门式刚架厂房设计计算书讲解

1、设计资料荆州某单层厂房采用单跨双坡轻型门式刚架，钢架跨度为 27m，高度为 9m， 共 11 榀钢架，柱距 9m，屋面坡度取 1/10 。刚架为等截面的梁、柱。屋面及墙面 均采用彩色压型钢板，檩条及墙梁均采用冷弯薄壁卷边 C 型钢，间距为 1.5m ， 材料采用 Q235钢材，焊条采用 E43 型。荷载：恒载：彩色压型钢板 0.35KN/m 2檩条 0.06KN/m 2活载层面活载和雪载 0.3KN/m2风荷载0.35KN/m2地震：地震设防 6 度，设计地震分组为一组，设计基本地震加速度值 0.05g钢架布置简图该厂房长度 60m，跨度 27m，共有 11 榀刚架，由于纵向温度区段不大于 3

2、00m、 横向温度区段不大于 150m，因此不用设置伸缩缝，檩条间距为 1.5m。1:10刚架立面荷载计算与荷载简图1.荷载计算荷载计算如下表荷载已知恒载彩钢板檩条0.350.06活载活载风载0.30.35各荷载标准值计算屋面恒载标准值2.46活载标准值1.8柱荷载柱身荷载（墙重）2.1风荷载迎风面柱上qw1横梁上qw20.525-2.1背风面柱上qw3-1.155横梁上qw4-1.365附风载体型系数迎风柱迎风屋面 背风柱背风屋面0.25-1 -0.55-0.652荷载简图1）恒载：12）屋面活载3）风荷载以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式 k z s 0计算 :z根据查表 h 10

3、m，取 1.0， s根据门式刚架的设计规范，地面粗糙度 B 类）取下图：荷载如下图：内力分析（1）内力计算根据各个计算简图， 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：计算项目计算简图及内力值 （M、N、Q）备注恒载下弯矩弯矩图恒载下剪力恒载下轴力（忽略柱自重）剪力图“+”恒 载 作 用轴力图（拉为 正，压为 负）活 荷 载 作 用活荷载 （ 标准值 ） 弯矩图弯矩图剪力图活 荷 载 作 用轴力图 （拉为 正，压为 负）2）控制截面内力确认此设计只考虑全部荷载同时作用的一种情况，即：1.2X恒载X （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柱上AM0.

4、000.000.000.00N-33.21-24.30-12.9586.79Q-13.04-9.546.2719.77M-117.39-85.9035.16204.80柱上BN-33.21-24.30-12.9586.79Q-13.04-9.541.5425.73梁上BM-117.39-85.9035.16204.80N-16.28-11.910.2534.23Q31.7523.2313.0483.80梁上CM89.1765.2418.85212.96N-12.98-9.500.2527.23Q-1.30-0.95-15.4522.22四、 钢架设计一）截面设计初选梁柱截面均采用焊接工字钢 6

5、00X200X8X1，0 截面特征如下表所示：截面名称面积IxWxIyWyixiymm2mm4mm3mm4mm3mmmmH600X200X8X10864047817466716209311.3E+07133581235.2539.3二）构件验算1.构件宽厚比验算翼缘部分：b/t f = 96/10 = 9.6 < 15 235/ f y 15腹板部分： hw/t w = 580/872.5 < 250 235/ f y 2502.钢架柱验算抗剪验算柱截面的最大剪力值为 25.73KN，考虑仅有支座加劲肋，h0twrs w0. 84,由于0. 8 0. 84 1. 4，故有37 5.

6、34f v 1 0. 64 w o. 8 f v 121. 73N / mm2Vu = hwtwfv = 580X8 X121.73KN = 564.82KN > Vmax = 25.73KN ,满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算取柱端截面进行验算， N86.79KN V25.73KNM204.80KN· m因 V<0.5Vu，取 V0.5Vu，按钢结构设计规范（GB500172003）式（）验算。Mf(Af1 h1Af 2h2 )( fh2NA)200 10 295 200 10 295 21586790241. 85KN·m M 204. 80KN

7、3;m,取MKN·m8640Mf1MMeu MMff0 1，满足要求整体稳定性验算N = 86.79KNM = 204.80 KN·ma) 柱平面内的整体稳定性验算：钢架柱高H9000 mm，梁长27134 mm，柱的线刚度 k1 = Ic1/h 47817 104 / 9000mm3 53130. 52mm3梁的线刚度 k2 = I b0/(2 s) 47817 104(2 13567) mm317622. 71mm, k1 k3. 0,查表得柱的 计算长度 l 0xh18990235. 3 80. 72150，2. 11 900018990mm, xlB类截面，查附表

8、4得 x0. 683NEx0NxAe02EAe01. 1 2 1. 1mxMxNx NEx02 206 103 8640 KN80. 7222448. 33KN, mx 1. 0We1 1867900.683 86401. 0 204. 8 1061621 103 1 0. 68386. 792448. 33144. 19N / mm2 f215N / mm2, 满足要求。b) 柱平面外的整体稳定验算：考虑屋面压型钢板与墙梁紧密连接， 有蒙皮作用， 墙梁可作为横梁平面外的支承点，但为了安全起见，计算长度按两个墙梁或隅撑间距考虑，对于等截面构件，即l0y= 3000mm。对于等 截面构件，0,

9、s w 1, yby300039.324320 A0h02y0 Wx076. 3, B类截面，查附录D得 y0. 712。y0t 02354320 8640 * 58076. 32 1621 10376. 3 104.4 5802.39 0. 6取y1. 07 0.2820. 952by1.NeX 00. 75NeX0. 965Y Ae 0WE1 by2142. 21N / mm2eX086. 79 10 30. 712 8640215N /0. 965 204 . 8 10 61621 1030. 952N / mm22 mm3.刚架梁的验算 抗剪验算 梁截面的最大剪力值为 83.80KN，

10、考虑仅有支座加劲肋，h0trs tw0. 84,由于0. 80. 84 1. 4，故有37 5.34 f v 1 0. 64 w o. 8 f v121. 73N / mm2Vu = hwtwfv = 580X8 X125KN= 564.8KN > Vmax = 83.8KN,满足要求。 弯、剪、压共同作用下的验算M204.8KN·m取梁端截面进行验算， N34.23KN V83.80KN因 V<0.5Vu，取 V0.5Vu，按钢结构设计规范（GB500172003）式（）验算Mf(Af 1 hAf 2h2 )( fNA)34230200 10 295 200 10 29

11、5 215KN·m8640249. 03KN·m M 204. 80KN·m,取M Mf故0. 5VuMMfMeuMf0 1，满足要求 整体稳定性验算N = 34.23KNM = 204.80 KN·ma) 梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度 l27134mm, x l150， B类截面，查附表 D得 x 0. 465。Ex02EAe01. 1 22 206 103 864021. 1 115. 342KN1199. 2KN, mx 1.0NxAe0We1 1mxMxN342300.465 86401.0 204. 80 106xNEx0316

12、21 1031 0.46534.231199. 2136. 57N / mm2 f215N / 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， 有应力蒙皮作用， 与梁连接的檩条可作为柱 平面外的支承点，但为了安全起见，计算长度按两个檩条距离或隅撑间距考虑，对于等截面构件，即l0y = 3000 mm。对于等截面构 件， 0, sw 1, ybyl 0y300039. 32 76. 29, B类截面，查附录 D得 y0. 712。4320 A0h02y0 Wx0y0t 02354. 4h0f y76. 32 1621 1034320 8640 * 5807

13、6. 3 10 24.4 5802.39 0. 61.Y Ae 01. 07 0.2820. 952byN 0. 75NeX0NeX034. 23 10 30. 9720. 972 204. 8 106WE1 by0. 712 86401621 103 0. 972N / mm2134. 5N / mm2215 N / mm2104. 刚架在风荷载作用下的侧位移：c h = 270009000I b I c 4871 105， t = I c l/I刚架柱顶水平力：H 0.67W 0.67 15.1210. 13KN其中W(w1 + w2)h (0.71 + 1.55) 9.015. 12KN

14、Hh312EIc2tN1My12y12N 204. 80 0.35 n 4 0.352 0.24234.23 KN99. 5KNNtb8b2 3 31. 2310. 13 9000312 206 103 4871 105三)节点验算1)梁柱连接节点a) 螺栓强度验算梁柱节点采用 10.9 摩擦面抗滑移系数 处传递内力设计值：级M22高强度摩擦型 螺栓连接，构件接触面 采用喷砂， 0. 45, 每个高强度螺栓的预拉 应力为 190 KN，连接 N34. 23KN，V83. 80, M204 . 80 KN·m。螺栓抗拉强度验算152KN螺栓的抗剪承载力验算NVb 0.9nf P 0.9

15、 1 0. 45 190KN 76. 95KN Nv 83.80/ 8KN10. 47KN, 满足要求。NVNtNVbNtb最外一排螺栓的抗剪、 抗拉承载力验算10. 47 99. 5 0.79 1, 满足要求。76.95 152b) 端板厚度验算端板厚度取为t 20mm按, 二边支承类端板计算6ef ewNtewb 2ef ef ew f6 50 46 99.546 200 2 5050 46 205mm 18. 88mm满足要求。11c) 梁柱结点域的剪应力验算dbdct c204. 80 106580 580 9N / mm2267. 64N / mm2 f v2125N / mm2,满

16、足要求d) 螺栓处腹板强度强度验算Nt2My2N 204. 80 0. 24y i2 n 4 0. 352 0.24234. 238KN63. 95KN 0.4P 0.4 190KN 76KN215N / mm2, 满足要求。0. 4P 0.4 190 103 N / mm2 ewt w46 8 N / mm2)横梁跨中节点验算N1My1N2y 12n212. 96 0.354 0.352 0.24224.238KN 103. 46KNe) 螺栓强度验算梁柱节点采用 10.9 摩擦面抗滑移系数 处传递内力设计值：级M22高强度摩擦型 螺栓连接，构件接触面 采用喷砂， 0. 45, 每个高强度螺

17、栓的预拉 应力为 190 KN，连接 N27. 23KN，V22.22, M212 . 22KN·m。螺栓抗拉强度验算Nbt152KN螺栓的抗剪承载力验算NVb 0.9nf P 0.9 1 0. 45 190KN 76. 95KN Nv 22.22/ 8KN 2. 78KN, 满足要求。最外一排螺栓的抗剪、 抗拉承载力验算NVNtNVbNtb2.7876.95103. 4610135.246 0. 72 1,满足要求。f) 端板厚度验算12端板厚度取为t 20mm按, 二边支承类端板计算t6ef ewNttewb 2ef efew f6 50 46 103. 4646 200 2 5

18、050 46 205mm 19. 25mm满足要求。g) 螺栓处腹板强度强度验算Nt237.23 KNMy2N212. 96 0. 24y i2 n 4 0. 352 0.24267. 54KN 0.4P0.4 190KN76KN0.4P0.4 190 10 N/ mm2f215N/ mm2,满足要求ewt w46 83 ) 柱脚设计钢架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。1) 柱脚内力设计值： Nma 86.79KN，相应的 V 19.77 由于柱底剪力较小， Vmax 19.77KN<0.4Nmax，故一般跨间不需剪力键；但经计算在设置柱间支撑的 开间必须设置剪力键。另 N>0，考虑柱间支撑竖向拔力后，锚栓仍不承受 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。2) 柱脚底板面积和厚度的计算a) 柱脚底板面积确定bb02t2c200 2 10 2 20 50 mm260 320 mm, 取 b 300 mm；h h0 2t 2c 600 2 10 2 20 50 mm660 720 mm, 取 b 700 mm。 底板布置如图示。基础 采用 C20混凝土， f c9. 6N / mm2 ,验算底板下混凝土的轴