1、1 设计资料一、 工程概况某车间仓库，无吊车、无振动，采用单层单跨门式钢架。二、 车间柱网布置1. 长度： m902. 跨度： 243. 檐高： 6三、 屋面坡度1：10四、 材料1. 屋面材料：压型钢板2. 墙面材料：彩钢板3. 天 沟：彩板天沟或钢板天沟4. 基础混凝土： 2mN1.5C2,f5. 钢材： FB-Q35五、 荷载信息1. 恒载：无吊顶 2k0.2. 活载： mN33. 风荷载：基本风压 2.5地面粗糙程度 B 类荷载体型系数（见图 1-1）图 1-1 计算模型及风荷载体型系数4. 荷载组合：a) 1.2恒荷载+1.4活荷载；b) 1.2恒荷载+1.4风荷载；c) 1.2恒荷
2、载+0.85（1.4恒荷载+1.4风荷载）六、 控制指标1. 柱顶水平位移: ；75H2. 横梁挠度： ；20L七、 设计依据1. 设计任务书提供的各种数据文件和资料。2. 我国现行有关规范、规程，主要包括：建筑结构荷载规范（GB 50009-2006）钢结构设计规范（GB 50017）冷弯薄壁型钢技术规范（GB 50018-2002）门式钢架轻型房屋钢结构技术规范（CECS 102-2002）上海市轻型钢结构技术规程(DBJ 08-68-1997)建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002） 2 屋面结构平面布置图一、 温度缝的设置该厂房长度 90m，跨度 27m，柱距 6m，共有 1
3、6榀刚架，由于纵向温度区段不大于220m、横向温度区段不大于 120m，因此不用设置伸缩缝。二、 柱间支撑，1. 厂房长度60m，且无吊车，因此在厂房第一开间和中部开间设置柱间支撑，此时支撑间距 36m。2. 由于柱距=柱高，圆钢与构件的夹角为 45O，因此柱间支撑不用分层布置。三、 屋面支撑在设置柱间支撑的相应开间同时设置屋盖横向支撑，并在屋面支撑的相应部位设置拉条。（见附录 1） 3 截面初步设计一、 计算模型内力计算模型如图 3-1所示：图 3-1 节点及单元编号图二、 荷载分析1. 恒荷载（不包括结构自重）： =单位面荷载 跨度=0.26=1.2kN/m 如图 3-2所示；Dq2. 活
4、荷载： =单位面荷载跨度=0.36=1.8kN/m 如图 3-3所示；Lq3. 风荷载：根据建筑结构荷载规范可得风压高度变化系数如表 3-1所示，钢架风荷载计算简图如图 3-4所示。表 3-1 风压高度变化系数 （B 类粗糙度） z标高（m） 5 10z1.0 1.0柱顶离室外地坪高度为 6m，由表 3-1得 =1.0；z屋面坡度为 1：10，可得屋脊离外地坪高度为 7.2m，由表 1得 =1.0。z因此，可得各方向风荷载的大小： 1012506.825 kN/mzsqW2 .3zs30.(.)1. /zs41065.245kNzsq图 3-2 恒载图 3-3 活载图 3-4 风载（左风）因右
5、风和左风的荷载情况反对称，在此省略。三、 内力分析1. 单位荷载下的内力表 3-2 单位荷载下的内力轴力 N剪力 V弯矩 Mk75.0ABkN78.4A21BVmk468.9132.5kN9A3Bk26.3AVBmkN584.19M2.5kN27.0ABk617.0AV583BmkN7.31M52.2. 单一荷载下的内力表 3-3 单一荷载下的内力表恒载 活载 左风截面 NVMNVMNVM1 -14.4 7.8 0.0 -21.6 11.7 0.0 37.9 -24.0 0.0 2 -14.4 -7.8 0.0 -21.6 -11.7 0.0 27.1 8.3 0.0 3 -14.4 7.8
6、-46.9 -21.6 11.7 -70.4 37.9 -19.1 128.9 4 -14.4 -7.8 -46.9 -21.6 -11.7 -70.4 27.1 19.2 82.2 5 -7.8 -14.3 -46.9 -11.7 -21.5 -70.4 10.1 37.8 128.9 6 -7.8 14.3 -46.9 -11.7 21.5 -70.4 7.9 -26.8 82.2 7 -7.8 0.1 30.1 -11.7 0.1 45.2 10.1 -1.8 -66.4 8 -7.8 -0.1 30.1 -11.7 -0.1 45.2 7.1 -1.1 -66.4 弯矩剪力963659
7、+9865+8669+-96969696969636+3轴力图 3-5 恒载作用下刚架的内力图弯矩剪力轴力图 3-5 活载作用下刚架的内力弯矩剪力剪力图 3-6 风载作用下刚架的内力3. 荷载组合a) 1.2恒荷载+1.4活荷载；b) 1.2恒荷载+1.4风荷载；c) 1.2恒荷载+1.4活荷载 +1.40.6风荷载d) 1.2恒荷载+1.40.7活荷载+1.4风荷载表 3-4 各组合作用下截面内力表1.2D+1.4L 1.2D+1.4W 1.2D+0.85（1.4L+1.4W)截面 NVMNVMNVM1 -47.5 25.7 0.0 27.1 -19.6 0.0 45.5 -28.8 0.0
8、 2 -47.5 -25.7 0.0 12.0 -2.4 0.0 32.5 10.0 0.0 3 -47.5 25.7 -154.8 27.1 -12.7 96.0 45.5 -22.9 154.7 4 -47.5 -25.7 -154.8 12.0 12.8 30.6 32.5 23.0 98.6 5 -25.7 -47.3 -154.8 0.1 27.1 96.0 12.1 45.4 154.7 6 -25.7 47.3 -154.8 -3.0 -11.7 30.6 9.5 -32.2 98.6 7 -25.7 0.3 99.4 0.1 -2.4 -38.7 12.1 -2.2 -79.7
9、 四、 控制截面根据上表得：最不利荷载下的控制截面分别为：1. 柱：3（4）截面2. 梁：5（6）截面这些截面在不考虑自重时，弯矩最大，轴力最大，所以取为控制截面。8 -25.7 -0.3 99.4 -4.1 -1.6 -38.7 8.5 -1.3 -79.7 五、 截面初选：按压弯构件设计截面，且因为控制截面上的弯矩相同，所以只需进行一次计算即可。刚架在第一种荷载组合时，构件的弯矩和轴力最大，所以根据第一种荷载组合下的内力值选择截面。1. 需要的截面抵抗矩：将弯矩扩大 1.2倍，按受弯构件计算W653max1.254.810.2810mMf2. 选择截面选用组合工字钢截面 500200810
10、，如图：图 3-7 组合工字钢截面图3. 截面验算 22018407mAI3341(59)163.W.5920I满足要求。 3647.514.81021585.3NMfA 2+=24N/m /满足要求。4 考虑自重后的截面验算一、 考虑自重下的内力分析1. 自重计算方法：构件截面积为 ， 钢材密度为 ，则，27840Am35Q37.85g/cm自重下的线荷载为： 6331.9.810.6kN/qAg 经计算可得，各截面在自重下的内力，如表 4-1所示：表 4-1 各截面在自重下的内力表自重截面 NVM1 -10.9 7.6 02 -10.9 -7.6 03 -7.3 7.6 -23.84 -7
11、.3 -7.6 -23.85 -7.6 -10.8 -23.86 -7.6 10.8 -23.87 -7.6 0 11.48 -7.6 0 11.43. 将自重考虑到恒载中后，恒载下的各截面内力值为：图 4-1 考虑自重恒载下的各截面内力图4. 考虑自重后，各种荷载组合下的内力值如下表 4-2表 4-2 考虑自重各种荷载组合下的内力值表1.2.4DL1.2.4DW1.20.8541.DLW截面 NVMNVMNVM1 -60.6 34.9 0 27.1 -19.6 0 45.5 -27.4 -20.22 -60.6 -34.9 0 12.0 -2.4 0 32.5 12.8 -20.23 -56
12、.3 34.9 -183.4 27.1 -12.7 96.0 45.5 -18.7 134.54 -56.3 -34.9 -183.4 12.0 12.8 30.6 32.5 28.6 78.55 -34.9 -60.2 -183.4 0.1 27.1 96.0 12.1 52.4 143.86 -34.9 60.2 -183.4 -3.00 -11.7 30.6 9.5 -23.8 87.77 -34.9 -4.1 113.1 0.1 -2.4 -38.7 12.1 7.6 -90.68 -34.9 4.1 113.1 -4.1 -1.6 -38.7 8.5 9.9 -90.6二、 控制截面
13、的选择控制内力组合项目有：1. max与相应的 ， (以最大正弯矩控制) 截面 3、4、5、6MNV2. max与相应的 ， (以最大轴力控制) 截面 1、2三、 控制截面的验算1. 控制截面参数表 4-3 控制截面参数表截面规格 2m面 积 4m10轴 惯 性 矩绕 4m103轴 惯 性 矩绕1082H507840 1335 313862. 宽厚比验算按门式钢架轻型房屋结构技术规程（CECS102：2002）（以下简称技术规程）第 6.1.1条规定验算。a) 翼缘板自由外伸宽厚比 4.123516.91028yf满足规程限值要求。b) 腹板高厚比 20635206825yf满足规程限值要求。
14、3. 刚架梁的验算a) 抗剪验算梁截面最大剪力为 。max46.2V 215N/mvf9.7kdwvht,满足要求。maxdVb) 压弯共同作用下的验算 269.1kNmMWf1.487.154.8kNNee MAc) 整体稳定验算I 横梁平面内整体稳定验算计算长度取横梁长度 1206mxl207.601.xilb类截面，查得 807.x211403kNERXAN22114.0723.9618.0N/m15/()mxxeeEMN fAW满足要求。其中 =1.087为材料分项系数； 。RmxII 横梁平面外整体稳定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，檩条可作为横梁平面外的支承点
15、，但为了安全起见，计算长度按两个檩条间距考虑，即 =3016mm。yl对于等截面构件 =0，按公式0.1ws59762.43y根据试验，按 b类截面，查得 0420233()(.ysbyxwytAhWhf =2.430.6b取 954.03.2807.1 b取 t 2114.629.13.tyebeMNNmAW满足要求。4. 刚架柱的验算a) 抗剪验算柱截面最大剪力为 25.74KN 215/vfNm9.7kdwvVhtfVmax0.6b取 954.03.2807.1 b取 tN/mm256.13729.58.11 ebteyWMAN满足要求 。5 位移及挠度验算一、 柱顶水平位移验算：1.
16、内力分析由于在风荷载作用下，柱顶的弯矩最大。所以仅进行在风荷载作用时，柱顶的水平位移验算。此时，刚架的弯矩图为：图 7-1 左风 弯矩图2. 位移计算采用结构力学中的图层法计算刚架柱顶水平位移。a) 用力法求出在单位 1力作用在柱顶时的弯矩图；图 7-2 单位力弯矩图b) 对这两个图使用图层法在此，因为刚架构件可视为压弯构件，计算位移时可仅计弯矩影响。cyEI222121170.96.86.856.8238.0.4.9111.(.83)6.2(8.964)12324.908.313 25460.836.412.60.832.608317.1 12549.72693.500186.5m/8H（
17、）符合要求。二、 横梁挠度验算：1. 内力分析由于在恒载和活载共同作用下，横梁上弯矩最大。所以进行再恒载和活载组合下，柱顶的水平位移验算。此时，刚架 ，在此荷载下，荷 载 标 准 值 =1.0恒 载 +.活 载 =1.2+83kN/m刚架的弯矩图为：2. 位移计算采用结构力学中的图层法计算刚架柱顶水平位移。a) 用力法求出在单位 1力作用在柱顶时的弯矩图；b) 对这两个图使用图层法 cyEIm962504.511380624.7. 2)4.( 47.012).8614(2).8(17.86)1.326.12( LEI满足要求。6 节点设计一、 梁柱节点验算1. 梁柱节点螺栓强度验算梁柱节点采用
18、 10.9级 摩擦型高强度螺栓连接.构件接触面采用处理方法为20M喷砂,摩擦面搞滑移系数=0.5,每个高强螺栓的预拉力为 ,连接处内力15kNP设计值: 183.4kNm, 41.0k, 34.86Va) 螺栓承受的最大拉力 122.3.86.7N4019tiMyNn0.12kP螺栓抗拉满足要求。b) 每个螺栓的剪力 41.05.3kN8vVNn0.96.75kbvfnP螺栓抗剪满足要求.最外排螺栓验算 41.05.3k8vn0.96.75kNbvfnP满足要求。2. 端板厚度验算端板厚度取 t=20mm, 接两边支承端板外伸计算3665014.7019.m2(5)22()fwteNtbf满足
19、要求。3. 节点域剪应力计算 62183.409.5kN/mbcMdt2180/满足要求4. 螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值为 22183.40934.86.7kNtiMyNn0.462kP226.7.5k/m508twe215/刚架梁腹板强度满足要求。二、 梁梁结点验算截面设计与梁柱结点处设计相同。连接处内力设计值:M9.4kNm, V41.0k, N25.74k因内力都比梁柱结点处小,可适当调小端板厚度，取 1mt36650.910.9m2(5)22()fwteNtbf满足要求。三、 柱脚设计.1. 底板验算,轴力230mBL60.kN作用在底板单位面积上的压力为
20、 3260.1.5/2NqBL21.5/mcf区格单位宽度的最大弯距,按三边技承计算由 查表得7.015ab0.792291.53.5kNMq底板厚度为取 63.7m205tf 12t2. 抗剪连接件：按构造在每个柱底设置两个抗剪连接件。3. 柱脚与基础的连接构造用两个直径为 ，材料为 钢的锚栓。Q357 变截面设计一、 斜梁的变截面设计1. 斜梁的跨中弯矩计算： 2 257113-14.8672.88Mql kNm中2. 截面初选拟用跨中选用截面 0H0截面特性如下： 2m642812A431097030I 44568197yIW3. 强度验算： 2263 mN157.5840.2608.4 fMAN满足要求。4. 变截面形式a) 斜梁的截面变化为两端从与柱顶链接处开始，至离柱顶距离 4m的地方，截面逐渐减小为 ；108230 Hb) 离柱顶距离为 48m的梁段截面为 ；10823 Hc) 离柱顶 8m处起截面逐渐变大至屋脊为 .5梁腹板高度变化率为 ，满足要求。m6035二、 柱的变截面设计1. 柱脚内力， 60.kN ,M=2. 截面初选拟用 1820 H截面特性如下：2m54018201A223 N1.546. fN满足要求。柱腹板高度变化率为： ，满足要求。m60620
