单层厂房门式刚架结构计算书.doc

单层厂房门式轻钢结构计算书一、设计资料现青岛地区某村委计划建设某单层门式轻钢厂房，无吊车荷载，占地面积20x50m2，地址条件很好，0.8m厚覆土，下部是强风化岩，地耐力450KPa，无地下水。请给其做建筑施工图和结构施工图，应能达成施工深度。规定：1.给出设计过程简介和设计注意事项。2.给出重要构件设计计算过程。3.提供施工图。该厂房为单层，采用单跨双坡轻型门式刚架结构，厂房跨度18m，总长度50 m，檐口高度8.6m，牛腿标高为5.50 m，屋面坡度为0.10；共有9榀刚架，两侧柱距7 m，其他柱距6m；刚架平面布置见图，刚架形式及几何尺寸见图。刚架梁、柱除，另有注明外，均采用Q345钢。高强螺栓除另有注明外，均采用10.9级摩擦型连接高强度螺栓。锚栓除另有注明外，均采用Q345钢。刚架形式及几何尺寸图二、设计荷载1.屋面恒载：0.30 kN/m2计算刚架活载：0.30 kN/m2计算檩条活载：0.50 kN/m2雪荷载：0.20 kN/m2 基本风压：0.6 kN/m2 风压调整系数：1.05 2.由于青岛地区地震设防烈度为6度，故本工程结构设计不考虑地震作用三、内力分析考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用变截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法拟定刚架内力。1.在恒载作用下 2.在活载作用下 3.在风荷载作用下 四、截面设计该门式轻钢厂房的柱截面采用焊接工字钢450*250*10*12，梁截面采用两种焊接工字钢：变截面焊接工字钢(H1H2)*B1*B2*Tw*T1*T2=(600450)*250*250*6*10*10不变截面焊接工字钢(H1H2)*B1*B2*Tw*T1*T2=(450450)*250*250*8*10*10柱的截面特性A=121.8cm2 Xc =12.5cm；Yc =22.5cm；Ix =43774cm4；Iy =41702 cm4高厚比、宽厚比 腹板计算高厚比 H0/Tw=41.8 ，满足规定；翼缘宽厚比B/T=7.50，满足规定梁的截面属性截面：H形变截面:(H1H2)*B1*B2*Tw*T1*T2=(600450)*250*250*6*10*10小头截面特性：A =75.80 cm2； Xc =12.5cm； Yc =22.5cm；Ix =28180 cm4； Iy=2.6049 cm4；大头截面特性：A =84.8 cm2；Xc =12.5cm；Yc =30cm；Ix =53272 cm4；Iy =26052 cm4；高厚比、宽厚比大头截面腹板计算高厚比 H/Tw=96.67 ，满足规定；小头截面腹板计算高厚比 H/Tw=71.67 ，满足规定翼缘宽厚比B/T=12.20 ，满足规定H形截面: (H1H2)*B1*B2*Tw*T1*T2=(450450)*250*250*8*10*10截面特性：A =84.4 cm2；Xc =12.5cm；Yc =22.5cm；Ix =29505 cm4；Iy =26060 cm4；高厚比、宽厚比大头截面腹板计算高厚比 H/Tw=53.75 ，满足规定；小头截面腹板计算高厚比 H/Tw=53.75 ，满足规定翼缘宽厚比B/T=12.10 ，满足规定五、刚架梁设计本刚架梁柱是从中间7榀中选出钢梁1截面类型= 27; 布置角度= 0;计算长度：Lx= 18.09, Ly= 3.00构件长度= 3.01;计算长度系数: Ux= 6.00Uy=1.00变截面 H形截面 H: B1= 250, B2= 250, H1= 600, H2= 450 T1= 6 T2= 10 T3=10轴压截面分类:X轴:b类, Y轴:c类；构件钢号：Q345梁的弯矩包络梁下部受拉:截面1 2 3 4 5 6 7弯矩-41.69 -35.71 -33.61 -31.22 -28.54 -25.57 -23.70梁上部受拉:截面1 2 3 4 5 6 7弯矩140.50 112.83 91.93 71.85 52.58 37.94 28.51考虑屈曲后强度计算应力比= 0.304抗剪强度计算应力比= 0.130平面内稳定最大应力(N/mm*mm)=88.55平面内稳定计算最大应力比=0.286平面外稳定最大应力(N/mm*mm)=85.93平面外稳定计算最大应力比=0.277考虑屈曲后强度计算应力比= 0.304 1.0抗剪强度计算应力比= 0.130 1.0平面内稳定最大应力 f= 310.00平面外稳定最大应力 f=310.00腹板高厚比 H0/TW= 84.17 H0/TW= 206.33 (CECS102:2023)翼缘宽厚比B/T = 12.20 B/T =12.38(恒+活)梁的相对挠度 (mm)截面1 2 3 4 5 6 7挠度值0.00 -0.02 0.11 0.34 0.67 1.07 1.51最大挠度值=1.51 最大挠度/梁跨度= 1/ 5995.斜梁坡度初始值: 1/10.00变形后斜梁坡度最小值: 1/10.40变形后斜梁坡度改变率 = 0.038 1/3六、刚架柱设计本刚架梁柱是从中间7榀中选出钢柱3 截面类型= 16;布置角度=0;计算长度：Lx= 14.24, Ly= 3.10; 长细比：x= 75.1,y= 53.0构件长度= 3.10; 计算长度系数: Ux=4.59Uy=1.00截面参数: B1= 250, B2= 250, H= 450, Tw= 10, T1= 16, T2= 16轴压截面分类:X轴:b类, Y轴:b类；构件钢号：Q345验算规范: 门规CECS102:2023考虑腹板屈曲后强度，强度计算控制M= -140.50, N= -54.44考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 0.278抗剪强度计算控制, V=-25.77抗剪强度计算应力比 = 0.034平面内稳定计算最大应力 (N/mm*mm) =80.10平面内稳定计算最大应力比=0.258平面外稳定计算最大应力 (N/mm*mm) =78.53平面外稳定计算最大应力比 =0.253门规CECS102:2023腹板允许高厚比 H0/TW =206.33翼缘允许宽厚比 B/T =12.38考虑屈曲后强度强度计算应力比 = 0.278 1.0抗剪强度计算应力比= 0.034 1.0平面内稳定计算最大应力 f= 310.00平面外稳定计算最大应力 f= 310.00腹板高厚比 H0/TW= 41.80 H0/TW= 206.33翼缘宽厚比 B/T = 7.50 B/T= 12.38压杆,平面内长细比 =75. = 180压杆,平面外长细比 =53. = 180验算刚架在风荷载作用下的侧移风荷载作用下柱顶最大水平（X 向）位移:节点( 4),水平位移dx=11.630(mm) = H /739.梁的(恒+活)最大挠度:梁( 4),挠跨比= 1 / 2161.风载作用下柱顶最大水平位移: H/739柱顶位移允许值: H/180梁的(恒+活)最大挠跨比: 1/2161梁的允许挠跨比:1/180七、隅撑的设计隅撑计算轴力N=A*f/60/cos*sqrt(fy/235)；应力=N/A梁下翼缘截面面积A=0.0025m*m；横梁钢材型号Q345钢翼缘钢板厚度10mm；横梁钢材屈服强度值fy=345 N/mm2横梁钢材强度设计值f=310 N/mm2；角钢计算长度=733.249mm角钢截面=L50x4角钢回转半径=0.99cm；角钢截面面积=0.00039m*m长细比=74.0656 = 220；折减系数=0.6+0.0015*=0.711098稳定系数=0.628263；轴力N=11.0665 kN；应力=45.1653 N/mm2220.44 N/mm2螺栓计算角钢钢材钢号Q235钢；檩条的板件厚度2mm；螺栓直径14mm螺栓有效截面面积115.4mm*mm；螺栓孔径15mm螺栓连接抗剪强度设计值140 N/mm2；螺栓连接抗压强度设计值305 N/mm2螺栓连接抗剪承载力设计值16.156 kN；螺栓连接抗压承载力设计值8.54 kN螺栓连接承载力设计值 轴力N=11.0665 kN 八、檩条的设计冷弯薄壁型钢檩条设计 屋面坡度(度): 5.711 檩条跨度 (m): 6.000 檩条间距 (m): 0.750 设计规范: 门式刚架规程CECS102:2023 风吸力下翼缘受压稳定验算：按附录E验算 檩条形式: 斜卷边Z形冷弯型钢 XZ140X50X20X2.0 钢材钢号：Q235钢 拉条设立: 设立一道拉条 拉条作用: 能约束檩条上翼缘净截面系数：1.000 檩条仅支承压型钢板屋面(承受活荷载或雪荷载),挠度限值为 1/150 屋面板为两跨或两跨以上面板 屋面板能阻止檩条侧向失稳 构造不能保证风吸力作用下翼缘受压的稳定性 每米宽度屋面板的惯性矩(m4): 0.202300E-06 建筑类型: 封闭式建筑 分区: 中间区 基本风压: 0.630 风荷载高度变化系数: 1.000 风荷载体型系数: -1.200 风荷载标准值 (kN/m2): -0.756 屋面自重标准值(kN/m2): 0.300 活 荷载标准值(kN/m2): 0.500 雪 荷载标准值(kN/m2): 0.300 积灰荷载标准值(kN/m2): 0.000 检修荷载标准值 (kN): 1.000截面及材料特性檩条形式: 斜卷边Z形冷弯型钢XZ140X50X20X2.0 b =50.000 h =140.000 c =20.000 t =2.000A = 0.5392E-03 Ix = 0.1860E-05 Iy = 0.1547E-06It = 0.7190E-09 Iw = 0.1299E-08Ix1 = 0.1621E-05 Iy1 = 0.3936E-06 = 0.2199E+02Wx1 = 0.3038E-04 Wx2 = 0.2247E-04 Wy1 = 0.6107E-05 Wy2 = 0.8067E-05钢材钢号：Q235钢 屈服强度 fy=235.000 强度设计值 f=205.000考虑冷弯效应强度 f=215.220截面验算| 1.2恒载+1.4(活载+0.9积灰)组合 |弯矩设计值(kN.m): Mx =3.653弯矩设计值(kN.m): My =0.268有效截面计算结果:Ae = 0.5364E-03 e = 0.2204E+02 Iex = 0.1845E-05 Iey = 0.1545E-06Wex1 = 0.2868E-04 Wex2 = 0.2221E-04 Wex3 = 0.2902E-04 Wex4 = 0.2241E-04Wey1 = 0.5871E-05 Wey2 = 0.7711E-05 Wey3 = 0.5890E-05 Wey4 = 0.7678E-05截面强度(N/mm2) : max = 199.182 = 205.000| 1.0恒载+1.4风载(吸力)组合 | 弯矩设计值(kN.m) : Mxw = -2.158 弯矩设计值(kN.m) : Myw = -0.250有效截面计算结果:全截面有效。截面强度(N/mm2) : maxw = 127.016 = 215.220按门式刚架规程CECS102:2023 附录E 计算: 下翼缘压弯屈曲承载力减少系数: =0.712 垂直荷载引起的下翼缘侧向弯矩: My= -0.029 下翼缘的稳定性(N/mm2): fstabw = 143.271 =205.000荷载标准值作用下，挠度计算垂直于屋面的挠度(mm) : v = 32.306 =40.000计算满足檩条可以承受的最大轴力设计值为(KN): N= 2.000九、墙梁的设计冷弯薄壁型钢墙梁设计 墙梁跨度 (m): 6.000 墙梁间距 (m): 1.500 设计规范: 门式刚架规程CECS102:2023 风吸力下翼缘受压稳定验算：按附录E验算 墙梁形式: 斜卷边Z形冷弯型钢 XZ140X50X20X2.0 墙梁布置方式: 口朝下 钢材钢号：Q345钢 拉条设立: 设立一道拉条 拉条作用: 能约束墙梁外翼缘 净截面系数: 1.000 墙梁支承压型钢板墙,水平挠度限值为 1/100 墙板能阻止墙梁侧向失稳 构造不能保证风吸力作用墙梁内翼缘受压的稳定性 墙梁支撑墙板重量 单侧挂墙板 墙梁上方一侧板重(kN/m) : 0.300 每米宽度墙板的惯性矩(m4): 0.202300E-06 建筑类型: 封闭式建筑 分区: 边沿带 基本风压: 0.525 风荷载高度变化系数: 1.000 迎风风荷载体型系数: 1.100 背风风荷载体型系数: -1.500 迎风风荷载标准值 (kN/m2): 0.577 背风风荷载标准值 (kN/m2): -0.787截面及材料特性墙梁形式: 斜卷边Z形冷弯型钢XZ140X50X20X2.0 b =50.000 h =140.000 c = 20.000 t = 2.000A = 0.5392E-03 Ix = 0.1860E-05 Iy = 0.1547E-06Ix1 = 0.1621E-05 Iy1 = 0.3936E-06 = 0.2199E+02Wx1 = 0.3038E-04 Wx2 = 0.2247E-04 Wy1 = 0.6107E-05 Wy2 = 0.8067E-05Ww1 = 0.1183E-05 Ww2 = 0.5918E-06 k = 0.4601E+00 Uy = 0.0000E+00钢材钢号：Q345钢 屈服强度 fy= 345.000 强度设计值 f= 300.000 考虑冷弯效应强度 f=312.953设计内力| 1.2恒载+1.4风压力组合 | 绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx =4.484 绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My =-0.868 水平剪力设计值 (kN) : Vx =3.638 竖向剪力设计值 (kN) : Vy =0.770| 1.35恒载 | 绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx1 =-0.779 绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My1 =-0.482 水平剪力设计值 (kN) : Vx1 = 0.000 竖向剪力设计值 (kN) : Vy1 =0.867| 1.2恒载+1.4风吸力组合 | 绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx2 =-6.901 绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My2 =-0.090 水平剪力设计值 (kN) : Vxw =4.961 竖向剪力设计值 (kN) : Vyw =0.770风压力作用验算 抗弯控制组合： 1.2恒载+1.4风压力组合有效截面特性计算结果:全截面有效。截面强度(N/mm2) : max = 289.719 =312.953抗剪控制组合： 1.2恒载+1.4风压力组合截面最大剪应力(N/mm2): = 20.064 300.000内翼缘受压稳定性验算：按门式刚架规程CECS102:2023 附录E 计算:内翼缘压弯屈曲承载力减少系数: 0.576内翼缘的稳定性(N/mm2) : fstab 574.278 300.000截面最大剪应力(N/mm2): w = 27.360 = 175.000荷载标准值作用下，挠度验算 竖向挠度(mm) : fy =1.782 水平挠度(mm) : fx =43.786 =60.000十、山墙抗风柱设计钢材等级：Q345柱距(m)：3.000；柱高(m)：9.050柱截面：焊接组合H形截面:H*B1*B2*Tw*T1*T2=450*300*300*10*12*12铰接信息：两端铰接柱平面内计算长度系数：1.000柱平面外计算长度：9.050强度计算净截面系数：1.000设计规范:钢结构设计规范允许挠度限值: l/400 = 22.625 (mm)风载信息： 基本风压W0(kN/m2)：0.300 风压力体形系数s1：1.000 风吸力体形系数s2：-1.000 风压高度变化系数z：1.380柱顶恒载(kN)：0.000柱顶活载(kN)：0.000墙板自承重风载作用起始高度 y0(m)：0.000抗风柱设计1、截面特性计算 A =1.1460e-002; Xc =1.5000e-001; Yc =2.2500e-001;Ix =4.0983e-004; Iy =5.4036e-005; ix =1.8911e-001; iy =6.8667e-002;W1x=1.8215e-003; W2x=1.8215e-003;W1y=3.6024e-004; W2y=3.6024e-004;2、风载计算 抗风柱上风压力作用均布风载标准值(kN/m): 1.242 抗风柱上风吸力作用均布风载标准值(kN/m): -1.2423、柱上各断面内力计算结果 组合号 1：1.35恒+0.7*1.4活 断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(kN.m)： 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 轴力(kN) ： 10.921 10.011 9.101 8.191 7.281 6.371 5.460 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m)： 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 轴力(kN) ： 4.550 3.640 2.730 1.820 0.910 0.000 组合号 2：1.2恒+1.4风压+0.7*1.4活 断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(kN.m)： 0.000 -5.439 -9.890 -13.351 -15.824 -17.307 -17.802 轴力(kN) ： 9.708 8.899 8.090 7.281 6.472 5.663 4.854 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m)： -17.307 -15.824 -13.351 -9.890 -5.439 0.000 轴力(kN) ： 4.045 3.236 2.427 1.618 0.809 0.000 组合号 3：1.2恒+0.6*1.4风压+1.4活 断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(kN.m)： 0.000 -3.264 -5.934 -8.011 -9.494 -10.384 -10.681 轴力(kN) ： 9.708 8.899 8.090 7.281 6.472 5.663 4.854 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m)： -10.384 -9.494 -8.011 -5.934 -3.264 0.000 轴力(kN) ： 4.045 3.236 2.427 1.618 0.809 0.000 组合号 4：1.2恒+1.4风吸+0.7*1.4活 断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(kN.m)： 0.000 5.439 9.890 13.351 15.824 17.307 17.802 轴力(kN) ： 9.708 8.899 8.090 7.281 6.472 5.663 4.854 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m)： 17.307 15.824 13.351 9.890 5.439 0.000 轴力(kN) ： 4.045 3.236 2.427 1.618 0.809 0.000 组合号 5：1.2恒+0.6*1.4风吸+1.4活 断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 弯矩(kN.m)： 0.000 3.264 5.934 8.011 9.494 10.384 10.681 轴力(kN) ： 9.708 8.899 8.090 7.281 6.472 5.663 4.854 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 弯矩(kN.m)： 10.384 9.494 8.011 5.934 3.264 0.000 轴力(kN) ： 4.045 3.236 2.427 1.618 0.809 0.000 柱底剪力设计值: 风压力作用(kN): 7.868 风吸力作用(kN): -7.868 4、抗风柱强度验算结果 控制组合：2 设计内力：弯矩(kN.m)：-17.802; 轴力(kN)：9.708 抗风柱强度计算最大应力(N/mm2): 10.620 f=310.000 抗风柱强度验算满足。5、抗风柱平面内稳定验算结果 控制组合：2 设计内力：弯矩(kN.m)：-17.802; 轴力(kN)：9.708 平面内计算长度(m)：9.050 抗风柱平面内长细比x:48 轴心受压稳定系数x：0.818 抗风柱平面内稳定计算最大应力(N/mm2): 10.817 f=310.000 抗风柱平面内稳定应力验算满足。 抗风柱平面内长细比x:48 =1506、抗风柱平面外稳定验算结果 控制组合：2 设计内力：弯矩(kN.m)：-17.802; 轴力(kN)：9.708 平面外计算长度(m)：9.050 抗风柱平面外长细比y:132 轴心受压稳定系数y：0.254 受弯整体稳定系数b：0.611 抗风柱平面外稳定计算最大应力(N/mm2): 19.337 f=310.000 抗风柱平面外稳定应力验算满足。 抗风柱平面外长细比y:132 =1507、局部稳定验算 控制组合：1 腹板计算高厚比 H0/Tw=42.60 允许高厚比H0/Tw=61.9 翼缘宽厚比 B/T=12.08 允许宽厚比 B/T =12.48、挠度验算 标准组合：1.0恒+1.0风 断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 风压弯矩(kN.m)： 0.000 -3.885 -7.064 -9.537 -11.303 -12.362 -12.715 风吸弯矩(kN.m)： 0.000 3.885 7.064 9.537 11.303 12.362 12.715 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 风压弯矩(kN.m)： -12.362 -11.303 -9.537 -7.064 -3.885 0.000 风吸弯矩(kN.m)： 12.362 11.303 9.537 7.064 3.885 0.000 抗风柱挠度计算结果:断面号 ： 1 2 3 4 5 6 7 风压挠度值(mm)： 0.000 0.336 0.646 0.910 1.110 1.235 1.278 风吸挠度值(mm)： 0.000 -0.336 -0.646 -0.910 -1.110 -1.235 -1.278 断面号 ： 8 9 10 11 12 13 风压挠度值(mm)： 1.235 1.110 0.910 0.646 0.336 0.000 风吸挠度值(mm)： -1.235 -1.110 -0.910 -0.646 -0.336 0.000 风压最大挠度所在截面: 7 计算最大挠度: 1.278(mm) 允许挠度: 22.625(mm) 风吸最大挠度所在截面: 7 计算最大挠度: -1.278(mm) 允许挠度: 22.625(mm) 抗风柱挠度验算满足