单层工业厂房设计说明

《钢结构》课程设计报告题目：单层工业厂房设计院（系）：城市建设学院专业班级：土木1304班学生姓名：张伟学号：20133101168指导教师：邹思敏2016年5月8日至2016年5月14日武昌首义学院制目录一、设计资料……………………………………………………………………………8二、结构平面柱网及支撑………………………………………………………………8三、荷载计算……………………………………………………………………………81.计算模型…………………………………………………………………………82.荷载取值…………………………………………………………………………83.截面内力…………………………………………………………………………94.荷载组合………………………………………………………………………135.内力组合………………………………………………………………………13四、梁柱截面设计……………………………………………………………………151.截面尺寸确定…………………………………………………………………152.截面几何特性…………………………………………………………………153.构件宽厚比验算………………………………………………………………15四、刚架斜梁验算……………………………………………………………………151.抗剪验算……………………………………………………………………162.有效宽度计算及在M、N、V共同作用下的验算……………………………163.斜梁的整体稳定验算…………………………………………………………17五、刚架柱验算………………………………………………………………………171.抗剪验算………………………………………………………………………182.有效宽度计算及在M、N、V共同作用下的验算……………………………183.斜梁的整体稳定验算…………………………………………………………19六、节点设计…………………………………………………………………………201.构造要求………………………………………………………………………212.节点验算………………………………………………………………………22钢结构课程设计任务书一、设计题目1、单层工业厂房设计一、设计资料单层厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m（a）、15m（b）、18m（c），柱顶高度5.1m（a、b）、6.3m（c），共有8榀刚架。柱距6.3m（a）6m（b、c），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。取中间跨刚架(GJ-1)进行计算，刚架构件截面采用变截面焊接工字形。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。钢材采用Q235B，焊条E43型。抗震设防烈度为6度。二、荷载1、屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）：a0.35kN/㎡b0.4kN/㎡c0.5kN/㎡2、屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：a0.5kN/㎡b0.4kN/㎡c0.3kN/㎡3、雪荷载（基本雪压）：a0.3kN/㎡b0.35kN/㎡c0.5kN/㎡4、风荷载（基本风压）：a0.35kN/㎡（地面粗糙度系数按C类）b0.45kN/㎡c0.35kN/㎡三、课程设计要求1、根据设计资料进行结构布置（含屋面支撑和柱间支撑）。并绘制结构平面布置图（1:100）参考图：2、绘制屋面和墙面支撑系统的布置图（1:100）提示：布置屋面檩条、拉条、隅撑；布置墙面墙梁、拉条、隅撑。布置墙面檩条时，注意预留门窗洞口的空间。3、根据题目给定的荷载，进行荷载组合。找出各构件的控制截面及内力值，并根据内力值对刚架梁和刚架柱以及一个梁柱刚性节点进行设计。出具相关计算书。（门式刚架内力分析可借助分析软件）4、绘制GJ-1的施工图。要求对每一个单元板件均编号并列入材料表并计算重量由此统计单榀刚架总重量。参考图：5、绘制不少于两个节点详图；绘制3个零件大样。（比例自定）参考图：6、要求刚架柱和刚架梁均按变截面设计。七、参考资料推荐1、《门式刚架轻型房屋钢结构(无吊车)》（02SG518-1）2、《钢结构课程设计指导与设计范例》王静峰主编武汉理工大学出版社3、其它与钢结构设计实际例子的书籍均可参考。指导教师（签名）：20年月日课程设计成绩评定表成绩评定项目比例得分平时成绩（百分制记分）30%业务考核成绩（百分制记分）70%总评成绩（百分制记分）100%评定等级优良中及格不及格指导教师（签名）：20年月日一、设计资料该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度18m，柱顶高度6.3m，共8榀刚架，柱距6m，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。刚架构件截面采用变截面焊接工字形。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。钢材采用Q235B，焊条E43型。抗震设防烈度为6度。荷载取值：屋面不可变荷载标准值（按水平投影面）0.4kN/㎡；屋面可变荷载标准值（按水平投影面）0.4kN/㎡；基本雪压0.35kN/㎡；基本风压0.45kN/㎡，地面粗糙度系数按C类，柱与墙自重0.5kN/㎡。二、结构平面柱网及支撑该厂房跨度18m，柱距6m,共8榀刚架，所以厂房纵向长度6×（8-1）=42m,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。三、荷载计算1、计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用变截面设计。跨度18m，柱高6.3m，屋面坡度1:10。计算模型为:2、荷载取值（1）屋面不可变荷载标准值：0.5kN/㎡×6m=3.0kN/m柱及墙自重标准值：0.5kN/㎡×6m=3.0kN/m（2）屋面可变荷载标准值：0.3kN/㎡×6m=1.8kN/m雪荷载标准值：0.5kN/㎡×6m=3.0kN/m雪荷载不与屋面可变荷载同时考虑，应取两者较大值3.0kN/m（3）风荷载以风左吹为例计算，根据公式005.1zsKW计算风压高度变化系数z应根据建筑物离地面或海平面的高度以及地面的粗糙程度进行确定，按《荷载规范》中表7.2.1取值为z=0.74。风荷载体型系数s按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中附录A.0.2取值。风荷载体型系数如下：迎风面：侧面：2/068.025.035.074.005.1mKNWkmKN/408.06068.0q1屋顶：2/272.0-0.1-35.074.005.1mKNWk）（mKN/632.1-6272.0-q1背风面：侧面：2/150.0-55.0-35.074.005.1mKNWk）（mKN/90.0-6150.0-q1屋顶：2/177.0-65.0-35.074.005.1mKNWk）（mKN/062.1-6177.0-q1荷载简图如下所示：12345(1)(2)(3)(4)风荷载作用下（4）水平地震作用由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重小，当抗震设防烈度为7度及7度以下时，一般不需进行抗震验算。3、截面内力根据各个计算简图，利用结构力学求解器计算内力，得结构在各种荷载作用下的内力图。(1)在不可变荷载作用下内力图：12345(1)(2)(3)(4)-62.57-62.5749.9949.99-62.57-62.57M图（KN.m）12345(1)(2)(3)(4)-27.00-9.88-12.57-12.57-9.88-27.00N图（KN）12345(1)(2)(3)(4)-9.9325.88-0.990.99-25.889.93V图（KN）（2）在雪荷载作用下内力图12345(1)(2)(3)(4)-62.57-62.5749.9949.99-62.57-62.57M图（KN.m）12345(1)(2)(3)(4)-27.00-9.88-12.57-12.57-9.88-27.00N图（KN）12345(1)(2)(3)(4)-9.9325.88-0.990.99-25.889.93V图（KN）（3）在风荷载作用下的内力图：12345(1)(2)(3)(4)38.4938.49-20.11-20.25-20.1113.4613.46-0.67M图（KN.m）12345(1)(2)(3)(4)14.406.236.288.37N图（KN）12345(1)(2)(3)(4)7.404.82-13.850.89-0.367.78-5.481.20V图（KN）4.荷载组合该结构值考虑屋面不可变荷载、雪荷载、风荷载。所以进行刚架内力分析时，所需考虑荷载效应组合主要有：（1）1.2x永久荷载+1.4x{屋面活荷载，雪荷载}max+1.4x0.7x风荷载（2）1.2x永久荷载+1.4x0.7x{屋面活荷载，雪荷载}max+1.4x风荷载（3）1.0x永久荷载+1.4x风荷载5.内力组合根据不同荷载组合下的内力分析结果，找到控制截面的内力组合。控制截面的位置一般在柱底、柱顶、梁端、梁跨中等截面，控制截面内力组合主要有：最大轴压力maxN和同时出现的M及V较大值最大弯矩maxM和同时出现的N及V较大值最小轴压力minN和同时出现的M及V较大值其内力组合如下表所示:截面内力永久荷载雪荷载风荷载1.2x永久荷载+1.4x雪荷载+1.4x0.7x风荷载1.0x永久荷载+1.4x风荷载柱小头M00000N-27.00-27.0014.40-56.09-6.84V-9.93-9.937.40-18.570.43柱大头M-62.57-62.5738.49-125.00-8.68N-27.00-27.0014.40-56.09-6.84V-9.93-9.934.82-21.09-3.18梁大头M-62.57-62.5738.49-125.00-8.68N-12.57-12.576.23-26.58-3.85V25.8825.88-13.8553.726.49梁小头M49.9949.99-20.11110.2721.84N-9.88-9.886.23-19.58-1.158V-0.99-0.990.89-1.700.256由上表可知，各截面的内力为：柱脚截面：M=0，N=-56.09KN，V=-18.57KN柱顶截面：M=-125.00KN.m，N=-56.09KN，V=-21.09N梁端截面：M=-125.00KN.m，N=-26.58KN，V=53.72KN梁跨中截面：M=110.27KN.m，N=-19.58KN，V=-1.70KN四、梁柱截面设计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wt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=2-5mm；梁与柱采取端板竖放连接时，该梁端h/b≤6.5。（3）变截面梁的端高不宜小于跨度的1/40~1/35，中段高度则不小于跨度的1/60。变截面柱在铰接柱脚处的截面高度不宜小于200-250mm。综上所述，选择梁柱截面尺寸为：梁大头500x250x8x14小头400x200x6x8柱大头500x250x8x14小头400x200x6x82.截面几何特性构件名称截面A（2mm）xI（4mm）yI（4mm）xW（3mm）xi（mm）yi(mm)梁大头10776483563648193421258小头550415126106775