門式鋼架廠房計(jì)算實(shí)例

PAGEI目錄1.1建筑平面設(shè)計(jì) 11.2建筑立面設(shè)計(jì) 45.4位移驗(yàn)算 186.1設(shè)計(jì)說明 21圖7-1墻梁布置簡圖 297.1荷載計(jì)算 297.3截面選型及驗(yàn)算 313強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算 387.4拉條計(jì)算 4111節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 4211.1柱腳設(shè)計(jì) 4212.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料 5912.2基礎(chǔ)底面尺寸設(shè)計(jì) 6014參考文獻(xiàn) 65[23]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003-2001） 6715致謝 671建筑設(shè)計(jì)本建筑依據(jù)其功能要求設(shè)計(jì)成單層的單坡雙跨剛架承重廠房，適用于《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)規(guī)程》（CECS102）。建筑占地面積為：105m×48m=5040。平面詳細(xì)情況見建筑物的平面圖。功能布置依據(jù)所給出的建筑功能和相關(guān)規(guī)范要求，進(jìn)行建筑內(nèi)部的設(shè)計(jì)如下：1.1建筑平面設(shè)計(jì)本廠房平面設(shè)計(jì)考慮到現(xiàn)在較常用的剛架承重方案，采用輕型門式剛架?？紤]柱距的經(jīng)濟(jì)性和受理的均勻合理性，所以縱向柱距取7.5m。此外，考慮到抗震設(shè)計(jì)的一些要求，建筑物應(yīng)力求規(guī)則。因此，本次設(shè)計(jì)在平面上采用較為簡單平面布置。對(duì)于建筑物大門的設(shè)置，考慮到有重型吊車出入，在左右山墻上采用4.5m×4.5m的推拉門。建筑物縱向墻體考慮到人員及設(shè)備的出入方便上，采用3.6m×3.6m的推拉門。屋頂為不上人屋頂，屋頂排水采用有組織外檐溝排水，層頂排水坡度為10%，檐溝內(nèi)排水坡度為0.002。各詳細(xì)情況表達(dá)見圖1-1廠房平面圖和圖1-2屋頂平面圖圖1-1廠房平面圖圖1-2屋頂平面圖1.2建筑立面設(shè)計(jì)考慮到排架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，柱間盡量多用窗，使窗與柱及窗間墻之間形成了有節(jié)奏的虛實(shí)對(duì)比，顯得明快、活潑，同時(shí)也得到了良好的采光效果。大門2個(gè)，均勻布置。除了在1.5米高處設(shè)窗之外，在排架柱上部采用貫通的窗以減輕自重和增加廠房內(nèi)部通風(fēng)的功能。懸掛式雨蓬的運(yùn)用，和大門的設(shè)置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流導(dǎo)向的作用。建筑立面詳圖見圖1-3圖1-3正立面圖1.3建筑剖面建筑剖面從廠房軸線11-12處剖斷，剖斷處的各詳細(xì)表達(dá)見圖1-31.3.1建筑做法：1 屋面做法：II 級(jí)防水，不上人，保溫隔熱，2 地面做法：01ZJ001，地19，陶瓷地磚地面?？偤?35mm.3 墻面做法：01ZJ001外墻22，涂料外墻面（一），總厚20mm，4 踢腳做法：01ZJ001，踢22（150高），面磚踢腳（一），總厚30mm，5 散水做法：01ZJ001，散4，水泥砂漿散水（二），總厚120mm。5門式剛架的計(jì)算和選型5.1截面選型5.1.1構(gòu)件截面幾何參數(shù)梁柱采用國內(nèi)焊接H型鋼，截面示意圖如下圖所示：由于有吊車荷載，為滿足剛度要求，柱采用實(shí)腹等截面，梁也采用實(shí)腹等截面。所選取的截面如下所示：1斜梁H800×350×10×14Q235圖5-1梁截面示意圖截面特性：截面面積 A=175.2截面慣性矩=189717.66=10010.60截面抗彎系數(shù)=4742.94=572.03截面回轉(zhuǎn)半徑=32.91=7.562邊柱H500×250×8×12Q235圖5-2邊柱截面示意圖截面特性 截面面積 A=98.08截面慣性矩=42918.81=3127.03截面抗彎系數(shù)=1716.75=250.16截面回轉(zhuǎn)半徑=20.92=5.653中柱H500×400×8×14Q235圖5-3中柱截面示意圖截面特性 截面面積A=134.08截面慣性矩=64356.09=12802.03截面抗彎系數(shù)=2574.24=640.10截面回轉(zhuǎn)半徑=21.91=9.775.1.2構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算1梁：翼緣==12.1＜=15腹板==77.2＜=2502邊柱：翼緣==10.08＜=15腹板==59.5＜=2503中柱：翼緣==14＜=15腹板==59＜=2505.2剛架梁的驗(yàn)算1抗剪驗(yàn)算：剪力=190.13平均剪應(yīng)力=0.114∴無需設(shè)置橫向加勁肋2彎剪壓共同作用下驗(yàn)算查表得=5.34=0.903∵==117∵∴按公式計(jì)算=邊緣應(yīng)力比：=23.38=0.519=1.0∴受壓區(qū)全截面有效=4742.94×1000×215=1019.73斜梁平面外整體穩(wěn)定性驗(yàn)算斜梁下翼緣受壓時(shí)，加隅撐作為梁平面外支撐點(diǎn)，梁平面外計(jì)算長度取2.4m，即∴不需計(jì)算5.3剛架柱的驗(yàn)算5.3.1邊柱的驗(yàn)算1抗剪驗(yàn)算：柱截面最大剪力=80.16平均應(yīng)力：=0.1142彎剪壓共同作用下驗(yàn)算取二組內(nèi)力：①②①查表得=5.34=0.696∵∵∴按公式計(jì)算==12.71==0.519=1.0∴受壓區(qū)全截面有效=1716.75×1000×215=369.1滿足要求3整體穩(wěn)定驗(yàn)算=900cm柱截面慣性矩梁截面慣性矩中柱長度邊柱計(jì)算長度歐拉臨界力為滿足要求4剛架柱平面外穩(wěn)定驗(yàn)算考慮墻梁與柱連接處有隅撐，故剛架柱的平面外計(jì)算長度取3.0m查表得滿足要求5.3.2中柱的驗(yàn)算1抗剪驗(yàn)算：柱截面最大剪力=110.56平均應(yīng)力：=0.1362彎剪壓共同作用下驗(yàn)算取二組內(nèi)力：①查表得=5.34=0.696∵∵∴按公式計(jì)算=邊緣應(yīng)力比：=8.64==0.533∴=1.0∴受壓區(qū)全截面有效=2574.24×1000×215=553.5滿足要求3整體穩(wěn)定驗(yàn)算=1140cm柱截面慣性矩梁截面慣性矩中柱長度邊柱計(jì)算長度歐拉臨界力為滿足要求4剛架柱平面外穩(wěn)定驗(yàn)算考慮墻梁與柱連接處有隅撐，故剛架柱的平面外計(jì)算長度取3.0m查表得滿足要求5.4位移驗(yàn)算5.4.1風(fēng)荷載作用下的位移因?yàn)閯偧軐?duì)稱，所以只計(jì)算在左風(fēng)下的變形：圖5-5剛架在左風(fēng)荷載下的變形1.47mm,1.54mm=1.47/9000=1/6122<[V]=1/240滿足要求=1.54/9000=1/7418<[V]=1/240滿足要求5.4.2橫梁的豎向撓度圖5-6剛架在豎向荷載下的變形屋面恒荷載作用下16mm屋面活荷載作用下14mm=1/827.6<[V]=1/180滿足要求。

6檁條的設(shè)計(jì)和計(jì)算6.1設(shè)計(jì)說明屋面做法：復(fù)合屋面板。屋面坡度0.1，檁條跨度為剛架跨度7.5m，水平檁條間距0.8m，均勻設(shè)置2道拉條。鋼材采用Q235F圖6-1檁條布置簡圖6.2荷載計(jì)算1恒載：屋面板0.2檁條（包括拉條）自重0.12活載：活載（受荷面積＞60）0.3雪荷載0.5積灰荷載0.33檢修集中荷載（采用等效均步荷載）1×2/（0.8×7.5）=0.344風(fēng)荷載受風(fēng)面積為：風(fēng)載體型系數(shù)為：風(fēng)壓高度變化系數(shù)：基本風(fēng)壓5荷載組合（設(shè)計(jì)值）6.3內(nèi)力計(jì)算引起繞x軸彎矩按簡支梁計(jì)算，引起彎矩按三跨簡支梁計(jì)算。計(jì)算簡圖為見圖6-1和6-2圖6-2檁條內(nèi)力計(jì)算簡圖跨中截面內(nèi)力：圖6-3檁條內(nèi)力計(jì)算簡圖1/3處負(fù)彎矩：跨中正彎矩：6.4截面選型和計(jì)算6.4.1截面選型C160×70×20×3.0圖6-4檁條截面示意圖截面面積截面慣性矩6.4.2截面驗(yàn)算圖6-5檁條截面特征1應(yīng)力計(jì)算和穩(wěn)定驗(yàn)算=181腹板=184N/mm2=－178N/mm2b/t=160/3=53.3=1.15=7.8+6.29×0.967+9.78×0.967=23.03上翼緣=184N/mm2=－175N/mm2b/t=70/3=23.3=1.15－0.15=1.007==0.909腹板=2.2＞1.1=0.311＜1.7==2.676∴上翼緣=0.454＜1.1=1.484＜1.7==1.161=23.9=23.9×2.5=60mm下翼緣受壓，全截面有效∵屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)滿足要求2剛度滿足要求7墻梁的設(shè)計(jì)和計(jì)算本工程墻梁采用卷邊C形槽鋼C160×70×20×3.0，跨度l=7.5m，間距l(xiāng)=1.5m，在1/3各設(shè)一根根拉條，墻梁和拉條均用Q235鋼。墻梁自重0.073kN/m。迎風(fēng)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：=1.05μsμzw0ll=1.05×1.0×1.01×0.35×1.5=0.56kN/m背風(fēng)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：=1.05μsμzw0ll=1.05×－1.1×1.01×0.35×1.5=－0.62kN/m本設(shè)計(jì)中墻梁有一定豎向承載能力，且墻板落地，墻梁與墻板有可靠連接。根據(jù)規(guī)范要求，可不考慮墻梁自重引起的剪力和彎矩。圖7-1墻梁布置簡圖7.1荷載計(jì)算墻梁所受荷載標(biāo)準(zhǔn)值：水平=0.56kN/m=－0.62kN/m墻梁所受荷載設(shè)計(jì)值：水平 =0.56×1.4=0.784kN/m =－0.62×1.4=－0.868kN/m7.2內(nèi)力分析圖7-2墻梁內(nèi)力計(jì)算簡圖1水平荷載，產(chǎn)生的彎矩墻梁承擔(dān)水平方向荷載作用下，按單跨簡支梁計(jì)算內(nèi)力，則：迎風(fēng)Mx=1/8qyl2=1/8×0.784×7.52=5.51kN·m背風(fēng)My=1/8qyll2=1/8×－0.868×7.52=6.1kN·m2剪力水平方向剪力按單跨簡支梁計(jì)算計(jì)算迎風(fēng)Vymax=0.5qyl=0.5×0.784×7.5=2.96kN背風(fēng)Vymax=0.5qyll=0.5×0.868×7.5=3.255kN3雙彎矩力矩因設(shè)有拉條，故可不計(jì)算雙彎矩。7.3截面選型及驗(yàn)算7.3.1截面選型選擇C形槽鋼160×70×20×3，查表可知其截面特性：圖7-3墻梁截面示意圖截面面積 A=9.45cm2截面慣性矩Ix=373.64cm4Iy=60.42cm4截面抗彎系數(shù)Wx=46.71cmWymax=27.17cm3Wymin=12.65cm3截面回轉(zhuǎn)半徑=6.29cm=2.53cm=2.224cm7.3.2截面驗(yàn)算由彎矩Mx，Mxl，My引起的截面各角點(diǎn)應(yīng)力符號(hào)如圖5.3所示。1各板件端部的應(yīng)力值為：（1）迎風(fēng)圖7-4墻梁截面受力示意圖（2）背風(fēng)2各組成板件有效截面（1）迎風(fēng)荷載qy時(shí)：腹板為受壓的兩邊支撐板件，==118N/mm2==－118N/mm2b/t=160/3=53.3=1.15=7.8+6.29×1+9.78×1=23.87上翼緣b/t=70/3=23.3=1.15－0.15=1.0==0.98腹板=2.16＞1.1=0.319＜1.7==3.637腹板受壓全截面有效。受拉區(qū)也全部有效上翼緣=0.463＜1.1=1.469＜1.7==1.20=20=20×3=60mm＞0==2×70/4=35mm=60－35=25mm（2）背風(fēng)荷載qly時(shí)：腹板為受壓的兩邊支撐板件，==－131N/mm2==131N/mm2b/t=160/3=53.3=1.15=7.8+6.29×1+9.78×1=23.87下翼緣b/t=70/3=23.3=1.15－0.15=1.0==0.98腹板=2.16＞1.1=0.319＜1.7==3.452腹板受壓全截面有效。受拉區(qū)也全部有效下翼緣=0.463＜1.1=1.469＜1.7==1.20=20=20×3=60mm＞0==2×70/4=35mm=60－35=25mm3強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算（1）迎風(fēng)時(shí)：由于與墻板的有效連接能阻止墻梁的側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，所以只需驗(yàn)算其應(yīng)力滿足要求即可：N/mm2＜f=205N/mm2N/mm2＜=120N/mm2應(yīng)力滿足要求（2）背風(fēng)時(shí)：此時(shí)，由于墻梁受壓一側(cè)無墻板連接，不能阻止墻梁的側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，所以需驗(yàn)算其平面外失穩(wěn)和應(yīng)力：N/mm2＜f=205N/mm2N/mm2＜=120N/mm2平面外失穩(wěn)：kN/mkN/m=35.6K=0.03=1.4kN·mN/mm2＜=205N/mm2應(yīng)力和穩(wěn)定均滿足要求4剛度驗(yàn)算（1）迎風(fēng)時(shí)：mm＜=50mm（2）背風(fēng)時(shí)：mm＜=50mm剛度滿足要求7.4拉條計(jì)算跨中布置2根垂直拉條，其計(jì)算簡圖如下所示：圖7-5拉條內(nèi)力計(jì)算簡圖當(dāng)跨中拉條承擔(dān)一根墻梁的豎向支撐作用時(shí)，拉條所受拉力：N=0.37qxl=0.37×0.09×7.5=0.25kN拉條所需截面面積：An=按構(gòu)造選用1○8拉條，截面面積50.3mm2,它可以承擔(dān)10根墻梁的豎向支撐作用。11節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)11.1柱腳設(shè)計(jì)柱腳采用埋入式，其示意圖如圖11-1所示圖11-1柱腳示意圖11.1.1邊柱柱腳設(shè)計(jì)1柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值圖11-2邊柱柱腳計(jì)算簡圖柱腳采用埋入式柱腳，用C40細(xì)石混凝土二次澆灌?；炷羺?shù)為：=2.39=26.8埋入深度為：=1.5×500=750mm滿足要求滿足要求11.1.2中柱柱腳設(shè)計(jì)1柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值圖11-3中柱柱腳計(jì)算簡圖柱腳采用埋入式柱腳，用C40細(xì)石混凝土二次澆灌。混凝土參數(shù)為：=2.39=26.8埋入深度為：=1.5×500=750mm滿足要求滿足要求11.2梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)采用端板拼接，如圖11-4圖11-4梁柱拼接節(jié)點(diǎn)11.2.1梁與邊柱連接計(jì)算結(jié)合A柱柱頂Ⅳ—Ⅳ截面內(nèi)力組合與左半跨Ⅰ－Ⅰ截面內(nèi)力組合知連接處內(nèi)力組合為：采用10.9級(jí)M22高強(qiáng)螺栓連接，連接表面用鋼絲刷除銹，，每個(gè)螺栓承載力為：，抗剪需用螺栓數(shù)量。初步選用20個(gè)M22高強(qiáng)螺栓。圖11-5邊柱端板計(jì)算詳圖1螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算螺栓承受的最大拉力值：2連接板設(shè)計(jì)端板厚度t根據(jù)支承條件確定（1）兩邊支承類：端板厚度為：（2）無加勁肋類：端板厚度為：綜上，可取端板厚度為：3節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力計(jì)算：（1）剪應(yīng)力為：滿足要求（2）驗(yàn)算腹板處拉力：滿足要求4梁和端板間焊縫計(jì)算：（1）梁翼緣和端板間焊縫采用全熔透對(duì)接K形焊縫（2）梁腹板與端板間焊縫：取11.2.2梁與中柱連接計(jì)算結(jié)合B柱柱頂Ⅳ—Ⅳ截面內(nèi)力組合與左半跨Ⅲ－Ⅲ截面內(nèi)力組合知連接處內(nèi)力組合為：其計(jì)算簡圖為：圖11-6中柱節(jié)點(diǎn)詳圖采用10.9級(jí)M24高強(qiáng)螺栓連接，連接表面用鋼絲刷除銹，，每個(gè)螺栓承載力為：，抗剪需用螺栓數(shù)量。初步選用24個(gè)M24高強(qiáng)螺栓。圖11-7中柱端板計(jì)算詳圖1螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算螺栓承受的最大拉力值：2連接板設(shè)計(jì)端板厚度t根據(jù)支承條件確定（1）兩邊支承類：端板厚度為：（2）無加勁肋類：端板厚度為：綜上，可取端板厚度為：3節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力計(jì)算：（1）剪應(yīng)力為：滿足要求（2）驗(yàn)算腹板處拉力：滿足要求4梁和端板間焊縫計(jì)算：（1）梁翼緣和端板間焊縫采用全熔透對(duì)接K形焊縫（2）梁腹板與端板間焊縫：取11.3牛腿因B柱內(nèi)力較大，同時(shí)承擔(dān)兩臺(tái)吊車荷載，故取B柱牛腿驗(yàn)算。牛腿選用截面型號(hào)為：BH450×250×6×10，鋼材選用Q345，e=500mm，外伸寬度d=200mm圖11-8牛腿計(jì)算簡圖11.3.1荷載計(jì)算恒荷載吊車梁及軌道自重標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值活荷載吊車豎向作用設(shè)計(jì)值D=1.4256.14=358.60kN11.3.2截面驗(yàn)算圖11-9牛腿截面簡圖(1)拉應(yīng)力計(jì)算牛腿根部截面：最大拉應(yīng)力：＜滿足要求(2)剪應(yīng)力計(jì)算近似以腹板承受剪力＜滿足要求(3)折算應(yīng)力計(jì)算腹板與翼緣相交點(diǎn)：＜1.1滿足要求(4)焊縫計(jì)算角焊縫抗拉抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值翼板周邊角焊縫長：腹板周邊角焊縫長：翼板角焊縫高度：取焊縫高度：=12mm＞腹板角焊縫高度：取焊縫高度：=8mm＞11.4抗風(fēng)柱的計(jì)算抗風(fēng)柱的柱頂和柱腳分別由屋面支撐和基礎(chǔ)提供豎向及水平支承，計(jì)算模型如11-10所示。圖11-10抗風(fēng)柱計(jì)算模型1荷載計(jì)算：墻面恒載標(biāo)準(zhǔn)值：恒載：風(fēng)載：查表得查表設(shè)計(jì)值：經(jīng)計(jì)算，2截面選取取工字型截面H35020068Q235截面特性：繞強(qiáng)軸長細(xì)比：繞弱軸長細(xì)比：強(qiáng)度校核穩(wěn)定驗(yàn)算查表得撓度驗(yàn)算橫向風(fēng)荷載作用下，抗風(fēng)柱水平撓度12基礎(chǔ)設(shè)計(jì)12.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，12.2基礎(chǔ)底面尺寸設(shè)計(jì)12.2.1邊柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選用設(shè)計(jì)內(nèi)力為：圖12-2邊柱基礎(chǔ)計(jì)算簡圖1確定基礎(chǔ)尺寸基礎(chǔ)埋深為:初步修正地基承載力:預(yù)估截面面積:取基礎(chǔ)邊緣的最大和最小壓力:滿足要求滿足要求故該基礎(chǔ)尺寸滿足要求2驗(yàn)算基礎(chǔ)高度基底凈反力:沖切有效高度:圖12-3基底反力示意圖考慮沖切時(shí)的多邊形面積為:故該基礎(chǔ)高度滿足沖切要求圖12-4邊柱基礎(chǔ)沖切驗(yàn)算示意圖3基礎(chǔ)底版配筋計(jì)算（1）沿基礎(chǔ)長邊方向:跨中截面最大彎矩：所需鋼筋截面面積：（2）沿基礎(chǔ)短邊方向:跨中最大彎矩：所需鋼筋截面面積：最后確定配筋為:沿長邊8@200短邊8@20014參考文獻(xiàn)[1]張其林.輕型門式剛架.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2004[2]《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南（實(shí)例如圖集）》編輯委員會(huì).輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南（實(shí)例如圖集）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000[3]趙熙元，柴昶，武人岱.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）.北京：治金工業(yè)出版社，1995[4]沈祖炎，陳揚(yáng)驥，陳以一.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000[5]朱海寧，王東，趙瑜.輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)造設(shè)