钢结构设计计算书(参考版)

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。22750.6450/160/mmEPSmmNmmgmm2y屋面和墙面采用厚夹芯板，底面和外面二层采用厚镀锌彩板，锌板厚度为275/gm；檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z形钢檩条，屈服强度f，镀锌厚度为。(不考虑墙面自重)自然条件：基本风压：20.5/OWKNm，基本雪压20.3/KNm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11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；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在和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：0.182/KNm檩条支撑：0.152/KNm横梁自重：0.152/KNm总计：0.482/KNm屋面雪荷载：0.32/KNm屋面活荷载：0.52/KNm（和雪荷载不同时考虑）柱自重：0.352/KNm风载：基本风压200.5/WkNm3.各部分作用荷载：（1）屋面荷载：标准值：10.4894.30/cosKNM柱身恒载：0.3593.15/KNMkn/mkn/mkn/m（2）屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载10.5094.50/cosKNMkn/m（3）风荷载0101.0kzszshm以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：（地面粗糙度B类）风载体形系数示意图2122231.00.250.50.125/0.12591.125/1.01.00.50.50/0.5094.5/1.00.550.50.275/0.27592.475/1.00.650kNmqkNmkNmqkNmkNmqkNmkkkk迎风面侧面，屋顶，背风面侧面，屋顶24.50.325/0.32592.925/kNmqkNm，荷载如下图：30058486xykn/mkn/mkn/mkn/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68梁的截面高度h一般取(1/301/45)l,故取梁截面高度为600mm；暂取H600300，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2()mmxI64(10)mmxW43(10)mmyI64(10)mmyW43(10)mmximmyiMm柱60030068H72009472520173362423461.6梁60030068H105529472520173362423461.68668612522.06109472101.9510,2.061052010101.0710xEAknEIknm（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：计算项目计算简图及内力值(M、N、Q)备注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(拉为正，压为负)活荷载作用活荷载(标准值)弯矩图弯矩图活荷载作用活荷载(标准值)剪力图剪力图“+”→轴力图(拉为正，压为负)活荷载(标准值)轴力图风荷载作用风荷载(标准值)弯矩图.风荷载(标准值)剪力图风荷载(标准值)轴力图弯矩图剪力图“+”→轴力图(拉为正，压为负)（3）内力组合(由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而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：①1.2*恒载效应+1.4*活载效应②1.2*恒载效应+1.4*风载效应③1.2*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-19.32-18.0524.55Ⅱ－ⅡM-127.84-129.94147.59N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45Ⅲ－ⅢM-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.08Ⅳ－ⅣM92.8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81内力组合值截面内力1.21.4恒＋活1.2恒+1.4风1.2恒+1.40.85(风+活）Ⅰ－ⅠM000N-120.5811.30-54.85Q-48.4511.19-15.45Ⅱ－ⅡM-335.3353.22-132.40N-120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09Ⅲ－ⅢM-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93Ⅳ－ⅣM246.782.79134.16N-57.82-3.36-28.03Q5.790.083.164.截面验算控制内力组合项目有：①＋Mmax和相应的N，V(以最大正弯矩控制)②－Mmax和相应的N，V(以最大负弯矩控制)③Nmax和相应的M，V(以最大轴力控制)④Nmin和相应的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0120.5848.45MNKNQKN，，2-2截面的控制内力为335.33120.5848.45MKNMNKNQKN，，3-3截面的控制内力为335.3364.30115.40MKNMNKNQKN，，4-4截面的控制内力为246.7857.825.79MKNMNKNQKN，，A：刚架柱验算：取2-2截面内力平面内长度计算系数：00010.520.451.4620.451.462.667.27.22.6619.1xRRlKIHHMcI，其中K=，，，7200/23600mm0Y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H19100360081.658.423461.6xy，⑴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。①柱翼缘1504223523512.171515156235ybtf（满足要求）②柱腹板600162352351462502502504235wwyhtf（满足要求）（2）柱有效截面特征max4min2maxmin0max00335.33120.5848.45947217310206.5612.73193.83/181.10206.56181.101.88206.5658497480.526.21056XxwMKNMNKNQKNNMAWNmmht36，，120.5810335.3310.28因9770，故可以考虑屈曲后强度。220.5181.10.88206.56584206.56311.2206.561621.28[(1)0.112(1)]1/584/80.8,28.1235/28.121.28148.45/3cwwpy21max由于考虑屈曲后强度：=181.1kk则，截面全部有效。（3）抗剪强度验算：柱截面的最大剪力为V'2'3584/80.857235/375.3410.81.4,[10.64(0.8)]0.973125121.63/5848121.6310ywvwvdwwvfffNmmVhtfmaxk则V,满足要求。460.5/1731021510371.95/371.95120.58371.95/9472371.9522.59367.2NdeeeeeeNeeeeVVMMMNWAMWfkNmMMNWAkNmkNm弯剪压共同作用下的验算:因为，按公式进行验算，其中335.33，满足要求。225'22'81.6180,/23581.60.6813.142.061094722388,1.0,(1.1)(1.181.6)1.0[10.8(/)]xxyExmxxmxxxxExxfbEANkNMNANNWx3（4）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C-2查得，则120.581030.681947242120.5817310(10.8)238818.69192.39211.08/Nmmf635.33101.05满足要求。刚架柱平面外稳定性验算：2122364/23558.40.81810.650.350.650.350.825258.41.071.070.99440044000120.58100.825335.33101.00.81894720.991731015.5ytxbtxxbpxfbMMMAWyy类截面，由《钢结构设计规范》查得，N则26161.52177/Nmmf满足要求。B：刚架梁验算：取3-3截面内力335.3364.30115.40MKNMNKNQKN，，⑴局部稳定验算③梁翼缘1504223523512.171515156235ybtf（满足要求）④梁腹板600162352351462502502504235wwyhtf（满足要求）（2）梁有效截面特征24220.5193.83/17310115842922161623.91[(1)0.112(1)]10.1124/584/80.530.8,28.1235/28.123.91XcwwpyMNmmWhmmhtf61221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。335.3310=kk'2'31115.45.34/584/80.8537235/375.3410.81.4,[10.64(0.8)]0.973125121.63/5848121.6310568.25maxmax则，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Vkk则V,满足要求。弯矩作用下的验算:461731021510371.95dMMkNmm335.33kN，满足要求。48.70.86y梁梁柱柱y（4)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NN，M=M，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