世纪联华大型仓储式超市结构毕业设计

'河南城建学院世纪联华大型仓储式超市结构毕业设计2河南城建学院2河南城建学院世纪联华大型仓储式超市设计学生：李亚锋指导老师：李江乐河南城建学院摘要：本设计工程为一120米双跨钢结构，各跨设一台吊车，主要依据《钢结构设计规范》GB50017－2003和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002等国家规范，综合考虑设计工程的规模、跨度、高度及用途，依据“适用、经济、在可能条件下注意美观”的原则，对各组成部分的选型、选材、连接和经济性作了比较，最终选用单层门式钢架的结构形式。梁、柱节点为刚性连接的门式钢架具有结构简洁、刚度良好、受力合理、使用空间大及施工方便等特点，便于工业化，商品化的制品生产，与轻型维护材料想配套的轻型钢结构框架体系已广泛应用于建筑结构中，本设计就是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。主要对承重结构进行了内力分析和内力组合，在此基础上确定梁柱截面，对梁柱作了弯剪压计算，验算其平面内外的稳定性；梁柱均采用Q235钢，10.9级摩擦型高强螺栓连接，局部焊接采用E43型焊条，柱脚刚性连接，夹层梁与柱节点铰接；屋面和墙面维护采用压型钢板；另外特别注重了支撑设置、拉条设置，避免了一些常见的拉条设计错误。 2河南城建学院 3河南城建学院§建筑设计部分1.平面设计根据题目所给条件：双跨钢结构，跨度21及27米，长120米。参照工程应用实例，厂房平面布置为双跨矩形平面。其柱网采用6m×21m和6m×27m，除两端部柱中心线内偏横向定位轴线1/2柱宽外，其余均与横向定位轴线重合；纵向定位轴线与柱外缘重合(详见施工图)。抗风柱距分别取7m和9m厂房出入口尺寸取3900㎜×3300㎜。图1-1柱网布置图2.剖面设计牛腿高度的确定吊车拟采用广州起重机械有限公司的LDA型10t电动单梁起重机。查阅相关规范可知吊车梁高度可取450mm，要求吊车顶面至斜梁与柱相交处最低点间的安全净空尺寸300mm，本厂房取400mm。根据设计资料檐口标高为8m和12m，屋顶坡度取1/12。斜梁高度初步取600mm。牛腿标高取6300mm和10300mm，详见图纸结施00。 92河南城建学院1.室内外高差的确定为考虑到运输工具进出厂房的便利及防止雨水侵入室内，取厂房室内外高差为600mm。2.厂房天然采光设计根据我国《工业企业采光设计标准》规定可知，本厂房的采光等级为III级。本厂房拟采用混合采光，双侧采光+顶部采光。纵墙上的开窗总面积为：(2.1×27.6+2.1×45.6+2.1×27.6)×2=423.36㎡顶部采光带布置，详见图纸建施04。综上，满足采光要求。3.通风设计采用500型通风器通风，布置情况详见图纸建施04。4.厂房屋面排水设计采用檐沟外排水，压型钢屋面及檐沟构造做法如图6-1所示。 92河南城建学院图6-11.厂房立面设计厂房立面利用矩形窗，墙体勒脚等水平构件及其色彩变化形成立面划分形状，使立面简洁大方，具有开朗，明快的效果。立面上，采用底部为1100mm高的砖砌体，表面以水泥砂浆抹面。门窗框口包角板以及女儿墙盖板均采用蓝色钢板，以丰富立面，同时也突出了门窗的重点部位。2.厂房的构造设计2.1.外墙本厂房外墙下部为900mm高240mm厚的砖砌墙体，上部为压型钢板，以避免压型钢板直接着地而产生锈蚀。压型钢板采用保温复合式压型钢板，板外侧采用YX35—175— 92河南城建学院65型钢板，内板采用平板式钢板。压型钢板外墙构造力求简单，施工方便，与墙梁连接可靠。转角处以包角板与压型钢板搭接，搭接长度为350mm，以保证防水效果。图8.1-1纵墙与山墙角部节点示意图1.1.屋顶构造本厂房屋面采用压型钢板有檩体系，即在钢架斜梁上放置C型冷轧薄壁钢檩条，再铺设压型钢板屋面。压型钢板凹槽沿排水方向铺设，以利于排水，根据规范中广州地区降雨量，排水坡度取1/12。具体构造如下图。图8.2-1屋脊节点示意图 92河南城建学院1.1.散水构造厂房周围做宽800mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂浆抹面。具体做法如下图所示：图8.3-1散水构造示意图2.门窗明细表表9-1门窗明细表门窗编号尺寸数量高度（mm）宽度（mm）M—1390033008C—12100276004C—22100456002 92河南城建学院§结构设计部分1.结构布置1.1.材料的选择材料选择根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中的相关规定选取，由于本厂房是轻型门式刚架结构，本身自重较轻且吊车吨位较小，钢架承受荷载也较小，所以厂房梁、柱、檩条等结构构件可选用Q235钢，又由于厂房对材料的冲击韧性无特殊要求，所以质量等级可以选用B级，且厂房对钢材无特殊要求，为了节省造价，可采用沸腾钢，因此，长房梁、柱、檩条、吊车梁、压型钢板等结构构件均可选用Q235B钢材。1.2.屋面布置根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.3.1之规定，由于檩条跨度为7.5m＜9m，故采用实腹式檩条。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.3.5和6.3.6之规定，应在檩条三分点处设置一道拉条，拉条采用Φ10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。1.3.柱间支撑布置根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中4.5.2之规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t的吊车时，柱间宜采用型钢支撑。1.4.屋盖支撑布置由于本厂房长120m，宽21+27m，根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中4.5.2 92河南城建学院之规定，将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。1.1.墙面结构布置根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中8.4.2之规定，本厂房跨度6m，应在跨中位置设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为Φ10圆钢。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.4.2节，应设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件。2.荷载计算2.1.荷载取值不考虑地震作用时，作用在屋顶上的荷载包括结构自重、屋面永久荷载、屋面活荷载及风荷载，各荷载的标准值分别如下（结构自重由程序自动计算，并参与相应的组合）：屋面永久荷载Gk：0.4kN/m2(屋面板0.06kN/m2，隔热层0.04kN/m2，檩条0.10kN/m2，屋面支撑0.05kN/m2，设备管线0.15kN/m2)；屋面活荷载Qik：0.3kN/m2；基本风压w0：0.5kN/m2；2.2.竖向荷载导算作用在刚架斜梁上的永久荷载DL（不包含自重）为：标准值0.4××6=2.4kN/m设计值2.4×1.2=2.88kN/m依据荷载规范，不考虑雪荷载则作用在刚架斜梁上的活荷载LL为：标准值0.3×6=1.8kN/m 92河南城建学院设计值1.8×1.4=2.52N/m端跨刚架的受载面积为中跨的1/2，因此在整体分析时，作用在端跨的实际荷载为中跨的一半。吊车梁自重引起的恒载标准值：竖向力为：弯矩为：1.1.风荷载导算建筑所在场地地面粗糙度类别按B类考虑，则10m以下的风压高度变化系数为μz=1.0，10~15m取μz=1.14，结构的风荷载体型系数依据《规程》附录A中的A.0.1和A.0.2条的相关规定计算。垂直于建筑物表面的风荷载标准值wk的计算公式为：wk=μsμzw0式中w0为基本风压，但需按现行国家标准《荷载规范》的规定值乘以系数1.05采用；μs为体型系数，《规程》中给出了不同构件计算风荷载标准值时的体型系数，本设计厂房符合条件：屋面坡度α≤10º、屋面平均高度H≤18m、房屋高宽比H/B≤1.0，且檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸。按《规程》计算房屋边缘带宽度Z，Z为计算维护结构构件时的房屋边缘带宽度。A~C轴：最小水平尺寸Lmin=27.0m，厂房高度H=12.0m，则0.1Lmin=0.1×27.0=2.70m;0.4H=0.4×12.0=4.8m0.1Lmin与0.4H的较小者为0.1Lmin=2.70m，取Z=2.70m，且Z>4%Lmin=1.08m因此，取Z=2.70m，2Z=5.40m；C~D轴：最小水平尺寸Lmin=21.0m，厂房高度H=8.0m，则0.1Lmin=0.1×21.0=2.10m;0.4H=0.4×8.0=3.2m0.1Lmin与0.4H的较小者为0.1Lmin=2.10m，取Z=2.10m，且Z>4%Lmin=0.84m 92河南城建学院因此，取Z=2.10m，2Z=4.20m。图11.3-1风荷载体型系数及分区图左风荷载作用时，中间区刚架的风荷载标准值为：i中间区系数荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）1+0.25=0.5×1.05×1×0.25×6=+0.792-1.0=0.5×1.05×1×(-1.0)×6=-3.153-0.65=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.054-0.55=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.735-1.0=0.5×1.05×1×(-1.0)×6=-3.156-0.65=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.057-0.55=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.73左风荷载作用时，端区刚架的风荷载标准值为： 92河南城建学院i端区系数荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）1E+0.5=0.25×0.42×0.5×6+(0.5-0.25)×0.42×5.40=0.882E-1.4=(-1.0)×0.42×0.5×6+[-1.4-(-1.0)]×0.42×5.40=-2.173E-0.80=(-0.65)×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×5.40=-1.164E-0.70=（-0.55）×0.42×0.5×6+[-0.7-(-0.55)]×0.42×5.40=-1.035E-1.40=（-0.1）×0.42×0.5×6+[-1.4-(-0.1)]×0.42×5.40=-3.076E-0.80=（-0.65）×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×5.40=-1.167E-0.70=（-0.55）×0.42×0.5×6+[-0.7-(-0.55)]×0.42×5.40=-1.03右风荷载作用时，中间区刚架的风荷载标准值为：i中间区系数荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）7+0.25=0.5×1.05×1×0.25×6=+0.796-1.0=0.5×1.05×1×(-0.1)×6=-3.155-0.65=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.054-0.55=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.733-1.0=0.5×1.05×1×(-1)×6=-3.152-0.65=0.5×1.05×1×(-0.65)×6=-2.051-0.55=0.5×1.05×1×(-0.55)×6=-1.73右风荷载作用时，端区刚架的风荷载标准值为： 92河南城建学院i端区系数荷载标准值（kN/m）（b为开间尺寸）7E+0.5=0.25×0.42×0.5×6+[0.5-0.25]×0.42×4.20=0.766E-1.4=(-1.0)×0.42×0.5×6+[-1.4-(-1.0)]×0.42×4.20=-2.425E-0.80=(-0.65)×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×4.20=-1.084E-0.70=(-0.55)×0.42×0.5×6+[-0.7-(-0.55)]×0.42×4.20=-0.963E-1.40=(-1.0)×0.42×0.5×6+[-1.4-(-1.0)]×0.42×4.20=-2.422E-0.80=(-0.65)×0.42×0.5×6+[-0.8-(-0.65)]×0.42×4.20=-1.081E-0.70=(-0.55)×0.42×0.5×6+(-0.7-0.55)×0.42×4.20=-0.961.1.吊车及吊车荷载1.1.1.各吊车工况下的牛腿的最大反力（1）两台吊车时最大轮压作用下牛腿的最大反力：（2）两台吊车时最小轮压作用下牛腿的最大反力：（3）一台吊车时横向荷载作用下牛腿最大反力：（4）一台吊车时最大轮压作用下牛腿的最大反力：（5）一台吊车时最小轮压作用下牛腿的最大反力： 92河南城建学院（6）一台吊车时横向荷载作用下牛腿的最大反力：1.1.1.吊车对结构最不利荷载计算①最大轮压作用于A柱列A柱列所受竖向力及弯矩，B柱列所受竖向力及弯矩，②最大轮压作用于B柱列A柱列所受竖向力及弯矩，B柱列所受竖向力及弯矩，③横向荷载作用于AB跨1.2.地震作用计算由于门式刚架结构的自重较轻，地震作用产生的荷载效应一般较小。设计经验表明：当抗震设防烈度为8度而风荷载标准值大于0.45kN/㎡时，地震作用的组合一般不起控制作用，因此，本设计只采用抗震构造措施和简单验算而不做详细的计算。 92河南城建学院1.吊车梁设计1.1.吊车荷载计算图12.1-1吊车梁的支座反力影响线吊车的支座反力影响线见图。最大轮压作用下牛腿的最大反力：119.7*（67/120+1）=186.53kN131.53*（67/120+1）=204.97kN横向荷载作用下的最大反力：4.82*（67/120+1）=7.52kN1.1.1.吊车最大轮压由《钢结构设计手册》中吊车资料可知，其最大轮压为8.31T和9.13T。则根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中5.1.1之规定可知：竖向荷载标准值为19.5m跨度吊车：; 92河南城建学院25.5m跨度吊车：;根据《建筑结构荷载规范》5.3.1之规定取吊车荷载动力系数α=1.05，则吊车竖向荷载设计值为：19.5m跨度吊车：1.4*1.05*8.31*9.8=119.71kN1.4*1.05*1.07*9.8=15.41kN25.5m跨度吊车：1.4*1.05*9.13*9.8=131.53kN1.4*1.05*1.62*9.8=23.34kN1.1.1.吊车横向水平力由吊车资料可知吊车额定起重量为10吨，小车重量为2.7吨，且吊车工作制为A5级，为轻级工作制，因此每个轮上的横向荷载标准值为：由《建筑结构荷载规范》5.1.2之规定知ξ=0.12，则：依据《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定，得作用在每个车轮上的横向水平力为=1.4*9.8*12%*（10+1.7）/4=4.82kN1.2.内力计算由于本厂房有两跨，有两台10t吊车，设计时取最不利情况并按两台吊车设计。吊车最大轮压标准值及轮距如图所示。吊车梁两端设计为铰接，L=6m。吊车梁中最大弯矩及相应的剪力图12.2-1吊车梁弯矩计算简图 92河南城建学院产生最大弯矩点（C点）的位置如上图所示，梁上所有荷载合力Σp的位置为：，2500mm，根据《钢结构设计手册》8.3.2节中，最大弯矩标准值为：其中为吊车梁自重影响系数，查《钢结构设计手册》表8-2得=1.03最大弯矩处的相应剪力值为：1.1.1.吊车梁的最大剪力图12.2.1-1吊车梁剪力计算简图1.2.截面特性取吊车梁为单轴对称工字型截面，如图： 92河南城建学院图12.3-1吊车梁截面图1.1.1.毛截面特性 92河南城建学院1.1.1.净截面特性1.2.强度计算1.2.1.正应力按《钢结构设计规范》GB50017-2003中公式4.1.1计算上翼缘正应力，由于吊车梁要进行疲劳验算，所以、均取1.0，则：上翼缘应力：下翼缘应力：1.2.2.剪应力按《钢结构设计规范》GB50017-2003中公式4.1.2计算，平板支座时： 92河南城建学院1.1.1.腹板的局部压应力采用《钢结构设计手册》GB50017-2003中4.1.3之规定：吊车轨道自重235.2N/m，轨高130mm，则：集中荷载增大系数，F=P=1.1.2.腹板计算高度边缘处的折算应力根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.1.4规定：由于与同号，则取1.1。则：1.2.稳定性计算1.2.1.梁的整体稳定性按《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.2.1之规定有：，应计算梁的整体稳定性， 92河南城建学院按《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.2.1之规定有：因集中荷载并非在跨中附近由《钢结构设计规范》GB50017-2003表B.1对单轴对称工字型截面：加强受压翼缘计算整体稳定性（MH=0） 92河南城建学院满足要求。1.1.1.腹板的局部稳定性根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.2之规定：由于，由于有局部压应力，故必须配置横向加劲肋，且应在支座处配置支撑加劲肋。根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.6之规定：横向加劲肋应该在与之间设置，故取横向加劲肋间距，横向加劲肋在腹板两侧成对称布置。其外伸宽度，取，则腹板加劲肋厚度为。1.2.挠度计算验算吊车梁的挠度应按最大一台吊车的荷载标准值计算，且不乘动力系数，则挠度为：满足刚度要求。1.3.支座加劲肋计算取支座加劲肋为，布置如下图： 92河南城建学院图12.7-1支座加劲肋计算简图则支座加劲肋的端面承受压应力为：属于b类截面，查表得，则支座加劲肋在腹板平面外的稳定性：满足要求。 92河南城建学院1.1.焊缝计算1.1.1.上翼缘与腹板连接处的连接焊缝为：由于构造要求，故取。1.1.2.下翼缘与腹板连接处的连接焊缝为：根据构造要求取。1.1.3.支座加劲肋与腹板的连接焊缝为：设，则根据构造要求取。1.2.疲劳验算由于循环次数为次，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中6.1.1之规定，应进行疲劳验算。 92河南城建学院1.1.1.最大弯矩（C点截面）处下翼缘连接焊缝附近主体金属的疲劳应力幅按照规范要求，采用一台起重量最大吊车的荷载标准值，不计动力系数。根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附表E之规定可知：构件和连接类别分别为2类，再查表6.2.1可知：则：所以满足要求。1.1.2.横向加劲肋下端部附近主体金属的疲劳应力幅横向加劲肋下端部（离腹板下边缘60mm）附近主体金属的疲劳应力幅：查《钢结构设计规范》GB50017-2003中附表E可知，构件和连接类别均为4类，查表6.2.1得：，故满足要求。 92河南城建学院1.牛腿设计1.1.荷载计算根据吊车梁的设计，吊车梁截面面积,Q235钢的密度为,吊车梁自重为，轨道自重为由吊车最大轮压引起的支座反力标准值为：图13.1-1牛腿根部支座反力影响线示意图则牛腿根部承受的剪力：截面选择图13.1-1牛腿节点示意图 92河南城建学院牛腿选用偏心距为外伸长度为，截面高度，截面宽度，翼缘板厚度，腹板厚度，力作用点处截面为。则：1.1.截面特性图13.2-1牛腿根部截面示意图牛腿根部截面： 92河南城建学院1.1.强度验算抗弯强度抗剪强度腹板计算高度边缘处折算应力和的最不利组合出现在腹板边缘，因此验算公式为：∴满足要求。1.2.焊缝验算根据角焊缝尺寸构造要求的限制，，故取。腹板上竖向焊缝的有效截面面积为： 92河南城建学院图13.4-1截面焊缝示意图全部焊缝对X轴的惯性矩为：焊缝最外边缘的截面模量为：翼缘和腹板连接处的截面模量为：在弯矩作用下角焊缝最大应力： 92河南城建学院牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪力引起的应力共同作用：∴满足要求。1.1.加劲肋设计取加劲肋2-90×6，外伸长度为，且宜大于90mm，故取为110mm，宽度，故取宽度为10mm。布置如下图：图13.5-1加劲肋示意图 92河南城建学院1.1.稳定性验算截面属于b类截面，查表得则：∴满足要求。2.刚架设计2.1.初选截面厂房跨度分别为27m和21m，拟选用变截面刚架来设计，根据已有资料和经验，再结合PKPM优化设计，初选截面如下：刚架A轴柱选用型截面；AB跨刚架梁选用型截面（分段长度比例为11:16）及型截面；B轴刚架柱（中柱）选用型截面；BC轴刚架梁选用及型截面（分段长度比例为4:3）。具体布置如图1.29-1所示 92河南城建学院图1.29-11.1.内力手算一品刚架的计算简图如图14.2-1。1.1.1.BC跨内力先取BC跨计算。基本体系如图14.2-2图14.2-1 92河南城建学院图14.2-2作基本结构的Mp、M1、M2图（图14.2-3a、b、c），由此求得自由项和系数如下：(a)Mp图（单位kN·m）(b)1图（单位m）(c) 92河南城建学院2图（单位m）(d)M图（单位kN·m） 92河南城建学院力法方程为解方程，得利用叠加公式作M图，如图14.2-3d所示。1.1.1.AB跨内力图14.2.2-1先计算屋面均布恒载下内力：(1)基本未知量共有两个基本未知量：。(2)杆端弯矩固端弯矩查表求得 92河南城建学院各杆刚度取相对值计算，设,则叠加固端弯矩，可列出各杆杆端弯矩如下：（3）位移法方程结点B平衡：将上步结果代入得（a）结点E平衡：将上步结果代入得 92河南城建学院（b）（4）求基本未知量解（a）、（b）两方程，得（5）求杆端弯矩将求得的位移代入上述各杆杆端弯矩公式，得1.1.1.刚架整体内力综上，得到刚架的内力图如图14.2.3-1、2、3图14.2.3-1刚架弯矩图 92河南城建学院图14.2.3-2刚架弯矩图图14.2.3-3刚架剪力图1.1.内力电算计算结果由清华大学结构力学求解器得出。1.1.1.恒载内力图恒载M图 92河南城建学院恒载N图恒载Q图1.1.1.活载内力图活荷载M图 92河南城建学院活荷载N图活载Q图1.1.1.风荷载内力图左风荷载M图 92河南城建学院左风荷载N图左风荷载Q图右风荷载M图 92河南城建学院右风荷载N图右风荷载Q图截面编号 92河南城建学院1.1.内力组合表柱梁内力组合表1 92河南城建学院 92河南城建学院 92河南城建学院 92河南城建学院 92河南城建学院1.1.构件验算1.1.1.刚架梁的验算1)构件的截面特性两跨钢梁皆为变截面梁，大头截面A尺寸为H800×240×240×8×10×10小头截面B的尺寸为H500×240×240×8×10×10等截面C的尺寸为H500×160×160×8×10×10小头截面D的尺寸为H500×160×160×8×10×10大头截面E的尺寸为H750×160×160×8×10×10 92河南城建学院等截面F的尺寸为H300×320×320×8×12×12小头截面G的尺寸为H300×250×250×8×16×16大头截面H的尺寸为H800×250×250×8×16×162)构件宽厚比的验算对于大头截面A：翼缘部分：腹板部分：对于小头截面B：翼缘部分： 92河南城建学院腹板部分：对于等截面C：翼缘部分：腹板部分：对于小头截面D：翼缘部分：腹板部分：对于大头截面E：翼缘部分：腹板部分：对于等截面F：翼缘部分：腹板部分：对于小头截面G： 92河南城建学院翼缘部分：腹板部分：对于大头截面H：翼缘部分：腹板部分：3)抗剪验算由于梁为变截面，所以分两段分别计算。对于等截面一段：其最大剪力为则根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.1中第6款的规定：梁的腹板高度变化小于60mm/m,则：所以：∴满足要求。对于变截面一段，只需验算最不利截面3-3：其最大剪力 92河南城建学院所以：∴满足要求。4)弯、剪、压共同作用下的验算对于大头截面根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.2中第2款的规定进行下列验算：所以，取 92河南城建学院全截面有效，所以：由于所以用公式：∴满足要求。对于等截面梁，因截面相同，只需联合选出3-3，4-4截面中的最不利内力来进行验算根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.2中第2款的规定进行下列验算： 92河南城建学院所以，取全截面有效，所以：由于所以用公式：∴满足要求。5)梁的整体稳定性验算A、横梁平面内的稳定性验算根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002，第一段，第二段的，，相连楔形段的长度比根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中附录D查得换算长度系数为，则计算长度为：截面属于b类截面，可查得 92河南城建学院有侧移刚架柱取，则应有：∴满足要求。B、考虑屋面板与檩条紧密连接，有蒙皮效应，檩条可作为横梁平面外支撑点，但为安全起见，计算按两个檩条间距考虑，即3000m，平面外稳定性根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.4之规定进行验算：取计算长度对于第一段变截面梁3-3截面该构件的楔率为由于截面属于b类截面，查表得受压区1/3高度和受压翼缘对y轴的截面性质：受压区1/3高度为，则： 92河南城建学院根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：取，则：∴满足要求。对于第二段等截面梁12-12,13-13截面该构件的楔率为，由于截面属于b类截面，查表得 92河南城建学院根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：取，则：∴满足要求。1.1.1.钢架柱的验算1)构件的截面特性柱选用截面为的焊接工字型截面，且为等截面柱，则：2)构件宽厚比验算翼缘部分：腹板部分：3)抗剪验算柱截面最大剪力为 92河南城建学院所以根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.1中第6款的规定：不设支座加劲肋，所以：∴满足要求。4)弯、剪、压共同作用下的验算根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.2中第2款的规定进行下列验算： 92河南城建学院所以，取又∵∴，部分截面有效，所以：由《钢结构设计规范》GB50017-2003中考虑屈曲后强渡的计算，由于所以用公式：∴满足要求。5)整体稳定性验算A、刚架柱平面内稳定性验算因最大弯矩和最大轴力不在同一个截面，故应验算两组数据。第一组：柱的平面内计算长度：根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中公式6.1.3-7b可知柱的平面内计算长度系数为： 92河南城建学院公式中K是柱的线刚度;则：稳定性验算截面属于b类截面，可查得取，则应有：∴满足要求。第二组：柱的平面内计算长度：根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中公式6.1.3-7b可知柱的平面内计算长度系数为：公式中K是柱的线刚度;则：稳定性验算 92河南城建学院截面属于b类截面，可查得取，则应有：∴满足要求。B、钢架柱平面外的整体稳定性验算考虑柱间支撑作为柱的平面外支撑，所以柱的平面外验算应分上柱和下柱分别验算。上柱平面外稳定性验算由柱间支撑可知上柱计算长度为：上柱最不利内力组合为：根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中6.1.4之规定进行验算：截面属于b类截面，查表得：对于等截面构件，则，由强度验算可知，全截面有效，则： 92河南城建学院根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：取，则：∴满足要求。下柱平面外稳定性验算由柱间支撑可知下柱计算长度为：下柱最不利内力组合为： 92河南城建学院根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附录B之规定：则：∴满足要求。1.檩条设计1.1.荷载设计1.1.1.永久荷载压型钢板（两层含保温层）檩条（包括拉条）1.1.2.可变荷载（1）屋面均布活荷载标准值根据《建筑结构荷载规范》GB5009-2001，本厂房采用的压型钢板为轻型屋面板，屋面为不上人屋面，其水平投影面上的屋面均不活荷载按表4.3.1采用，标准值取。 92河南城建学院根据《建筑结构荷载规范》GB5009-2001中4.5.1之规定：施工或检修集中荷载标准值为1kN，将屋面均布荷载转换为线荷载:（2）屋面雪荷载标准值查《建筑结构荷载规范GB50009_2001》可知，基本雪压为0。（3）屋面风荷载标准值查《建筑结构荷载规范GB50009_2001》可知，基本风压，则根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002中附表A之规定取风荷载标准值为：其中根据《建筑结构荷载规范》7.2.1之规定取0.74。查表A.0.2-2，有效受风面积故取中区，角部区，则（风吸力）1.1.1.荷载组合（1）1.2永久荷载+1.4max{屋面均布活荷载、雪荷载}弯矩设计值： 92河南城建学院（2）对于平坡屋面（坡度为1/8~1/20），当风荷载较大时，应验算在风吸力作用下，永久荷载与风荷载组合下截面应力反号的情况，此时永久荷载的分项系数取1.0即：1.0永久荷载+1.4风吸力荷载弯矩设计值：1.1.截面选择及截面特性选用C25075202.5型冷弯薄壁型卷边槽钢查表得其截面特性如下：按第一种组合进行强度验算 92河南城建学院图15.2-1檩条截面示意图按毛面积计算的截面应力：1.1.受压板件的稳定性系数1.1.1.腹板腹板为加劲板件， 92河南城建学院且小于0，则根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.2-2得：1.1.1.上翼缘板上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲板件的支承板，，则根据《冷弯薄壁型钢结构技术规程》GB50018-2002中公式5.6.2-3得：1.1.2.受压板件的有效宽度腹板根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.3-2得：，则受压板件的板组约束系数由于，故取。 92河南城建学院则由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.2-3可得：计算截面有效宽度：由于则：上翼缘由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.3-3可得：则：由于故取且由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.2-3得： 92河南城建学院由于为部分加劲板则下翼缘全截面受拉，全部有效1.1.1.有效净截面模量图15.3.4-1有效截面示意图上翼缘板扣除的面积宽度为：，腹板的扣除面积宽度为：，同时在腹板的计算截面有一拉条连接孔，则有效净截面模量： 92河南城建学院1.1.强度计算屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转：1.2.稳定性验算风吸力起控制作用：1)不记孔洞削弱，近似取：2)受弯构件的整体稳定性系数由于檩条，拉条靠近上翼缘，故不考虑其对下翼缘的约束，可视为跨中无侧向支撑构件。查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002表A.1.2得， 92河南城建学院3)风吸力作用下檩条下翼缘受压区∴满足要求。1.1.挠度验算查《钢结构设计手册》（上册）表2-11得，容许挠度由公式7-29得∴满足要求。1.2.构造要求 92河南城建学院故此檩条在平面内、外均满足要求。1.抗风柱设计1.1.荷载计算1.1.1.恒载山墙墙面板及墙梁自重为1.1.2.风荷载基本风压，厂房跨中不设置抗风柱，柱高地面类别为B类，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1得：则：风压标准值1.1.3.单根抗风柱承受的均布线荷载设计值为：恒载：风荷载：1.2.内力分析抗风柱的柱脚和柱顶分别由基础和屋面支撑提供竖向及水平支撑，计算简图如下： 92河南城建学院图16.2-1抗风柱支撑简图构件的最大轴力为：最大弯矩为：1.1.截面选择选用型柱，则柱截面特性：1.2.强度验算∴满足要求。1.3.稳定性验算1.3.1.平面内稳定由于抗风住两端铰接，则： 92河南城建学院截面属于b类，查表得：则：1.1.1.平面外稳定性考虑到抗风柱柱间支撑，则：截面属于b类截面，查表得：所以平面内、平面外稳定性均满足要求。1.2.挠度验算参考《钢结构设计手册》表2-11得容挠度 92河南城建学院故挠度满足要求。1.节点设计1.1.梁柱节点AB跨梁与A柱的节点：1.1.1.螺栓强度验算采用10.9级M22高强摩擦型螺栓，分六排两列布置，如下图所示： 92河南城建学院17.1.1-1梁柱节面螺栓布置示意图钢号为Q235钢构件接触面的处理方法：喷砂高强螺栓预拉应力：155kN高强螺栓传力摩擦面数摩擦面抗滑移系数高强螺栓承载力设计值：受拉承载力：受剪承载力：节点最不利组合为：∴满足要求。1.1.1.端板厚度验算取端板厚度，按《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中7.2.9之规定进行验算：对于两边支承且端板外伸时： 92河南城建学院∴满足要求。1.1.1.梁柱节点域剪应力按《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中7.2.10之规定：M为柱顶弯矩，则：其中剪应力分布不均匀系数=0.75，按塑性设计，参阅《钢结构设计规范》GB50017-2003∴满足要求。1.1.2.螺栓处腹板强度验算根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中7.2.11之规定：∴满足要求。 92河南城建学院1.1.梁梁节点1.1.1.变截面处梁梁节点1)螺栓强度验算采用10.9级M20高强摩擦型螺栓，分四排两列布置，如下图所示：图17.2.1-1梁梁节面螺栓布置示意图钢号为Q235钢构件接触面的处理方法：喷砂高强螺栓预拉应力：155kN高强螺栓传力摩擦面数摩擦面抗滑移系数高强螺栓承载力设计值：受拉承载力：受剪承载力： 92河南城建学院节点最不利组合为：∴满足要求。2)端板厚度验算取端板厚度，按《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中7.2.9之规定进行验算：对于两边支承且端板外伸时：∴满足要求。3)螺栓处腹板强度验算根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102：2002中7.2.11之规定：∴满足要求。 92河南城建学院1.1.1.屋脊截面处梁梁节点对于屋脊处的节点设计，与变截面处节点设计过程同理，经验算变截面处的节点设计可满足强度和稳定性要求，并且4-4与3-3截面设置相同，4-4截面的内力又较小，经验算后均能满足要求。1.2.柱脚节点柱脚最不利内力组合值为：柱脚采用带加劲肋的支撑式刚接柱脚，形式如下图：图17.3-1柱脚底板剖面示意图底板下混凝土标号为C25锚栓采用Q235钢焊条采用E43型1.2.1.确定底板面积底板长度和宽度应根据底板下的混凝土的抗压强度确定：基础混凝土为C25， 92河南城建学院初步确定，锚栓孔布置如下图所示：图17.3.1柱脚底板平面示意图尺寸满足要求。1.1.1.确定底板厚度为负值，所以柱脚需要锚栓来承担压力。对于三边支承及两边相邻支撑板：对于区格： 92河南城建学院相应区格内的最大应力为：对于区格Ⅱ：相应区格内的最大应力为：则：，假定板件厚度大于16mm，此时，由此计算底板厚度为：取1.1.锚栓设计锚栓计算简图如下：17.4-1锚栓计算简图由于所以柱脚处有拉应力，且拉应力的合力应由锚栓来承担。 92河南城建学院则锚栓所承受的拉力为：则锚栓所需要的有效截面面积：（为锚栓抗拉强度设计值，）考虑到锚栓应留有一定余量，所以选取Q235锚栓M45。1.1.抗剪键的设置根据《钢结构设计规范》GB50017-2003规定，锚栓不能抗剪，剪应力应通过底板和基础顶面的摩擦力来传递，若不满足要求，则需要设置抗剪键。底板受压所承受的总压力为：R=N+T=376.01+283=659.01kN底板与混凝土基础间的摩擦力为（摩擦系数μ由经验取0.4）则不需要设置抗剪键。2.基础设计2.1.基础的选择由于本设计采用的上部结构为轻型门式刚架结构，荷载较小，所以选择基础形式为钢筋混凝土独立基础，根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中8.2.2其构造要求是：1、锥形基础的边缘高度不小于200mm，阶梯形基础每阶高度宜在300-500mm；2、基础下垫层不小于70mm，垫层混凝土强度等级应为C10； 92河南城建学院3、底板受力钢筋直径不小于10mm，间距不小于100mm，不大于200mm，钢筋保护层厚度不小于40mm；4、基础混凝土强度等级不低于C20。所以，在本设计中，采用柱下独立基础，在结构的每根柱下均设基础，基础材料为C25混凝土和HPB235钢筋，垫层为100mm厚C10混凝土。1.1.基础埋深根据本设计中建筑上部荷载较小，地下水位较深等因素，并根据提供材料，选定基础埋深为自天然地面下1.0m，基础下设100mm厚C10混凝土垫层，所以垫层顶面标高为-1.150m（室内外高差为150mm）。1.2.基础尺寸的确定1.2.1.确定地基承载力根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002，地基土质经过灰土挤密桩法进行处理之后，其地基承载力特征值可根据经验确定，但不宜取值大于处理前的2.0倍，也不宜大于250kPa。所以，取地基承载力特征值为当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，对地基承载力特征值要进行修正：式中：—修正后的地基承载力特征值；—地基承载力特征值；、—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别取值；—基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；—基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m取值，大于6m的按6m取值；—基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；—基础埋深（m）。 92河南城建学院在本设计中，由于采用复合地基，=0，所以不做宽度修正，只进行深度修正，取，，则：1.1.1.确定基础上部荷载在进行上部结构荷载计算时，以左柱对柱下独立基础的作用为例进行设计，根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中的要求，应取正常使用极限状态下荷载效应的标准组合值进行基底尺寸的确定，所以利用结构设计中的已知数据，应取弯矩最大一组和轴力最大一组分别计算确定，又因为本设计此两组数据相同，因此有，，此外，基础顶面同时受到底层墙体作用，每个基础承受的维护墙宽度为6m，墙体总高度为1.1m，墙体用240mm厚实心黏土砖砌筑，容重为，每根基础梁自重为25.05kN，则每个基础承受的墙体传来的重力荷载标准值为：1.1.2.确定基础底面积由于按轴心受压估算基础底面尺寸，取考虑偏心影响，将基础底面积适当扩大，取基底尺寸b=1.6m，l=2.4m，则基础底面抵抗矩为： 92河南城建学院基础底面相应于荷载效应标准组合的竖向压力值和力矩值分别为：则偏心距，为大偏心∴∴满足要求，计算见图如下。图18.3.3-1基础底面的压力分布图1.1.1.基础冲切验算基础受冲切承载力时计算时再用荷载效应的基本组合，并采用基底净反力，选取下列两组不利内力进行验算。 92河南城建学院第一组：，，第一组：，，①先按第一组不利内力计算，扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力：则偏心距，为大偏心∴∴ 92河南城建学院图18.3.4-1基础净反力及冲切破坏锥面②按第二组不利内力计算，扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力：则偏心距，为小偏心则基础底面边缘的压应力为由于基础底面落在线（即冲切破坏角锥体）以内时，可不必进行受冲切承载力验算。 92河南城建学院1.1.1.基础截面配筋计算1)柱脚底板及变阶处基底净反力计算由18.3.4冲切验算中两组不利内力设计值所产生的基底净反力见下表所示，其中为基础柱脚底板或变阶处所对应的基底净反力。表18.3.5-1基底净反力值基底净反力第一组第二组227.06140.52柱脚底板边缘156.1196.93变阶处179.76111.46062.632)柱脚底板边缘及变阶处弯矩计算基础的宽高比为基础的偏心距为由于基础偏心距大于基础宽度，则在沿弯矩作用方向上，任意截面处的相应荷载效应的基本组合时的弯矩设计值可按《混凝土结构设计》中式（3.7.15）计算；在垂直于弯矩作用方向上，柱脚底板边缘处或截面变阶处相应于荷载效应的基本组合时的弯矩设计值可按《混凝土结构设计》中式（3.7.16）计算。柱脚底板边缘处弯矩计算 92河南城建学院变阶处截面的弯矩计算3)配筋计算基础底板受力钢筋采用HPB235级（），则基础底板沿长边b方向的受力钢筋截面面积可按下式计算，即选用基础底板沿短边方向的受力钢筋截面面积可按下式计算，即 92河南城建学院选用基础配筋图见基础施工图。总结：经过了以上地基处理和基础设计，均能满足《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002和《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002。 92河南城建学院参考文献[01]钢结构设计规范GB50017-2003；[02]冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002；[03]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102-2002；[04]建筑结构荷载规范GB50009-2001；[05]建筑抗震设计规范GB50011-2001；[06]房屋建筑制图统一标准GB/T50001-2001；[07]李和华[编]，钢结构连接节点设计手册，北京，中国建筑工业出版社，1992；[08]建筑结构设计手册丛书编委会[编]，钢结构设计手册，北京，中国建筑工业出版社，1992；[09]徐伟、宋康[编]，建筑工程设计施工详细图集·钢结构工程，北京，机械工业出版社，2000；[10]陈绍蕃、顾强[编]，钢结构·上册，北京，中国建筑工业出版社，2003；[11]陈绍蕃、顾强[编]，钢结构·下册，北京，中国建筑工业出版社，2003；　[12]包头钢铁设计研究总院、中国钢结构协会房屋建筑钢结构协会[编]，钢结构设计与计算、第二版，北京，机械工业出版社，2003；[13]同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学[编]，房屋建筑学、第四版，北京，中国建筑工业出版社，2005；[14]轻钢结构设计指南(实例与图集)编辑委员会[编]，轻钢结构设计指南(实例与图集)，北京，中国建筑工业出版社，2005；[15]金喜平，邓庆阳等[编]，基础工程，北京，机械工业出版社，2006；[16]龙驭球，包世华[编]，结构力学Ⅰ、第二版，北京，高等教育出版社，2006；[17]李承汉等[编]，新编轻钢结构设计实用手册，北京，中国电力出版社，2007；[18]李雄彦、徐兆[编]，门式刚架轻型钢结构工程设计与实例，北京，中国建筑工业出版社，2008。'