单跨双坡门式钢结构

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1、一、设计资料1、建筑物基本条件该厂房采用单层单跨双坡门式钢结构，厂房总长度150m，檐口高度H=8.0m，跨度L=21.0m，厂房柱距离S=7.5m，屋顶坡度0.1。刚架为等截面的梁，柱，柱脚为铰接。材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。屋面和墙面采用75mm厚EPS夹心板，底面和外面二层采用0.6mm厚镀锌彩板，锌板厚度为275/ gm2,檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z形钢檩条，屈服强度fy450N/mm2,镀锌厚度为160g/mm2。（不考虑墙面自重）自然条件：基本风压：W00.35KN/m2,地面粗糙度为：B类。二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度为150m，跨度为21m，柱距为7.5

2、m，共21榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、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。厂房长度60m，因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部们设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑。三、荷载的计算1、选取计算模型取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高8.0m，基础埋深为0.8m，考虑到檩条和梁截面自身高度，所以柱高近似取8.5m；屋面坡度为0.1。因此得到刚架的计算模型如下图： 2、荷载取值 屋面恒载：0.45KN/m2，横梁自重：0.15 KN/m2,总恒载：0.6

3、0 KN/m2 活载：由于刚架的受荷水平投影面积为21*7.5157.5m260m2,故按建筑结构荷载规范取屋面活载（按不上人屋面）标准值为0.3KN/m2。风荷载标准值基本风压值为0.35KN/m2；地面粗糙度系数按B类取；风荷载高度变化按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB500092001）的规定采用，当高度小10m时，按10m高度处的数值采用，z1.0。风荷载体型系数s迎风面柱及屋面分别为+0.25和1.0；背风面柱及屋面分别为0.55和0.65。刚架承受的荷载设计值屋面恒载 g10.6*（1cos）*7.54.5 KN/m柱身恒载 g20.35*7.52.625 KN/m屋面活载 q0

4、.3*（1cos）*7.52.25 KN/m屋面风荷载迎风面 墙体k1.0*0.8*0.350.28 KN/m2, q10.28*7.52.1KN/m 屋面k=-0.6*0.35*1.0=-0.21KN/m2, q2-0.21*7.5-1.58KN/m背风面 墙体k=-0.5*0.35*1.0=-0.175KN/m2, q2-0.175*7.5-1.37KN/m 屋面k=-0.5*0.35*1.0=-0.175KN/m2, q2-0.175*7.5-1.37KN/m风载体形系数示意图风载分布图（KN/m） 屋面活载分布图（KN/m）恒载分布图（KN/m）3、屋面构件夹芯板夹芯板型号采用JXB4

5、23331000，芯板面度为0.50mm，板厚为80mm。檩条檩条采用冷弯薄壁卷槽钢180*70*20*3.0，跨中设拉条一道。檩托布置风施工图。4、屋面支撑下图给出了柱间斜撑及屋面支撑的屋面支撑布置檩条间距1.5m水平支撑节距3m。屋面支撑荷载及内力屋面支撑斜杆采用强紧的圆钢。屋面支撑计算简图如下。一侧山墙支撑取。节点荷载标准值 。节点荷载设计值。斜杆拉力设计值斜杆斜杆选用的圆钢，截面面积A113.0。强度校核：。刚度校核：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为宜。柱间支撑直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力余量，可不再验算。柱间支撑荷载及内力 11柱间支撑为斜杆，采用强紧的

6、圆钢。作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取9.8m）：取按一半山墙面作用风荷载的1/3考虑节点荷载标准值为：节点荷载设计值 ；斜杆反力设计值 。斜杆校核斜杆选用圆钢，截面面积A113.0强度校核：刚度校核：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为宜。 2-2 3-33、内力计算：截面形式及尺寸初选：梁柱都采用热轧H型钢梁的截面高度h一般取（1/301/45）L，故取当截面高度为暂取488*300*11*18，截面尺寸如下图：截面截面名称长度（mm）面积mm2Ixcm4Wxcm3Iycm4Wycm3ixcmiycm柱H488*300*11*188.8159.17679162

7、7838106540.420.667.14梁H488*300*11*1810.55159.176791627838106540.420.667.14EA=2.06*108*159.17*10-6=3.28*104KN，EIx=2.06*108*67916*10-81.4*105KNm2截面内力根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结果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 作用 恒载作用 恒载下弯矩 恒载下剪力 恒载下轴力（忽略柱自重）弯矩图剪力图轴力图活载作用活载作用 活载下弯矩图（标准值） 活载下剪力图（标准值） 活载下轴力图（标准值）弯矩图剪

8、力图轴力图风荷载作用 风载作用弯矩图（标准值） 风载作用剪力图（标准值）风载作用下轴力图（标准值）弯矩图剪力图轴力图内力组合（由于恒载和活载关于结构竖向对称，因面风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用）按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合：1.2*恒载效应+1.4*活载效应1.2*恒载效应+1.4*风载效应1.2*恒载效应+1.4*0.85*（活载效应+风载效应） 构件截面设计取四个控制截面，如下图：各荷载作用下的截面内力内力组合值4、截面验算控制内力组合项目有：+Mmax与相应的N，V（以最大正弯矩控制）Mmax与相应的N，V（以最大负弯矩控制

9、）Nmax与相应的M，V（以最大轴力控制）Nmin与相应的M，V（以最小轴力控制）所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：11截面的控制内力为M0，N94.402KN，Q50.18KN。22截面的控制内力为M238.464KNM，N55.58KN，Q27.094KN33截面的控制内力为M238.5 KNM，N69.79KN，Q86.79KN44截面的控制内力为M205.58 KNM，N26.98KN，Q8.814KN刚架柱验算：取22截面内力平面内长度计算系数：I.柱抗剪承载力设计值Vd 02+0.45K，其中KICLRLRH10.558.81.20，02+0.45*1.202.54， H0x

10、8.8*2.5423.35m平面计算长度：考虑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，但为了安全起见计算长度按两个墙梁间距考虑，即：，局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。柱翼缘（满足要求）柱腹板（满足要求）柱有效截面特征M238.5，N55.58KN，Q27.09KN由于考虑屈曲后强度：，则，截面全部有效。抗剪强度验算：柱截面的最大剪力为因，所以，满足要求弯剪压共同作用下的验算：因，按公式进行验算，其中满足要求。稳定性验算刚架柱平面内稳定性验算类截面，由钢结构设计规范附表C2查得，则满足要求。2、刚架梁验算：取33截面内力M2

11、38.5，N69.79KN，Q86.79KN局部稳定验算梁翼缘 （满足要求）梁腹板 （满足要求）梁有效截面特征门式刚架坡度为1/101/5，可以不考虑横梁轴梁的影响，按受弯构件验算。，则，截面全部有效。强度验算抗剪强度验算：柱的最大剪力为因，则，满足要求弯矩作用下的验算：，满足要求。稳定性验算刚架梁平面内稳定验算验算方法与柱平面内的稳定验算相同，由于N梁N柱，M梁M柱，因而可以满足要求。刚架梁平面外稳定验算一般刚架平面外稳定靠支撑来保证，考虑檩条处设置隅撑以保证屋脊负弯矩使下翼缘受压时有支撑，在支撑点处设置隅撑以保证横梁全截面受支承，则横梁面为平面外3m支撑的压弯构件，取其中一段计算。由及b类

12、截面查钢结构设计规范得，由于有端弯矩与横梁荷 载，取，则由于内力沿杆件线性变化，取较大值69.79KN从而 满足要求。5、位移验算：柱顶水平位移验算：由于刚架梁坡度不大于1：5，所以刚架侧移可按公式估算，且其数值不应超过刚架柱顶位移设计值的限值的h/60。由式和，则有 满足要求。6、节点设计：梁柱节点设计：梁柱节点形式如下图：连接处选用如下组合内力值：（使螺栓受压），采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，预压力P225KN，摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数，螺栓承受拉力为：第一排：第二排：第三排：其抗拉承载力为：，满足要求。螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不计外加压力，只考虑预

13、压力）端板厚确定：第一排螺栓端板厚：第二排螺栓端板厚： 第三排螺栓端板厚： 采用端板厚。 端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，见施工图。梁梁节点设计： 梁梁节点形式如下图：连接处选用如下组合内力值：（使螺栓受压），采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，预压力P225KN，摩擦面采用喷吵的处理方法，摩擦系数，螺栓承受拉力为：第一排：第二排：其抗拉承载力为：螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不计外加压力，只考虑预压力）端板厚确定：第一排螺栓端板厚：，第二排螺栓端板厚：采用端板厚。端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，见施工图。柱脚设计：柱脚节点如下图：设计内力采用：N94.402KN（使螺栓

14、受压），Q50.18KN基础混凝土抗压承载力，锚栓采用柱脚内力计算：底板反力底板厚度计算：按一边支承计算，因此采用。抗剪连接件计算。抗剪承载力满足要求，不需要设置抗剪连接件。参考资料（1）钢结构设计规范GB500172003（2）建筑结构荷载规范GB500092001（3）建筑结构可靠度设计统一标准GB500682001（4）建筑结构制图标准GB/T 501012001（5）建筑结构设计术语和符号标准GB/T 5008397（6）钢结构设计手册编辑委员会编。中国建筑工业出版社，2004年（7）北京钢铁设计院,钢结构设计计算图表。冶金工业出版社，1983年11月。（8）戴国欣编著,钢结构。武汉理工大学出版社，2007年5月。（9）张耀春主编，周绪红副主编;钢结构设计。高等教育出版社，2005年。（10）建筑结构静力计算手册编写组;建筑结构静力计算手册（第2版）。中国建筑工业出版社，1998年9月