单层单跨门式刚架厂房设计书

一、设计资料

1. 该车间仓库采用单层单跨门式刚架，无吊车无振动。厂房跨度 24m总长度90m柱

距6m,檐高8m,屋面坡度1/10。屋面材料为压型钢板，墙面材料为彩钢板。彩板天沟。柱 脚为铰接。

2.

材料采用Q235B钢材。基础混凝土为 C20混凝土( fc=12.5kN/mm2) 3..何载： 恒载： 0.5

活载：

0.3

基本风压0.55 地面粗糙度B类，荷载体形系数为

风载：

二、结构平面布置及支撑布置

该车间仓库长度90m跨度24m,柱距6m共有16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。

车间仓库长度＞60m因此在车间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；同时应该在与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 1)

三、设计荷载

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。车间仓库檐高 屋面坡度为1 : 10。 得到刚架计算模型如下图：

8 m,

门式刚架计算模型

计算模型及风荷载体形系数

1.荷载选取

恒载: 活载：

0.5 0.3

基本风压

风载：

0.55

活我

■上〉左风

3.荷载组合

（1） 1.2 （2） 1.0 （3） 1.2

恒载+1.4 恒载+1.4 恒载+1.4

活载 风载 活载+1.4

0.6 风载

4.各工况力：

恒载作用下的力计算

（1 ）恒载作用（先不考虑自重）

恒载作用示意區

q cos加伽出

q

系数：

l h 24

~8 3,

(3

f 112 h 8

0.15,R h 上 0.663 s 1,

u 3 k

8 5

) 4.136

4u

0.529

得:

ql

VA VB HA

HB

3.6kN 2 q! 8 ql2 8

12.33kN

M M

114.kN m

M5

ql (1 (1 ) 8

2

)84.88kN m

恒载作用下Q图

(2 )活载作用

q = 1.81 kN /m

活载作用示意图

ql

VA VB HA

HB

21.7kN 2 ql

8.62kN

8 8

ql

M M

2

68.93kN m ) ) 51.05kN m

M5

ql

(1 (1 8

(3 )风载作用下的力计算

以左风为例

(C)左风

可以等效于以下六个图:

t

s)

(£

>

求得系数:

if2。

(4 3 ) 0.02 8u k 0.663,

H

A}

0.15,u 4.136

) { 2.02kN

)

{

qf ( .

〒(

q

1

HB}

1.94kN

VA VB f1(2h

M

fj 1.221 kN

) {

1} M2M5

qfh ( 1

}

16.16kN m

丿

{

1(~^

15.52kN m

)]0.83kN m

(1)作用卜为图

3.3kN/ma q ， 2

0.5

亦

5 )

iTT136

(8 5 015) 0132

--

VA

ql q(2

2 ql 2

)2

1

3.3 24 0.5 (2 0.5) 29.7kN

VA

2

HA

HB

M1 M2 M5 q'2[

4

1 2

-3.3 24 0.5 9.9kN 2 ql 1 7.84kN

-3.3 24 3 0.132 4 4

ql2 1 2

63.73kN m 2

-3.3 24 0.132

4 4

1 2 2 2

(1 (1 0.15) 0.132] 46.66kN m 22

)]—3.3 24 [0.5

4

(2)作用卜M图

k 0.663,

1 4U[6(2

)5k]0.15,u 4.136

0.15) 5 0.663}] 0.98

4 [6(2

HA HB M1 M2 .2 2 °

少1

2 2

828 8

(1 (1 °

828 8

=

1 2 2 即(1

ql (1

2 -0.98) 5kN

2 1 0.98) 1.62 kN 2 0.828 82 (1 1 0.98) 13.51kN m 4 0.828 8 “， 0.98) 12.98kN m (1 1 2 2

M5 qi [1 (1 4 qhVB ； 0.828 8 [(1 (1 0.15) 0.98) 4 2

1.68kN m 0.828 8 2 24 1.1kN 4.136

1, 0, f f1 1.2m, q 2.148kN/m 8U(4

0.15 (4 3 0.15) 0.02 8 4.136

qf 2 148 1 2

VA VB 1

(2h f1)

(2 8 1.2) 0.79kN

A

B 21

2 24 qh

2.148 1.2

HA

( 1 ) ( 1 0.02) 1.26kN

HB 也(1

)

2.148 1.2

(1 0.02) 1.31kN

2 2 qfh 2.148 1.2 8 / M1

( 1 ) ( 1 0.02)

10.10kN m

2 2

qfh _ 、 2.148 1.2 8 , M2 (1 ) (1 0.98) 10.52kN m 2 2 M5

3^[ (1 ) (1

) ]

2.148 1.2 8

[0.15 (1 0.5) (1 0.15) 0.02]

2 2 2

0.54kN m 0.79

d\"

(1)作川卜说图

q 2.148kN/m, B A A M1 M5

0.5, 0.132 1

VV

qf

(2 2l qf 2

1 )

2.148 24 0.5 (2 2

2

0.5) 19.33kN

H

2l qHB

i M2

乎

2

ql2 [ 2 (1

2.148 24 0.5 6.44kN 1

-2.148 24 3 0.132 4 2.148 242

0.132

4

2.148 242 )]

4

2

5.11kN

40.83kN m

4

[0.52 (1 0.15) 0.132] 30.37kN

k 0.663, 0.15, u 4.136, ) qh

1 A (1

少1 1

B

2 2

1,q 1.818kN /m

0.15) 5 0.663}] 0.98 1 1

0.98) 3.56kN 2 1

1 - 0.98) 10.98kN 1 0.98) 28,51 kN m 2 1 0.98)

29.67kN m

HH

T

M1

ql

4

厂

(1

I 2 2

M2

ql (1

M5

ql2 2

[1 (1 4 qh：

1.818 82 )]

2

[(1 (1 0.15) 0.98) 3.69kN m 4

V

A

VB 2l -

1.818 8 2 24

2.42kN

风荷载力图

.=耳•

风载作用下M图

17,96

39.23

Tv/

风载作用FN图

5.组合力

截面尺寸初选： 梁柱都采用H型型钢

h 一般取(1/30-1/45 ),取 h=600mm,

暂取 H: 600 300 8 10

面积 (mm) 2Ix (10mm 62W v vIy 6243Wy 43x )(10mm )(10mm) (10mm) ix (mm ) iy (mm ) 梁 H :600 300 8 10 H :600 300 8 10 100 100 652 652 217 217 45 45 30 30 247 247 42.3 42.3 柱 EA 2.06 108 100 10 6 Elx 2.06 10 652 10 10

8

6

12

2.19 106kN,

1.34 10kN m

5

2

(1 )截面形式及尺寸初选: 梁柱都

采用焊接的 H型钢

梁的截面高度h—般取(1/30 1/ 45)1,故取梁截面高度为600mm; 暂取H：600 300 8 10,截面尺寸见图所示 柱的截面采用与梁相同

(2)力组合(由于恒载和活载关于结构竖向对称, 载只引起剪力不因而风荷载只要考虑一个方向作用, 同，而剪力不起控制作用 )

按承载能力极限状态进行力分析，需要进行以下可能的组

合:

①1.2 恒载效应+1.4

活载效应

②1.0

恒载效应+1.4 风载效应 ③1.2 恒载效应+1.4

活载效应+1.4

0.6风载效应

取四个控制截面：如下图 :

1-

各情况作用下的截面力

风荷

三 二 1_1 1 1 1 三 二 1_1 Q N M Q N M Q N M -234.07 -234.07 o 7 5 7 7 do 00 _ X 00 _ X _ k 4 00 do o X 00 _ X 5 X do o Mi X 1 4 _ i X _ X 3 00 bo 5 — _ X 吉 5 o 茁 do do X 3 4 o CD

w 三 二 i~~i 1 w 1 I I H I I I I 二 i~~i Q N M Q N M Q N M Q N M -17.85 电 di X -17.85 -114. -14.33 -114. -14.33 o W p 00 o J 1 o do 6 -10.74 -10.74 -68.93 00 o 2 -68.93 2 o nt 土\\ 卜 6 -73.65 -37.63 6 139.68 o k I M IV-W N Q （3 ）截面验算

173.33 -36.46 -2.92 -18.32 7.30 1.60 111.46 -21.37 -1.10 控制力组合项目有：

① Mmax与相应的N, V（以最大正弯矩控制）

②

Mmax与相应的N, V（以最大负弯矩控制） Nmax与相应的M V（以最大轴力控制） Nmin与相应的M V（以最小轴力控制）

③

④

所以以上力组合值，各截面的控制力为：

1-1截面的控制力为

M M

0, N 73.75kN, Q 29.26kN 58.38kN, Q 29.62kN 36.46kN, Q 70.46kN 2-2截面的控制力为 3-3截面的控制力为M 4-4截面的控制力为M

234.07kN m, N 234.07kN m, N 173.33kN m, N 36.46kN, Q 2.92kN 刚架柱平面计算长度: A:刚架柱验算

（按照冷弯薄壁型钢结构技术规） KI=D , K?=S 从K2/K1 查表得出 u=2.94

H I

H 8 2.94 23.52m

0x

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柱高考虑，

沁95,

8000 .91 247.5 即 0Y 8000mm

123.17 H

（1 ）强度验算

1.正截面验算（珠子以正应力为主）

max }

N M

y {

114.6kN/mm2 min 入匸

}y {

100.8kN/mm2

(2)整体稳定性验算 刚架柱平面内稳定性验算

x

95 180

x

b类截面，由《钢结构设计规范》附表C-2查得，

0.588

NEX

EA 3.142 2.06 105 100

mx 1.0，则 2

(1.95) 2183kN, 2 2

63(1.1 ：) M1 1.0 234.07 10 73.75 10

2

x

0.588

x[1 0.8(N/NEX)]WX

mx2

100

116.8N/mm fd

满足要求。

73 75

1.05 217 104 (1 0.8 —^)

2183

刚架柱平面外稳定性验算

f / 235 123.17

b类截面，由《钢结构设计规范》查得,

tx

y

0.420

1.07些竺

1.07 0.725 44000 44000

—2

则yA

tx

M

x

16.45 148.6 165N/mnf fd 满足要求。

bpx

W

(3)局部稳定验算

构件局部稳定验算是通过板件的宽厚比来实现的。

b 型旦2 t 10

柱翼缘

14.6 15 235 15,

235

235

15 (满足要求)

柱腹板 60

hw

t

w

口 73 250

235 y

250 235

250 (满足要求)

8 235 B:刚架梁验算：

取3-3截面力

M 234.07kN?M，N 36.46kN, Q 70.46kN

(1 )强度验算

正应力:

N M

2 {11O.6kN/mm2 fd

2

A Wx

103.8kN/mm

215N / mm

剪应力：

V A

折算应力：

2 2

6.6N / mm fvd 125N / mm

,6B 111.2N/mm fd 215N/mm (2)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 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

则横梁成为平面外1.5m支撑的压弯构件，取其中一段计算。

2222

N梁 N柱，M梁二M主，因而可以满足要求。

1500

由V二

y

23及b类截面查《钢结构设计规范》得， y 0.960

V

.95

2

tx

由于有端弯矩与横梁荷载，取

1.0，则b 1.07 V

44000

1.06取1.

从而上 如 3.54 107.2 110.7N /mm2

y

fd满足要求。

A

bpX

W

平面外稳定满足要求

(3)局部稳定验算

构件局部稳定验算是通过板件的宽厚比来实现的。

b 300 8 2 t

柱翼缘

J --

15 235

15

10

235 y

（满足要求）

14.6 15 hw 600 20 73 t8 w 柱腹板

250

235

250 （满足要求）

235 235 y

4.变截面验算

250 根据实际情况，为节省钢材，就梁柱界面改为变截面。如下图:

①号界面验算：

1-1 截面：M OkN m, N 73.75kN.

2-2 截面：M 234.07kN m, N 58.38kN.

1-1截面:

节点段端有效宽度验算:

1.0,

16

73.75 103 8240

8.9N/mm2

由于

p时可以用g

1

1.1 8.9 9.8N / mm

2

强度验算： 故

①号界面全部有效，

=8.9N / mm2vfd

2-2截面

N M {5.5 107.7N/mm^

{

A W 5.5 107.7N/mm2

同理求P 1，界面有效，

1

1

fd, 2f,计算

8

稳定验算： 由《技术规程》求得：柱小头 lcD=1.4 10

4

3

mm,大头1乩 6.52 10mm,A^o =8290

484

柱线刚度K1 1.75 1 0mm

r1= 仁型 1 5,r2

d2 100

d1

1 0.5, d0

0.25

从《技术规程》附录 D.01-2得深 =0.48 梁线刚度 K2

-IbL 28698mm3

245

215

则

K

k 0.19Id °.

,Ic0

,查表知山「

395

l0x url0

1.395 8 11.2

由此，进行压弯的整体稳定验算

txM 2 2

XA

(1 蛍)W

0

118N / mm d

e1 215N / mm

N

'EX0

取ly 4000mm,考虑墙梁作用,

同理得, y

0.960， 柱楔形率 r 0.5 Nd 0.75 N 2

(

E 0.99 Ex 近似取 by 1.07 1.06>1,取 by=1.0 44000 M+ t得- 1 W= 176.4N/mm2 故，满足要求。

y

23

5.位移验算：

（1 ）刚柱顶点侧移:

H 0.67W,W ( 1

2

)h (0.828 1.818) 8 21.168kN

14.183 103 80003 5 8 (2 1) 13.51mm — 12 2.06 10 6.523 10 75 H 0.67 21.168 14.183kN, 1,Ic 6.523 108mm4

（2 ）刚架顶点，挠度:

260

106.7mm

MM dx=36.86mm 96mm>

（满足） 四、节点设计：

（1 ）梁柱节点设计： 梁柱节点形式见下图:

1.螺栓

260 伞

70 80 SO 70

300

234.07 0.3

36.46 N1 118.13

2 (0.32 0.222 0.112

0.112 0.212 0.292) 14

234.07 0.22 36.46 N2 0.5816 14 85.94

N3 234.07 0.11

36.46

0.5816 14

41.67

N36.46

4

2.60

14

N5

234.07 ( 0.11) 36.46

0.5816 14

46.87

N234.07 ( 0.21) 36.46 6 0.5816 14 87.12 N234.07 ( 0.29) 36.46

7

0.5816 14

119.32

0.9 1 0.4 [7 155 1.25 (118.13 85.94 41.67 2.6 46.87 87.12 Nv

0.9 nfu(P 1.25NJ 395.14 V 70.46

2.端板

119.32)

3.节点域

13.87mm

ef e N2

2ef (ef e )f

14.44mm t 取 16mm

1.2M 1.2 234.07 106

=102.60I = =

vdbdctc 590 580 8

4.

端板螺栓处腹板强度验算

N2 85.94 0.4P 0.4 155 62kN

N2

85.94 103

2

2

e141N /mm 215mm

wtw 76 8

所以，满足条件。

335.33KN ?M，N

.30 KN （使螺栓受压）， Q 115.40 KN

连接处选用如下组合力值:

采用摩擦型高强螺栓，采用 10

.9

级

M24螺栓，预压力 P=225kN摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数 u=0.45,

螺栓承受拉力为：

第一排：

NMy1

N

335.33 0.372

.30 1 2

2

0.2122

0.3722

y

n 4 (0.132)

10 155.37 6.43 148.94kN

第二排：

NMy2

N

335.33 0.212 .30

2 2

4 (0.1322

0.2122

2

Yi

n 0.372) 10 88.54 6.43 82.11kN

第三排：

N3

My3

N

335.33 0.132

.30 2

2

2

2

55.13 6.43 48.70kN

Yi

n 4 (0.132 0.212 0.372)

10

其抗拉承载力为:

[Ntb

] 0.8P

0.8 225 180kN

d2

148.94kN,满足要求

e2

ftb

/4

21.18 500/4 176.2kN

螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不计外加压力，只考虑预压力）

V3

0.9 f（P 1.25Nt） 2[0.9 0.45 （225 1.25 148.94） 0.9 0.45 (225 1.25 82.11) 0.9 0.45 (225 1.25 48.70) 0.9 0.45 225 6]

810.26kN

115.40kN

端板厚确定： 第一排螺栓端板厚

采用端板厚t 28mm。

端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图

（2 ）梁梁节点设计： 梁梁节点形式见下图:

1.节点说明

梁柱截面为HN600 300 8 10,刚性连接，梁端焊端板。采用8:8级M24摩擦高强罗算连

接，0 26。摩擦面喷砂处理。u 0.45,预拉力P 175kN ；节点处力:

M 173.33kN m, N 36.46kN,Q 2.9kN.

说明

Q M

M

2.验算 （ 1 ）抗剪验算：

',去M

2

M

' 233.6kN m 2

N>0.9nfuP=0.11kN

节点剪力很小，不做抗剪验算

（2）抗压验算：

N

Nmax

n y

满足要求 （3 ）板端厚度

My1

務 4.5 124.5

129kN 0.8P 140kN

板端厚度按支架条件 如图

ew 70mm, ef 50mm

根据门市刚架轻型防御钢结构技术规程，取

12efe Nt 端板平齐t

4ef (ef e )]f

27.56mm,

(3)柱脚设计：

由于变截面，柱脚节点见下图:

柱脚节点 (1 )底板计算

假定底板宽度为B 300mm

73.75 103 (

12.5

1061.86) 23.2mm 已知混凝土抗压强度设计值

fc 12.5N/mm2，锚栓用M24,即螺栓面积A0 1061.86mm2，

按构造要求取则 L=400mm

1 N 30073.75 103 0.62N/mm2 f2c 12.5N / mm BL A 300 400 1061.86 作用在底板单位面积上的压力为:

(2 )各区格单位宽度的最大弯矩: 三边支撑板的弯矩

由于 b/d 146/280 0.52,查表地 0.0631

M

qa2 0.0631 0.62 2802 3067.16N

悬臂版的弯矩：

M ^qc2 - 0.62 102

31N

2 2

故 Mmax 3067.16N。 则底板厚度为

t

(3)焊缝计算

焊缝总长度

6 3067.16

215

9.25mm,按构造要求取16mm

l

w

2 300 2 (300 8) 2 280 1744mm

73.75 103 whf N 1.22 0.7 lw ff 1.22 0.7 1744 160 0.31mm 所需焊缝尺寸为 选用6mm

(4 )柱脚剪力验算：

Q 0.4 fcA0

0.4 12.5 (400 300 1061.86) 符合要求。

五、施工图设计(详见图纸)

594.7kN Q0 29.26kN