钢结构厂房计算书

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。

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1

1

综上所述，初步选择梁柱截面均用等截面H型钢300×300×10×15

2.2截面几何特性

A构截件面 （mm名²） 称 11 梁 850 柱 11850 Ix × 20200 20206750 0 1350 31 Iy × Wx × ix y imm Wy × mm 131 16750 1350 75.5 75.5 450 450 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）；

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2

1

（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

, μ

z=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。

（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=2.52 kN/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=1.44 kN/m 横梁上q2=-1.05×0.6×0.74×0.3675×6.3=-1.08 kN/m 背风面：柱上q3=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90 kN/m 横梁上q4=-1.05×0.5×0.74×0.3675×6.3=-0.90 kN/m 荷载简图如下所示：

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3

1

1.08kN/m

m

0.90kN/

1.44kN/m

0.90kN/m

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

-28.88324.4224.42( 1 )-28.88-28.882( 2 )( 3 )4-28.88( 4 )15

M图（单位kN·m）

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4

1

18.242( 2 )0.56-0.563( 3 )4-18.24( 1 )-5.661( 4 )5.665

V图（单位kN)

-7.5223( 2 )-5.64-5.64( 3 )4-7.52( 1 )-18.901-18.90( 4 )5

N图（单位kN）

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5

1

(2)在可变荷载作用下内力图

-23.11-23.112( 2 )319.5319.53( 3 )-23.114-23.11( 4 )( 1 )15

M图（单位kN·m）

14.592( 2 )0.45-0.453( 3 )4-14.59( 1 )-4.531( 4 )4.535

V图（单位kN）

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6

1

-6.0123( 2 )-4.51-4.51( 3 )4-6.01( 1 )-15.121-15.12( 4 )5

N图（单位kN）

(3)在风荷载作用下内力图（左风）

223.96( 2 )-7.98-7.983( 3 )-11.08-5.93-5.934-6.61( 4 )23.96( 1 )15

M图（单位kN·m）

7

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1

1.032-8.55( 1 )( 2 )3-2.04-2.37( 3 )3.05-1.134( 4 )8.37153.46

V图（单位kN）

2( 2 )1.893( 3 )1.4448.70( 1 )( 4 )3.1815

N图（单位kN）

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8

1

(4)在风荷载作用下内力图（右风）

-5.89-5.892-10.60-8.06( 1 )( 2 )-7.12-7.123( 3 )23.99423.99( 4 )15

M图（单位kN·m）

2.522-2.92( 1 )( 2 )2.511.9038.41( 3 )-2.414( 4 )1-4.83-7.005

V图（单位kN）

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9

1

2( 2 )2.823( 3 )3.2643.18( 1 )( 4 )8.7015

N图（单位kN）

4.2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。

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控制截面示意图

截面 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） 内力 恒荷载 1-1 M N 0 -18.90 0 -15.12 0 8.70 0 -44.60 0 -16.02 2.21 -11.68 -16.02 -6.69 -11.68 -8.26 0 -30.32 -3.35 V -5.66 -4.53 8.37 -13.36 -68.16 -44.60 -13.36 -68.16 -17.74 2-2 M-28.88 -23.11 23.96 -39.42 -30.32 -10.96 -35.67 -13.93 N-18.90 -15.12 8.70 V -5.66 -4.53 1.03 3-3 M-28.88 -23.11 23.96 N-7.52 -6.01 1.89 页脚内容

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1

V 18.24 14.59 -8.55 43.04 57.62 -13.31 -1.32 -35.80 -43.76 -10.16 -3.23 29.08 43.05 -9.89 -3.64 4-4 M24.42 19.53 -7.98 N-5.64 -4.51 1.89 V -0.56 -0.45 -2.04 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·m N=-44.60kN V=-13.36kN 梁支座截面： M=-68.16kN·m N=-17.74kN V=43.04kN 梁跨中截面： M=57.62kN·m N=-13.31kN V=-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腹板部分：h0/tw=270/10=27≤250

=15，满足；

=250，满足。

5.2刚架梁的验算

（1）梁的抗剪验算

梁支座 V=43.04kN 查书可知k5.34 梁支座处腹板的平均切应力： 所以

=15.94N/mm2 满足；

故 Vdhwtwfv270×10×125=337.5kN>40.04kN , 满足。 梁跨中 V=-3.64kN 查表可知k5.34

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梁跨中腹板的平均切应力： 所以

1.35N/mm2 满足

故 Vdhwtwfv270×10×125=337.5kN>3.64kN , 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·m N=-17.74kN V=43.04kN

=1.50±45.55

所以σ1=47.05N/mm2 所以腹板全截面有效

M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kN∙m

kN∙m>68.16kN∙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。

，满足

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k5.34 柱顶腹板的平均切应力：

=4.95N/mm2

满足；

Vdhwtwfv270×10×125=337.5kN>13.36kN ,满足。 柱底：柱的内力V=13.36kN 查书可知k5.34 柱底腹板的平均切应力：

=4.95N/mm2 满足；

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Vdhwtwfv270×10×125=337.5kN>13.36kN ,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·m N=-44.60kN V=-13.36kN

=3.76±45.55

所以σ1=49.31N/mm2 故腹板全截面有效

M=WXf=1350×103×215×10-6=290.25kN∙m

kN∙m>68.16kN∙m，满足。

（3）整体性验算

平面内稳定性验算：

柱的计算长度 一端铰接一端固定 计算长度系数=0.7

所以，柱的计算长度l051000.73570mm

b类截面 查表得x0.942

N/mm2，满足。

所以柱的平面内整体稳定性验算满足要求

六、节点设计

6.1梁柱节点设计

（1）构造要求

1）螺栓排列应符合构造要求，采用端板平放。 2）

应满足扣紧螺栓的净空要求，通常不小于35mm，此节点处

ew=56mm，ef=50mm。

3）螺栓排列端距不应小于两倍螺栓孔径，选取10.9级M20高强螺栓，两排螺栓之间最小距离为三倍直径，最大距离不应超过400mm，因此可确定端板长L=880mm，宽b=400mm。

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6.2节点验算

（1）每个受拉螺栓的最大拉力 其抗拉承载力另一端承压

kN

kN>107.8kN,满足要求。 N/mm2

（2）抗剪靠c处两个螺栓，每个承载力为12.03/2=6.02kN

每个螺栓的抗剪能力足要求。

（3）端板厚度确定

6efewNttewb4efeweff6505612410317.29mm

562004505056215kN>29.1kN, 满

又端板厚度不应小于螺栓直径 因此取端板厚度t=20mm。

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图1 梁柱节点设计

图2 柱脚节点设计

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