钢结构-门式钢架厂房设计

本科毕业设计 I 摘 要 本设计是轻型钢结构厂房 采用的是轻型门式钢架体系 建筑质量轻 强度高且 跨度大 钢结构建筑施工工期较短 相应的降低投资成本 在国内有着较为广泛的应用 前景 轻型钢结构屋面荷载较轻 所以杆件截面较小 较薄 它除了具有普通钢结构 自重较轻 材质均匀 加工制造简单 应力计算准确可靠 运输安装方便 工业化程 度高等特点外 还具有用料较省 取材方便 自重更轻等优点 本设计主要为结构设计 结构设计部分包括结构选型和布置 荷载计算 吊车梁 设计 抗风柱设计 檩条和墙梁设计 门式钢架设计 支撑设计 基础设计 节点设 计 各部分都详细演算了主要构件的计算过程 本次设计图纸部分有 结构设计说明书 厂房平面图 立面剖面 节点详图 刚 架施工图 吊车梁施工图 厂房檩条墙梁布置图 支撑布置图 基础平面布置图 关键词 轻型钢结构厂房 门式刚架 结构设计 门式钢架设计 本科毕业设计 II Abstract The design for the light steel structure plant the use of light portal frame system the construction of light steel structure light weight high strength large span steel structure construction period short lower investment costs economic benefits In China it has a more extensive application prospects Light steel structure of the roof load lighter and thus a smaller cross section bar thin In addition to its ordinary lighter weight steel structures material uniformity accurate and reliable stress calculation simple processing a high degree of industrialization transport and other features easy installation the general also has easy material to be used than the provinces the advantages of lighter weight The design specification is structural design Part of the structural design including program selection the design of the crane beam purlin design pillar of wind resistant design corbel design rigid frame design hand counting computer comparison combination of internal forces the node design Chapters detail the main components of calculus calculation Foundation programs include ground handling foundation design Part of the design drawings are as follows plant floor plan Node elevation profiles and detailed Frame Construction wall beam purlin plant layout map construction of crane beam map support layout map foundation plan lime soil compaction pile layout map Key Words Light steel structure plan Portal frame Structural design Rigid frame design 目 录 本科毕业设计 III 摘 要 I AbstractAbstract II 1 绪论 1 2 结构选型及布置 1 2 1 结构选型 1 2 2 材料的选择 1 2 3 柱网布置 2 2 4 屋面布置 2 2 5 柱间支撑及布置 3 2 6 屋盖支撑及布置 3 2 7 墙面结构布置 4 3 荷载计算 4 3 1 永久荷载统计 4 3 2活荷载统计 4 3 2 3 吊车荷载 5 3 3 整个厂房各部分作用的荷载 标准值与设计值 6 4 吊车梁的设计 7 4 1 内力计算 7 4 2 截面选型 9 4 3 截面验算 10 4 4 加劲肋计算 12 4 5 疲劳强度验算 13 4 6 挠度验算 14 4 7 焊缝连接计算 14 5 抗风柱设计 14 5 1 荷载计算 15 5 2 内力分析 15 5 3 截面选择 16 5 4 强度验算 16 5 5 稳定性验算 16 5 6 挠度验算 17 6 屋面檩条设计 17 6 1 荷载 17 6 1 2 可变荷载 18 本科毕业设计 IV 6 2 荷载组合 18 6 2 1 1 2 恒载 1 4 屋面均布荷载 18 6 2 2 1 0 恒载 1 4 风吸力荷载 18 6 3 析内力分 19 6 4 截面选择和截面特性 20 6 4 1 选檩条 20 6 4 2 应力计算 20 6 4 3 受压板件的稳定系数 21 6 4 4 受压板件的有效宽度 22 6 4 5 有效面积的截面模量 23 6 5 强度验算 24 6 6 稳定性计算 24 6 7 绕度计算 25 6 8 构造要求 25 7 墙梁设计 25 7 1 荷载计算 26 7 2 内力分析 27 7 3 截面选型及验算 28 7 4 强度计算 32 7 5 稳定计算 33 7 6 挠度计算 33 7 7 拉条计算 34 7 7 构造计算 34 8 门式刚架设计 34 8 1 荷载分析 34 8 2 作用在刚架上的线荷载标准值 35 8 3 钢架计算简图 37 8 4 预估截面 37 8 5 内力计算 38 8 6 荷载组合 47 8 7 截面验算 47 9 节点设计 72 9 1 斜梁与边柱的连接节点 72 9 2 中柱与双边斜梁连接节点 74 本科毕业设计 V 9 3 梁梁端板节点 76 9 4 屋脊端板节点 76 9 5 边柱和中柱柱脚设计 78 9 6 牛腿设计 82 11 支撑构件设计 85 11 1 屋面横向水平支撑 85 10 2 柱间支撑 85 12 基础设计 89 12 1 基础的选择 89 11 2 基础埋深 89 11 3 基础尺寸的确定 89 11 5 基础截面配筋计算 93 参考文献 95 致谢 96 本科毕业设计 1 1 绪论 结构体系指的是 结构构件采用较薄板件 设计时需要考虑板件局部失稳后后继 强度的钢结构体系 门式刚架是目前国内应用最广泛的轻型钢结构之一 属于平面结 构 它是在纵向构件 支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系 结构只有组成 了空间稳定整体后 才能承担各种荷载以及其他外在效应 所以在考虑建筑功能以及 经济条件下后本设计选用单层轻型门式刚架结构 本仓库建筑面积为 3456 是单层钢结构建筑 单层仓库为四坡双跨门式刚架 2 m 长度为 78m 跨度为 24m 24m 宽度为 48m 刚架柱距 6m 柱高 9 00m 屋面坡度 为 8 屋面板为压型钢板 檩条采用薄壁卷边 C 型 檩条间距为 1 5m 墙梁间距为 2 0m 门式刚架采用 Q345 钢 抗风柱 屋面檩条 墙梁采用 Q235B 钢 焊条采用 E43 型 外墙墙面为彩色压型钢板 在 AD 跨设置一台 5t 吊车 牛腿标高为 6 50 米 建筑安全等级为二级 结构设计使用年限为 50 年 地基基础设计等级为丙类 建筑防火等级为二级 2 结构选型及布置 2 1 结构选型 经过分析 由于本仓库荷载较小 所以选用质量较轻 工业化程度高 施工周期 短 结构形式较为简单的轻型门式刚架结构 梁 柱等节点为刚性连接的门式钢架具 有结构简单 受力合理 刚度良好 使用空间大以及施工方便等特点 并且便于工业 化 商品化的制品生产 与轻型维护材料配套的轻型钢结构框架体系已经广泛应用于 建筑结构中 单层门式钢架适用于一般工业以及民用建筑 公用建筑 商业建筑 也 可以用于吊车起重量不大 Q 15t 且跨度不大的工业厂房 2 2 材料的选择 材料的选择根据 门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102 2002 中的相关规 定 3 3 材料中 3 3 1 第 2 条的规定 选取 本厂房为轻型门式刚架结构 厂房柱 梁 吊车梁等构件选用 Q345 钢 抗风柱 檩条 压型钢板柱间支撑等结构构件均选用 Q235 钢材 焊条的选用 Q235 钢与 Q235 钢 Q235 钢与 Q345 钢之间的焊接连接采用 E43 型焊 条 Q345 钢与 Q345 钢之间的焊接采用 E50 型焊条 本科毕业设计 2 2 3 柱网布置 本仓库建筑面积为 3456m 其中柱距为 6m 对于跨度的选择 应尽量选择较大的 跨度 跨度较大可以扩大柱网这 样可以提高建筑的通用性 扩大生产储存面积 节 约用地 并且可以加快建设速度 提高吊车的服务范围 因此本仓库采用 24 m 的跨度 并根据要求设为双跨 柱网布置如图 2 1 所示 图 2 1 柱网布置图 2 4 屋面布置 根据屋面压型钢板规格 檩条沿跨度方向每隔 1 5m 布置一道 根据 门式刚架轻 型房屋结构技术规程 CECS102 2002 中 6 3 1 的规定 由于檩条跨度为 6m 9m 所 以采用实腹式檩条 根据 门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102 2002 中 6 3 5 和 6 3 6 的规定 应在檩条中间设置一道拉条 拉条采用 8 圆钢 圆钢拉条应设在 距檩条上翼缘 1 2 腹板的高度范围内 屋脊拉条为刚性 如图 2 2 所示 本科毕业设计 3 图 2 2 拉条布置图 2 5 柱间支撑及布置 根据 门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102 2002 中 4 5 2 的规定应在厂 房两端的第一柱间设置柱间支撑 并且应在中间的一个柱间设置柱间支撑 柱间支撑 分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置 两端的第二跨设上下柱支撑 中间设上下柱 支撑 在设置柱间支撑的开间 宜同时设置屋盖横向支撑 组成几何不变体系 当有 起重量不小于 5t 的吊车时 柱间宜采用型钢支撑 形式为十字交叉 如图 2 3 所示 图 2 3 柱间支撑 2 6 屋盖支撑及布置 由于本仓库长 78m 宽 48m 根据 门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102 2002 中 4 5 2 的规定 可以将整个厂房划分为一个温度区段 因此应在厂房两端第一个柱 间 本科毕业设计 4 支撑设置横向水平支撑 并且还应在厂房中间的柱间内设置屋盖横向水平支撑 并且 应该在上述相应位置处设置刚性系杆 2 7 墙面结构布置 根据墙板板型和规格 墙梁的布置应沿高度方向间隔每 2 0m 布置一道 根据 冷 弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018 2002 中 8 4 2 的规定 本仓库跨度为 6m 应在跨 中的中间处设置一道拉条 拉条承担的墙体自重通过斜拉条传导至承重柱和墙架柱 且该每隔 5 道拉条设置一对斜拉条 以分段传递墙体的自重 拉条为 8 圆钢 根据 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102 2002 中 6 4 2 的规定 应 设置门柱 窗柱 且由于门柱 窗柱需承受墙板重及自重 应考虑为双向受弯构件 3 荷载计算 3 1 永久荷载统计 0 8mm 厚压型钢板标准值 2 20 0 mKN 檩条及支撑标准值 2 5 10mKN 刚架斜梁自重标准值 2 20 0 mKN 合计 2 55 0 mKN 轻质墙面和墙梁标准值 2 25 0 mKN 刚架柱自重标准值 mKN 501 3 2活荷载统计 3 2 1 雪荷载 按照设计要求 对于不上人屋面一般按取 标准值 取用雪荷载 2 50mmkN 查 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 襄樊市时基本雪压 0 ss rk 50 n 2 0 05 0mKNS 22 50 0 50 0 1mmkNmmkNSk 3 2 2 风荷载 风荷载 查 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 襄樊左风作下的 0 ww zszk 风荷载体形系数如图 3 1 s 时 基本风压为 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 附录 50 n 2 0 35 0mKNw 本科毕业设计 5 A 0 1 条 基本风压 按现行国家标准 建筑结构荷载规范 GB 50009 的规定值乘以 1 05 采用 故基本风压取 地面粗糙等级为 B 级 风 2 0 683 05 0135 0mKNw 振系数 1 z 图 3 1 左风作用下风荷载体形系数 s 22 01 2860 35 0 02 1 8 00 1mmKNmmKNwuuW zsz 22 02 2140 35 0 02 1 6 00 1mmKNmmKNwuuW zsz 22 03 791 0 35 0 02 1 500 1mmKNmmKNwuuW zsz 22 04 34 10 35 0 02 1 400 1mmKNmmKNwuuW zsz 22 05 34 10 35 0 02 1 400 1mmKNmmKNwuuW zsz 22 06 34 10 35 0 02 1 400 1mmKNmmKNwuuW zsz 3 2 3 吊车荷载 本仓库吊车采用 A5 级 5t 电动桥式吊车 小车重为 2 0t 吊车总重为 21 4t 最大轮 压 Pmax 90KN 最小轮压 Pmin 42KN 24m 内一台 5t 吊车如下图所示 本科毕业设计 6 吊车竖向荷载 标注值 设计值 NKN 167 96K97 119 33301901 maxmax KNyPD i NKN 78 380K986 55 33301421 minmin KNyPD i 吊车横向荷载 KNgGQT Hk 1 21052 02 10 4 1 4 1 KN p T DT k k 92 3 90 1 2 96 167 max maxmax 3 3 整个厂房各部分作用的荷载 标准值与设计值 24 米跨 屋面 恒荷载 标准值 mkN 3365 50 设计值 mkN 963 21 33 活荷载 标准值 mkN 2 1635 0 设计值 mkN 94 2 412 1 风荷载 设计值 左风时 mKNq40 2 4 16286 0 1 mKNq80 14 16214 0 2 mKNq05 14 16179 0 3 mKNq20 14 16143 0 4 mKNq20 1 4 16143 0 5 mKNq20 1 4 16143 0 6 右风时 本科毕业设计 7 mKNq20 1 4 16143 0 1 mKNq20 14 16143 0 2 mKNq20 14 16143 0 3 mKNq05 14 16179 0 4 mKNq08 14 16214 0 5 mKNq40 24 16286 0 6 4 吊车梁的设计 4 1 内力计算 图 4 1 吊车 吊车梁跨度 L 6m 无制动结构 钢材采用 Q345 钢 焊条采用 E50 系列 吊车梁资料 如下 吊车采 A5 级 5t 电动桥式吊车 查知 宽度 B 5150mm 轨道中心至吊车外端距 离 B1 230 跨度 L 22 5m 轨顶以上高度 H 1870mm 轮距 K 4000m 小车重 g 2 0t 吊车总重 G 21 4t 最大轮压 Pmax 90KN 最小轮压 Pmin 42KN 吊车尺寸如 4 1 所示 轨道类型 43kg m 轨高为 140mm 表 4 1 吊车规格 4 1 1 吊车梁的最大竖向弯矩 当吊车轮位置如图 4 2 所示时 吊车梁的竖向弯矩最大 重量 t 跨度 S 基本尺寸 mm 轨道 型号 轮压 KN 起重 量 Q t 工作 机制 小车重总重 m BWHb Pmax Pmin 5A52 021 422 5515040001870230 38kg m 9042 本科毕业设计 8 图 4 2 最不利轮位布置及内力 max M 吊车竖向荷载动力系数 近似轮压乘荷载增大系数 吊车荷载分 5 01 3 01 项系数 软钩吊车取 则 41 Q 0 10 竖向计算轮压 KNpFP Q 269 136904 103 1 05 1 max m404 204 4 6269 136 4 max KN Fl M 在处剪力 max M KN P V135 68 2 269 136 2 4 1 2 吊车梁的最大剪力Vmax 求最不利轮位布置如 4 3 所示 max V 图4 3 最不利轮位布置如图所示 max V KN VV A 692 18162 0 6 269 136 max 本科毕业设计 9 4 1 3 吊车梁的最大水平弯矩 由 建筑结构荷载规范 GB 5009 2012 6 1 2 的规定知 每个轮上的横 2 10 向荷载设计值为 KN n gqQ T Q 94 2 4 10 0 25 12 0 4 1 mkN p TM MH 41 4 269 136 404 2042 94 max 4 1 4 吊车梁在竖向荷载标准值作用下的最大弯矩 求竖向挠度用 mkN M M Q x 05 139 4 105 1 404 204 max 4 2 截面选型 钢材为 Q345 其强度设计值为 抗弯 2 310mmNf mmt16 抗剪 2 180mmN f v mmt16 4 2 1 梁高 h 需要的截面模量 36 6 max x 1094 0 3107 0 10404 204 mm f M W 按经济条件确定 mmW hs 10 4901094 0 22 4 064 0 x 最小高度 钢结构 附 mm v flh 6 6691060060003106 010 1 6 0 66 min 表 2 1 中 有重轨 质量等于或大于 38kg m 轨道的工作平台梁的挠度容许值 600 lvT 建筑净空无要求 故初选腹板高度 mmh700 0 本科毕业设计 10 4 2 2 腹板厚度 按经验公式 mm hw wt 3 7 5 3 48700 5 3 按抗剪要求 mm fh V vw wt 86 1 18048700 10692 181 2 12 1 3 max 取 mm tw 13 4 2 3 翼缘板尺寸 需要的翼缘板面积约为 翼缘宽度 mmbmmhhb ff 300 233 1403 700 5 7003 5 取 翼缘厚度 mmtmmbAt ffff 24 19 1 300 8 335 取 翼缘板外伸宽 mm t b b w f 5 1435 6150 22 翼缘板外伸宽度与厚度之比 满足局部稳定要求 3 11 235 1398 5 24 5 143 y f 4 3 截面验算 4 3 1 截面几何特性 吊车梁断面尺寸如图 4 4 所示 本科毕业设计 11 图 4 4 2 2287613652224300mmA 442 33 1019460721235024300 12 24300 12 65213 mmIx 33 4 101594 300 10194607 mmW a x 44 33 1010810 12 13652 2 12 30024 mmIy 34 4 1007 72 150 1010810 mmW b y mm A I i X x 292 22876 10194607 4 4 3 2 强度验算 1 上翼缘正应力 22 4 6 3 6 max 310N mm35 134 1007 2 7 1041 4 101594 10404 204 mmNf W M W M y H x 上 2 剪应力 22 3 max 180 7 25 13652 10692 1812 12 1 mmNfmmN th V v ww 4 3 3 整体稳定验算 用 计算 y b xy bb fh t W Ah235 4 4 1 4320 2 12 2 0 235 0 700300 136000 1 11 hb tl 28 87 22876 1010810 6000 4 0 y y y i l 由于截面对称 则0 b 本科毕业设计 12 6 027 6 310 235 0 7004 4 2428 87 1 101594 70022876 28 87 4320 21 2 32 b 则 938 0 27 6 282 0 07 1 282 0 07 1 b b 22 3 6 3 6 310 90 197 1007 72 104 41 101594938 0 10204 404 mmNmmN W M W M y y xb x 4 3 4 局部稳定验算 只需设置横向加劲肋 65 69 310 235 8015 50 13 652 w w t h 加劲肋间距计算 2 3 0 max 44 21 13652 10692 181 mmN th V w 2 3 30 23 13450 10269 1361P mmN tl wx c 45014022455025 Ryx hhal 2 3 6 0max 44 119 700 652 101594 10404 204 mmN h h W M nx 10 1 44 21 30 23 c 195 0 44 119 30 23 c 间距 a 0 5 2 h0 取 a 1000mm 4 4 加劲肋计算 4 4 1 横向加劲肋在腹板两侧成对出现 外伸宽度 mm h b w s 7 1640 30 652 40 30 厚度 mm b t s s 1 4 15 采用 870 本科毕业设计 13 4 4 2 支座加劲肋 采用 则8180 2 14408902mmAce 稳定性验算 按承受最大支座反力的轴心压杆 验算在腹板平面KNVR692 181 max 外的稳定 端部承压力计算 22 3 max 400 175 126 1440 10692 181 mmNfmmN A V ce ce c 222 2400815144015mmtAA wce mm A I i t 25 40 2400 12 1 2908 3 20 16 25 40 652 0 i h 此截面属 b 类 由 查表得 整体稳定 61 18 235 310 26 90 22 3 max 310 70 78 2400962 0 10692 181 mmNfmmN A V 验算断面承压应力 22 3 400 175 126 8902 10692 181 mmNfmmN A R ce ce ce 支承加劲肋与腹板的连接焊缝计算 mm lw 1164 22 70652 2 需要的焊脚尺寸为 mm lf R h w w f f 11 1 11642007 0 10692 181 7 0 3 最小焊脚尺寸 取 mm5 48 61 mmhf8 4 5 疲劳强度验算 因本仓库吊车为中级工作制 故吊车梁可不进行疲劳强度验算 本科毕业设计 14 4 6 挠度验算 25 1 101946071006 2 10 60001005 139 10 45 262 x x EI lM v 33 1067 1 600 1 1021 0 6000 25 1 l V l v 4 7 焊缝连接计算 4 7 1 上翼缘与腹板连接焊缝 上翼缘对中和轴面积距 33 1 10 6 24332 242 70024300mmS 取 则mmhf8 2 4 33 1 27 20 1019460787 02 10 6 243310692 181 7 02 mmN Ih Vs xf f 2 3 50 36 24514025087 02 10269 13635 1 7 02 mmN lh F zf f 222222 200 75 4127 20 1 50 36 mmNfmmN w ff f f 4 7 2 下翼缘与腹板连接焊缝 因截面对称 故和上翼缘与腹板的连接焊缝相同 4 7 3 支座加劲肋与腹板连接焊缝 22 3 max 200 34 33 860652 87 02 10692 1812 1 7 02 2V1 mmNfmmN lh w f xf f 满足要求 5 抗风柱设计 抗风柱选用 Q235 钢 本科毕业设计 15 5 1 荷载计算 5 1 1 永久荷载 山墙墙面板及墙梁 自重为 2 24 0 mKN 抗风柱自重 0 3 kN m 5 1 2 风荷载 基本风压 厂房每侧山墙设置4根抗风柱 柱高为9m 地面类别 2 0 368 0 mKN 为B类 根据 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 表 7 2 1 得 0 1 z 风压体型系数由 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102 2002附录A表 A 0 2 4查得 则风压标准值 0 1 s 2 0 368 0 368 0 0 1 0 1mKN szk 5 1 3 单根抗风柱承受的均布线荷载设计值 基本组合由可变荷载效应控制 2 1 G 4 1 Q 永久荷载设计值 mKNq 44 1 3 1 2424 0 2 1 风荷载设计值 mKNqw 65 2 3 1 24368 0 2 1 风荷载标准值 mmNmKNqkw 21 2 21 2 3 1 24368 0 5 2 内力分析 抗风柱柱脚和柱顶分别由基础和屋面支撑提供竖向以及水平支撑 计算简图如图 5 1 所示 构件最大轴压力 KNN57 159 3 044 1 max 构件最大弯矩 mKNM 83 26965 2 8 1 2 max 本科毕业设计 16 图 5 1 抗风柱计算简图 5 3 截面选择 选用 型柱 则柱截面特性 95 6150300 HN 2 78 46cmA 4 6829cmIx cmix08 12 3 3 455 cmWx 4 2 507 cmIy cmiy29 3 3 6 67 cmWy 5 4 强度验算 根据 钢结构设计规范 GB 50017 2003 公式 5 2 1 22 3 63 215 3 59 103 45505 1 1083 26 4878 1057 15 mmNmmN W M A N nxx x n 满足要求 5 5 稳定性验算 5 5 1 弯矩作用平面内的稳定 根据 钢结构设计规范 GB 50017 2003 公式 5 2 2 1 绕强轴的长细比为 x150 5 74 08 12 900 0 x x x i l 因为 所以对轴属 a 类 对轴属 b 类 8 050 0 300 150 h b xy 查 钢结构设计规范 GB 50017 2003 附录 C 的类截面得 则a833 0 x KN EA N x Ex 26 1556 5 741 1 46781020614 3 1 1 2 32 2 2 所计算段无端弯矩但有横向荷载 故0 1 mx 本科毕业设计 17 22 3 63 215 57 60 26 1556 57 15 8 0110 3 45505 1 1083 260 1 4678833 0 1057 15 801 mmNfmmN N N W M A N Ex xx xmx x 5 5 2 弯矩作用平面外的稳定 绕弱轴的长细比计算考虑墙面墙梁隅撑的支持作用 计算长度取为墙梁的间距y 2m 根据 钢结构设计规范 GB 50017 2003 公式 5 2 2 3 绕弱轴的长细比 y150 8 60 29 3 200 0 y y y i l 因为 所以对轴属 a 类 对轴属 b 类 8 05 0 300 150 h b xy 查 钢结构设计规范 GB 50017 2003 附录 C 的 b 类截面得 803 0 y 986 0 44000 8 60 07 1 44000 07 1 2 2 y b 计算段有端弯矩和横向荷载作用 并使构件段产生同向曲率 故取 0 1 0 1 另 mx 则 22 3 63 215 91 63 10 3 455986 0 1083 260 1 0 1 4678803 0 1057 15 mmNfmmN W M A N xb xmx y 满足要求 5 6 挠度验算 根据 钢结构设计规范 GB 50017 2003 附录 A 续表 A 1 1 在横向风荷载的作用 下 抗风柱的水平挠度为 mmvmm EI lq x kw 5 22 400 9000 37 17 10682910206 900021 2 384 5 384 5 43 44 满足要求 6 屋面檩条设计 6 1 荷载 屋面板为 YX130 300 600 型压型钢板加 50mm 的厚带铝铂玻璃纤维棉保温层 屋 本科毕业设计 18 面排水坡度为 采用直卷边 C 形槽钢檩条 跨度 l 6m 檩距为 1 5m 檩条中间设 0 0 10 置拉条一道 檩条及拉条钢材均为 Q235 6 1 1 永久荷载 压型钢板 双层含保温 2 0 20mKN 檩条 包括拉条 2 01 0mKN 合计 2 0 30mKN 6 1 2 可变荷载 1 屋面均布活荷载标准值 根据 建筑结构荷载规范 GB5009 2012 本厂房采用压型钢板为轻型屋面板 屋面为 不上人屋面 其水平投影面上的屋面均布活荷载标准值取 根据 建筑结 2 0 50mKN 构荷载规范 GB5009 2012 中 4 5 1 之规定 施工或检修集中荷载标准值为 KN1 2 屋面雪荷载标准值 基本雪压 2 0 50 0 mKNS 3 屋面风荷载标准值 由 3 2 知垂直无眠的风荷载标准值 m 214 0 2 KNW k 6 2 荷载组合 6 2 1 1 2 恒载 1 4 屋面均布荷载 线荷载标准值 mKNqk 2 15 1 5 03 0 线荷载设计值 mKNq 59 1 5 1 4 15 02 13 0 mKNqqx 157 0099 059 1sin mKNqqy 582 1 995 0 59 1 cos 6 2 2 1 0 恒载 1 4 风吸力荷载 线荷载设计值 mKNqqx 045 0 71 5 sin5 130 0 0 1sin 本科毕业设计 19 mKNqy 686 0 5 171 5 cos3 00 1214 0 4 1 6 2 3 1 2 恒载 1 4 检修及施工集中荷载 线荷载设计值 mKNq 54 0 5 12 13 0 作用在一根檩条上的集中荷载标准值 设计值 KNFk0 1 KNF2 1 6 3 内力分析 由第一种荷载组合的内力起控制作用 所以取 屋面檩条计算简 mKNq 59 1 图如图 6 1 所示 图 6 1 屋面檩条计算简图 对 X 轴 跨中拉条支点最大弯矩 mKNlqM yx 12 7 6582 1 8 1 8 1 22 对 Y 轴 跨中拉条支点最大负弯矩 mKNlqM xy 177 06157 0 32 1 32 1 22 对于平坡屋面 坡度为 1 8 1 20 当风荷载较大时 应验算在风吸力作用下 永久 荷载与风荷载组合下截面应力反号的情况 mKNlqM yx 1 36686 0 8 1 8 1 22 mKNlqM xy 051 0 6045 0 32 1 32 1 22 6 4 截面选择和截面特性 6 4 1 选檩条 按檩条高度 从而选型檩条 屋面坡 mmmmlh120 171 50 1 35 1 2 22070180 本科毕业设计 20 度 即 10 1 i 71 5 图 6 2 檩条截面示意图 查表知 C 形檩条的各项截面特性为 2 22070180 6423 min 3 max 434 62 3165 1213 0 52 7 55 2 02 10 19 23 97 48 06 7 66 41 90 374 cmIcmIcmAcmicmW cmWcmIcmicmWcmI wtyy yyxxx 6 4 2 应力计算 先按照毛截面尺寸来确定截面上的应力分布 经计算得到截面上的应力分布如图 6 3 所示 应力计算如下 22 3 6 3 6 min 1 205 153 1002 10 10177 0 1066 41 1012 7 mmNmmN W M W M y y x x 压 22 3 6 3 6 max 2 205 179 1019 23 10177 0 1066 41 1012 7 mmNmmN W M W M y y x x 压 22 3 6 3 6 max 3 205 163 1019 23 10177 0 1066 41 1012 7 mmNmmN W M W M y y x x 拉 22 3 6 3 6 min 4 205 189 1002 10 10177 0 1066 41 1012 7 mmNmmN W M W M y y x x 拉 本科毕业设计 21 图 6 3 檩条截面应力分布图 6 4 3 受压板件的稳定系数 1 腹板 由 2 max 179mmN 2 min 163mmN 得腹板压应力分布不均匀系数 0911 0 179 163 max min 腹板计算系数 5 11 15 1 5 105 11 所以 腹板受压区宽度 腹板属于加劲板件 2 94 11 901 180 1 b bc 当时 01 647 21911 078 9 911 0 29 6 8 778 9 29 6 8 7 22 k 2 上翼缘板 由 得上翼缘压应力分布不均匀系数 2 max 179mmN 2 min 153mmN 1855 0 179 153 max min 上翼缘属于部分加劲板件 最大压应力作用在支撑边 当时 1 864 0 855 0 68 6 855 0 59 1189 5 68 6 59 119 85 22 k 本科毕业设计 22 6 4 4 受压板件的有效宽度 1 腹板 考虑板组约束的影响 腹板的相邻板件为受压的上翼缘 腹板宽 上翼缘 mmb180 宽 则 mmc70 1 1947 1 864 0 647 21 180 70 c k k b c 则板组约束系数为 7 1368 0 05 0 479 1 93 0 11 0 05 0 93 0 11 0 22 1 上限值 k 檩条为受弯构件 2 1 179mmN 腹板计算系数 02 3 179 647 21368 0 205205 1 1 kk 确定腹板有效宽度 51 6202 315 1181882 81 2 2 180 t b 82 81 97 13102 3 15 1 3838 tb 由公式得界面有效宽度为 mmb tb b ce 20 81 2 94 1 0 82 81 02 3 15 1 8 21 1 0 8 21 mmbbmmbb eeec 72 486 0 48 324 0 21 2 上翼缘板 上翼缘计算系数 022 1855 0 5 1015 1 5 105 11 上翼缘受压区宽度 mmbbc70 考虑板组约束的影响 腹板的相邻板件为受压的上翼缘 腹板宽 上翼缘宽 mmb70 则 mmc180 1 1513 0 647 21 864 0 70 180 c k k b c 则板组约束系数为 7 1396 1 513 0 11 1 上限值 k 本科毕业设计 23 考虑檩条是受弯构件 取钢材强度设计值 1 2 1 7 178mmN 腹板计算系数 176 1 179 648 0396 1205205 1 1 kk 82 3167 45176 1 022 1 3838 82 31 2 2 70 63 21176 1 02211818 t b t b 按公式计算的界面的有效宽度为 mmb tb b ce 52 5670 1 0 82 31 176 1 022 1 8 21 1 0 8 21 由公式得 mmbbmmbb eeee 91 3352 566 06 0 61 2252 564 04 0 21 下翼缘因为受拉 所以全部有效 6 4 5 有效面积的截面模量 如图 6 4 所示 图 6 4 檩条有效截面图 上翼缘板的扣除面积宽度为 70 56 52 13 48mm 腹板的扣除面积宽度为 94 2 81 2 13mm 同时在腹板计算截面有一13 拉条连接孔 距上翼缘板边缘 35mm 连 接孔位置与扣除面积位置相同 所以腹板的扣除面积宽度按 13mm 计算 见图 6 4 有效净截面模量为 本科毕业设计 24 mmW mmW mmW eny eny enx 4 224 4 224 4 224 10974 0 1 2170 2 2 21 21 2 213 1 2161 222 48 13 2 248 131097 48 10257 2 1 21 2 2 21 21 2 213 1 2161 222 48 13 2 248 131097 48 10803 3 90 3590 2 213902 248 13109 374 min max 972 0 973 0 913 0 minminmaxmax yenyyexyxenx WWWWWW 6 5 强度验算 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转 计算 点的强度为 22 4 6 4 6 min 1 205 691 10974 0 10177 0 10803 3 1012 7 mmNmmN W M W M eny y enx x 22 4 6 4 6 max 2 205 195 10257 2 10177 0 10803 3 1012 7 mmNmmN W M W M eny y enx x 计算表明所选截面符合规程规定的强度要求 6 6 稳定性计算 截面全部有效 同时不记孔洞削弱 则 3 66 41cmWW xenx 3 02 10 min cmWW eyey 受弯构件的整体稳定性系数 跨中无侧向支撑构件 查 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018 2002 表 A 1 2 得 0 1 b 13 1 1 46 0 2 cm h ea9 2 18 2 46 0 18 946 0 22 2 h ea cmll b 6006000 1 0 227 1 18 600 97 48 1213 0 56 10 97 4818 62 31654 156 0 4 2 2 20 2 h l I I Ih I y t y w 29 235 55 2 600 0 i l y 本科毕业设计 25 7 0475 0 235 235 46 0 227 1 46 0 13 1 66 4129 235 1852 7 4320 235 4320 2 2 2 1 2 yxy bx fW Ah 风吸力作用下的檩条下翼缘受压区 22 3 6 3 6 min 195 7 611 1002 10 10051 0 1066 41475 0 101 3 mmNmmN W M W M eny y enxbx x 计算表明由永久荷载与屋面活荷载组合控制 满足要求 6 7 挠度计算 挠度为 mm l mm EI lq v x k 30 200 09 26 1090 37410206384 6000995 0 20 1 5 384 cos5 43 44 6 8 构造要求 200 6 117 55 2 300 200 0 85 06 7 600 yx 此檩条在平面内 外均满足要求 7 墙梁设计 本工程墙梁采用卷边 C 形槽钢 跨度 l 6m 间距 在 1 2 处设一根拉条 md0 2 墙梁采用 Q345 钢 拉条采用 Q235 钢 墙梁荷载标准值 0 372kN m 墙梁自重 0 073kN m 迎风风荷载标准值 mkNdwuuq zszk 56 0 0 235 0 0 18 00 1 0 背风风荷载标准值 mkNdwuuq zszk 28 0 0 235 0 0 1 4 0 1 0 7 1 荷载计算 7 1 1 荷载计算 如图 7 1 所示 本科毕业设计 26 图 7 1 墙梁所受荷载设计值 竖向 2 446 0 372 0 2 1mmkNqx 2 088 0 073 0 2 1mmkNqx 2 534 0 088 0446 0mmkNqqq xx 水平 2 784 0 56 0 4 1mmkNqy 2 392 0 28 0 4 1mmkNqy 墙梁所受荷载标准值 竖向 2 445 0 073 0 372 0 mmkNqkx 水平 2 56 0mmkNqky 2 28 0mmkNqky 7 1 2 两种组合 1 yx qq 2 yx qq 7 2 内力分析 7 2 1 竖向荷载产生的弯矩 x q y M 由于在墙梁的跨中设有一道拉条 故可视为墙梁支撑点 弯矩如图 7 2 所示 本科毕业设计 27 图 7 2 222 max 601 0 6534 0 32 1 32 1 mmkNlqMM xBy 222 21 300 0 6534 0 64 1 64 1 mmkNlqMM x 7 2 2 水平荷载 产生的弯矩 y q y q xx MM 墙梁承担水平方向上的荷载作用下 按单跨简支梁来计算内力 则 迎风 222 526 3 6784 0 8 1 8 1 mmkNlqM yx 背风 222 764 1 6392 0 8 1 8 1 mmkNlqM yx 7 2 3 剪力 在竖向荷载的作用下 两跨连续梁最大剪力为 x q KNlqV xx 03 026534 0 625 0625 0 max 在水平方向上的剪力按单跨简支梁来计算 迎风 KNlqV yy 352 2 6784 0 5 05 0 max 本科毕业设计 28 背风 KNlqV yy 176 1 6392 0 5 05 0 max 7 3 截面选型及验算 7 3 1 截面选型 初选墙梁的截面为 C 形冷弯槽钢 查 冷弯薄壁型钢结构技术2 22070200 规范 GB 50018 2002 中表 B 1 1 4 知截面特性 2 69 7 cmA 4 87 479cmIx cmix77 7 3 99 47cmWx 4 64 50cmIy cmiy52 2 3 max 31 25cmWy 3 min 13 10cmWy cme93 4 0 4 1284 0 cmIt 6 82 3963cmIw 3 1 26 138cmWw 3 2 74 115cmWw 1 0035 0 cmk 由弯矩 引起截面各角点应力符号如图 7 3 所示 双弯扭矩 B 取零 x M x M y M 7 3 2 各班件端部的应力值 迎风 yi y x x i W M W M MPa W M W M y y x x 23 97 1031 25 10601 0 1099 47 10526 3 3 6 3 6 max 1 MPa W M W M y y x x 14 14 1013 10 10601 0 1099 47 10526 3 3 6 3 6 min 2 MPa W M W M y y x x 80 132 10