钢结构设计计算书

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1、门式刚架厂房设计计算书一、设计资料该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度21m,长度90m,柱距9m,檐高 7.5m，屋面坡度1/10。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厚时S夹芯板，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 f 450N / mm2，镀锌厚度为160g / mm2。（不考虑墙面自重）自然条件：基本风压： = 0.5KN / m2，基本雪压0.3KN / m2地面粗糙度B类二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m，跨度21m，柱距9m，共有1

2、1根刚架，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 屋盖相应部位设置檩条、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，由于柱高 柱距，因此柱间支撑不用分层布置。（布置图详见施工图）三、荷载的计算1、计算模型选取取一根刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐 高7.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1： 10。因此得到刚架计算模型：2. 荷载取值 屋面自重：屋面板：0.18 KN / m

3、2檩条支撑：0.15 KN / m2横梁自重：0.15 KN / m2总计：0.48 KN/m2屋面雪荷载：0.3 KN / m2屋面活荷载：0.5KN/m2 （与雪荷载不同时考虑） 柱自重：0.35KN/m2 风载：基本风压W = 0.5kN / m 203. 各部分作用荷载：（1）屋面荷载：标准值：0.48 xx 9 = 4.30 KN / Mcos 0柱身恒载：0.35x9 = 3.15KN/M水n/m-jkn/m（2）屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载0.50 xL x 9 = 4.50 KN / Mcos 0i. kn/mI(3) 风荷载以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据

4、公式=七四0计算：、计(地面粗糙度B类)四根据查表龙 10m，取1.0,日根据门式刚架的设计规范，取下图：-,6511._IDLil风载体形系数示意图迎风面背风面=0.125 x 9 = 1.125kN / m=0.50 x 9 = 4.5kN / mq = 0.275 x 9 = 2.475kN / mq4 = 0.325 x 9 = 2.925kN / m侧面=1.0 x 0.25 x 0.5 = 0.125kN/ m2，q 屋顶=1.0x1.0x0.5 = 0.50kN/m2，q 侧面=1.0 x 0.55 x 0.5 = 0.275kN / m2, k屋顶。k = 1.0 x 0.65

5、 x 0.5 = 0.325kN / m2荷载如下图:-1. kn/mA；，kn/m4. 内力计算：(1)截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度h一般取(1/301/45)1,故取梁截面高度为600mm；暂取H600X 300x6 x 8,截面尺寸见图所示柱的截面采用与梁相同截面截面名称长度(mm)面积（mm2）Ix(x106 mm 4Wx)(x104 mm 3Iy)(x106 mm 4Wy)(x104 mm 3ix)mm柱H600 x 300 x 6 x 8720094725201733624234梁H 600 x 300 x 6 x 81055294725201733624

6、234iyMm61.661.6EA = 2.06 x 108 x 9472 x 10-6 = 1.95 x 106 kn, EI = 2.06 x 108 x 520 x 106 x 10-12 = 1.07 x 105 kn m2 尤（2）截面内力：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：计算简图及内力值（M、N、Q）备注-124.74-124.74-恒载下弯矩弯矩图恒载作用剪力图轴力图 （拉为 正，压为 负）恒载下轴力（忽略柱自重）弯矩图活荷载（标准值）弯矩图活荷载作用活荷载作用活荷载（标准值）剪力图剪力图活荷载（标准值）轴力图轴力图（拉为正，压为负）风

7、荷风荷载（标准值）弯矩图弯矩图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+风载效应取四个控制截面：如下图:各情况作用下的截面内力截面内力恒载活载左风I-IM000N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0524.55n-nM-127.84-129.94147.59N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45m-mM-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.

8、08IV-IVM92.8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81内力组合值截面内力1.2 恒+1.4 活1.2 恒+1.4 风1.2 恒+1.4 x 0.85 x（风+活）i-iM000N-120.5811.30-54.85Q-48.4511.19-15.45n-nM-335.3353.22-132.40N-120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09m-mM-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93IV-IVM246.782.79134.16N-57.8

9、2-3.36-28.03Q5.790.083.164.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） 一Mmax与相应的N, V（以最大负弯矩控制） 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：1-1 截面的控制内力为M = 0, N = 120.58KN, Q = 48.45KN2-2截面的控制内力为M = 335.33KN M,N = 120.58KN, Q = 48.45KN3-3截面的控制内力为M = 335.33KN M,N = 64.30KN, Q = 115.40KN

10、4-4截面的控制内力为M = 246.78KN M,N = 57.82KN, Q = 5.79KNA：刚架柱验算：取2-2截面内力 平面内长度计算系数：日=2 + 0.45K，其中 K=XL = 105 = 1.46,.日=2 + 0.45 x1.46 = 2.66, 0I H 7.20RH = 7.2 x 2.66 = 19.1M平面外计算长度：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 *丫= 7200/2 = 3600mm、191003600.人= 234 = 81.6，人=p6 = 58.4局部

11、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b _ (150 - 4) 2 t 6=12.17 15=15235235=15（满足要求） 柱腹板600 -162352354一 = 146 250 ；=250：23 = 250 (满足要求)J（2）柱有效截面特征M =-335.33KN M, N = -120.58KN, Q = -48.45KN。max I = N * M = 120.58 x 103 + 335.33 x 106 bmaX j =刀 一 9472 - 173 x104I 206.56=12.73 土 193.83 = N / mm 21-181.10h0-

12、twb -bmaxminbmax584=97 70,故可以考虑屈曲后强度。由于考虑屈曲后强度：.P =气=-181J =-0.88b 206.561584 =206.56 x= 311.2mm206.56 +181.1ccc= 21.28(1+ P )2 + 0.112(1- P)20.5 + 1 +ph It 584/8W r-W =. 0.8，28.1k 侦235/f28.1x1.28则p=1,截面全部有效。(3)抗剪强度验算：柱截面的最大剪力为V = 48.45kNh /t max 584/8人 =:WW16= 0.8537* ：235/ f 37 x 5.34 x1 T VJ0.8X

13、V :满足要求。 d w w vmax弯剪压共同作用下的验算：因为V 0.5V，按公式M 335.33kN- m，满足要求。(4)稳定性验算刚架柱平面内稳定性验算人=81.6l = 180,m = X、：f /235 = 81.6A类截面，由钢结构设计规范附表C-2查得，甲=0.681吃=带=甘笞10；卯72 = 2388kN, P 疽 1.0,则N + P M_ 120.58x 103 +1.0x335.33x 106两 十 亍1-0&NTN )W 一 0.681x9472 + 1 05x173x104xri 08x120.58)Ex x1.05x1/3x104 x (1-U.8x 2388

14、 )满足要求。=18.69 +192.39 = 211.08N /mm2 f刚架柱平面外稳定性验算m = X J； f /235 = 58.4。类截面，由钢结构设计规范查得，中=0.818八M1P = 0.65 + 0.35 寸=0.65 + 0.35 x - = 0.8251冗258.42% T07 - 4400 T07 - 44000 = 0.99则 N + P M = 120.58 x103 +1 0 0.825 x 335.33x 106人两+ 门M 0.818x9472 + .0.99x173x 104=15.56 +161.52 = 177N/mm2 f 满足要求。B：刚架梁验算：

15、取3-3截面内力M =-335.33KN M，N = -64.30KN，Q = 115.40KN局部稳定验算 梁翼缘b _ (150 - 4) 2t 6=12.17 15= 15H=15 (满足要求)hwtw 梁腹板600 162352354= 146 v 250 ； = 250：泾=250 (满足要求)(2)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。_ +193.83N / mm2气_+ M _ + 335.33x 106 b ： j _ _ 叮-173 x104.邙=% _-1b116_ 23.9116h = 584 x 2 _ 292mmkb

16、(1+p )2 + 0.112(1-P)20.5 +1 + P0.112 x 4 = h /1=584/8- 0 53 08广 28.1 厂/557T - 28.1x239?_ . _ .， bJ则p=1，截面全部有效。(3)强度验算 抗剪强度验算: 柱截面的最大剪力为V =115.4kNk _ 5.34一 土匕 _58挡_ 0.85w 37* (235/ f37 x t5.34 x10.8X V，满足要求。 d t t vmax弯矩作用下的验算：M _ M _ 173 x104 x 215 x10-6_ 371.95kN-m 335.33kN-m,满足要求。（4）稳定性验算刚架梁平面内稳定验

17、算验算方法与柱平面内的稳定验算相同，由于N N，M =M，因而可以满足要求。梁 柱 梁 柱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，则横梁成为平面外3m支撑的压弯构件，取其中一段计算。由X =3t6 = 48.7及b类截面查钢结构设计规范得，中_ 0.865由于有端弯矩与横梁荷载，取P _1.0,则中_ 1.07-土_ 1.02肮b44000由于内力沿杆件线性变化，取较大值64.3kN从而 N + P M _ 64.3x103 + 1 0x 1.0x 335.33 x 106叩两0.86

18、5x9472 + . X 1.03x173x104_ 7.85 +188.19 _ 196.04N/mm2 f 满足要求。5.位移验算：（1）柱顶水平位移验算：由矩阵位移法结构力学计算程序计算位移，位移验算为正常使用极限状态下的承载力验算，荷载应选用标准值。构件截面参数：EA _ 2.06 x 108 x 9472 x 10-6 _ 1.95 x 106 kn,EI _ 2.06 x108 x 520 x106 x 10-12 _ 1.07 x105 kn m2荷载标准值即风载，位移图如下：,-KI8 _ 18.1 _ 1 万一7200 一祈-满足要求200（2）横梁扰度验算:荷载标准值=1.

19、0x恒载+1.0x活载=4.3+4.5=8.8kN/m，位移图如下:单位:mm863.61_148.94kN，满足要求。Nb=0.8P=0.8 x 225=180kN tNb =K d 2 x fb/4 = kx 21.182 x 500/4 = 176.2kN te t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）Vb = E0.9日日(P 1.25N ) = 20.9x 0.45 x (225 1.25 x 148.94) + 0.9 x 0.45 x (225 1.25 x 82.11) + 0.9 x 0.45 x (225 1.25 x 48.70) + 0.9

20、x 0.45 x 225 x 6=810.26W 115.40kN第二排螺栓端板厚：第三排螺栓端板厚：采用端板厚t = 28mm。端板厚确定:第一排螺栓端板厚：t zjfr = ：，6 X 68 X 148.94 X103 =27.2 mm, bf 400 x 205tj6% ej_ /6 x 68 x 97 x 82.11 x103_ 16 1mm、:e b + 2ef(e f e ) f 97 x 400 + 2 x 68 x (68 + 97) x 205 - . 皿t3e N = , 3 x 97 x 48.70 x103 = 22 5mm：(0.5a e )f；(0.5 x 80 +

21、 97) x 205 - . “端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图(2)梁梁节点设计： 梁梁节点形式见下图:400连接处选用如下组合内力值:M = 246.78KN M，N = -57.82KN(使螺栓受压)，Q = 5.79KN采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，预压力P=225kN, 摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数日=0.45，螺栓承受拉力为：MyN246.78 x 0.37257.82第一排：N1=1= 4(0 212 + 0 爵2)=125.17 - 7.23 = 119.94kNMy1 N246.78 x 0.21257.82第一排：N =2=71.34-7.

22、23 = 64.11kN2 Zy2n 4x(0 . 2 1 22 + 0 . 3 7 22)8其抗拉承载力为：|Nb=.8P=0.8X225=180kN119.94kN，满足要求。iNb =兀 d 2 X fb/4 = KX 21.182 X 500/4 = 176.2kN te t螺栓群的抗剪力(M24螺栓)(下面一排不计外加压力，只考虑预压力)Vb = Z0.9呻(P-1.25N) = 20.9x0.45x(225-1.25x 119.94) + 0.9x0.45x(225 -1.25 x 64.11)+0.9 x 0.45 x 225 x 4=542.65kN5.79kN端板厚确定:第一排螺栓端板厚：第一排螺栓端板厚：采用端板厚t = 26mm。i6e N 16 x 68 x 119.94 x 103t Z , 二广=24.4mm， bf 400 x 20514.2 mm，t I 6ef NI6 x 68 x 97 x 64.11 x 103_ ； e b + 2ef (e -+e ) f 97 x 400 + 2 x 68 x (68 + 97) x 205wf f w端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图(3)柱脚设计： 柱脚节点见下图:设计内力采用：N = -120.78&V(使螺栓受压)，Q = -48.45KN