36m轻型门式钢架设计计算书

1 轻型门式刚架厂房主体结构设计 计算书 2 目录 一 设计资料 3 二 钢架布置简图 3 三 荷载简图和计算 4 1 荷载简图 4 2 荷载计算 5 四 内力分析与组合 6 1 内力计算和组合 6 2 控制截面的确定 12 五 钢架设计 12 1 截面设计 12 2 构件验算 13 1 构件宽厚比验算 2 钢架柱验算 3 钢架梁验算 4 钢架位移计算 3 节点设计 22 1 梁柱连接节点设计 2 横梁跨中节点设计 3 柱脚设计 29 3 一 设计资料 一单层厂房采用单跨双坡轻型门式钢架 柱距 6m 长度 60m 钢架檐口高度 H 6m 钢架跨度为 36m 钢架为等截面的梁和柱 屋面坡度取 1 10 屋面和墙面均采用彩色钢板 保温层 檩条 或墙梁 檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边 C 型钢 间距均为 1 45m 材料采用 Q235 钢材 焊条采用 E43 型 恒载 彩色钢板 0 25KN m2 保温层0 4KN m2 檩条0 05 KN m2 活载 屋面活载和雪载 0 3KN m2 风荷载0 4KN m2 地震 由于轻型门式钢架自重较轻 地震作用产生的荷载效应 一般很小 本建筑为一般性建筑 不考虑地震作用 二 钢架布置简图 该厂房长度 60m 跨度 36m 共有 11 榀刚架 由于纵向温度区 段不大于 300m 横向温度区段不大于 150m 因此不用设置伸 缩缝 檩条间距为 1 45m 墙梁间距 1 5m 4 36000 6000 1 2 3 4 5 1 2 3 4 钢架立面简图 三 荷载简图和计算 1 荷载简图 恒载作用 4 24 2 4 24 2 36000 6000 1 2 3 4 5 1 2 3 4 活荷载作用 C B A 1 10 27000 5 3 03 0 36000 6000 1 2 3 4 5 1 2 3 4 风荷载作用 qw2 2 22qw4 1 443 qw1 0 555qw3 1 221 36000 6000 1 2 3 4 5 1 2 3 4 取左风为例计算 右风同理计算 地面粗糙度为 B 类 2 荷载计算 6 彩色钢板保温层檩条恒载 0 25KN m20 4KN m20 05KN m2 活载和雪载风荷载 已知 活载 0 3KN m20 4KN m2 恒荷载标准 值 4 2KN m2屋面 活荷载标准 值 3 0KN m2 柱荷载柱身荷载 墙重 4 2KN m2 柱上 qw10 555KN m2迎风面 横梁上 qw22 22 KN m2 柱上 qw31 221 KN m2 各荷载标准 值计算 风荷载 背风面 横梁上 qw41 443 KN m2 附风载体型 系数 迎风柱 0 25 迎风屋面 1 00 背风屋面 0 65 背风柱 0 55 四 内力分析与组合 1 内力计算与组合 根据各个计算简图 使用结构力学求解器计算 得结构在各种荷载 作用下的内力图如下 恒载作用 7 恒载下弯矩图 单位 KN 1 2 3 4 5 1 2 3 4 306 27 306 27 167 24 171 60 167 24 306 27 171 60 306 27 恒载下剪力图 单位 KN 1 2 3 4 5 1 2 3 4 61 25 63 21 6 10 6 10 63 21 61 25 恒载下轴力图 单位 KN 8 1 2 3 4 5 1 2 3 4 90 65 69 65 67 88 60 95 60 95 67 88 69 65 90 65 活载下弯矩图 单位 KN 1 2 3 4 5 1 2 3 4 218 76 218 76 119 46 122 57 119 46 218 76 122 57 218 76 活载下剪力图 单位 KN 9 1 2 3 4 5 1 2 3 4 43 75 45 15 4 35 4 35 45 15 43 75 活载下轴力图 单位 KN 1 2 3 4 5 1 2 3 4 49 75 48 49 43 54 43 54 48 49 49 75 风荷载下弯矩图 单位 KN 10 1 2 3 4 5 1 2 3 4 139 30 139 30 70 67 77 51 70 67 123 51 123 51 风荷载下剪力图 单位 KN 1 2 3 4 5 1 2 3 4 29 25 26 47 31 07 5 74 0 25 23 67 27 76 21 65 风荷载下轴力图 单位 KN 11 1 2 3 4 5 1 2 3 4 33 87 29 7130 26 26 57 此设计只考虑全部荷载同时作用的一种情况 即 1 2恒载 1 40 9 活载 风载 各种情况下控制截面的内力 截面内力恒载活载左风组合值 M0000 Q 61 24 43 7529 25 91 76 柱上 A N 90 63 49 7533 87 128 76 M 306 20 218 76139 3 467 56 Q 61 24 43 7526 47 95 26 柱上 B N 69 63 49 7533 87 103 56 M 306 20 218 76139 3 467 56 Q63 1945 15 31 0793 57 梁上 B N 67 86 48 4929 71 105 09 12 M167 20119 46 70 67262 12 Q 6 09 4 355 74 5 56 梁上 C N 60 94 43 5429 71 90 55 2 控制截面确定 33000 5000 1 2 3 4 5 1 2 3 4 取控制截面为上图的 A B C 三处共四个截面 柱上 A 柱上 B 梁上 B 梁上 C 五 钢架设计 1 截面设计 初选梁柱截面均采用焊接工字钢 600300612 具体尺寸和截 面信息见下图表 梁 柱截面形式和尺寸梁 柱截面形式和尺寸 A A B C 13 面积 IxIyWxWyixiy 截面名 称mm2mm4mm4mm3mm3mmmm H600300 612 1065671797 7104 540110 4 2393 3103 360 1103 259 671 2 2 构件验算 1 构件宽厚比验算 翼缘部分 1 300 6 2 12 12 3 15 235 15 腹板部分 576 6 96 250 235 250 满足要求 2 钢架柱验算 因为梁 柱是等截面的 因此高度变化率 60mm m 的条件 所以 考虑板件屈曲后的强度 腹板抗剪承载力按下式计算 梁柱都不设横向加劲肋 5 34 576 6 37 235 576 6 37 5 34 235 235 1 12 因为0 8 1 4 1 0 64 0 8 1 0 64 1 12 0 8 125 99 4 2 14 柱上 A 截面 1 强度验算 因为柱上 A 截面只存在轴力和剪力 分别验算截面的正应力和剪 应力 M 0KN V 91 76KN N 128 76KN a 正应力验算 1 128760 10656 12 08 2 215 2 弯矩为 0 故截面边缘正应力比值 1 0 用代替公式 1 28 1 235 1 1 1 12 08 13 29 2 16 1 2 0 112 1 2 1 0 4 28 1 235 576 6 28 1 2 235 13 29 0 41 因为 0 8 1 柱上 A 截面全部有效 1 128760 10656 12 08 2 215 2 b 剪应力验算 1 91 76 576 6 99 4 343 53 经验算柱上 A 截面强度满足要求 柱上 B 截面 2 15 柱上 B 截面受到压弯作用 M 467 56KN V 95 26KN N 103 56KN a 正应力验算 1 103560 10656 467 56 106 2393 3 103 205 08 2 215 2 2 103560 10656 467 56 106 2393 3 103 185 64 2 故截面边缘正应力比值 2 1 185 64 205 08 0 91 因为用代替公式 1 1 28 1 235 1 1 1 205 08 225 59 2 16 1 2 0 112 1 2 1 21 75 28 1 235 576 6 28 1 21 75 235 225 59 0 72 因为 所以柱上 B 截面全部有效 0 8 1 柱上 B 截受剪力 弯矩 轴力共同作用 1 95 26 467 56 经验算柱上 B 截面强度满足要求 b 剪应力验算 1 95 26 576 6 99 4 343 53 整体稳定验算 3 a 平面内稳定验算 钢架柱高 5000mm 梁长 2X16582 33164 柱线刚度梁线刚度 1 2 2 1 2 1 5000 2 16582 0 15 采用平板支座 2 0 1 查表得 2 635 5000 2 635 13175 13175 259 6 50 75 150 平面内稳定 查表 b 类截面得 50 75 0 853 2 1 1 2 2 2 06 105 1 1 50 752 7647 09 有侧移 故 1 0 17 1 212 37 2 0 6 用 代替 1 07 0 282 3 13 0 98 1 1 0 0 75 0 2 1 128 76 7647 09 0 75 128 76 7647 09 2 0 98 0 0 1 1 128 76 103 0 89 10656 0 98 467 56 106 0 98 2393 3 103 208 94 2 215 2 3 钢架梁验算 18 因为梁 柱是等截面的 因此高度变化率 60mm m 的条件 所以 考虑板件屈曲后的强度 腹板抗剪承载力按下式计算 梁柱都不设横向加劲肋 5 34 576 6 37 235 576 6 37 5 34 235 235 1 12 因为0 8 1 4 1 0 64 0 8 1 0 64 1 12 0 8 125 99 4 2 梁上 B 截面 1 强度验算 因为梁上 B 截面存在轴力 剪力 弯矩 M 467 56KN V 93 57KN N 105 09KN a 正应力验算 1 105090 10656 467 56 106 2393 3 103 205 22 2 215 2 2 105090 10656 467 56 106 2393 3 103 185 50 2 故截面边缘正应力比值 19 2 1 185 50 205 22 0 90 因为用代替公式 1 1 28 1 235 1 1 1 205 22 225 74 2 16 1 2 0 112 1 2 1 22 31 28 1 235 576 6 28 1 22 31 235 225 74 0 71 因为 所以梁上 B 截面全部有效 0 8 1 梁上 B 截受剪力 弯矩 轴力共同作用 1 93 57 467 56 经验算梁上 B 截面强度满足要求 b 剪应力验算 1 93 57 576 6 99 4 343 53 梁上 C 截面 2 强度验算 因为梁上 C 截面存在轴力 剪力 弯矩 M 262 12KN V 5 56KN N 90 55KN a 正应力验算 20 1 90550 10656 262 12 106 2393 3 103 118 02 2 215 2 2 90550 10656 262 12 106 2393 3 103 101 02 2 故截面边缘正应力比值 2 1 101 02 118 02 0 86 因为用代替公式 1 1 28 1 235 1 1 1 118 02 129 82 2 16 1 2 0 112 1 2 1 20 56 28 1 235 576 6 28 1 20 56 235 129 82 0 56 因为 所以梁上 C 截面全部有效 0 8 1 梁上 C 截面受剪力 弯矩 轴力共同作用 1 5 56 262 12 经验算梁上 C 截面强度满足要求 b 剪应力验算 1 5 56 576 6 99 4 343 53 21 钢架梁整体稳定验算 3 a 根据规定 在钢架梁平面内可按压弯构件计算其强度 平面内 无需验算稳定 b 平面外的稳定验算 考虑到屋面压型钢板与檩条紧密连接 檩条可作为钢架梁平面外 的支撑点 计算时为安全考虑 取 3000 查表 B 类截面 3000 71 2 42 13 0 89 0 6 代替 1 07 0 282 1 03 0 8 1 0 0 1 1 90 55 103 0 89 10656 1 262 11 106 0 8 2393 3 103 146 45 2 215 2 满足要求 4 钢架位移验算 钢架在风荷载作用下的侧位移 由于钢架坡度不大于 1 5 钢架侧位移可按 3 12 2 1 计算 受力简图见下图 0 555 1 221 5 8 88 22 0 67 8 88 5 95 1 33 5 6 6 3 12 2 1 3 61 60 83 33 0 5551 221 1 2 3 4 5 1 2 3 4 满足要求 3 节点设计 1 梁柱连接节点设计 梁柱节点连接采用端板竖放的连接形式 连接处内力 M 467 56 V 93 57KN N 105 09KN 连接如图 23 梁柱连接节点示意图梁柱连接节点示意图 1 螺栓布置图螺栓布置图 2 2 采用 10 9 级摩擦型高强度螺栓连接 连接表面采用喷砂的处 30M 理方法 摩擦面的抗滑移系数 预拉力 则每个螺 0 45 355PKN 24 栓的抗剪承载力为 0 90 9 1 0 0 45 355143 775 b vf NnPKN 初步采用 8 个高强度螺栓 螺栓群的布置如图 30M 螺栓验算 1 假定中和轴位于节点板中心处 不考虑压力的有利作用 计 算最大拉力 并按照此拉力配置螺栓 则顶排螺栓的拉力最大 1 2 467 56 103 476 5 4 114 52 476 52 231 92 93 57 抗剪满足要求 25 端板厚度 2 端板厚度 t 根据支承条件计算确定 在本例中有两种计算类 型 两边支承类端板 端板外伸 和两边支承类端板 端板平齐 分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值 然后 取最大的板厚作为最终值 a 两边支承类端板 端板外伸 175 67 231 92 300 215 6 2 6 175 67 231920 215 67 300 2 175 67 175 26 91 b 两边支承类端板 端板平齐 175 67 55 73 300 215 12 4 12 175 67 55730 215 67 300 4 175 67 175 13 87 综上所得结果可取端板厚度为 t 32mm 节点域验算 3 斜梁与柱相交的节点域的剪力验算 节点域是指弯剪共同作用下应力情况比较复杂的节点区域 节点域板件的国度变形会影响节点刚度 从而降低计算模型的准 确性 对构件强度和结构变形造成不利的影响 未经加强的节点 26 域板件在复杂应力下甚至会发生破坏 一般通过增加节点域加劲 板或额外增加该区域板件厚度来加强节点域承载能力 轻钢规程 CECS102 推荐采用下面公式进行节点域验算 467 56 106 600 600 6 216 46 2 120 2 节点域剪应力不满足轻钢规程 CECS102 要求 应设置斜加劲 肋 加劲肋厚度采用 t 12mm 的钢板 如图 1 所示 在端板设置螺栓处 应按照轻钢规程 CECS102 第 7 2 11 条 的规定验算构件腹板的强度 采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力 设计值 23 00 40 4 355134 t NNKNPKN 因为 所以 175 6 ww emm tmm 3 22 0 40 4 355 10 127 62205 676 w w P N mmfN mm e t 因此 构件腹板的强度满足要求 刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接 4 刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接 应采用全熔透对接焊 缝 坡口形式应符合现行国家标准 手工电弧焊焊接接头的基本 型式与尺寸 GB985 的规定 斜梁与斜梁的拼接节点设计 采用以下图的连接方式计算 27 1 节点连接方式 节点采用 M20 10 9 级 高强度摩擦型高强螺栓连接 构 件接触采用喷砂 摩擦面抗滑移系数 u 0 45 每个高强度螺栓的预拉力 P 225KN 查 钢结构设计手册 表 4 12 2 节点内力 M 354 2 N 78KN Q 85KN KN m 3 螺栓杆轴方向受拉受剪验算 0 80 8 225180 b t NPKN 1 1max 2222 354 24 0 32878 164 8180 0 1330 2130 328 412 b t MyN NKNNKN yn 4 端板厚度计算 a 伸臂类端板 3 6 6 50 180 10 23 350 295 ft e N tmm bf 28 b 两边支承类端板 当端板外伸时 6 18 69 2 fwt wffw e e N tmm e beeef 当端板平齐时 12 22 79 4 fwt wffw e e N tmm e beeef 故 取端板厚度 t 20mm 2 2 梁梁节点设计梁梁节点设计 梁梁拼接节点连接形式如图 3 所示 连接处选用如下组合内力 值 M 262 12 V 5 56KN N 90 55KN 采用级摩擦型高强度螺栓连接 连接表面采用喷砂的处理方 10 922M 法 摩擦面的抗滑移系数 预拉力 则每个螺栓的抗 0 45 190PKN 剪承载力为 0 90 9 1 0 0 45 19076 95 b vf NnPKN 初步采用 8 个高强度螺栓 螺栓群的布置如图 4 所示 22M 梁梁连接节点示意图梁梁连接节点示意图 3 3 29 螺栓布置图螺栓布置图 4 4 螺栓验算 1 假定中和轴位于节点板中心处 不考虑压力的有利作用 计 算最大拉力 并按照此拉力配置螺栓 则顶排螺栓的拉力最大 1 2 262 12 103 476 5 4 114 52 476 52 130 02 5 56 抗剪满足要求 端板厚度 2 端板厚度 t 根据支承条件计算确定 在本例中有两种计算类型 两边支承类端板 端板外伸 和两边支承类端板 端板平齐 分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值 然后取 最大的板厚作为最终值 a 两边支承类端板 端板外伸 175 52 130 02 300 215 6 2 6 175 67 130020 215 52 300 2 175 52 175 18 64 b 两边支承类端板 端板平齐 175 52 31 02 300 215 12 4 12 175 52 31240 215 52 300 4 175 52 175 9 54 31 综上所得结果可取端板厚度为 t 22mm 刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接 3 刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接 应采用全熔透对接焊 缝 坡口形式应符合现行国家标准 手工电弧焊焊接接头的基本 型式与尺寸 GB985 的规定 4 柱脚设计 按照计算假定 柱脚的形式为铰接 不能抵抗弯矩 剪力由底板与 混凝土之的摩擦力承担 若经过验算不满足 则需设置抗剪键 柱 脚的形式如图 5 所示 采用四个锚栓与基