程概况61.2 设计原始资料61.3设计的任务与要求61.4建筑平面设计71.5 建筑立面设计81.6 建筑剖面设计81.7 其他建筑构造10第2章 吊车设计142.1 设计资料142.2 吊车荷载计算142.3内力计算152.4截面选择162.5 截面特征182.6 强度验算192.7梁的整体稳定性验算202.8局部稳定性验算202.9支座加劲肋计算202.10挠度计算222.11焊缝计算22第3章 檩条计算233.1 基本资料233.2 荷载及其效应组合233.3 计算有效截面243.4 计算有效净截面模量273.5 重新验算1、2点强度283.6 稳定性验算283.7 挠度验算293.8 构造要求30第4章 墙梁计算314.1 基本资料314.2 荷载计算314.3 内力计算314.4 强度计算314.5 挠度计算32第5章 抗风柱设计335.1内力计算335.2 截面几何特性335.3 强度验算345.4弯矩作用平面内的稳定性计算3455弯矩作用平面外的稳定性计算355.6 局部稳定355.7挠度计算36第6章 柱间支撑376. 1柱下端计算376. 2 柱上端计算39第7章 刚架计算417.1永久荷载417.2活荷载417.3吊车及吊车荷载427.4作用在刚架上的荷载标准值427.5刚架内力计算437.6内力组合537.7 截面验算56第8章 节点计算618.1柱脚计算618.2 牛腿计算648.3 梁柱连接设计算688.4.梁梁连接设计算72第9章 地基基础计算769.1 基础的选择769.2 基础埋深769.3 基础设计77结束语81参考文献82致谢83第1章 建筑设计1.1 工程概况本设计为钢结构单跨双坡门式刚架轻型厂房,工程所在地设在广东河源。厂房长度为(柱距)6m11（榀数-1），跨度为24m，柱高9m，屋面坡度为1/10，采用等截面柱和梁，有吊车，起重量为10t，工作级别为A5 的吊车一台。基础为钢筋混凝土独立基础。1.2 设计原始资料本工程结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0，设计基准期为50年。广东河源地区基本风压为0.3kN/,基本雪压0kN/，场地条件为类，地面粗糙度为B类，地震烈度为6度。 设计将该单层厂房基础埋在2号土层，持力层为棕黄粘土，持力层厚度为4.9m,地基承载力特征值为200kN/，场地类别为类土。对于屋面均布活荷载根据轻型钢结构常用资料速查手册第258页，表7-9可知，压型钢板等轻质屋面取0.30kN/。钢材采用Q345钢，檩条墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，围护构件采用压型钢板，螺栓连接采用高强度螺栓摩擦型连接。1.3设计的任务与要求1.3.1 建筑设计 建筑设计说明书内容：设计任务简介；平、立、剖面设计说明；承重及围护结构选择和布置、主要节点构造说明等。 图纸内容：建筑平面图（2个）、立面图（2个）、剖立面（1个）、节点详图（23个），门窗明细表、必要的文字说明，采用一号图纸完成。1.3.2 结构设计3.2.1 图纸内容：基础的结构平面布置和基础施工图；柱及柱间支撑布置图；刚架及屋面支撑平面布置图、屋面檩条布置图、墙架布置图；刚架图；节点图（柱脚、柱和梁交接处、横梁屋脊拼接处及横梁拼接处）。采用一号图纸完。3.2.2 说明部分：结构方案、承重构件（包括屋面板、檩条、柱、基础、支撑系统选型说明）和连接形式等。 3.2.3 计算部分 对厂房一榀横向刚架进行荷载计算、内力分析、截面设计及节点设计；基础的设计及配筋；檩条、墙架及柱间支撑的设计。3.2.4 计算书要求：计算步骤清晰，计算过程准确、计算时有相应的计算简图及必要的节点连接示意图。1.4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6m。厂房柱距方向总长度120m300m,横向跨度24m150m,无需设置温度伸缩缝。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，考虑到有中级吊车出入，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0.02。柱网布置图如图1-1所示： 图1-1 柱网布置图 1.5 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1.2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。1.6 建筑剖面设计1.6.1厂房高度的确定厂房柱标高设为 8.7m,轨顶标高 6.6m。满足厂房建筑模数协调标准规定的柱顶标高H 应为 300mm 的倍数。轨顶的标高 H1取为 600mm 的倍数。由于厂房内有吊车作业，柱顶标高按下式来确定：H=H1+h6+h7= 6.6+1.0+1.1=8.7m式中：H 柱顶标高（m），必须符合3M的模数； H1 吊车轨顶标高（m），一般由设计人员提出；h6轨顶至小车顶面的距离，由吊车规格表查得为0.975m，取为 1.0mmh7小车顶面至屋架下弦底面之间的安全距离，应考虑到屋架的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小尺寸为 220mm， 湿陷性黄土地区一般不小于 300mm，为了检修吊车梁方便这里取为1.1m；牛腿标高：H1-0.7 (轨道加吊车梁高)=6.6-0.7=5.9m1.6.2 室内地坪标高的确定在一般情况下，单层厂房室内地坪与室外地面需设置高差，以防止雨水倒灌侵入室内。但为了便于运输工具出入厂房和不加长门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，在该厂房设计中高差取值为300mm。确定室内地坪标高为0.000m，室外标高为-0.300m。1.6.3 厂房屋面排水设计为了使厂房立面美观，本厂房采用有组织内落内排，即使落水管沿室内柱子落下，将雨水排至地下水管道。考虑到河源地区的气象条件,一级厂房最大高度的限制，厂房屋面排水坡度取1/10，天沟纵向坡度取2%。具体内天沟做法如下图1-2所示： 图1-2 边跨内天沟做法示意图1.7 其他建筑构造 1.7.1屋顶的确定本设计中厂房屋面采用有檩体系，即在刚架斜梁上设置C型冷弯薄壁型钢檩条，再铺设0.6mm厚的镀锌压型彩涂板做成屋面。它施工速度快、重量轻、表面带有色彩涂层、防锈、耐腐蚀、美观。屋顶坡度考虑屋面排水需要，屋面坡度为1:10 。1.7.2地面的确定由于厂房内有重型物品的堆放或车辆行驶，由此考虑建筑物的地面构造采用混凝土实铺地面。地面在铺设时，将开挖的土回填夯实后，在上面铺设碎石或三合土，然后用1：3水泥砂浆找平，然后再铺设混凝土面层。由于在该厂房中有焊接，会产生火花，为了避免出面意外，地面采用特殊的不发光地面。地面做法如下图所示。图1-3厂房地面做法1.7.3门口坡道做法在厂房的大门外，应做行车坡道。坡度取1：8，根据前面定出的室内外高差300mm,则可求出外坡道的水平长度为3008=2400mm。坡道的构造做法是：素土夯实，20mm厚1：3水泥砂浆面层，50mmC20混凝土填层，坡道布置如下图所示：图1-4 门口坡道示意图图1-5 坡道做法示意1.7.4散水构造厂房周围做宽900mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂浆抹面。具体做法如下图所示： 图1-6 散水构造示意图1.7.5 雨棚的确定 该厂房设计中取雨棚高出门洞300mm，由前面确定出的南北与东西方向的门高分别为3.6m与4.5m，即得南北与东西方向的雨棚标高分别为3.9m与4.8m。雨棚尺寸确定如下：厚度为300m，外挑为2400mm，宽度略比门洞尺寸宽，取南北与东西方向分别为4.6m与5.5m。1.76 屋脊的确定屋面板采用0.6mm厚的镀锌压型彩涂板，屋面的连接形式及构造见下图：图1-7屋脊连接构造1.7.7门窗表表1-1 门窗表第2章 吊车设计资料：吊车总重量：8.8t，小车:4t,跨度22.5m,最大轮压：74.95kN，最小轮压：19.23kN，B=3500mm，W=3000mm，H1=975mm，轨道型号38kg/m。2.1 设计资料图2-1 吊车轮压示意图吊车总重量：8.84吨，最大轮压：74.95kN，最小轮压：19.23kN。 2.2 吊车荷载计算吊车荷载动力系数=1.05，吊车荷载分项系数Q=1.4则吊车荷载设计值为竖向荷载设计值 P=QPmax=1.051.474.95=110.18kN横向水平荷载设计值 T=Q0.12(Q+g)2n=1.40.12(100+40)22 =5.88kN 水平荷载设计值 H=Q0.1Pmax,k=1.40.174.95=10.49kN2.3内力计算2.3,1吊车梁中最大弯矩及相应的剪力如图位置时弯矩最大图2-2 C点最大弯矩Mmax对应的截面位置 两个轮子作用于吊车梁时，最大弯矩点位置为a2=a1/4=3000/4=750mm考虑吊车来那个自重对内力的影响，将内力乘以增大系数w=1.02,则最大弯矩好剪力设计值分别为：MmaxC=wp(l2-a2)2l=1.022110.18(3-0.75)26=189.65 kN.mVC=wp(l2-a2)l=1.022110.18(3-0.75)6=84.29 kN 2.3.2吊车梁的最大剪力如图位置的剪力最大 图2-3 A点受到剪力最大时截面的位置RA=1.02110.183.56+1=177.94 kNVmax=177.94 kN2.3.3水平方向最大弯矩MH=HPMmaxC=10.49110.18189.65=18.05 kN.m2.4截面选择 钢材为Q345，估计翼缘板厚度不会超过16mm，故抗弯强度设计值为f=310N/mm2;腹板的厚度也不超过16mm，故抗弯强度为fV=180N/mm22.4.1梁高初选 容许最小高度由刚度条件决定，按容许挠度值()要求的最小高度为： hmin0.6fllv=0.6600050029510-6=531mm由经验公式估算梁所需要的截面抵抗矩W=1.2Mmaxf=1.2189.65106310=771.46103mm3梁的经济高度为： he=73W-300=342mm。取hw=550mm。2.4.2确定腹板厚度按抗剪强度要求计算腹板所需的厚度为：tw=1.2Vmaxhwfv=1.2177.94103550180=2.16mm按经验公式：tw=h03.5=5503.5=6.70mm根据构造要求，腹板厚度一般取2mm的整数倍，则取tw=10mm。2.4.3确定翼缘尺寸b1513h0=15-13550=110183.3mm上翼缘尺寸取-340mm15mm，下翼缘尺寸取-240mm15mm. 螺栓选用M22 d=24mm根据梁受压翼缘自由外伸宽度b1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: bt15235fy b1t=340215=11.3315235345=12.4满足局部稳定要求2.4.4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8054，边梁为槽钢25a吊车梁截面及吊车梁系统组成构件见图：图2-4 吊车梁截面2.5 截面特征(1)吊车梁对x轴的截面特性：吊车梁毛截面面积：A=551.0+341.5+241.5=142cm2y1=341.51+551.5+27.5+241.5(1.5+55+1)142=26.2cmy2=58-26.2=31.8cmIx=112341.53+341.525.22+112241.53+241.530.82+1121553+551(582-26.2)2=80850cm4净截面惯性矩(假设X-X与毛截面的相同）Inx=Ix-21.51.526.2=80732cm4起重机梁抗弯净截面系数：Wx上=8085026.2=3086cm3Wx下=8085031.8=2542cm3(2)制动结构对y轴的截面特性,制动边梁25a的截面特性：A01=34.91cm2 Iy01=176cm4 X01=2.1cm W01=268.7cm3 ix01=9.81cm Ix01=3359.1cm4 b=78cm tw=7mm Sx01=157.8cm3 制动梁净截面积：An=34-21.51.5+80.50.4+34.91=113.61cm2制动梁截面重心至起重机梁腹板中心之间的距离：=80.50.456.8+34.91100-4113.61=45.6cmIy=1123431.5+341.545.62+176+34.91(100-4-45.6)2+1120.480.53+80.50.4(56.8-45.6)2=221241cm4Wy1=22124145.6=4852cm3Wy2=22124145.6+17=3534cm32.6 强度验算 (1)正应力上翼缘正应力：=MmaxcWx上+MHWy1=189.651033086+18.051034852=65.18N/mm2310N/mm2(满足要求)下翼缘正应力：=MmaxcWx下=189.651032542=75N/mm2310N/mm2（满足要求）(2) 剪应力计算的突缘支座处剪应力：=1.2Vmaxhwtw=1.2177.9410355010=39N/mm2180N/mm2(满足要求)(3) 腹板的局部压应力采用QU80钢轨，轨高130mm。lz=a+5hy+2hR=50+515+2130=385mm集中荷载增大系数=1.0，腹板的局部压应力为：c=Ptwlz=1.0110.1810310385=28.6N/mm2295N/mm2(4) 腹板计算高度边缘处折算应力为计算方便偏安全的取最大正应力和最大剪应力验算。Mmaxc=189.65106N.mm, =MIXy=189.6510680850104(550-290-15)=57.5N/mm2=VS1Ixtw=84.2910334015(550-7.5-290)8085010410=13.4N/mm2则折算应力为：eq=2+c2-.c+32=57.52+28.62-57.528.6+313.42=54.9 N/mm21f=1.1310=341N/mm21当与c同号时，1取1.1。2.7梁的整体稳定性验算由于吊车梁设有制动体系,梁的侧向稳定性有可靠保证,故可不计算梁的整体稳定。2.8局部稳定性验算h0tw=55010=5580235345=66,故按构造配置横向加劲肋。2.9支座加劲肋计算图2-5 吊车梁支座构造简图取平板支座加劲板的宽度为100mm，厚度为10mm。承压面积：Ace=10010=1000mm2支座加劲肋的端面承应力为：ce=RmaxAce=177.941031000=177.94N/mm2fce=400 N/mm2稳定计算：A=10010+101510235345=2238mm2Iz=112101003+112150103=846000mm4iz=IzA=8460002238=19.6, =h0iz=55019.6=28.1, 345235=41.2从上得知：属b类截面，查表可以知道=0.895，所以按照下列公式来计算支座加劲肋在腹板平面外的稳定性：ce=RmaxA=177.941030.8952238=88.84N/mm2310N/mm22.10挠度计算Mkx=wP(l2-a2)2l=1.022110.18(3-0.75)26=189.85KN.mV=Mkxl210EIx=189.65106600021020610380850104=2.68mm1.5t=1.515=5.81mm。(3) 支座加劲肋与腹板的连接焊缝hf=Rmax20.7lwffw=177.9410320.7(550-12)200=1.18mm取hf=6mm。第3章 檩条计算3.1 基本资料屋面采用实腹式檩条，坡度0.1，选用冷弯c型卷边型钢，跨度，檩距为1.5m，中间设一道拉条，檩条及拉条钢材均为Q345。3.2 荷载及其效应组合永久荷载：压型钢板自重为0.3kN/m2，檩条及拉条自重为0.05kN/m2，合计0.35KN/m2。可变荷载：屋面均布荷载为0.3kN/m2，广东河源雪荷载取0kN/m2。 风荷载：A=1.5=9m210m2,s=1.5logA-2.9=-1.47w=usuzw0=-1.471.010.31.05=-0.47kN/mm2图 3-1 屋面檩条计算简图第一种组合：1.2永久荷载+1.4活荷载q=1.20.351.5+1.40.31.5=1.26kN/m活荷载起控制作用：qx=qsin=1.26sin5.710=0.13kN/mqy=qcos=1.26cos5.710=1.3kN/mMx=18qyL2=181.362=5.85kN.mMy=132qxL2=1320.1362=0.15kN.m第二种组合 ：1.0永久荷载+1.4风荷载q=1.00.351.5-1.40.471.5=-0.462KN/m风荷载起控制作用：qx=qsin=0.462sin5.710=0.046KN/mqy=qcos=0.462cos5.710=0.46KN/mMx=18qyL2=180.4662=2.08KN.mMy=132qxL2=1320.04662=0.052KN.m选用C20070202.0型冷弯薄壁型卷边槽钢，截面特性如下：图 3-2 檩条计算简图A=7.27cm2 Ix=440.04cm4 ix=7.78cm Wx=44.00cm4 Iy=46.71cm4iy=2.54cm Wxmax=23.22cm3 Wymin=9.35cm3 g=5.71kg/m3.3 计算有效截面因qy产生的应力较大，故验算L/2处截面，并设屋面能阻止檩条侧向位移和扭转。3.3.1 用毛截面模量计算板件的压应力1=MxWx+MyWy max=5.8510344+0.1510323.22=139.41 N/mm2310N/mm22=MxWx-MyWy min=5.8510344-0.151039.35=116.91 N/mm2310N/mm23=-MxWx+MyWy max=-5.8510344+0.1510323.22=-126.49 N/mm2310N/mm24=-MxWx-MyWy min=-5.8510344-0.151039.35=-149 N/mm2310N/mm23.32 计算系数和腹板为加劲肋板件=minmax=-126.49139.41=-0.911.1, 则受压板件的板组约束系数k1=0.11+0.93(-0.05)2=0.11+0.93(1.75-0.05)2=0.43=205kk11=2050.4321.62139.41=3.70bt=2002=10018=181.153.7=76.59bt=2002=10038=381.153.7=161.69bc=b1-=2001-(-0.91)=104.71mm由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.2-3得:be=21.8b/t-0,1bc=21.81.153.72002-0.1104.71=90.38mmbe1=0.4be=0.490.38=36.15mmbe2=0.6be=0.690.38=54.23mm扣除面积部分的长度为b2=104.71-90.38=14.33mm上翼缘：k=0.868，b=70mm, c=200mm 1=139.41 N/mm2=cbkkc=702000.86821.62=0.5720, bc=b=70mm=205kk11=2050.8681.32139.41=1.30bt=702=3518=181.0241.3=23.96bt=702=3538=381.0241.3=50.59由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.2-3得：be=21.8b/t-0,1bc=21.81.0241.3702-0.170=56.74mm由于为部分加劲板,则be1=0.4be=0.456.74=22.70mmbe2=0.6be=0.656.74=34.04mm扣除面积的宽度为b1=70-56.74=13.26mm因为下翼缘全截面受拉，所以全截面有效。3.4 计算有效净截面模量图 3-2 有效净截面Ienx=Ix- 112b1t3+14 b1th2+112tb23+b2th2-be21-b222=440.04104-11213.2623+1413.2622002+112214.333+14.3322002-36.15-14.3322=404.26cm4Ieny=Iy-112b2t3+ b1tZ02+112tb13+b1tbe11+b12-Z02=46.71104-11214.3323+13.262202+112213.263+13.26222.7+13.262-202=45.38cm4wenx=Ienxh/2=404.26104200/2=40.43cm3wenymax=IenyZ0=45.3810420=22.69cm3wenymin=Ienyb-Z0=45.3810470-20=9.08cm33.5 重新验算1、2点强度1=MxWx+MyWy max=5.8510340.43+0.1510322.69=151.31 N/mm2310N/mm22=MxWx-MyWy min=5.8510340.43-0.151039.08=128.17 N/mm20.7bx=1.091-0.274b=1.091-0.2741.70=0.93风吸力作用下檩条下翼缘受压区：2=MxbWx-MyWeny min=5.851030.9340.43-0.151039.08=139.07 N/mm2310/mm2因此，稳定性满足要求。 3.7 挠度验算正常使用条件下的挠度验算 荷载标准值：qk=0.35+0.3=0.65kN/mqky=qkcos=0.65cos5.710=0.647kN/mV=5qkyl4384EIx=50.6471.56410123842.06105440.04104=18.06mmv =6000200=30mm 所以，满足要求。3.8 构造要求x=6007.78=77.12200y=600/22.54=118.11200故此檩条在平面内、外均满足要求。第4章 墙梁计算4.1 基本资料本工程为单层厂房，刚架柱距6m，外墙高9. 9m，墙梁间距1.5m，跨设一道拉条，钢材为Q345型。4.2 荷载计算（1）墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢20070202.0，自重g=5.71kg/m；qk=5.7110/1000=0.057kN/m（2）风荷载：基本风压w0=1.050.30=0.315kN/m2，风荷载标准值按CECS102：2002中的围护结构计算：w=usuzw0=1.471.010.31.05=0.47 kN/mm2，qwk=0.471.5=0.71 kN/m（3）荷载设计值：q=1.20.057=0.068kN/m qw=1.40.71=0.994kN/m4.3 内力计算My=132ql2=1320.06862=0.077kNmMx=18qwl2=180.99462=4.473kNm4.4 强度计算墙梁C20070202.0，平放，开口朝下Wxmax=23.22cm3, Wx=44.00cm3, Wymin=9.35cm3, Iy=440.04cm4 有效净截面模量： Wenx=Wx=44.00cm3, Weny=Wymin=9.35cm3=MxWenx+MyWeny=4.47310344+0.0771039.35=134.39 N/mm2310N/mm2在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧，并在柱底设斜拉条。此时压型钢板与墙梁外侧牢固相连，可不验算墙梁的整体稳定性。 4.5 挠度计算V=5qwkl4384EIx=50.716410123842.06105440.04104=13.22mm V =6000200=30mm满足要求。第5章 抗风柱设计5.1内力计算 图5-1 山墙墙梁布置图由墙梁作用于柱各支托上的垂直力设计值为0.051.21.58=0.72kN,沿着柱方向一共布置由6根墙梁，见图4-1。由于风荷载作用于柱的均布荷载设计值为： qw=1.01.050.31.01.48= 3.53kN/m按轻型钢结构设计指南附表，选用焊接HN钢400200813柱高9.8m,柱距8m。5.2 截面几何特性A=84.12cm2 Ix=23700cm4 ix=7.78cm Wx=1190cm4 Iy=1740cm4iy=4.54cm,ix=16.80cm, Wy=174cm3 忽略抗风柱的垂直荷载的偏心，抗风柱的最大弯矩：Mmax=18qwl02=183.539.82=42.38KN.m 抗风柱的最大轴力计算 由柱自重产生的轴力设计值： 1.29.8669.810-3=7.61kN 由墙梁自重产生的轴力： 1.280.35=3.36kN 所以在柱底产生的最大轴力为： N=7.61+3.36=10.97kN 图5-2 抗风柱最大弯矩计算简图5.3 强度验算 根据钢结构设计规范GB50017-2003公式（5.2.1）：=NAn+MxxWnx=10.9710384.12102+42.381061.051190103=35.22 N/mm2310N/mm2满足要求。5.4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NxA+mxMxRWX(1-0.8N/NEx)计算其平面内的稳定平面内有效长度：l0x=1.0980=980cm, 平面外计算长度不变。x=l0xix=98016.8=58.33=150,x345235=70.7NEx=2EARX2=22.0610584121.158.332=4569.74KN mx=1.0（有弯矩和横向荷载同时作用时，使构件产生同向曲率时，mx=1.0 产生反向曲率时mx=0.85），无端弯矩时但有横向荷载时mx=1.0，因为b/h=200/400=0.50.8,所以对x轴属a类，对y轴属b类。查钢结构附录4的a类截面得：x=0.835,则=NxA+mxMxRWX(1-0.8N/NEx)=10.971030.8358412+1.042.381061.051190103(1-0.810.97/4569.74) = 35.61N/mm2310N/mm2（满足要求） 5 .5弯矩作用平面外的稳定性计算由于墙梁与墙板紧密连接，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，取两个墙梁间距考虑即ly=3000mm。y=liy=300045.4=66.08=150, y345235=79.8 查钢结构附录4的b类截面得：y=0.690b=1.07-y244000fy235=1.07-66.079244000345235=0.921.0=NyA+mxMxbWX=10.971030.698412+1.042.381060.921190103=40.60N/mm2310N/mm2（满足要求） 5.6 局部稳定 (1)柱翼缘： bt=200-8213=7.3815235/fy=12.38,满足要求。 (2)柱腹板：hwtw=400-2138=46.75250235/fy=206.33，满足要求。5.7挠度计算根据钢结构设计规范GB50017-2003附录A续表A.1.1,在横向风荷载作用下,抗风柱水平挠度为：v=5384qkwl4EIx=53843.531039800420610623700104=8.68mmv=9800400=24.5mm第6章 柱间支撑 刚架跨度 24m 的单层厂房，柱高9.0m，内设一台起重量为10t的吊车。每排列柱均设有3道柱间支撑，均为两层X 形交叉支撑，在厂房的两端及第6榀与第7榀刚架之间共设置3道垂直支撑以抵抗风荷载及吊车的纵向水平荷载等作用。柱间支撑布置图如图5-1所示。图6-1 柱间支撑布置6. 1柱下端计算6.1.1 设计资料 支撑与水平方向夹角=49.4，支撑长度l=9220mm,下柱段H1=7.0m，上柱段 H2=2.0m.6.1.2 风荷载设计值 风荷载体型系s可按门式钢架轻型房屋钢结构技术规范确定风载体型系数s=0.7。即风载标准值 wk=1.00.70.3=0.21kN/mm2风载设计值w=rQwH1+H22L=1.40.217.0+2.0224=31.75kN/mm26.1.3 吊车荷载设计值 T=Q0.1Pmaxk=1.4 0.174.95=10.49KN6.1.4 内力计算 十字交叉支撑一般仅受拉力而不受压力，杆件受压退出工作，其下端柱支受拉力为 N=w+Tcos49.40=31.75+10.490.65=64.98kN6.1.5 截面选择和验算 支撑的截面形式采用圆钢管，材质Q345钢，截面尺寸为1523.0，截面几何特性为A=1404mm2, i=52.7mm截面验算： =NA=64.981031404=46.28N/mm2310N/mm26.1.6 长细比 柱间支撑平面内计算长度l0x=0.5l=4610mm，平面外计算长度l0y=l=9220mm,故x=l0xix=461052.7=87.48200y=l0y iy=922052.7=174.95200满足要求。6. 2 柱上端计算6.2.1 设计资料 支撑与水平方向夹角=18.4，支撑长度l=6325mm,下柱段H1=7.0m，上柱段 H2=2.0m.6.2.2 风荷载设计值 风荷载体型系数可按门式钢架轻型房屋钢结构技术规范确定风载体型系数s=0.7。即风载标准值wk=1.00.70.3=0.21kN/mm2风载设计值 w=rQwH1+H22L=1.40.