钢结构单层厂房结构计算书

1、钢结构课程设计- 王子涵、设计资料该设计为单层厂房设计，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度18m，柱高 6m；共有 12 榀刚架，柱距 6m，屋面坡度 1:10 ；地震设防列度为 6 度，设计地震分 组为第一组， 设计基本地震加速度值。 刚架平面布置见图 1（a） ，刚架形式及几 何尺寸见图 1（b） 。屋面及墙面板均为彩色压型钢板 , 内填充以保温玻璃棉板， 详细做法见建筑专业设计文件；考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采 用冷弯薄壁卷边 C型钢，间距为，钢材采用 Q235钢，焊条采用 E43 型。荷载计算（一）荷载取值计算1屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）YX51-380-760 型彩色

2、压型钢板KN/m250mm厚保温玻璃棉板KN/m2PVC铝箔及不锈钢丝网KN/m2檩条及支撑KN/m2刚架斜梁自重2KN/m2悬挂设备KN/m2合计KN/m22屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为 m2。 雪荷载：基本雪压 S0=m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角 =542 38， r=，雪荷载标准值 Sk= rS0=m2。 取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 m2，不考虑积灰荷载。3轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）KN/m24风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102：2002 附录 A的规定计 算。基本风压 0= KN/m2，地面粗糙度类别为 B 类；

3、风荷载高度变化系数按 建 筑结构荷载规范 （GB50009-2001） 的规定采用，当高度小于 10m时，按 10m高 度处的数值采用， z=。风荷载体型系数 s：迎风面柱及屋面分别为和， 背风面柱及屋面分别为和 （CECS102：2002中间区 ）。5地震作用据全国民用建筑工程设计技术措施（二）各部分作用的荷载标准值计算屋面：恒荷载标准值： 6=m活荷载标准值： 6=m柱荷载：恒荷载标准值： 6 6+9=活荷载标准值： 9=风荷载标准值：迎风面：柱上 qw1= 6 =m横梁上 qw2= 6=m背风面：柱上 qw3= 6= m横梁上 qw4= 6=m三、内力分析考虑本工程刚架跨度较小、 厂房高

4、度较低、 荷载情况及刚架加工制造方便， 刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法确定刚架内力。引用钢结构设计与计算 (包头钢铁设计研究院编着，机械工业出版社)中表 229(铰接柱脚门式刚架计算公式)计算刚架内力。1在恒荷载作用下=l/h=18/6=3 =f/h=6=k=h/s=6/= =3+k+ (3+ )=3+ (3+=HA=HE=ql /8= 1838=2MC=ql MB=MD= 18 8= m刚架在活荷载作用下的内力如图。3在风荷载作用下对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx 和竖向的分力 qy。现分别计算，然后再叠加。(1) 在迎风面横梁上风荷载

5、竖向分力 qw2y 作用下1 (1+) /8=1 (1+= m22MB=MD= ql /8= 18 8= m刚架在恒荷载作用下的内力如图。内力计算的“ +、”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。2在活荷载作用下VA=VE=HA=HE=1838=2MC=1821 (1+ /8= mVA= 9 =HA=HE=ql /4= 18 3 4=MB=MD= 6= m2 2 2MC= ql 22(1+) /4= 182 /4= m刚架在 qw2y 作用下的内力如图(2) 在背风面横梁上风荷载竖向分力 qw4y 作用下VA= 9 =HA=

6、HE=ql /4= 18 3 4=MB=MD= 6= m2 2 2MC= ql 22(1+) /4= 182 /4= m 刚架在 qw4y 作用下的内力如图。(3) 在迎风面柱上风荷载 qw1 作用下=1，22VA=VB=qh12/2L= 62/(2 18)= MBqh242(220.71 62412(20.9803)6.52 KN mHE=6=MD=6=m刚架在 qw1 作用下的内力如图。(4) 在背风面柱上风荷载 qw3 作用下22VA=VB=qh12/2L= 62/(2 18)= HA= 6 =MD=6 6 /2=mMB= 6=m刚架在 qw3 作用下的内力如图。(5) 在迎风面横梁上风

7、荷载水平分力 qw2x 作用下 =1， =0HA=(1+/2=HE= =MB= 6=mMD= 6=m刚架在 qw2x 作用下的内力如图。(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力 qw4x 作用下HA=(1+/2=HE= =MB= 6=mMD= 6=m刚架在 qw4x 作用下的内力如图。(7) 用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。四、内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计， 根据建筑结构荷载规范 (GB50009 2001) 的规定，采用荷载效应的基本组合： 0SR。本工程结构构件安全等 级为二级， 0=。对于基本组合，荷载效应组合的设计值 S 从下列组合值中取最不利值确定：A恒荷载标准值计

8、算的荷载效应 +活荷载标准值计算的荷载效应B恒荷载标准值计算的荷载效应C恒荷载标准值计算的荷载效应 荷载标准值计算的荷载效应D恒荷载标准值计算的荷载效应 荷载标准值计算的荷载效应E恒荷载标准值计算的荷载效应+风荷载标准值计算的荷载效应+活荷载标准值计算的荷载效应 +风+风荷载标准值计算的荷载效应 +活+活荷载标准值计算的荷载效应本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁 端及梁跨中截面，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：梁端截面： (1)M max及相应的 N、V； (2)M min 及相应的 N、V梁跨中截面：(1)M max及相应的 N、V； (2)M min

9、及相应的 N、V对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：(1) Mmax及相应的 N、V； (2)M min 及相应的 N、V(3)N max及相应的 Mmax、V ； (4)N min及相应的 Mmax、 V 内力组合见表 1。刚架内力组合表（以左半跨为例）表1截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M（ KN m）N（KN）V（KN）刚架柱柱顶（ B点）Mmax及相应的 N、VA恒 +活（）Mmin 及相应的 N、VB恒 +风（）Nmax及相应的 Mmax、VA恒 +活（）Nmin 及相应的 Mmax、VB恒 +风（）柱底（ A点）Mmax及相应的 N、VMmin 及相应的 N、VNma

10、x及相应的 Mmax、VA恒 +活0（）Nmin 及相应的 Mmax、VB恒 +风0（）刚架支座（ B点）Mmax及相应的 N、VA恒 +活（）Mmini 及相应的 N、 VB恒 +风（）梁跨中（ C点）Mmax及相应的 N、VB恒 +风（）Mmin 及相应的 N、VA恒 +活（）注：内力计算的“ +、”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为五、刚架设计(一)截面设计参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450 2008 12，截面特性：B=200mm，H=450mm，t w=，t f=， A=I x=28181cm4，Wx=1252cm3

11、，i x=I y=1602cm4， Wx=， i x=(二)构件验算1构件宽厚比的验算翼缘部分： b/t 96/12 8 15 235/f y 15腹板部分： h0/tw 426/8 53.25 250 235/f y 2502刚架梁的验算(1) 抗剪验算梁截面的最大剪力为 Vmax=考虑仅有支座加劲肋，2f v=125N/mmVu=hwt wf v=4268 125=426000N= Vmax=M= m，取 M=Mf故( V1)2 M M f 0 1，满足要求。0.5VuM eu M f(3) 整体稳定验算N=，M=mA梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度 l x=18090mm，x

12、=l x/i x=18090/= =150 ，b 类截面，查表得 x=NEX02EAe01.12 206 103 821021.1 97.6321592.0KN ， mx=mm2f=215 N/mm2，满足要求。B横梁平面外的整体稳定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 l y=3015mm。 对于等截面构件 =0， s= w=1 y= sl/i y0=3015/= ， b 类截面，查表得 y=取b故 h0 tw= by=26.2)26.2)2f35 fy115.7，满足要求。53.25(48 0

13、 0.5梁跨中截面：故 h053.25(48 0 0.526.2)235115.3，满足要求。twfy(5) 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= 6+ 3=Lz=a+5hy+2hR=70+512+0=130mm验算腹板上边缘处的折算应力：取梁端截面处的内力： M=m， N=，V=2c=mmVSIt77.60 103 200 12 41928181 104 834.61N /mm232(146.10 39.89)2 17.722 17.72 (146.10 39.89) 3 34.61222= N/mm2=258 N/mm2 ，满足要求。3刚架柱的验算(1) 抗

14、剪验算 柱截面的最大剪力为 Vmax= 考虑仅有支座加劲肋，2f v=125N/mm2Vu=hwt wf v=4268 125=426000N= Vmax=M= m，取 M=Mf故 (0.V5Vu 1)2 MMeu MMff 0 1，满足要求。(3) 整体稳定验算构件的最大内力： N=， M=mA刚架柱平面内的整体稳定性验算。刚架柱高 H=6000mm，梁长 L=18090mm. 柱的线刚度 K1=I c1/h=28181 104/6000= 梁线刚度 K2=I b0/(2 S)=28181104/(2 9045)= K2/K1=，查表得柱的计算长度系数 =。 刚架柱的计算长度 l x=h=1

15、7604mm。x=l x/i x=17604/=95 。0 =150 ， b 类截面，查表得 x=NEX0EAe01.1232 206 103 821021.1 95.021681.4KN ， mx=mm2f=215 N/mm2，满足要求。B刚架柱平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，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，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅 撑间距考虑，即 l y=3000mm。对于等截面构件 =0， s= w=1 y= sl/i y0=3000/= ， b 类截面，查表得 y=取 b = by=(4) 按钢结构设计规范 (GB500

16、17 2003) 校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：故 h0 53.25 (48 0 0.5 26.2) 235 111.0 ，满足要求。twf y柱底截面：故 h0 53.25 (16 0 0.5 25) 235 72.5 ，满足要求。 twf y4验算刚架在风荷载作用下的侧移4Ic=I b=28181cm4， t = I c l/hI b=18000/6000=刚架柱顶等效水平力按下式计算：H=其中 W=(1+ 4)h=+=1H2EhI3c (2 t)9.09 103 600033 4 (2 3) 14.1mm h/150 40mm12 206 103 28181 104三)节点验算1梁柱

17、连接节点(1) 螺栓强度验算梁柱节点采用级 M22高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦 面抗滑移系数 =，每个高强度螺栓的预拉力为 190KN，连接处传递内力设计值： N=，V=，M=m。每个螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：NVNtNVbN tbNVb 0.9n f p 0.9 1 0.45 190 8 615.6KN V 77.60KN ，满足要求。 最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：77.60/8 128.65 0.97 1，满足要求。615.6/8 152(2) 端板厚度验算端板厚度取为 t=21mm。按二边支承类端板计算：(3) 梁柱节点域的剪应力验算M193.30 10 106.5

18、2N / mm端板厚度验算 端板厚度取为 t=18mm。按二边支承类端板计算： fv 125N /mm2 ，满足要求。dbdctc426 426 10 v(4) 螺栓处腹板强度验算Nt2 =190=2206.52N /mm2215N/ mm2 ，满足要求。0.4P 0.4 190 10螺栓处腹板强度验算Nt2= 155=ewtw46 82横梁跨中节点横梁跨中节点采用级 M20高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂， 摩擦面抗滑移系数 =，每个高强度螺栓的预拉力为 155KN，连接处传递内力设 计值： N=， V=， M= m。每个螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：NVb 0.9nf p 0.9 1

19、 0.45 155 8 502.2KN V 3.21KN ，满足要求。 最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：NVNtNVbNtb3.21/8 95.01502.2/8 1240.77 1，满足要求。32215N /mm2，满足要求。0.4P 0.4 155 1032168.48N /mm2 ewtw46 8柱脚设计 刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。(1) 柱脚内力设计值Nmax=，相应的 V=；Nmin=，相应的 V=。(2) 由于柱底剪力较小，max=0，考虑柱间支撑竖向上拔力后， 锚栓仍不承受图20.刚架柱脚节点拉力， 故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M24。(

20、3) 柱脚底板面积和厚度的计算A柱脚底板面积的确定b=b0+2t+2c=200+2 12+2 (2050)=264324mm，取 b=300mm；h=h0+2t+2c=450+2 12+2 (2050)=514574mm，取 h=550mm；底板布置如图。验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值：基础采用 C20混凝土， fc=mm23N 102.82 10320.62N /mm2cbh 300 550 c2c 9.6N /mm2c ，满足要求。B底板厚度的确定根据柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分别计算底板所承受的最大弯对于三边支承板部分：b2/b1=96/426= ，按悬伸长度为 b2 的悬壁

21、板计算：M 1 a42 1 0.62 502 775N m距：对于悬壁板部分： 2 4 2底板厚度 t 6Mmax/ f 6 6608/ 215 13.6mm，取 t=20mm。六、其它构件设计（一）隅撑的设计隅撑按轴心受压构件设计。轴心力 N 按下式计算： 连接螺栓采用普通 C 级螺栓 M12。 隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离： l0=633mm。 选用 L50 4，截面特性：A=，Iu= ，Wu=， iu= ，iv= u=l0/ iu=633/= =200 ，b 类截面，查表得 u= 单面连接的角钢强度设计值乘以折减系数 y： =633/= ， y=+=uA12.16 1030.6

22、96 0.927 390248.0N / mm22215N /mm2满足要求。二）檩条的设计基本资料1/10 ，檩条檩条选用冷弯薄壁卷槽形钢，按单跨简支构件设计。屋面坡度 跨度 6m，于跨中设一道拉条，水平檩距。材质为钢材Q235。荷载及内力考虑永久荷载与屋面活荷载的组合为控制效应檩条线荷载标准值： Pk=+ =m檩条线荷载设计值： Pk=+ =mPx=Psin =m，Py=Pcos=m； 弯距设计值：Mx=Pyl2/8= 62/8= mMy=Pxl2/8= 62/32= m 截面选择及截面特性 选用 C180 7020Ix= ， Wx=，ix= ；Iy= ，Wymax，= Wymin=，iy

23、= ， 0=；先按毛截面计算的截面应力为：0.17 10623.19 103M x M y 6.88 106WxWymax41.66 1032172.48N /mm2 （压）Mx M y WxWymin6.88 106 0.17 10641.66 103 10.02 1032148.18N / mm2 （压）M x My WxWy max6.88 106 0.17 10641.66 103 23.19 1032157.82N / mm2拉)(2) 受压板件的稳定系数A腹板腹板为加劲板件， =min/ max= 1，k= +2=B上翼缘板上翼缘板为最大压力作用于部分加劲板件的支承边，=min/

24、max= 1，kc= +2=(3) 受压板件的有效宽度A腹板k=，kc=，b=180mm，c=70mm，t= ， 1=mm2板组约束系数 k1=+( 2=由于 =min/ max0，取 =，bc=b/(1 )=180/(1+=b/t=180/=18 =18 =， 38 =38 =所以 18 b/t0，则 = = =，bc=b=70mm， b/t=70/=18 =18 =， 38 =38 =所以 18 b/t38 则截面有效宽度be1=，be2=12.9522.82 34.2331图22.檩条上翼缘及腹板的有效净截面C下翼缘板下翼缘板全截面受拉，全部有效。(4) 有效净截面模量上翼缘板的扣除面积

25、宽度为： 70=；腹板的 扣除面积宽度为：=，同时在腹板的计算截面有一 13 拉条连接孔(距上翼缘板边缘 35mm)，孔位置与扣除面积位置基本相同。所以腹板的扣除面积按 13 计算，见图。有效净截面模量为：Wenx/Wx=，Wenymax/Wymax，= Wenymin/Wymin=4强度计算按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑：5挠度计算5 1.155 cos5 4238 6000 4y 3 4 25.11mm l /200 30mmy 384 206 103 374.9 104，满足要 求。6构造要求x=600/= =200 ，满足要求y=300/= =200 ，满足要求（三）墙梁设计1基本

26、资料本工程为单层厂房， 刚架柱距为 6m；外墙高， 标高以上采用彩色压型钢板。 墙梁间距，跨中设一道拉条，钢材为 Q235。2荷载计算墙梁采用冷弯薄壁卷边 C 型钢 1606020，自重 g=7kg/m；墙重 m2；风荷载基本风压 0=m2，风荷载标准值按 CECS10：2 2002 中的围护结构计算： k=s z0， s=（ +）本工程外墙为落地墙，计算墙梁时不计墙重，另因墙梁先安装故不计拉条 作用。qx= =m，qy= = m3内力计算Mx= 62/8= m， My= 62/8= m4强度计算墙梁 C160 6020，平放，开口朝上Wxmax，= Wmin=， Wy=，Iy=参考屋面檩条的

27、计算结果及工程实践经验，取 Wenx= Wx， Weny= 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。45 1.1 0.473 1.5 60004384 206 103 288.13 1045挠度计算22.3mm l /200 30mm，满足要求。四）山墙抗风柱设计基本资料本工程山墙墙板为自承重墙；抗风柱 6274mm，间距采用 6m，承受的荷载有 自重、墙梁重量及山墙风荷载。抗风柱与基础铰接，按压弯构件设计。抗风柱 视为支承于刚架横梁和基础的简支构件。该地区基本风压 0=m2，地面粗糙度类别为 B 类，隅撑间距。抗风柱采

28、用Q235钢。荷载计算抗风柱选用焊接工字钢 300200 610，自重 g1=m墙梁及其支撑构件重量取 g2=7kg/m风荷载：按 CECS102:2002中的围护结构计算k=sz 0， s=(+ ， 0= =m2 qz= 63+ 10-2)=qy= 6=m墙梁自重对抗风柱的偏心力矩为 6 3=m内力计算N=， M=1/8 +=m验算构件的局部稳定性翼缘宽厚比 b/t=96/10= 13 235/ f ymax minmax1.947，因 0，l0=6274mm， x= l0/ ix= =150235h0 280(48 0 0.5 26.2) 91.5 0 46.7 故 f ytw6 ，满足要

29、求。强度验算 截面特性： A=， Ix=9511cm4，Wx=，ix= ，Iy=1334cm4，Wy=，iy= 验算弯矩作用平面内的稳定性=， b 类截面，查表得 x=EX2EA1.1 22 206 103 568021.1 48.524463.1KN mx=mm2f=215 N/mm，2 满足要求。验算弯矩作用平面外的稳定性 考虑隅撑为抗风柱平面外的侧向支撑点l0y=3000mm， y= l0y/ iy=3000/= =150 ， b 类截面，查表得 y=1.072yf y44000 2350.983 = ， tx=mm2f=215 N/mm，2 满足要求。挠度验算 抗风柱在水平风荷载作用下

30、，可视为单跨简支梁按下式计算其水平挠度：柱脚设计 因抗风柱承受的竖向荷载很小，故垫板尺寸按构造要求确定。采用400 30020；锚栓采用 2M20，平面布置如图五）柱间支撑的设计柱间支撑的布置如图柱间支撑为斜杆， 采用带张紧装置的十字 交叉圆钢支撑。直杆用檩条兼用，因檩条留 有一定的应力裕量，根据经验及类似工程， 不再作压弯杆件的刚度及承载力验算。柱间支撑荷载及内力支撑计算简图如图。作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为 （山 墙高度取）：图23.抗风柱柱脚节点取 s=+=， 1= 182=54000054006000600060005400 600660001 6 7 12图24. 柱间支撑布置图按一半山墙面作用风载的 1/3 考虑节点荷载标准值为：Fwk=1/31/2 =节点荷载设计值 Fw= =斜杆拉力设计值 N= =图25.柱间支撑计算简图斜杆截面设计及强度验算斜杆选用 12圆钢， A=强度验算： N/A= 103/=mm2f= 215N/mm2 刚度验算：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求。 但从构造上考虑采用 16。（六）屋