钢门式刚架厂房设计

1、目 录一、设计资料2二、屋面结构布置及刚架选型2三、刚架设计3四、檩条设计13五、墙梁设计15六、刚架施工图17一、设计资料车间长90m，柱距6m、跨度18m、檐高8m。屋面坡度1:10。梁柱采用Q235-B钢材；屋面采用单层彩色钢板或夹芯板；墙面单层彩色钢板或夹芯板；天沟采用彩板天沟或钢板天沟。刚架计算简图及风载体形系数见图1。控制指标：柱顶水平位移H/75；横梁挠度L/250。厂房所在地的基本风压o=0.55kN/m2，地面粗糙度B类，组合系数c=0.6;基本雪压So=0.5 kN/m2，组合系数c=0.6。 a 刚架简图 b 刚架风荷载体型系数图1 刚架计算简图及风载体形系数二、

2、0;屋面结构布置及刚架选型车间长90m，根据规范无需设置温度缝，在车间屋面两端和中间设置水平支撑，对应柱间设置柱间支撑，刚架、支撑、山墙柱布置图见图2。三、刚架设计1、荷载计算（1）荷载取值计算屋面自重（标准值、坡向）：单层彩色钢板（0.6厚彩色钢板） 0.13 kN/m2檩条及支撑 0.15 kN/ m2钢架斜梁自重 0.15 kN/ m2-= 0.43 kN/ m2屋面活载：根据规范屋面活荷载取0.5 kN/ m2，雪荷载为0.5 kN/ m2，两种不同时考虑，只考虑一种取为0.5 kN/ m2。风荷载：基本风压=0.55kN/ m2，查找规范风压高度变化系数取为1.0，所以w=0.55k

3、N/ m2，风载体型系数根据规范取用中间部位（见图1）。（2）各部分作用荷载计算屋面恒载标准值 kN/m 设计值 kN/m活载标准值 kN/m设计值kN/m柱荷载恒载标准值kN设计值kN活载标准值kN设计值kN风荷载（标准值/设计值）向风面柱上/1.16 kN/m横梁上/4.62 kN/m背风面柱上/2.54 kN/m横梁上/3.00 kN/m2、内力计算与组合（1）内力计算图3 X11时的弯矩图本刚架为一次超静定结构，采用结构力学力法计算，解除E点水平约束，以未知力X1代替，X11时的弯矩图见图3。各种荷载作用下的内力计算简图及内力图如图4。由力法方程：11X11p0可求出X1，式中11X1

4、等于1时E点沿X1方向的位移；1p荷载q作用在基本结构上时，E点沿X1方向的位移。最终的弯矩为M=M1X1+Mp。a) 屋面恒载作用时b) 屋面活载作用时c) 风荷载作用时（左风）图4 荷载作用下的计算简图及内力图（2）内力组合刚架柱A .柱顶（B点）截面：因风荷载内力与竖向荷载内力均为异号，故刚架柱身只考虑竖向恒载+活载组合。MBA=63.88+86.41=150.3kN·m ；NB=28+37.8=65.8 kN；VB=8+10.8=18.8 kNB . 柱顶（D点）截面：柱顶所受最大剪力为恒载、活载、风荷载共同作用下，Vmax=8.0+10.8×0.7+19.41=3

5、4.97kNC .柱脚（A点）截面：NA=56.77+37.8=94.57 kN；VA=8.0+10.8=18.8 kN对于计算柱脚底板及锚栓，除上述组合外，应再考虑恒载+风载的组合。此时，取恒载的荷载分项系数为1.0。MA=0；Nmin=；VA=刚架横梁因风载与竖向荷载内力异号，故只考虑竖向恒载+活载的组合，梁的计算简图见图5。A支点（B点）截面：MBC=63.99+86.41=150.3 kN·m 图5 梁计算简图图6 梁柱截面图VB =27.1936.73=63.92 kNNB =10.7614.52=-25.28 kNB.跨中（C点）截面：MBC=63.88+86.41=15

6、0.3kN·m；MCB=55.52+74.97=130.5 kN·m；NC =-7.96-10.76=-18.72 kN；VC =0.8+1.08=1.88 kNC求跨中最大正弯矩Mmax：距B端x处的弯矩为，令M(x)=0得反弯点位置x=2.80 m。另，得，求地 x=8.74m。相应此截面内力为：M=129.1 kN·m；3、截面选择与验算（1）截面选择按设计条件考虑梁柱选用相同等截面，如图6所示，其中翼缘 2-250×14；腹板 -422×8。截面特性：A=；（2）柱截面验算抗剪验算Vmax=34.97 kN，不设加劲肋，取kr=5.34

7、。满足要求弯、剪、压共同作用下的验算N=65.8 kN；V=18.8 kN；M=150.3 kN·m 。因为，故按验算，其中kN·m满足要求整体稳定性验算构件的最大内力N=65.8kN, M=150.3 kN·m。A平面内整体稳定性验算柱平面内计算长度，。查表得，。所以，。b类截面，查得。满足要求B平面外整体稳定性验算偏安全平面外计算长度取。对于等截面构件；。 b类截面，查得因，所以由代替。满足要求（3）梁截面验算抗剪验算。不设加劲肋，取kr=5.34，同柱Vd=422 kN满足要求弯、剪、压共同作用下的验算取梁端截面验算。；。因为，故按验算，其中满足要求整体稳定

8、性验算A平面内整体稳定性验算N=25.28 kN；M=150.4 kN·m。计算长度；。b类截面，查表得3，有侧移刚架柱的等效弯矩系数mx取1.0。满足要求。B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，起到应力蒙皮作用，檩条可以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檩条间距考虑，即。对于等截面构件；。 b类截面，查得6。，取；。，满足要求。(4)截面局部稳定校核翼缘；梁腹板。4、位移验算（1）、风载作用下柱顶位移验算采用图乘法计算，风载作用下的弯矩图与荷载计算中图形相同，仅须将数值除以1.4作为荷载标准值，单位水平力作用下的弯矩图见图7。图7 单位水平力作用下

9、的弯矩图对于AB柱：对于BC梁：对于CD梁：对于DE柱：所以，满足要求（2）竖向荷载作用下的横梁挠度验算屋盖竖向荷载弯矩图见内力计算部分，并除以分项系数1.4及1.2（活载和恒载）。单位竖向力所用下弯矩图见图8。图8 单位竖向力所用下弯矩图静载产生的挠度BC梁：CD梁同BC梁，故（静载）活载产生的挠度BC梁：CD梁同BC梁，故（活载）总挠度，满足要求5、梁柱节点验算（1）梁柱连接节点螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M20摩擦型高强螺栓连接，构件接触表面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数，每个高强螺栓的预拉力，节点如图9。其抗拉承载力：N t=0.8P=124 kN抗剪承载力：连接处传递内力设计值，N

10、= -25.28 kN；V=63.92 kN；M=150.3 kN·m。每个螺栓弯矩作用下的拉力：图9 梁柱拼接节点每个螺栓轴力作用下的压力：每个螺栓承受的剪力：按弯剪联合作用验算螺栓强度：满足要求（2）端板厚度验算端板厚度取为t=20 mm按伸臂类计算，不满足可在两块端板外侧分别加设加劲肋，按两边支承计算，满足要求（3）梁柱节点域的剪应力验算，满足要求（4）螺栓处腹板强度验算时，按下式验算满足要求四、檩条设计1、布置檩条跨度6 m，于l/2处设一道拉条，水平檩距1.5 m，屋面材料为单层彩钢板，屋面坡度1/10（），檩条布置如图10。 2、荷载标准值（对水平投影面）（1）

11、恒载单层彩色钢板（0.6厚） 0.13 kN/mm2檩条（包括拉条） 0.05 kN/ mm2-0.18 kN/ mm2（2）活载屋面均布活荷载0.5 kN/，雪载0.5 kN/，计算时只考虑一种，即0.5 kN/。基本风压3、内力计算恒载与活载组合檩条线荷载：º=0.137 kN/m弯矩设计值(按简支梁计算)：4、截面选择及强度验算选用，檩条截面如图11。A=8.95cm2；WX=42.494cm2；Wy=22.739cm2；Wymin=10.109cm2；Ix=339.955cm4；ix=6.182cm； iy=2.172cm。根据规范，b/t=60/3=20；h/t=160/3=53.3 。截面上翼缘有效宽厚比b2/t=27，b2=81mm，全截面有效，但考虑到跨中截面有孔洞削弱，统一考虑0.95的折减系数，则有效静截面抵抗矩为：屋面能阻止檩条的侧向失稳和扭转，所以、点的强度为：满足要求图11 檩条截面图5、挠度计算满足要求6、构造要求；，故此檩条在平面内外均满足要求。风吸力作用下檩条的稳定可以通过拉条或撑杆来保证。五、墙梁设计1、荷载计算水平风载：风载标准值，µs1.16。设计值。考虑墙梁的间距1.5 m，所以作用于墙梁的水