目 录
2 荷载计算 ........................................................................................... 2 2.1 荷载取值计算 ............................................................................... 2
2.1.1 永久荷载标准值(对水平投影面) .................................................... 2 2.1.2 可变荷载标准值 ......................................................................... 2 2.1.3 风荷载标准值 ............................................................................ 2 2.1.4 吊车资料 ................................................................................. 2 2.1.5 地震作用 ................................................................................. 3 2.2 各部分作用的荷载标准值计算 .............................................................. 3 3 内力计算 ........................................................................................... 5 3.1 在恒荷载作用下 .............................................................................. 6 3.2 在活荷载作用下 .............................................................................. 7 3.3 在风荷载作用下 .............................................................................. 8 3.4 在吊车荷载作用下 ............................................................................ 9 3.5 内力组合 .................................................................................... 10 4 刚架设计 ......................................................................................... 14 4.1 截面形式及尺寸初选 ....................................................................... 14 4.2 构件验算 .................................................................................... 14
4.2.1 构件宽厚比验算 ....................................................................... 15 4.2.2 有效截面特性 .......................................................................... 15 4.2.3 刚架梁的验算 .......................................................................... 18 4.2.4 刚架柱验算 ............................................................................. 19 4.2.5 位移计算 ............................................................................... 21 4.3节点设计 ..................................................................................... 21 4.3.1 梁柱节点设计 .......................................................................... 21
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4.3.2 梁梁节点设计 .......................................................................... 23 4.3.3 刚接柱脚节点设计 ..................................................................... 26 5 吊车梁及牛腿设计 .............................................................................. 28 5.1 吊车梁设计 .................................................................................. 28 5.2 牛腿设计 .................................................................................... 31 6 其它构件设计 ................................................................................... 34 6.1 隅撑设计 .................................................................................... 34 6.2 檩条设计 .................................................................................... 34 6.2.1 基本资料 ............................................................................... 34 6.2.2 荷载及内力 ............................................................................. 34 6.2.3 截面选择及截面特性 .................................................................. 34 6.2.4 强度计算 ............................................................................... 36 6.2.5 稳定性验算 ............................................................................. 37 6.3 墙梁设计 .................................................................................... 37 6.3.1 基本资料 ............................................................................... 37 6.3.2 荷载计算 ............................................................................... 37 6.3.3 内力计算 ............................................................................... 37 6.3.4 强度计算 ............................................................................... 37 7 基础设计 ......................................................................................... 38 7.1 刚架柱下基础 .......................................................................... 38
7.1.1 地基承载力特征值和基础材料 ....................................................... 38 7.1.2 基础底面内力及基础底面积计算 .................................................... 38 7.1.3 验算基础变阶处的受冲切承载力 .................................................... 39 7.1.4 基础底面配筋计算 ..................................................................... 39 7.2 山墙抗风柱下基础 .................................................................... 39 结 论 .............................................................................................. 41 参考文献 ............................................................................................ 42 致 ................................................................................................. 44
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1 绪论
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2 荷载计算
2.1 荷载取值计算
2.1.1 永久荷载标准值(对水平投影面)
YX51-380-760型彩色压型钢板 0.13 KN/m2 50mm厚保温玻璃棉板 0.05 KN/m2 PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02 KN/m2 檩条及支撑 0.10 KN/m2 合计 0.3 KN/m2 2.1.2 可变荷载标准值
屋面活荷载:按不上人屋面考虑,取为0.50 KN/m2。因刚架受荷水平投影面积21×6=126m2>60m2,故按《建筑结构荷载规范》取屋面竖向均布活荷载(按不上人屋面考虑)标准值为0.3 KN/m2
雪荷载:基本雪压S0=0.35 KN/m2。对于单跨双坡屋面,屋面坡角 α=3°48′51″,μr=1.0,雪荷载标准值Sk=μrS0=0.35 KN/m2。 取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.35 KN/m2,不考虑积灰荷载。 2.1.3 风荷载标准值
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002附录A的规定计算。 基本风压ωk=1.05×0.8=0.84 KN/m2,地面粗糙度类别为C类;风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用,当高度小于15m时,按15m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+0.25和-1.0,背风面柱及屋面分别为+0.55和-0.65(CECS102:2002中间区)。如下图3:
图3 风载体形系数示意图 2.1.4 吊车资料
两台10t(中级工作制)桥式吊车:吊车跨度19500mm,最大轮压11.8t,最小轮压2.85t,起重量10t,小车重3.51t,吊车轨道高140mm,吊车宽度5290mm,轮距4050mm。 (当同时考虑两台吊车作用时)
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图4 吊车支座反力影响线及竖向荷载 2.1.5 地震作用
据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18.8.1条建议:单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于7度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。
2.2 各部分作用的荷载标准值计算
10.36cos恒荷载标准值:1.8KN/m
活荷载标准值:0.35×6=2.1KN/m
风荷载标准值:
迎风面:柱上q1=0.84×6×0.25×0.74=0.93KN/m 横梁上q2=-0.84×6×1.0×0.74=-3.73KN/m 背风面:柱上q3=-0.84×6×0.55×0.74=-2.05KN/m 横梁上q4=-0.84×6×0.65×0.74=-2.42KN/m 吊车荷载(当同时考虑两台吊车作用时): 吊车竖向荷载:
DmaxQPmaxyi1.41180.32510.7930.118369.39DminQPminyi1.428.50.32510.7930.118.22KN
KN
11TQg0.1210035.14.04吊车横向荷载:KN
TmaxQTyi1.44.050.32510.7930.11819.26TLQn1Pmax1.411816.521010KN
KN
吊车纵向水平荷载:
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3 内力计算
根据各个计算简图,用结构力学求解器计算,得结构在各种荷载作用下的内力图如下: 内力计算的“+、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,在弯矩图中画在受拉侧;轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
图5 恒载图(kN/m)
图6 活载图(kN/m)
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图7 风载图(kN/m)
图8 吊车荷载图(kN)
3.1 在恒荷载作用下
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图9 弯矩图(kN·m)
图10 轴力图(kN)
图11 剪力图(kN) 3.2 在活荷载作用下
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图12 弯矩图(kN·m)
图13 轴力图(kN)
图14 剪力图(kN) 3.3 在风荷载作用下
(以左风为例,右风同理)
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图15 弯矩图(kN·m)
图16 轴力图(kN)
图17 剪力图(kN)
3.4 在吊车荷载作用下
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图18 弯矩图(kN·m)
图19 轴力图(kN)
图()
图20 剪力图(kN) 3.5 内力组合
刚架结构构件按承载能力极限状态设计,根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定,采用荷载效应的基本组合:γ0S≤R。本工程结构构件安全等级为二级,γ0=1.0。 对于基本组合(本工程不进行抗震验算),荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不
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图() . ... .
利值确定:
A.1.2×恒荷载标准值+1.4×活荷载标准值 B.1.2×恒荷载标准值+1.4×风荷载标准值 C.1.2×恒荷载标准值+1.4×吊车荷载标准值
D.1.2×恒荷载标准值+1.4×0.9×(活荷载标准值+风荷载标准值) E.1.2×恒荷载标准值+1.4×1.0×(活荷载标准值+吊车荷载标准值) F.1.2×恒荷载标准值+1.4×0.9×(风荷载标准值+吊车荷载标准值)
G.1.2×恒荷载标准值+1.4×0.9×(风荷载标准值+活荷载标准值+吊车荷载标准值) 最不利内力组合的计算控制截面取柱底、牛腿处、柱顶、梁端及梁跨中截面。 对于刚架梁,截面可能的最不利内力组合有:
梁端截面: (1)Mmax及相应的N、V; (2)Mmin及相应的N、V 梁跨中截面:(1)Mmax及相应的N、V; (2)Mmin及相应的N、V 对于刚架柱,截面可能的最不利内力组合有:
(1)Mmax及相应的N、V; (2)Mmin及相应的N、V
(3)Nmax及相应的±Mmax、V ; (4)Nmin及相应的±Mmax、V
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内力组合表1 (以左半跨为例) 梁截面 内力 恒载活载L 左风F G 105.8 180.82 21.06 -36.72 15.56 25.35 32.15 52.97 11.63 -19.97 14.93 24.23 0.19 0.9 14.1 -0.75 3.36 22.86 吊车荷载Mmax相应的V、N 右风F D 组合项目 组合值 126.26 67.22 24.67 24.55 39.45 13.80 23.82 -0.75 -0.68 22.75 -6.39 -13.87 38.41 -6.39 -13.87 0 -6.39 -13.87 A G G 533.51 4.48 49.94 151.8 -0.61 47.02 43.47 2.34 35.46 B A C Mmin相应的V、N |V|max相应的M、N 组合项目 组合值 组合项目 组合值 206.55 21.77 -1.66 49.81 33.2 37.82 42.15 5.78 47.73 C A A 260.56 60.2 39. 49.81 33.2 37.82 43.2 -6.87 -3.77 M(KN·m) 93.7 截面4-4 V(KN) N(KN) 25.6 14.8 M(KN·m) 4.0 截面5-5 V(KN) N(KN) 14.1 14.1 M(KN·m) 36.0 截面6-6 V(KN) N(KN) 0.9 13.1 注:内力计算的“+、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。 .. wd ..
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内力组合表2 (以左半跨为例) 柱截面 内力 恒载G 活载L 左风F 右风F Nmax相应的V、M Nmin相应的V、M |M|max相应的V、N 吊车荷载组合项D 组合值 组合项目 组合值 组合项目 组合值 目 56.74 G 11.31 96.09 263.15 D 31.73 109.05 -313.49 D 7.49 C C C -18.32 -35.7 25.39 219.75 -35.69 G -472.32 -53.34 A -260.66 4.06 48.63 395.77 14.74 -324.04 -313.49 7.5 123.57 截面V(KN) 3-3 N(KN) 截面V(KN) 2-2 N(KN) 截面V(KN) 1-1 N(KN) M(KN·m) -93.7 -13.1 14.8 -105.87 180.82 14.13 22.05 62.08 14.13 22.05 -58.01 -14.13 22.85 38.33 105.51 25.74 38.33 -126.26 67.22 -22.85 26.25 -65.21 -16.50 26.25 -14.27 5.45 111.45 -14.27 -363.94 11.70 -14.27 M(KN·m) 53.1 -13.1 31.0 M(KN·m) -58.1 -13.1 -146.84 0.96 33. 0.93 -35.69 D -457.743.1 22.05 38.33 26.25 -363.94 123.57 9 注:内力计算的“+、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。.. wd ..
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4 刚架设计
4.1 截面形式及尺寸初选
采用变截面梁:取H(500~300)×250×8×10 H(300~350)×250×8×10 H(350~300)×250×8×10 H(300~500)×250×8×10 采用等截面柱:取H700×300×10×14 初选梁柱截面及截面特性见表3 表3 梁柱截面特性表 部位 截面简图 截面特性 刚y 截面积A=88.40cm² 架 44xx横x=37300cm Iy=2606 cm 惯心矩I4—4 梁y 截面 回转半径ix=20.56cm iy=5.42cm 2-250×10 -480×8 33抵抗矩Wx=1495cm Wy=208cm 5—5 截面 yxyx 截面积A=72.40cm² 惯心矩Ix=11900cm Iy=2606 cm 回转半径ix=12.86cm iy=5.99cm 抵抗矩Wx=798cm Wy=208cm 截面积A=76.40cm² x33442-250×10 -280×8 6—6 截面 yxy惯心矩Ix=16800cm Iy=2606 cm 回转半径ix=14.85cm iy=5.83cm 抵抗矩Wx=962cm Wy=208cm 截面积A=151.20cm² x3344 2-250×10 -330×8 刚架柱 1—1 2—2 3—3 截面 yxy惯心矩Ix=124000cm Iy=6305 cm 回转半径ix=28.65cm iy=6.45cm 抵抗矩Wx=36cm Wy=420cm 33442-300×14 -672×10 4.2 构件验算
.. wd ..
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4.2.1 构件宽厚比验算 (1)梁翼缘
b(2508)/223523512.1151512.379t10fy345(满足要求)
(2)柱翼缘
b(30010)/223523510.36151512.379t14fy345(满足要求)
(3)梁腹板 4—4截面
hw48023523560250250206.33tw8fy345(满足要求)
5—5截面
hw28023523535250250206.33tw8fy345(满足要求)
6—6截面
hw33023523541.25250250206.33tw8fy345(满足要求)
(4)柱腹板
1-1、2-2、3-3截面
hw67223523567.2250250206.33tw10fy345(满足要求)
4.2.2 有效截面特性 (1)柱有效截面特性 翼缘:
柱受压翼缘为一遍支承、一遍自由的均匀受压杆件,当其只有外伸宽厚比不超过《规范》所规定的允许宽厚比时,柱受压翼缘全截面有效。 翼缘最大应力
MxN472.32103219.75106max90.26N/mm2AxWnx151201.0536000
2maxmin/max05N/mm由,查表得。
b(30010)/25b10.3610010023.53t14max90.26t腹板:
柱腹板为两边支承非均匀受压杆件,其有效宽度按
hehw(满足要求)
、
hehc计算。
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柱截面腹板最大、最小应力之比
90.78N/mm2maxNMxy472.32103219.7510633631.2359.42minAIx151201240001028.30N/mm腹板受压区高度
90.78hc672512.29mm90.7828.30
max90.26N/mm2f315N/mm2 故取
fyRmax1.11190.26100.27N/mm2
min28.300.31max90.78
k1160.1121fy235220.510.611
phw/tw28.1k100.270.480.823528.110.61672/10
hhc取1.0,又式e知,腹板全截面有效。
(2) 梁有效截面特性 翼缘
梁受压翼缘为一遍支承、一边自由的均匀受压板件,当其自由外伸宽厚比不超过《规范》所规定的允许宽厚比时,梁受压翼缘全截面有效。 4—4截面
MxN39.103260.56106max170.46N/mm2AxWnx88401.051495000 b(30010)/25b10.3610010017.13t14max170.46t5—5截面
(满足要求)
maxMxN47.02103151.80106187.66N/mm2AxWnx72401.05798000
b(30010)/25b10.3610010016.32t14max187.66t6—6截面
(满足要求)
MxN35.4610343.46106max47.67N/mm2AxWnx701.05962000
.. wd ..
. ... .
bt(30010)/21410.36b5t10010032.39max47.67 (满足要求)
腹板
梁腹板为两边支承非均匀受压板件,其宽度按式hehw、
hehc计算。
4—4截面
腹板最大、最小应力之比
maxNMxy39.103260.56106AI24044.74167.65172.39N/mm2162.91N/mm2minx88403730010腹板受压区高度
h172.39c172.39162.91480246.78mm
max170.46N/mm2f315N/mm2
故取
fyRmax1.111170.461.38N/mm2
min162.91.390.9max172
k16120.11221.515120.51
hw/twfy480/81.38p28.1k23528.121.5152350.410.8
取1.0,又式hehc知,腹板全截面有效。
5—5截面
腹板最大、最小应力之比
Mxy47.02103151.80186.08N/mm2maxN10614046.49179.592minAIx72401190010173.1N/mm
腹板受压区高度
h186.08c186.08173.1280145.06mm
max187.66N/mm2f315N/mm2
故取
fyRmax1.111187.66208.49N/mm2
.. wd ..
. ... .
min173.10.9max186.08
k16120.112120.521.5151
twfy280/8208.49phw/28.1k23528.121.5152350.250.8
取1.0,又式hehc知,腹板全截面有效。
6—6截面
腹板最大、最小应力之比
maxNM47.32N/mm2xyI35.4610343.461061651044.42.6838.04N/mm2minAx7016800
腹板受压区高度
h47.32c47.3238.04330182.94mm
max47.67N/mm2f315N/mm2
故取
fyRmax1.11147.6752.96N/mm2
min38.040.8max47.32
k16120.112120.519.171
hw/twfy330/852.96p28.1k23528.119.172350.160.8
取1.0,又式hehc知,腹板全截面有效。
4.2.3 刚架梁的验算 (1)抗剪承载力验算 梁截面的最大剪力
Vmax60.2kN 考虑仅有支座加劲肋,取
k5.34
w/tw480/8wh37k0.851.4235/fy375.34235/345
.. wd ..
. ... .
fV10.w0.8fV10.0.850.8185179.08N/mm2
Vdhwtwfv4808179.08687.67kNVmax
(2)弯剪压共同作用下的强度验算 4—4截面验算:
M=260.56kN·m , N=39. kN , V=60.20 kN
Vmax60.20kN0.5Vd0.5687.67343.84kN
MeWef1495103315470.93106KNm470.93KNmMeMeNWe/Ae470.9310639.1031495000/88404.24106Nm4.24KNmMN
5—5截面验算:
M=151.80kN·m,N=47.02 kN,V=-0.61 kN
MeWef798103315251.37106KNm251.37KNm
MeMeNWe/Ae251.3710647.02103798000/7240246.19106Nm246.19KNmMN
6—6截面验算:
M=43.46kN·m,N=35.46 kN,V=2.34kN
MeWef962103315303.03106KNm303.03KNm
MeMeNWe/Ae303.0310635.46103962000/70298.57106Nm298.57KNmMN
(3)横梁平面内的整体稳定性验算
当斜梁坡度不超过1:5时,因轴力较小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定,不计算平面内的稳定。
(4)横梁平面外的整体稳定性验算
考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接,有蒙皮作用,檩条可作为平面外的支承点,但为了安全起见计算长度按两个檩条或隅撑间距考虑,及
lyly3000mm
因b3000235121625034513.2,可不需计算斜梁平面外整体稳定。
4.2.4 刚架柱验算
(1)抗剪承载力验算 柱截面的最大剪力
Vmax35.69kN
考虑仅有支座加劲肋,取
k5.34.. wd ..
. ... .
whw/tw37k235/fy672/10375.34235/3450.951.4
fV10.w0.8fV10.0.950.8185167.24N/mm2Vdhwtwfv67210167.241123.85kNVmax
(2)弯剪压共同作用下的强度验算
M=219.75kN·m , N=472.32 kN , V=-35.69 kN
Vmax35.69kN0.5Vd0.51123.85561.93kN
MeWef361033151116.99106KNm1116.99KNmMeMeNWe/Ae1116.99106472.3210336000/151201006.22106Nm1006.22KNmMN
(3)刚架柱平面内整体稳定验算
刚架柱高H=11600m,梁长L=21000m,可计算的梁柱线刚度比:
k2I1HH0.55k1ILL
柱为等截面,查的柱的长度系数2.8 平面的计算长度
l0rh2.81160032480
3248041.960.8011.0 28.60,查表得xy,取mx2EAe0220610315120NE10317442.44kN2241.96
N0mxM1109.051031.0263.15106109.05xyAe0N00.80115120310.8011116.99101WNxye117442.44E245.69N/mm2f315N/mm2(满足要求) (4)刚架柱平面外整体稳定验算 考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接,起到蒙皮作用,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,计算长度按连个墙梁或隅撑间距考虑,即对等截面构件0
ly3000mm
yz1.0
.. wd ..
. ... .
186.052345取br1.07•1.070.344000234000235
y02fyNEx02EIx0h2220610312400010411600210318716.82kN
t1N/NEx00.75(N/NEx0)21109.05/18716.820.75109.05/18716.8220.99
N0tM1109.051030.99263.15106yAe0brWe10.504151200.3461116.99103243.96N/mm2f(满足要求)
4.2.5 位移计算
柱顶水平位移验算,梁、柱平均惯性矩如下:
Ic124000cm4
IbIb1Ib0IIb24.5373001190061190016800b018742.86cm42210.5210.52
H0.45W0.45(w1w4)h0.4511.60.932.42/1.49.877kN
tIcL12400210001.2hIb1160018742.86
柱顶水平位移
Hh332t9.877103116003321.214.1mm[]h/180.4mm12EIc62t12206103124000104621.2 满足要求。 4.3节点设计
4.3.1 梁柱节点设计 梁柱节点形式见下图21
.. wd ..
. ... .
图21 梁柱节点图
(1)连接螺栓计算:采用10.9级,M20摩擦型高强螺栓,构件接触面经喷砂后涂无机富锌漆。预拉力P=155kN,抗滑移系数查表得0.45。 M=260.56kN·m, V=60.204kN, N=39.kN 顶排螺栓的拉力为
Nmax(MNe)y11yi12260.561039.10288576210040647657663222297876.22N97.88kN0.8P0.8155124kN
第2排螺栓
N297.8847680.kN576 40668.99kN576 10016.99kN576
第3排螺栓
N397.88第4排螺栓 第5排螺栓
N497.88N597.8800kNNv0.9nfP1.25Ni1551.2597.881551.2580.1551.2568.990.91.00.4521551.2516.991551.250359.7kNV60.20kN(满足要求) ②端板计算
.. wd ..
. ... .
t6efewNtewb2ef(efew)f第1排螺栓位置端板厚度
t64510097.8810312.47mm10025024545100315
第2排螺栓位置端板
tee6efewNt2w(b2bs)4eff64510080.9910314.7mm100250204452315
6efewNtw2f第3排螺栓位置端板
取端板厚度为t=16mm ③节点域剪应力验算
(b2bs)4ef64510068.9910315.4mm210025020445315
1.2M1.2260.5610666.47N/mm2f(满足要求)dbdctc70067210 ④端板螺栓处腹板强度验算
Nt280.kN0.4P0.415562kN,故应满足Pfewtw155103但155N/mm2f,需设置腹板加劲肋或局部加厚腹板10010因为
4.3.2 梁梁节点设计 (1)5—5截面设计
图22 梁梁节点图1 采用10.9级,M20摩擦型高强螺栓,构件接触面经喷砂后涂无机富含锌漆。预拉力P=155kN,抗滑移系数查表得0.45。
.. wd ..
. ... .
M=151.80kN·m, V=-0.61kN, N=47.02kN 顶排螺栓的拉力为
N(MNe)y1631151.801047.0210250390maxy122100229023902i110921.1N110.92kN0.8P0.8155124kN
第2排螺栓
N2110.9229039082.48kN 100第3排螺栓
N2110.9239028.44kN
第4排螺栓 N2110.9200kN
Nv0.9nfP1.25Ni0.91.00.4521551.25110.921551.2582.481551.2528.441551.250277.59kNV60.20kN(满足要求) ②端板计算
t6efewNtewb2ef(efew)f64575110.92103第75250245457531514.83mm1排螺栓位置端板厚度
t6efewNtewb2ef(efew)f6457582.48103第2排螺栓位置端板厚度75250245457513.33mm315
取端板厚度为t=16mm
(6)6—6截面设计
.. wd ..
. ... .
图23 梁梁节点图2 采用10.9级,M20摩擦型高强螺栓,构件接触面经喷砂后涂无机富含锌漆。预拉力P=155kN,抗滑移系数查表得0.45。
M=43.46kN·m, V=2.34kN, N=35.46kN 顶排螺栓的拉力为
Nmax(MNe)y11
yi1243.461035.461027544021003404406322223232.67N23.23kN0.8P0.8155124kN
第2排螺栓
N223.2334017.95kN440 1005.28kN440
第3排螺栓
N223.23第4排螺栓 N223.2300kN
Nv0.9nfP1.25Ni1551.2523.231551.2517.950.91.00.4521551.255.281551.250455.16kNV60.20kN(满足要求) ②端板计算
t6efewNtewb2ef(efew)f第1排螺栓位置端板厚度
6457523.231037.82mm752502454575315
.. wd ..
. ... .
t6efewNtewb2ef(efew)f第2排螺栓位置端板厚度取端板厚度为t=10mm
4.3.3 刚接柱脚节点设计
6457517.951036.24mm752502454575315
图24 刚接柱脚节点图
柱底板,地脚锚固栓采用Q235,地脚锚固栓选用M39,基础材料采用C20混凝土,
fc10N/mm2,柱底轴力N=457.79kN,剪力V=35.69kN,弯矩M=53.34kN·m
柱脚底板面积A=1030×530=5900mm2。 柱脚底板应力验算
N6M457.79103653.34106max21.41N/mm2fcc10N/mm2(满足要求)2bLbL53010305301030
minN6M457.79103653.34106220.27N/mm02bLbL53010305301030
由于min为负值底板与基础开始脱离,柱脚另一端为拉应力,现计算锚栓。
MNxa53.341064457.79103936550Nt431.86kNx936锚栓拉力
故选用直径d=44、M39锚固栓,一侧的锚固栓的数目是3,每个锚栓的受拉承载力设计值
tNa156.9kN,3
tNa470.7>
Nt431.86kN,锚板厚度t=25mm。
底板与基础顶面摩擦力
max1.41N/mm2f0.4N0.4457.79183.11N/mm2.. wd ..
. ... .
应设置抗剪键。
.. wd ..
. ... .
5 吊车梁及牛腿设计 5.1 吊车梁设计
1、吊车梁内力计算(采用简支吊车梁)
图25 吊车梁设计图
吊车荷载(当只考虑一台吊车作用时):
D60004050吊车竖向荷载:maxQPmaxyi1.411816000218.KN
DminQPminyi1.428.510.32552.86KN
吊车横向荷载:T14Qg140.1210035.14.05KN
TmaxQTyi1.44.050.32517.51KN
吊车纵向水平荷载:TnLQ10P.41max11011816.52KN
(1)最大弯矩
2MLa0maxP4218.52.86600032622L4600084.88kNm
(2)最大剪力
Va1218.52.864050maxPmaxPmin1L16000236.07kN
2、吊车梁截面选择
.. wd ..
. ... .
(1)根据容许挠度确定吊车梁截面
MmaxβwMMAX1.0384.8887.42KNm
fMmaxl2/10EIx87.4210362/10206103106Ix6/500Ix127.31106I(m4)12731cm4
选用H550×300×10×14。 (2)按剪力确定吊车梁腹板 采用Q345钢f315KN/mm2。
VβAmaxwVmax1.03236.07243.15KN
t1.2VAwmax/h0f1.2243.15103/5223152mm
(3)按经验公式确定吊车梁腹板
t1/2wh0/3.55221/2/3.57mm
综上所述三种情况,初选吊车梁截面为: H550×300×10×14 截面积A=136.20cm²
惯心矩Ix=72190cm4 Iy=6305 cm4 回转半径ix=23.02cm iy=6.8cm
抵抗矩Wx=2625cm3 Wy=420cm3 图26 吊车梁截
3、吊车梁稳定性验算 (1)整体稳定验算: 1)弯矩计算
Mx
轨道及吊车梁自重产生的弯矩M1(轨道采用24kg/m轻轨):M21ql/81.20.240.3962/83.4KNm
最大轮压产生的弯矩设计值M2:
M21.051.484.88124.77KNm MxM1M23.4124.77128.17KNm
2)水平弯矩
(My)
.. wd 面
..
. ... .
CMy1.4TMmax/P1.44.0584.88/1184.08KNm
ψ3)整体稳定系数b
yl/iy6000/6888
l1t1/b1h600014/(300550)0.5 b0.730.180.730.180.50.82
bb4320Ah1yt1/4.4h2b1/2235yWxfy0.4040.6
Mx/bWxMy/Wy193N/mm2315N/mm2整体稳定满足满足要求。 局部稳定验算
h0/tw522/1052.2<80
2h0按构造配置横向加加劲肋,按最大间距置。加劲板尺寸为:外伸取
ts6mm配置,25221044(取1000),在腹板两侧成对配
,取
bs80mmbsh0/304049mm;厚度
tsbs/155.3mm,
。
4、吊车梁的强度验算
(1)上翼缘的正应力计算
Mmax128.17KNm
MTMy4.08KNm
3上Wnx1062419mm3 Wny106667mm
上Mmax/WnxMy/Wny90N/mm2< f315N/mm2
满足要求。
(2)下翼缘的正应力计算
下Mmax/Wnx70N/mm2<f315N/mm2满足
(3)吊车梁支座处截面的剪应力设计值V1
VmaxS/ItwfV
1)吊车梁及轨道自重产生的剪力设计值V1 V11.20.240.396/22.3KN
.. wd ..
. ... .
2)最大轮压产生的剪力设计值V2: V21.41.05236.07347.02KN
VmaxV1V2349.32KN
2面积矩S:S143001461026171798510mm
VmaxS/(Itw)40N/mm2<f125N/mm2 满足要求。
(4)局部承压强度验算
cP/(twlz)f
1.0
P1.051.4118173.46KN
Hya2hy502115280mm
CP/(twlz)1.041.5103/(2806)25N/mm2<f315N/mm2经验算:吊车梁截面选用H550×300×10×14
5.2 牛腿设计
图27 牛腿设计图 (1) 拉应力计算
牛腿根部弯矩MNe369.390.575212.40kNm; 牛腿根部截面惯性矩
Ibh3btw(h2tf)3/1228179.52cm4 ;
.. wd ..
. ... .
3W2I/h1252.42cm 牛腿根部截面抗弯模量 ;
最大拉应力
ftM/W169.59N/mm2;
ft抗拉强度设计值Ft315N/mm2, 满足要求。
(2)剪应力计算
力作用点处腹板中点剪应力最大。 截面惯性矩
Ibh3(btw)h2tf/1217281.87cm34;
腹板中点以上截面面积矩 最大剪应力
Sbtfhtf/2twh/2tf ;
2/2515.83cm3;
fvNS/(Itw)119.12N/mm2fv抗剪强度设计值 Fv185N/mm2, 满足要求。
(3)折算应力计算
验算牛腿根部腹板与翼板相交点折算应力。 该点以上截面面积矩 该点剪应力
Sbtfhtf/2550cm3
;
fvNS/Itw77.9N/mm2 该点拉应力
ftMh/2tf/I.81N/mm222;
, 满足要求。
该点折算应力 f = (4)焊缝计算
ft3fv145.63N/mm21.1ftFw200N/mm2角焊缝抗拉,抗剪强度设计值 翼板周边角焊缝长腹板周边角焊缝长翼板角焊缝高度
。
Lf2btftw514mmLw2h2tf860mm;
; ;
。
hfFtbtf/LfFw5.94mm腹板角焊缝高度 取
hwft(h2tf)tw/lwfw6.75mmhf6mm,hw8mm
Mf抗弯验算
M143.55N/mm2Fw200N/mm2Wnx
.. wd ..
. ... .
vfVVh65.5N/mm2Fw200N/mm2抗剪验算
Aw2elw10
腹板边缘的折算应力 Mh01f133.75N/mm2h
21vf65.5N/mm
21zs 则折算应力为 f321127.7N/mm2FW200N/mm2
满足要求。
.. wd ..
. ... .
6 其它构件设计 6.1 隅撑设计
隅撑按轴心受压构件设计。轴心力N按下式计算:
AfN60cosfy2352001221512.09103N12.16KN60cos44.68
连接螺栓采用普通C级螺栓M14。
隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离:l0=600mm。 选用L50×4,截面特性:
A=3.90cm2,Iu=14.69cm4,Wu=4.16cm3,iu=1.94cm,iv=0.99cm λu=l0/ iu=600/19.4=30.92<[λ]=200, b类截面,查表得ψu=0.927
单面连接的角钢强度设计值乘以折减系数αy:λ=600/9.9=60.61, αy=0.6+0.0015λ=0.696
12.1610348.0N/mm2f215N/mm2yuA0.6960.927390N,满足要求。
6.2 檩条设计 6.2.1 基本资料
檩条选用冷弯薄壁卷槽形钢,按单跨简支构件设计。屋面坡度1/15,檩条跨度6m,于跨中设一道拉条,水平檩距1.5m。材质为钢材Q235。 6.2.2 荷载及内力
考虑永久荷载与屋面活荷载的组合为控制效应。 檩条线荷载标准值:Pk=(0.27+0.5)×1.5=1.155KN/m
檩条线荷载设计值:Pk=(1.2×0.27+1.4×0.5)×1.5=1.536KN/m Px=Psinα=0.153KN/m,Py=Pcosα=1.528KN/m; 弯距设计值:
Mx=Pyl2/8=1.528×62/8=6.88KN·m My=Pxl2/8=0.153×62/32=0.17KN·m 6.2.3 截面选择及截面特性 选用C200×70×2.0×2.5
Ix=538.21cm4,Wx=53.82cm3,ix=7.74cm;
Iy=56.27cm4,Wymax=28.18cm3,Wymin=11.25cm3,iy=2.50cm,z0=2.0cm; 先按毛截面计算的截面应力为:
MyMx6.881060.1710621133.87N/mmWxWymax53.8210328.18103MyMx6.881060.171062112.72N/mm233WxWymin53.821011.2510MyMx6.881060.1710623127.83N/mmWxWymax53.8210328.18103(压)
(压)
(拉)
.. wd ..
. ... .
(2)受压板件的稳定系数 A.腹板
腹板为加劲板件,ψ=σmin/σmax=-127.83/133.87=-0.95>-1, k=7.8-6.29ψ+9.78ψ2=21.743 B.上翼缘板
上翼缘板为最大压力作用于部分加劲板件的支承边, ψ=σmin/σmax=112.72/133.87=-0.85>-1, kc=5.-11.59ψ+6.68ψ2=0.8 (3)受压板件的有效宽度 A.腹板
k=21.743,kc=0.863,b=200mm,c=70mm,t=2.5mm,σ1=133.87N/mm2
ckbk7021.7431.761.1c2000.8
板组约束系数k1=0.11+0.93/(ξ-0.05)2=0.367
205k1k/12050.36721.743/133.873.49
由于ψ=σmin/σmax<0,取α=1.15, bc=b/(1-ψ)=200/(1+0.85)=108.11mm b/t=200/2.5=80
18αρ=18×1.15×3.49=72.24,38αρ=38×1.15×3.49=152.5 所以18αρb21.821.81.153.49e(b/t0.1)bc800.1)108.11102.25mm
be1=0.4be=0.4×102.25=40.9mm,be2=0.6be=0.6×102.25=61.35mm
B.上翼缘板
k=0.8,kc=21.743,b=70mm,c=200mm,σ1=133.87N/mm2
ckbk2000.8630.571.1c7021.743
板组约束系数k11/1/0.571.32
205k1k/12050.3670.863/133.870.69
由于ψ=σmin/σmax>0,则α=1.15-0.15ψ=1.15-0.15×0.85=1.02, bc=b=70mm,b/t=70/2.5=28
18αρ=18×1.02×0.69=12.67,38αρ=38×1.02×0.69=52.71 所以18αρb.8.81.020.69e(210.1)b21b/tc280.1)7065.75mm
.. wd ..
. ... .
be1=0.4be=0.4×65.75=26.3mm,be2=0.6be=0.6×65.75=39.45mm
C.下翼缘板
下翼缘板全截面受拉,全部有效。 (4)有效净截面模量
上翼缘板的扣除面积宽度为:70-65.75=4.25mm;腹板的
扣除面积宽度为:108.11-102.25=5.86mm,同时在腹板的计算 截面有一φ13拉条连接孔(距上翼缘板边缘35mm),孔位置 与扣除面积位置基本相同。所以腹板的扣除面积按φ13计算。 有效净截面模量为:
b1bbe11be127026.339.454.25mm2
b2hbe21be2220040.961.3590.75mm2
21311hb232IenxIxb1tb1thtb2b2tbe2141222121113234.252.54.252.52002.590.7512412507.79cm4538.21290.7520090.752.540.922
21113b123IenyIyb2tb1tz0tb1b1tbe11z041221221114.2532356.2790.752.54.252.52.02.54.254.252.526.32.041221255.51cm4WenxIenx507.7910450779mm3h/2200/2
55.51104Wenymax277550mm3z02.0 55.51104Wenymax8163mm3bz0702.0
Wenx/Wx=0.943,Wenymax/Wymax=0.985,Wenymin/Wymin=0.725
6.2.4 强度计算
按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑:
IenyIenyMyMx6.881060.17106221136.10N/mmf205N/mmWenxWenymax5.0710427.75104
.. wd ..
. ... .
MyMx6.881060.17106222156.31N/mmf205N/mmWenxWenymin5.071048163满足要求。
6.2.5 稳定性验算
MyMx6.881060.17106221149.13N/mmf205N/mmbxWexWeymax0.915.0710427.75104MyMx6.881060.171062148.91N/mm2f205N/mm24bxWexWeymin0.915.07108163
6.3 墙梁设计 6.3.1 基本资料
本工程为单层厂房,刚架柱距为6m;外墙高11.6m,标高1.200m以上采用彩色压型钢板。墙梁间距1.5m,跨中设一道拉条,钢材为Q235。 6.3.2 荷载计算
墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢C220×75×20×2.5,自重g=7kg/m; 墙重0.22KN/m2; 风荷载
基本风压ω0=1.05×0.8=0.84KN/m2,风荷载标准值按CECS102:2002中的围护结构计算:ωk=μsμzω0,μs=-1.1(+1.0)
本工程外墙为落地墙,计算墙梁时不计墙重,另因墙梁先安装故不计拉条作用。 qx=1.2×0.07=0.084KN/m,qy=-1.1×0.84×1.5×1.4=-1.94KN/m 6.3.3 内力计算
Mx=0.084×62/8=0.378KN·m,My=1.94×62/8=8.73KN·m 6.3.4 强度计算
墙梁C220×75×20×2.5,平放,开口朝上
Ix=703.76cm4,Wx=63.95cm3,ix=8.50cm;
Iy=68.66cm4,Wymax=33.11cm3,Wymin=12.65cm3,iy=2.66cm,z0=2.07cm; 参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验, 取Wenx=0.9 Wx,Weny=0.9 Wy
在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧,并在柱底设斜拉条。此时压型钢板与墙梁外侧牢固相连,可不验算墙梁的整体稳定性。
MxMy0.3781068.7310622200.2N/mmf205N/mmWenxWeny0.963.951040.933.11103.. wd ..
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7 基础设计
7.1 刚架柱下基础
7.1.1 地基承载力特征值和基础材料 本工程地质情况如下:
根据工程地质勘测报告,拟建场地地势平坦,表面为平均厚度0.5m左右的杂填土,
18kN/m3,以下为较厚的垂直及水平分布比较均匀的粉质粘土层,18.5kN/m3,其承载力的特征值为250kN/m2,可作为天然地基持力层,基础埋深1.5m。平均地下水位-5.0M以下,土壤冻结深度不考虑。
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),假定基础宽度小于3m,即按3m考虑,埋深1.5m,持力层粉质粘土的空隙比e=0.94(>0.85),查得
b0,d1.0
m180.518.51.0/1.518.5kN/m3fafakbb3dmd0.5
25001.018.51.50.5 268.5kPa
基础采用C20混凝土,fc=9.6 N/mm2,ft=1.10N/mm2
钢筋采用HPB235,fy=210N/mm2,钢筋的混凝土保护层厚度为40mm;垫层采用C10混凝土,厚100mm。
7.1.2 基础底面内力及基础底面积计算 相应的荷载效应标准组合时的内力值为: Nk=457.79KN,Vk=35.69KN,Mk=53.34 采用锥形基础,假定基础高度H0=400mm,
A0N457.791.92m2faGd268201.5
A0估计偏心受压基础的底面积A: A=1.2×1.92=2.3m2
取A=bl=1.5×2m=3m2,且b<3m,不需要对地基承载力特征值修正。基础的形状、尺寸及布置如图。 基础和回填土重
GkGdA201.5260kN
基础底面压力验算:
ekMk53.340.1mFkGK457.7960
PkFkGk457.7960172.59kPafa(满足)A3
6e60.1PkmaxPk1k172.591224.37kPafa268.5kPa(满足)l2
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故基础底面尺寸满足要求。
本工程地基基础设计等级按丙级考虑,按规范规定,地基可不作变形验算。 7.1.3 验算基础变阶处的受冲切承载力
N=438.03KN,V=53.74KN,M=206.80KN·m
438.0353.741.11.51.05323.07kNFlPjmaxAl131.5226
1050105023600.7hpfaamh00.71.01.1360349.27kNFl(满足要求)2
7.1.4 基础底面配筋计算
长边方向:
12GMa12[(2la')(pmaxp)(pmaxp)l]12A 10.4752[(22.00.3)(224.37172.592201.52.0)(224.37172.59)2.012 =32.40KN·m
M32.40106As428.57mm20.9fyh00.9210400
选配6φ10200,As=471mm2。 短边方向:
12GM(la')2(2bb')(pmaxpmin)48A
1220(2.00.3)2(21.50.55)224.37172.59481.52.0 =9.75KN·m
M9.75106As132.4mm20.9fyh00.9210(40010)
选配8φ10200,As=628mm2。
7.2 山墙抗风柱下基础
考虑抗风柱所承受的荷载及工程地质、水文地质条件等, 图28 基础JC-1
参考刚架柱基础的设计结果,抗风柱基础埋深取d=1.5m, 基底尺寸B×L=1.5×2.0m,基础底板配筋按构造选用 6φ10200。经验算均满足设计要求。
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图29 基础JC-2
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结 论
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参考文献
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审稿)
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致
.. 签名: 年 月 日
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