詳細(xì) 輕型門(mén)式鋼架設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、輕型門(mén)式剛架廠房主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)目錄一， 設(shè)計(jì)資料.3二， 鋼架布置簡(jiǎn)圖.3三， 荷載簡(jiǎn)圖和計(jì)算4（1） 荷載簡(jiǎn)圖4（2） 荷載計(jì)算5四， 內(nèi)力分析與組合6（1） 內(nèi)力計(jì)算和組合6（2） 控制截面的確定12五， 鋼架設(shè)計(jì)12（1）截面設(shè)計(jì)12（2）構(gòu)件驗(yàn)算131. 構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算2. 鋼架柱驗(yàn)算3. 鋼架梁驗(yàn)算4.鋼架位移計(jì)算（3）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).221. 梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2. 橫梁跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（4）柱腳設(shè)計(jì)29（5）柱間支撐設(shè)計(jì)32后附柱間支撐布置圖和屋面結(jié)構(gòu)檁條布置圖一， 設(shè)計(jì)資料一單層廠房采用單跨雙坡輕型門(mén)式鋼架，柱距6m,長(zhǎng)度48m,鋼架檐口高度H=5m,鋼架跨度為33m,鋼架為等截面的梁

2、和柱，屋面坡度取1/10.屋面和墻面均采用彩色鋼板，保溫層，檁條或墻梁，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距均為1.5m，材料采用Q235鋼材，焊條采用E43型。一側(cè)縱墻上兩個(gè)開(kāi)間設(shè)門(mén)一扇，兩縱墻軸線位置上，各開(kāi)間均設(shè)窗，窗下標(biāo)高由學(xué)生自己決定。恒載：彩色鋼板 0.25 KN/m2 保溫層0.4 KN/m2 檁條0.05 KN/m2活載：屋面活載和雪載 0.5 KN/m2風(fēng)荷載0.35 KN/m2地震：由于輕型門(mén)式鋼架自重較輕，地震作用產(chǎn)生的荷載效應(yīng)一般很小，本建筑為一般性建筑，不考慮地震作用。二， 鋼架布置簡(jiǎn)圖該廠房長(zhǎng)度48m,跨度33m，共有9榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于300m,橫

3、向溫度區(qū)段不大于150m，因此不用設(shè)置伸縮縫，檁條間距為1.5m,墻梁間距1.5m。1:10ABC 鋼架立面簡(jiǎn)圖三， 荷載簡(jiǎn)圖和計(jì)算（1），荷載簡(jiǎn)圖 恒載作用27000活荷載作用風(fēng)荷載作用取左風(fēng)為例計(jì)算，右風(fēng)同理計(jì)算(地面粗糙度為B類)（2）荷載計(jì)算已知恒載彩色鋼板保溫層檁條0.25KN/m20.4KN/m20.05KN/m2活載活載和雪載風(fēng)荷載0.5KN/m20.35KN/m2各荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.2KN/m2活荷載標(biāo)準(zhǔn)值3.0KN/m2柱荷載柱身荷載（墻重）4.2KN/m2風(fēng)荷載迎風(fēng)面柱上qw10.555KN/m2橫梁上qw22.22 KN/m2背風(fēng)面柱上qw31.221 K

4、N/m2橫梁上qw41.443 KN/m2附風(fēng)載體型系數(shù)迎風(fēng)柱0.25迎風(fēng)屋面-1.00背風(fēng)屋面-0.65背風(fēng)柱-0.55四， 內(nèi)力分析與組合（1） 內(nèi)力計(jì)算與組合根據(jù)各個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖，使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下：恒載作用恒載下彎矩圖（單位KNm）恒載下剪力圖（單位KN）恒載下軸力圖（單位KN）活載下彎矩圖（單位KNm）活載下剪力圖（單位KN）活載下軸力圖（單位KN）風(fēng)荷載下彎矩圖（單位KNm）風(fēng)荷載下剪力圖（單位KN）風(fēng)荷載下軸力圖（單位KN）此設(shè)計(jì)只考慮全部荷載同時(shí)作用的一種情況，即：1.2×恒載+1.4×0.9×（活載+風(fēng)載）各種

5、情況下控制截面的內(nèi)力截面內(nèi)力恒載活載左風(fēng)組合值柱上AM0000Q-61.24-43.7529.25-91.76N-90.63-49.7533.87-128.76柱上BM-306.20-218.76139.3-467.56Q-61.24-43.7526.47-95.26N-69.63-49.7533.87-103.56梁上BM-306.20-218.76139.3-467.56Q63.1945.15-31.0793.57N-67.86-48.4929.71-105.09梁上CM167.20119.46-70.67262.12Q-6.09-4.355.74-5.56N-60.94-43.5429.

6、71-90.55（2）控制截面確定CBAA取控制截面為上圖的A，B，C三處共四個(gè)截面：柱上A，柱上B，梁上B，梁上C。五， 鋼架設(shè)計(jì)（1） 截面設(shè)計(jì)初選梁柱截面均采用焊接工字鋼600×300×6×12，具體尺寸和截面信息見(jiàn)下圖表：梁、柱截面形式和尺寸截面名稱面積IxIyWxWyixiymm2mm4mm4mm3mm3mmmmH600×300×6×121065671797.7×1045401×1042393.3×103360.1×103259.671.2（2構(gòu)件驗(yàn)算1. 構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算翼緣部分b1t

7、=300-6212=12.3<15235fy=15腹板部分hwtw=5766=96<250235fy=250滿足要求2. 鋼架柱驗(yàn)算因?yàn)榱?，柱是等截面的，因此高度變化?lt;60mm/m的條件。所以考慮板件屈曲后的強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按下式計(jì)算Vd=hwtwfv'梁柱都不設(shè)橫向加勁肋k=5.34 hw=576mm tw=6mmw=hwtw37235fyk =5766375.34235235=1.12因?yàn)?.8<w<1.4fv'=1-0.64w-0.8fv = 1-0.641.12-0.8 ×125 =99.4Nmm2 柱上A截面強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)橹?/p>

8、上A截面只存在軸力和剪力，分別驗(yàn)算截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力M=0KNm V=-91.76KN N=-128.76KN a. 正應(yīng)力驗(yàn)算彎矩為0，故截面邊緣正應(yīng)力比值=1.0用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×12.08=13.29Nmm2k=161+2+0.1121-2 +1+ =4.0=hwtw28.1k235fy=576628.1×223513.29=0.41因?yàn)?lt;0.8，=1柱上A截面全部有效b. 剪應(yīng)力驗(yàn)算V1=91.76<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN經(jīng)驗(yàn)算柱上A截面強(qiáng)度滿足要

9、求柱上B截面柱上B截面受到壓彎作用M=-467.56KNm V=-95.26KN N=-103.56KN a. 正應(yīng)力驗(yàn)算故截面邊緣正應(yīng)力比值=21=-185.64205.08=-0.91因?yàn)?<f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×205.08=225.59KNmm2k=161+2+0.1121-2 +1+=21.75=hwtw28.1k235fy=576628.1×21.75235225.59=0.72因?yàn)?lt;0.8，=1，所以柱上B截面全部有效柱上B截受剪力，彎矩，軸力共同作用V1=95.26<0.5×576×

10、6×99.4=171.76KN所以采用下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-103.56×10310656×2393.3×103=491.3KNm>M=467.56KNm經(jīng)驗(yàn)算柱上B截面強(qiáng)度滿足要求b. 剪應(yīng)力驗(yàn)算V1=95.26<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN整體穩(wěn)定驗(yàn)算a. 平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算鋼架柱高5000mm,梁長(zhǎng)2X16582=33164柱線剛度k1=Ich 梁線剛度k2=Ib2sIc=Ib K1=k2k1=50002×16582=0.1

11、5K2=0.1(采用平板支座)查表得=2.635lox=h=5000×2.635=13175mmx=13175259.6=50.75<=150平面內(nèi)穩(wěn)定x=50.75查表b類截面得x=0.853NEx'=2EA1.12=2×2.06×1051.1×50.752=7647.09KN,有側(cè)移，故mx=1.0NxA+mxM1-NNEx'xWe=212.37Nmm2<f=215Nmm2滿足要求b. 平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算考慮到墻面壓型鋼板與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱相連的墻梁可作為柱平面外的支撐點(diǎn)，計(jì)算時(shí)，為了安全起見(jiàn)，計(jì)算長(zhǎng)度

12、按兩個(gè)墻梁間距或隅撐間距考慮。loy=3000mmy=loyiy=300071.2=42.13查表B類截面y=0.89對(duì)等截面構(gòu)件=0，s=w=1,y=42.13by=4320y2 A0h0wx0sw2+yot04.4h02235fy=432042.132 10656×6002393.3×1031+42.13×124.4×6002 =3.13>0.6用by代替by by=1.07-0.2823.13=0.98<1t=1-NNEx0'+0.75NNEx0'2=1-128.767647.09+0.75128.767647.092=

13、0.98N0yAe0+tM1bywe1=128.76×1030.89×10656+0.98×467.56×1060.98×2393.3×103=208.94Nmm2<f=215Nmm23. 鋼架梁驗(yàn)算因?yàn)榱海堑冉孛娴?，因此高度變化?lt;60mm/m的條件。所以考慮板件屈曲后的強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按下式計(jì)算Vd=hwtwfv'梁柱都不設(shè)橫向加勁肋k=5.34 hw=576mm tw=6mmw=hwtw37235fyk =5766375.34235235=1.12因?yàn)?.8<w<1.4fv'=1-

14、0.64w-0.8fv = 1-0.641.12-0.8 ×125 =99.4Nmm2 梁上B截面強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)榱荷螧截面存在軸力，剪力，彎矩M=467.56KNm V=93.57KN N=105.09KN a.正應(yīng)力驗(yàn)算故截面邊緣正應(yīng)力比值=21=-185.50205.22=-0.90因?yàn)?<f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×205.22=225.74KNmm2k=161+2+0.1121-2 +1+=22.31=hwtw28.1k235fy=576628.1×22.31235225.74=0.71因?yàn)?lt;0.8，=1，所以梁上

15、B截面全部有效梁上B截受剪力，彎矩，軸力共同作用V1=93.57<0.5×576×6×99.4=171.76KN所以采用下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-105.09×10310656×2393.3×103=490.96KNm>M=467.56KNm經(jīng)驗(yàn)算梁上B截面強(qiáng)度滿足要求b.剪應(yīng)力驗(yàn)算V1=93.57KN<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN梁上C截面強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)榱荷螩截面存在軸力，剪力，彎矩M=262.12KNm V=-5

16、.56KN N=-90.55KN a.正應(yīng)力驗(yàn)算1=NA+MW=9055010656+262.12×1062393.3×103=118.02Nmm2<f=215Nmm22=NA-MW=9055010656-262.12×1062393.3×103=-101.02Nmm2故截面邊緣正應(yīng)力比值=21=-101.02118.02=-0.86因?yàn)?<f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×118.02=129.82KNmm2k=161+2+0.1121-2 +1+=20.56=hwtw28.1k235fy=576628.

17、1×20.56235129.82=0.56因?yàn)?lt;0.8，=1，所以梁上C截面全部有效梁上C截面受剪力，彎矩，軸力共同作用V1=5.56KN<0.5×576×6×99.4=171.76KN所以采用下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-90.55×10310656×2393.3×103=494.22KNm>M=262.12KNm經(jīng)驗(yàn)算梁上C截面強(qiáng)度滿足要求b.剪應(yīng)力驗(yàn)算V1=5.56KN<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53K

18、N鋼架梁整體穩(wěn)定驗(yàn)算a. 根據(jù)規(guī)定，在鋼架梁平面內(nèi)可按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度，平面內(nèi)無(wú)需驗(yàn)算穩(wěn)定b. 平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算考慮到屋面壓型鋼板與檁條緊密連接，檁條可作為鋼架梁平面外的支撐點(diǎn)，計(jì)算時(shí)為安全考慮，取 ly=3000mmy=loyiy=300071.2=42.13查表B類截面y=0.89y<120235fy=120 tx=1.0by=1.07-y244000fy235=1.03>0.6by代替by by=1.07-0.2821.03=0.8<1N0yAe0+tM1bywe1=90.55×1030.89×10656+1×262.11×10

19、60.8×2393.3×103=146.45Nmm2<f=215Nmm2滿足要求4. 鋼架位移驗(yàn)算鋼架在風(fēng)荷載作用下的側(cè)位移由于鋼架坡度不大于1:5，鋼架側(cè)位移可按=Hh312EIc2+1計(jì)算。受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖w=0.555+1.221×5=8.88KN H=0.67×8.88=5.95KN1=IcLIbh=Lh=335=6.6=Hh312EIc2+1=3.61mm<h60=83.33mm滿足要求(3)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1. 梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)連接采用端板豎放的連接形式，連接處內(nèi)力M=467.56 KNm V=93.57KN N=105.09KN連

20、接如圖 梁柱連接節(jié)點(diǎn)示意圖 (1) 螺栓布置圖(2)采用10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力，則每個(gè)螺栓的抗剪承載力為：初步采用8個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖螺栓驗(yàn)算假定中和軸位于節(jié)點(diǎn)板中心處，不考慮壓力的有利作用，計(jì)算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，則頂排螺栓的拉力最大Nmax=My1yi2=467.56×103×476.54×114.52+476.52=231.92KN<0.8P=0.8×355=284KN抗拉滿足要求。第二排螺栓：N2=My1yi2=467.56×103×

21、114.54×114.52+476.52=55.73KN第三排螺栓：，取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力Nv=0.9nfP-1.25Nu=0.9×1.0×0.45×2×355-1.25×231.92+355-1.25×55.73+355×2=868.35KN>V=93.57KN抗剪滿足要求端板厚度端板厚度t根據(jù)支承條件計(jì)算確定。在本例中有兩種計(jì)算類型：兩邊支承類端板（端板外伸）和兩邊支承類端板（端板平齊），分別按照協(xié)會(huì)規(guī)程中相應(yīng)的公式計(jì)算各個(gè)板區(qū)的厚度值，然后取最大的板厚作為最終值。a、 兩邊支承類端板（端

22、板外伸）：ef=175mm, ew=67mm, Nt=231.92KN, b=300mm , f=215t6efewNtewb+2efew+eff=6×175×67×231920215×67×300+2×175×67+175=26.91mmb、兩邊支承類端板（端板平齊）：ef=175mm, ew=67mm, Nt=55.73KN, b=300mm , f=215t12efewNtewb+4efew+eff=12×175×67×55730215×67×300+4×17

23、5×67+175=13.87mm綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t32mm節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域的剪力驗(yàn)算：節(jié)點(diǎn)域是指彎剪共同作用下應(yīng)力情況比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)區(qū)域。節(jié)點(diǎn)域板件的國(guó)度變形會(huì)影響節(jié)點(diǎn)剛度，從而降低計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)變形造成不利的影響；未經(jīng)加強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)域板件在復(fù)雜應(yīng)力下甚至?xí)l(fā)生破壞。一般通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)域加勁板或額外增加該區(qū)域板件厚度來(lái)加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)域承載能力，輕鋼規(guī)程CECS102推薦采用下面公式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算：=Mdbdctc=467.56×106600×600×6=216.46Nmm2>120Nmm2節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力不滿足輕鋼規(guī)程C

24、ECS102要求，應(yīng)設(shè)置斜加勁肋，加勁肋厚度采用t=12mm的鋼板，如圖(1)所示。在端板設(shè)置螺栓處，應(yīng)按照輕鋼規(guī)程CECS102第7.2.11條的規(guī)定驗(yàn)算構(gòu)件腹板的強(qiáng)度。采用翼緣內(nèi)第二排一個(gè)螺栓的拉力設(shè)計(jì)值：因?yàn)?，所以因此，?gòu)件腹板的強(qiáng)度滿足要求。剛架構(gòu)件的翼緣和腹板與端板的連接剛架構(gòu)件的翼緣和腹板與端板的連接，應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，坡口形式應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)手工電弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸GB985 的規(guī)定。2.梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁梁拼接節(jié)點(diǎn)連接形式如圖(3)所示，連接處選用如下組合內(nèi)力值：M=262.12 KNm V=5.56KN N=90.55KN采用級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面采用噴

25、砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力，則每個(gè)螺栓的抗剪承載力為：初步采用8個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖(4)所示。 梁梁連接節(jié)點(diǎn)示意圖(3) 螺栓布置圖(4)螺栓驗(yàn)算假定中和軸位于節(jié)點(diǎn)板中心處，不考慮壓力的有利作用，計(jì)算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，則頂排螺栓的拉力最大Nmax=My1yi2=262.12×103×476.54×114.52+476.52=130.02KN<0.8P=0.8×190=152KN抗拉滿足要求。第二排螺栓：N2=My1yi2=262.12×103×114.54×114.52+476.

26、52=31.24KN第三排螺栓：，取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力Nv=0.9nfP-1.25Nu=0.9×1.0×0.45×2×190-1.25×130.02+190-1.25×31.243+190×2=452.32KN>V=5.56KN抗剪滿足要求端板厚度端板厚度t根據(jù)支承條件計(jì)算確定。在本例中有兩種計(jì)算類型：兩邊支承類端板（端板外伸）和兩邊支承類端板（端板平齊），分別按照協(xié)會(huì)規(guī)程中相應(yīng)的公式計(jì)算各個(gè)板區(qū)的厚度值，然后取最大的板厚作為最終值。a、 兩邊支承類端板（端板外伸）：ef=175mm, ew=52mm,

27、 Nt=130.02KN, b=300mm , f=215t6efewNtewb+2efew+eff=6×175×67×130020215×52×300+2×175×52+175=18.64mmb、兩邊支承類端板（端板平齊）：ef=175mm, ew=52mm, Nt=31.02KN, b=300mm , f=215t12efewNtewb+4efew+eff=12×175×52×31240215×52×300+4×175×52+175=9.54mm綜上所

28、得結(jié)果可取端板厚度為t22mm剛架構(gòu)件的翼緣和腹板與端板的連接剛架構(gòu)件的翼緣和腹板與端板的連接，應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，坡口形式應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)手工電弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸GB985 的規(guī)定。(4)柱腳設(shè)計(jì)按照計(jì)算假定，柱腳的形式為鉸接，不能抵抗彎矩。剪力由底板與混凝土之的摩擦力承擔(dān)（若經(jīng)過(guò)驗(yàn)算不滿足，則需設(shè)置抗剪鍵）。柱腳的形式如圖（5）所示，采用四個(gè)錨栓與基礎(chǔ)連接。錨栓為，。基礎(chǔ)砼標(biāo)號(hào)?；A(chǔ)底板設(shè)計(jì)采用如下荷載組合進(jìn)行：N=128.76KN，V=91.76KN1.柱腳混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算受壓混凝土面積為則其單位應(yīng)力 柱腳詳圖(5)2.柱腳底板尺寸的確定假定底板寬度底板長(zhǎng)度L=1BNfc+A0=1340×12876012.5+1256=33.99mm取3.柱腳底板厚度的確定底板壓力q=NL×B-A0=128760680×340-1256=0.56Nmm2底板按三邊支承板一邊自由板計(jì)算，查表得。因此,M=0.058×0.56×3002=2923.2Nmm2 底板厚度t=6Mmax215=6×2923.2215=9.0mm底板的厚度不小16mm，所以實(shí)際取用底板厚度t=20mm。4.柱腳抗剪承載力驗(yàn)算柱底組合內(nèi)力均為受壓，基礎(chǔ)混凝土與柱腳底板間的摩擦系數(shù)為0.4，由于f=0.4&