横向单跨双坡门式刚架设计计算书.doc

横向单跨双坡门式刚架设计计算书横向单跨双坡门式刚架设计计算书1 设计资料 本工程为武汉市一金工车间厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，柱高9.9m；共有15榀刚架，柱距6m，屋面坡度1:10；地震设防列度为6度，屋面及墙面板均为彩色压型钢板,内填充以保温玻璃棉板，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。2 结构体系选用横向单跨双坡门式刚架承重体系3 结构布置3.1 柱网布置 3.2 横向刚架主要尺寸横梁：Q235 截面：H型钢 600x300x8x14柱：Q235 截面：H型钢 500x300x10x163.3 墙梁及柱间支撑3.4 屋面支撑3.5 荷载计算永久荷载：恒载：屋面板及保温层：0.12KN/m2檩条及支撑：0.08KN/m2 刚架：0.3 KN/m2 可变荷载： 屋面活载：0.5 KN/m2 雪荷载：0.5 KN/m2 风荷载：0.35 KN/m2 地震荷载：武汉地区钢结构厂房按6度设防，即钢结构厂房6度设防只需满足构造要求。4 吊车设计资料：采用北起起重量Q=5t，跨度S=22.5m的单梁式吊车，Pmax,k=45KN，Pmax,k=10.47KN，B=3500mm，W=3000mm，H1=880mm，轨道型号：38kg/m。4.1吊车荷载（竖向荷载设计值）4.2吊车梁内力计算4.2.1 Mmax及相应V 4.2.2 求Vmax轮子在支座上时，剪力最大 4.2.3 吊车水平荷载作用下的MmaxH及VmaxH4.3 截面选择钢材采用Q235的H型组合钢4.3.1 经济高度34.3.2 最小高度根据构造要求，h取50mm的整数倍，因此h=500mm4.3.3 腹板厚度抗剪要求： 局部稳定： 根据构造要求，腹板厚度tw8mm的整数倍，则tw=8mm4.3.4 翼缘尺寸取b0=200mm抗弯要求： , 则t0=0.78mm局部稳定要求： 而t0值一般取2mm的整数倍且大于tw，则t0=10mm4.4 截面特性 4.5 强度验算4.5.1 正应力验算4.5.2 切应力验算4.5.3 腹板局部压应力4.5.4 腹板边缘处的折算应力4.6 稳定性验算4.1.6 整体稳定性验算(满足)(满足)又因为双轴对称工字形截面，则b=0 4.6.2 局部稳定性验算翼缘：腹板：（应按构造要求配置横向加劲肋）横向加劲肋截面确定 外伸宽度 厚度 横向加劲肋为Q235，尺寸为80mm8mm加劲肋间距为 4.7 刚度计算4.8 支承加劲肋计算采用凸缘式支承加劲肋尺寸：按端面承压强度试选加劲肋厚度已知： 需要考虑到支座支承加劲肋是主要传力构件，为保证其使梁在支座处有较强的刚度，取加劲肋厚度与梁翼缘板厚度大致相同，令ts=10mm。加劲肋端面顶紧刨平，突缘伸出板梁下翼缘底面长度为2ts=210=20mm的构造要求。按轴心受压构件验算加劲肋在腹板平面外的稳定，支承加劲肋的截面腹板截面积。阅微阁小说端承压：查附表4.3（适用于Q235钢，y轴c类）当 当因此4.9 焊缝计算4.9.1 腹板与翼缘连接焊缝最大焊脚尺寸：最小焊脚尺寸：4.9.2 支撑加劲肋与腹板的连接焊缝计算焊缝的计算长度需要焊脚尺寸 而 取hf=6mm5 抗风柱计算每侧山墙设3跟抗风柱，跨度6m5.1 荷载计算风荷载标准值高度Z处风振系数风荷载体型系数风压高度变化系数基本风压 恒载：自重 墙面墙梁自重恒荷载： 5.2 内力计算 5.3 截面选择初选截面(Q235)柱1：假定=10 h,b取10mm的整数倍，则h=240mm，b=220mm查表4-4知X轴为b类，y轴为c类查附表4-2得： 所以几何特性柱2：假定h,b取10mm的整数倍，则h=260mm，b=230mm查表4-4知X轴为b类，y轴为c类查附表4-2得： 所以几何特性5.4 强度验算柱1： 柱2：5.5 刚度验算柱1：柱2：5.6 局部稳定性验算柱1：柱2：5.7 平面内整体稳定性验算柱1：按b类截面查钢结构设计规范得 柱2：按b类截面查钢结构设计规范得 5.8 平面外稳定性设隅撑间距3.0m柱1：按c类截面查钢结构设计规范得柱2：按c类截面查钢结构设计规范得6 檩条计算6.1 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Q235。6.2 荷载及其效应组合永久荷载：压型钢板自重为0.12KN/m2，檩条及支撑自重为0.08KN/m2，合计0.2KN/m2。可变荷载：屋面均布荷载为0.5KN/m2，雪荷载取0.35KN/m2。 风荷载： 荷载组合设计值：活荷载起控制作用：风荷载起控制作用：选用C20070202.0型冷弯薄壁型卷边槽钢，截面特性如下：6.3 计算有效截面因qy产生的应力较大，故验算处截面，并设屋面能阻止檩条侧向位移和扭转。6.3.1 用毛截面模量计算板件的压应力6.3.2 计算系数和腹板为加劲肋板件上翼缘为部分加劲肋板件6.3.3 计算系数腹板： 根据冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.3-2 得， 则受压板件的板组约束系数扣除面积部分的长度为104.17-96.17=7.98mm上翼缘：，则： 由 由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.2-3得：由于为部分加劲板则扣除面积的宽度为70-57.13=12.87mm因为下翼缘全截面受拉，所以全截面有效。6.4 计算有效净截面模量 6.5 重新验算1、2点强度因此檩条的强度满足设计要求。6.6 稳定性验算已知： 查冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002表A.1.2得：则 因此，稳定性满足要求。 6.7 挠度验算正常使用条件下的挠度验算 荷载标准值： 所以，满足要求。6.8 构造要求故此檩条在平面内、外均满足要求。7 墙梁计算7.1 基本资料本工程为单层厂房，刚架柱距6m，外墙高9.9m，标高1m以上采用压型钢板，墙梁间距1.5m，跨中设一道拉条，钢材为Q235型。7.2 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；墙重0.22KN/m2；（2）风荷载：基本风压0=1.050.35=0.368KN/m2，风荷载标准值按CECS102：2002中的围护结构计算：k=sz0=1.4710.368=0.54KN/m2,（3）荷载设计值：q=1.20.387=0.084KN/m qw=1.40.81=1.134KN/m7.3 内力计算 7.4 强度计算墙梁C20070202.0，平放，开口朝上Wxmax=23.22cm3，Wxmin=23.22cm3，Wy=440.0cm3，Iy=440.04cm4参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验，取Wenx=0. 9 Wx，Weny=0.9 Wy 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。7.5 挠度计算，满足要求。8 刚架计算8.1 恒载计算刚架梁自重标准值：0.3KN/m2屋面板及檩条自重：0.2 KN/m28.2 活载计算雪荷载： 0.35 KN/m2屋面均布活荷载：0.5 KN/m28.3 风荷载计算左风：墙面迎风面：1.020.80.351.05=0.3 KN/m2墙面背风面：1.02（-0.5）0.351.05=-0.187 KN/m2右风：墙面迎风面：1.020.80.351.05=0.3 KN/m2墙面背风面：1.02（-0.5）0.351.05=-0.187 KN/m28.4 吊车荷载轮压：吊车横向水平荷载计算:吊车每个车轮横向水平制动力Tk为吊车最大竖向荷载设计值：吊车最小竖向荷载设计值:吊车横向水平荷载设计值：8.5 各工况荷载图及内力图 8.6 荷载及内力组合表8.7 PKPM软件在各种荷载标准值作用下的计算结果 工程名: 武汉市xx厂设计 * PK11.EXE * 设计主要依据: 建筑结构荷载规范(GB 50009-2001); 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001); 钢结构设计规范(GB 50017-2003); 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:2002); 结果输出 - 总信息 - 结构类型: 门式刚架轻型房屋钢结构 设计规范: 按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程计算 结构重要性系数: 1.00 节点总数: 7 柱数: 4 梁数: 2 支座约束数: 2 标准截面总数: 2 活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置 风荷载计算信息: 计算风荷载 钢材: Q235 梁柱自重计算信息: 柱梁自重都计算 恒载作用下柱的轴向变形: 考虑 梁柱自重计算增大系数: 1.20 基础计算信息: 不计算基础 梁刚度增大系数: 1.00 钢结构净截面面积与毛截面面积比: 0.85 门式刚架梁平面内的整体稳定性: 按压弯构件验算 钢结构受拉柱容许长细比: 400 钢结构受压柱容许长细比: 200 钢梁(恒+活)容许挠跨比: l / 360 柱顶容许水平位移/柱高: l / 400 抗震等级: 不考虑地震作用 窄行输出全部内容 - 节点坐标 - 节点号 X Y 节点号 X Y 节点号 X Y ( 1) 0.00 7.20 ( 2) 24.00 7.20 ( 3) 0.00 9.90 ( 4) 24.00 9.90 ( 5) 12.00 11.10 ( 6) 0.00 0.00 ( 7) 24.00 0.00 - 柱关联号 - 柱号 节点 节点 柱号 节点 节点 柱号 节点 节点 ( 1) 6 1 ( 2) 7 2 ( 3) 1 3 ( 4) 2 4 - 梁关联号 - 梁号 节点 节点 梁号 节点 节点 梁号 节点 节点 ( 1) 3 5 ( 2) 5 4 - 支座约束信息 - ( 1) 6111 ( 2) 7111 - 柱上下节点偏心 - 节点号 柱偏心值 节点号 柱偏心值 节点号 柱偏心值 节点号 柱偏心值 ( 1) 0.00 ( 2) 0.00 ( 3) 0.00 ( 4) 0.00 ( 5) 0.00 ( 6) 0.00 ( 7) 0.00 - 标准截面信息 -1、标准截面类型 ( 1) 16, 300, 300, 500, 10.0, 16.0, 16.0, 5 ( 2) 16, 300, 300, 600, 8.0, 14.0, 14.0, 5 - 柱布置截面号,铰接信息,截面布置角度 - 柱号 标准截 铰接 截面布 柱号 标准截 铰接 截面布 面 号 信息 置角度 面 号 信息 置角度 ( 1) 1 0 0 ( 2) 1 0 0 ( 3) 1 0 0 ( 4) 1 0 0 - 梁布置截面号,铰接信息,截面布置角度 - 梁号 标准截 铰接 截面布 梁号 标准截 铰接 截面布 面 号 信息 置角度 面 号 信息 置角度 ( 1) 2 0 0 ( 2) 2 0 02、标准截面特性 截面号 Xc Yc Ix Iy A 1 0.15000 0.25000 0.64784E-03 0.72039E-04 0.14280E-01 2 0.15000 0.30000 0.84604E-03 0.63024E-04 0.12976E-01 截面号 ix iy W1x W2x W1y W2y 1 0.21299E+00 0.71026E-01 0.25914E-02 0.25914E-02 0.48026E-03 0.48026E-03 2 0.25534E+00 0.69692E-01 0.28201E-02 0.28201E-02 0.42016E-03 0.42016E-03 恒荷载计算. 节 点 荷 载: 节点号 弯矩 垂直力 水平力 0 柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2 0 梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2 1 1 1 3.00 0.00 1 1 1 3.00 0.00 - 恒荷载标准值作用计算结果 - - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 -90.37 64.24 -24.73 -87.70 -54.55 24.73 2 90.37 64.24 24.73 87.70 -54.55 -24.73 3 87.70 54.55 -24.73 -154.48 -50.92 24.73 4 -87.70 54.55 24.73 154.48 -50.92 -24.73 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 154.48 29.68 48.21 121.37 -24.61 2.46 2 -121.37 24.61 2.46 -154.48 -29.68 48.21 - 恒荷载作用下的节点位移(mm) - 节点号. X向位移 Y向位移 1 -6.0 0.1 2 6.0 0.1 3 -3.2 0.2 4 3.2 0.2 5 0.0 33.6 活荷载计算. 节 点 荷 载: 节点号 弯矩 垂直力 水平力 0 柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2 0 梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2 1 1 1 3.00 0.00 1 1 1 3.00 0.00 - 活荷载标准值作用下的节点位移(mm) - 节点号. X向位移 Y向位移 1 -4.3 0.1 2 4.3 0.1 3 -2.3 0.1 4 2.3 0.1 5 0.0 23.8 风荷载计算. - 左风荷载标准值作用 - 节 点 荷 载: 节点号 水平力 垂直力 0 柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2 1 1 1.80 0.00 2 1 1.20 0.00 3 1 1.80 0.00 4 1 1.20 0.00 0 梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2 1 1 1 -2.21 0.00 1 1 1 -1.44 0.00 - 节点侧向（水平向）位移(mm) - 节点号 x 节点号 x 节点号 x 节点号 x ( 1) 7.0 ( 2) 1.6 ( 3) 6.9 ( 4) 4.2 ( 5) 5.5 ( 6) 0.0 ( 7) 0.0 - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 92.62 -25.62 26.79 53.61 25.62 -13.83 2 8.06 -17.94 1.99 -24.86 17.94 6.65 3 -53.61 -25.62 13.83 84.39 25.62 -8.97 4 24.86 -17.94 -6.65 -47.20 17.94 9.89 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 -84.39 -11.47 -24.60 -52.26 11.47 -1.93 2 52.26 -11.63 -0.38 47.20 11.63 -16.87 - 右风荷载标准值作用 - 节 点 荷 载: 节点号 水平力 垂直力 0 柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2 1 1 -1.20 0.00 2 1 -1.80 0.00 3 1 -1.20 0.00 4 1 -1.80 0.00 0 梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2 1 1 1 -1.44 0.00 1 1 1 -2.21 0.00 - 节点侧向（水平向）位移(mm) - 节点号 x 节点号 x 节点号 x 节点号 x ( 1) -1.6 ( 2) -7.0 ( 3) -4.2 ( 4) -6.9 ( 5) -5.5 ( 6) 0.0 ( 7) 0.0 - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 -8.06 -17.94 -1.99 24.86 17.94 -6.65 2 -92.62 -25.62 -26.79 -53.61 25.62 13.83 3 -24.86 -17.94 6.65 47.20 17.94 -9.89 4 53.61 -25.62 -13.83 -84.39 25.62 8.97 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 -47.20 -11.63 -16.87 -52.26 11.63 -0.38 2 52.26 -11.47 -1.93 84.39 11.47 -24.60 吊车荷载计算. - 吊车 1 - 吊车连接节点数: 2 吊车连接节点号: 1, 2, 最大轮压在左侧产生的各节点竖向荷载(Dmax在跨左): 67.500, 15.700, 最大轮压在右侧产生的各节点竖向荷载(Dmax在跨右): 15.700, 67.500, 空车最大轮压在左侧产生的各节点竖向荷载(Wmax在跨左): 0.000, 0.000, 空车最大轮压在右侧产生的各节点竖向荷载(Wmax在跨右): 0.000, 0.000, 吊车竖向荷载与节点竖向偏心距(m): 0.500, -0.500, 吊车水平刹车力在各节点产生的最大水平力(Tmax): 2.530, 2.530, 吊车的横向水平荷载与各节点的垂直距离(m): 0.600, 0.600, 考虑空间工作和扭转影响的效应调整系数: 1.000 吊车桥架引起的地震剪力与弯矩增大系数: 1.000 吊车桥架重量: 61.980 单跨吊车组合荷载折减系数:1.000 两跨吊车组合荷载折减系数:1.000 - Dmax 标准值作用位于跨左 - - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 -1.35 66.90 -2.63 -17.56 -66.90 2.63 2 12.77 16.30 2.63 6.13 -16.30 -2.63 3 -16.19 -0.60 -2.63 9.10 0.60 2.63 4 1.72 0.60 2.63 5.38 -0.60 -2.63 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 -9.10 2.55 -0.86 -1.29 -2.55 0.86 2 1.29 2.67 -0.34 -5.38 -2.67 0.34 - Dmax 标准值作用位于跨右 - - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 -12.77 16.30 -2.63 -6.13 -16.30 2.63 2 1.35 66.90 2.63 17.56 -66.90 -2.63 3 -1.72 0.60 -2.63 -5.38 -0.60 2.63 4 16.19 -0.60 2.63 -9.10 0.60 -2.63 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 5.38 2.67 0.34 -1.29 -2.67 -0.34 2 1.29 2.55 0.86 9.10 -2.55 -0.86 - 左来刹车标准值作用 (Tmax 作用向右) - - 节点侧向（水平向）位移(mm) - 节点号 x 节点号 x 节点号 x 节点号 x ( 1) 1.5 ( 2) 1.5 ( 3) 2.0 ( 4) 2.0 ( 5) 2.0 ( 6) 0.0 ( 7) 0.0 - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 13.81 -0.49 2.53 4.41 0.49 -2.53 2 13.81 0.49 2.53 4.41 -0.49 -2.53 3 -4.41 -0.49 2.53 5.93 0.49 0.00 4 -4.41 0.49 2.53 5.93 -0.49 0.00 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 -5.93 -0.05 -0.49 0.00 0.05 0.49 2 0.00 0.05 -0.49 -5.93 -0.05 0.49 - 右来刹车标准值作用 (Tmax 作用向左) - - 节点侧向（水平向）位移(mm) - 节点号 x 节点号 x 节点号 x 节点号 x ( 1) -1.5 ( 2) -1.5 ( 3) -2.0 ( 4) -2.0 ( 5) -2.0 ( 6) 0.0 ( 7) 0.0 - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 -13.81 0.49 -2.53 -4.41 -0.49 2.53 2 -13.81 -0.49 -2.53 -4.41 0.49 2.53 3 4.41 0.49 -2.53 -5.93 -0.49 0.00 4 4.41 -0.49 -2.53 -5.93 0.49 0.00 - 梁内力 - 梁号 M N V M N V 1 5.93 0.05 0.49 0.00 -0.05 -0.49 2 0.00 -0.05 0.49 5.93 0.05 -0.498.8 荷载组合及内力组合表8.9 截面验算8.9.1 刚架梁的验算(1)构件的截面特性 (2)构件宽厚比的验算翼缘部分：腹板部分：(3)抗剪验算梁截面的最大剪力为考虑，仅设支座加劲肋，按考虑腹板屈曲后强度计算。（梁的腹板高度变化小于60mm/m=所以，满足要求。(4)弯、剪、压共同作用下的验算取最不利荷载组合进行验算：因为，故按公式进行验算所以，取 全截面有效，所以：由于 所以用公式：满足要求。(5)平面内整体稳定性验算A梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度lx=24.12m，x=lx/ix=24120/255.3=94.48=260，b类截面，查表得x=0.586，mx=1.0 =155.01N/mm2f=215 N/mm2所以，满足要求。(6)平面外整体稳定性验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=3016mm。对于等截面构件=0，s=w=1y=sly/iy=13016/69.6=43.3，c类截面，查表得y=0.818，取所以，满足要求。(7) 验算檩条集中荷载下的局部受压承载力檩条传给横梁上翼缘的集中荷载：F=(1.20.26+1.43)3=16.92KNLz=a+5hy+2hR=70+514+0=140mm验算腹板上边缘处的折算应力：取梁端截面处的内力：M=401.648KNm，N=77.168KN，V=125.346KN =83.94 N/mm21.2f=258 N/mm2，满足要求。(8)按钢结构设计规范校核横梁腹板容许高厚比梁端截面：故 所以，满足要求。(9)刚度验算8.9.2 刚架柱的验算(1)构件的截面特性柱选用截面为的焊接工字型截面，且为等截面柱，则(2)构件宽厚比验算翼缘部分：腹板部分：(3)抗剪验算柱截面最大剪力为考虑仅有支座加劲肋，则因此，满足要求。(4)弯、剪、压共同作用下的验算取最不利荷载组合进行验算：因为，故按公式进行验算所以，取 全截面有效，所以：由于 所以用公式：满足要求。(5)平面内整体稳定性验算因最大弯矩和最大轴力不在同一个截面，故应验算两组第一组：柱的平面内计算长度系数则 稳定性验算：截面属于b类截面，查表得，mx=1.0 =116.33N/mm2f=215 N/mm2所以，满足要求。第二组：柱的平面内计算长度系数则 稳定性验算：截面属于b类截面，查表得，mx=1.0 =167.04N/mm2f=215 N/mm2所以，满足要求。(6)刚架柱平面外整体稳定性验算考虑柱间支撑作为柱的平面外支撑