钢结构厂房计算书

1一、设计资料1.1厂房信息该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m，柱顶高度5.1m，共8榀刚架，柱距6.3m，屋面坡度1/10，柱底铰接。窗高出柱脚1.5m，尺寸为1.5x3m，每个柱距间居中设置一个。两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为3.3x4.5m。1.2材料刚架构件截面采用等截面焊接工字形。钢材采用Q235B，焊条E43型。1.3屋面及墙面材料屋面及墙面均为带100mm厚岩棉夹层的双层压型钢板；檩条（墙梁）采用薄壁卷边C型钢，间距为1.5m。1.4自然条件抗震设防烈度为6度（不考虑地震作用）。地面粗糙度系数按C类。二、结构布置该厂房跨度12m，柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵向长度6.3×（8-1）=44.1m,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。柱间支撑宜布置在温度区段的中部，以减小纵向温度应力的影响。并在屋盖相应部位设置檩条、拉条及撑杆，同时应该在柱间支撑布置的柱间布置屋盖横向水平支撑。由于无吊车，且柱高柱距，因此柱间支撑不用分层布置。结构布置图见附录2.1截面尺寸确定（1）焊接工字型截面尺寸：截面高度h以10mm为模数；截面宽度b以5mm为模数，但工程中经常以10mm为模数；腹板厚度tw可取4mm、5mm、6mm，大于6mm以2mm为模数；翼缘厚度t≥6mm，以2mm为模数，且大于腹板厚度。（2）工字型截面的高厚比（h/b）：通常取h/b=2～5；梁与柱采取端板竖放连接时，该梁端h/b≤6.5。（3）等截面梁的截面高度一般取跨度的1/40～1/30，即300mm～400mm。综上所述，初步选择梁柱截面均用等截面H型钢300×300×10×1522.2截面几何特性构件名称截面A（mm²）Ix×104𝑚𝑚Iy×104𝑚𝑚Wx×103𝑚𝑚ixmmiymmWy×103𝑚𝑚梁11850202006750135013175.5450柱11850202006750135013175.5450三、荷载计算荷载计算简图3.1荷载取值计算（1）屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）：0.5kN/㎡（包括构件自重）；（2）屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：0.4kN/㎡；（3）基本雪压S0=0.35kN/㎡；对于单跨双坡屋面，屋面坡度α=5.71,μz=1.0雪荷载标准值SK=S0×μz=0.35kN/㎡0.4kN/㎡,取屋面活荷载和雪荷载中的较大值为0.4kN/㎡，不考虑积灰荷载。3（4）基本风压：0.35kN/㎡。按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的规定计算，基本风压ω0=1.0×0.35=0.3675kN/㎡，地面粗糙度系数按C类。风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用,μz=0.74。风荷载体型系数μs，迎风面柱及屋面分别为+0.80和-0.60，背风面柱及屋面分别为-0.50和-0.50。3.2荷载标准值计算（1）屋面恒荷载标准值：0.5×6.3=3.15kN/m（2）屋面活荷载标准值：0.4×6.3=2.52kN/m（3）风荷载标准值：qk=1.05μsμzω0×柱距迎风面：柱上q1=1.05×0.8×0.74×0.3675×6.3=1.44kN/m横梁上q2=-1.05×0.6×0.74×0.3675×6.3=-1.08kN/m背风面：柱上q3=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90kN/m横梁上q4=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90kN/m荷载简图如下所示：四、内力计算及组合4.1刚架内力计算注：剪力图：“+”表示方向“→”；轴力图：拉为正，压为负。(1)在不可变荷载作用下内力图1.44kN/m1.08kN/m0.90kN/m0.90kN/m4M图（单位kN·m）V图（单位kN)12345(1)(2)(3)(4)-28.88-28.8824.4224.42-28.88-28.8812345(1)(2)(3)(4)-5.6618.24-0.560.56-18.245.665N图（单位kN）(2)在可变荷载作用下内力图12345(1)(2)(3)(4)-18.90-5.64-7.52-7.52-5.64-18.9012345(1)(2)(3)(4)-23.11-23.1119.5319.53-23.11-23.116M图（单位kN·m）V图（单位kN）N图（单位kN）12345(1)(2)(3)(4)-4.5314.59-0.450.45-14.594.5312345(1)(2)(3)(4)-15.12-4.51-6.01-6.01-4.51-15.127(3)在风荷载作用下内力图（左风）M图（单位kN·m）V图（单位kN）12345(1)(2)(3)(4)23.9623.96-7.98-7.98-5.93-11.08-5.93-6.6112345(1)(2)(3)(4)8.371.03-8.55-2.04-2.373.05-1.133.468N图（单位kN）(4)在风荷载作用下内力图（右风）12345(1)(2)(3)(4)8.701.891.443.1812345(1)(2)(3)(4)-5.89-8.06-5.89-7.12-10.60-7.1223.9923.999M图（单位kN·m）V图（单位kN）N图（单位kN）12345(1)(2)(3)(4)-4.832.52-2.922.511.908.41-2.41-7.0012345(1)(2)(3)(4)3.182.823.268.70104.2荷载组合该结构只考虑承受屋面不可变荷载、屋面可变荷载、风荷载，所以进行刚架内力分析时，所需考虑的荷载效应组合主要有：（1）1.2×不可变荷载+1.4×max{可变荷载，雪荷载}；（2）1.2×不可变荷载+1.4×风荷载；（3）1.2×不可变荷载+0.85×1.4×（不可变荷载+风荷载）4.3内力组合根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底（1-1）、柱顶（2-2）、梁支座（3-3）、梁跨中（4-4）等截面。控制截面的内力组合主要有：①最大轴压力Nmax和同时出现的M及V较大值。②最大弯矩Mmax和同时出现的N及V较大值。鉴于轻型门式刚架自重较轻，锚栓在强风下可能受到拔起力，需考虑③组合。③最小轴压力Nmin和同时出现的M及V较大值，出现在不可变荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。控制截面示意图截面内力恒荷载活荷载风荷载1.2不可变+1.4可变荷载1.2不可变+1.4风荷载1.2不可变+1.4*0.85（可变+风荷载）11各情况下的截面内力值及组合值由上表可知，各控制截面的内力为：柱底截面：M=0，N=-44.60kN,V=-13.36kN柱顶截面：M=-68.16kN·mN=-44.60kNV=-13.36kN梁支座截面：M=-68.16kN·mN=-17.74kNV=43.04kN梁跨中截面：M=57.62kN·mN=-13.31kNV=-3.64kN五、刚架梁、柱的截面及稳定验算5.1构件的宽厚比验算翼缘部分：b/t=145/15=9.67≤15√235/𝑓𝑦=15，满足；腹板部分：h0/tw=270/10=27≤250√235/𝑓𝑦=250，满足。5.2刚架梁的验算1-1M000000N-18.90-15.128.70-44.60-16.02-30.32V-5.66-4.538.37-13.362.21-3.352-2M-28.88-23.1123.96-68.16-11.68-39.42N-18.90-15.128.70-44.60-16.02-30.32V-5.66-4.531.03-13.36-6.69-10.963-3M-28.88-23.1123.96-68.16-11.68-35.67N-7.52-6.011.89-17.74-8.26-13.93V18.2414.59-8.5543.04-35.8029.084-4M24.4219.53-7.9857.62-43.7643.05N-5.64-4.511.89-13.31-10.16-9.89V-0.56-0.45-2.04-1.32-3.23-3.6412（1）梁的抗剪验算梁支座V=43.04kN查书可知34.5k梁支座处腹板的平均切应力：τ=𝑉ℎ𝑤𝑡𝑤=43040270×10=15.94N/mm2所以𝜆𝑤=ℎ𝑤/𝑡𝑤37√𝑘𝜏√235/𝑓𝑦=270/1037√5.34√235/235=0.32≤0.8，满足；故vwwdfthV270×10×125=337.5kN40.04kN,满足。梁跨中V=-3.64kN查表可知34.5k梁跨中腹板的平均切应力：τ=𝑉ℎ𝑤𝑡𝑤=3640270×10=1.35N/mm2所以𝜆𝑤=ℎ𝑤/𝑡𝑤37√𝑘𝜏√235/𝑓𝑦=270/1037√5.34√235/235=0.32≤0.8，满足故vwwdfthV270×10×125=337.5kN3.64kN,满足。综上所述：梁的抗剪强度满足要求。（2）有效宽度验算梁支座处：M=-68.16kN·mN=-17.74kNV=43.04kNσ=𝑁𝐴±𝑀∙𝑦𝐼𝑥=17.74×10311850±68.16×106×13520200×104=1.50±45.55所以σ1=47.05N/mm2fσ2=-44.05N/mm2β=𝜎2𝜎1=−44.0547.05=−0.936𝑘𝜎=16√(1+𝛽)2+0.112(1−𝛽)2+(1+𝛽)=22.35λρ=ℎ𝑤/𝑡𝑤28.1√𝑘𝜎√235/(𝛾𝑅𝜎1)=270/1028.1×√22.35×√235/(1.087×47.05)=0.0950.8，满足所以腹板全截面有效M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kN∙m𝑀𝑁=𝑀−𝑁𝑊𝑋𝐴=290.25−17.74×135011850=288.23kN∙m68.16kN∙m，满足。（3）整体性验算当斜梁不超过1:5时，因为轴力很小可以把构件当做压弯构件计算，由于该厂房的坡度为1:10，因此可以不进行稳定性验算。5.3刚架柱的验算（1）抗剪验算柱顶：柱的内力V=13.36kN查书可知34.5k柱顶腹板的平均切应力：τ=𝑉ℎ𝑤𝑡𝑤=13360270×10=4.95N/mm213𝜆𝑤=ℎ𝑤/𝑡𝑤37√𝑘𝜏√235/𝑓𝑦=270/1037√5.34√235/235=0.32≤0.8，满足；vwwdfthV270×10×125=337.5kN13.36kN,满足。柱底：柱的内力V=13.36kN查书可知34.5k柱底腹板的平均切应力：τ=𝑉ℎ𝑤𝑡𝑤=13360270×10=4.95N/mm2𝜆𝑤=ℎ𝑤/𝑡𝑤37√𝑘𝜏√235/𝑓𝑦=270/1037√5.34√235/235=0.32≤0.8，满足；vwwdfthV270×10×125=337.5kN13.36kN,满足。所以柱的抗剪强度满足要求。（2）有效宽度验算柱顶M=-68.16kN·mN=-44.60kNV=-13.36kNσ=𝑁𝐴±𝑀∙𝑦𝐼𝑥=44.60×10311850±68.16×106×13520200×104=3.76±45.55所以σ1=49.31N/mm2fσ2=-41.79N/mm2β=𝜎2𝜎1=−41.7949.31=−0.847𝑘𝜎=16√(1+𝛽)2+0.112(1−𝛽)2+(1+𝛽)=20.26λρ=ℎ𝑤/𝑡𝑤28.1√𝑘𝜎√235/(𝛾𝑅𝜎1)=270/1028.1×√20.26×√235/(1.087×49.31)=0.1020.8，满足。故腹板全截面有效M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25