单层厂房设计计算书1

JIU JIANG UNIVERSITY

毕 业 论 文

题 目 集装箱安装车间单层轻型门式刚架设计

英文题目 Single light gantry container

installation workshop frame design

院 系 土木工程与城市建设学院

专 业 土木工程

姓 名 郑扬扬 年 级 A1111 学 号 11115020134

指导教师 徐芸

二零一五年五月

摘 要

近年来，随着工业的快速发展和钢结构技术的不断进步与更新，新型材料运用越来越广泛，轻型钢结构也大量涌现，尤其是轻型门式钢架结构在单层工业厂房、仓库、超市等大跨度建筑中得到了广泛的应用。

整个设计工程中，建筑设计起到决定性的作用。不仅要考虑建筑的外观造型和内部布局是否合理,还要考虑辅助功能、采光、消防安全等问题。“布局合理、设施完善、设计先进、美观大方”是该设计的主要原则,为的是建造一座安全、经济、实用、美观、大方的集装箱安装车间。还在结构布置上体现了钢框架结构的多种优势，比如跨度大、稳定性好、抗震性能强、自重小、空间布置灵活等建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。该建筑体现出框架结构布局灵活的优势，所以店铺的位置只做了大体分隔，具体的大小和位置安排均自行选择安排。

本设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计主要包括建筑设计总说明、平面设计、立面设计、剖面设计以及细部详图；结构设计方面，先根据平面布置对梁柱的尺寸进行初选，然后进选出一榀框架进行横向荷载和竖向荷载的计算，并进行内力组合；根据计算结果和构造要求，对框架梁和柱进行验算，最后对节点、楼梯、基础等进行设计。

关键词：轻型钢结构； 钢框架结构；建筑设计；结构设计

Abstract

In recent years, with the continuous progress and updating of industrial rapid development and technology of steel structure and new materials used more and more widely, light steel structure in large numbers, especially lightweight steel portal frame structure in the mono layer workshops, warehouses, supermarkets, and the construction of large span has been widely used.

Throughout the design, architectural design plays a decisive role. Not only to consider the architectural appearance and internal layout is reasonable, but also to consider the auxiliary functions, lighting, fire safety and other issues. \principle of the design, for is to build a safe, economic, practical, beautiful, container installation workshop. Also in the structure layout reflects the many advantages of steel frame structure, such as large span, good stability, strong shock resistance, light weight, flexible arrangement of space and the exterior of the building requirements of novelty, beautiful appearance, and can fully reflect the aesthetic characteristics of the light steel structure building. This architecture reflects the advantages of the layout of the frame structure, so the position of the shop is only roughly separated, the concrete size and the location arrangement are all chosen for arrangement..

This design includes two parts of architectural design and structure design. Architectural design mainly includes general description of architectural design, graphic design, facade design, profile design and details; structural design, first on the behavior of beam to column size according to the layout of the primaries, and then select one pin frame for the calculation of horizontal load and vertical load, and the combination of internal forces; according to the calculation results and construction requirement, carries on the checking calculation of frame

beams and columns. Finally, on the node, the stairs, the foundation design.

Key words: light steel structure; steel frame structure; architectural

design; structure design

目 录

第一章 建筑设计 ................................................. 1

1.1 工程概况 ................................................ 1 1.2 建筑设计原理及要求 ...................................... 1 1.3 建筑设计资料 ............................................ 2 1.3.1工程地质条件 ......................................... 2 1.3.2 气象条件 ............................................ 2 1.4 建筑设计说明 ............................................ 2 1.4.1平面设计 ............................................. 2 1.4.2集装箱安装车间的立面设计 ............................. 3 1.4.3集装箱安装车间的剖面设计 ............................. 3 第二章 结构设计计算 ............................................. 4

2.1.结构设计资料 ............................................. 4 2.2.结构布置及计算简图 ....................................... 4 2.3荷载计算 .................................................. 5 2.3.1荷载取值计算 ......................................... 5

2.3.2各部分作用的荷载标准值计算 ........................... 6

第三章 内力计算 .................................................. 7

3.1在恒荷载作用下 ............................................ 8 3.2在活荷载作用下 ............................................ 9 3.3在风荷载作用下 ........................................... 11 第四章 内力组合 .................................................. 14 第五章 刚架设计 .................................................. 16 5.1截面设计 ................................................. 16 5.2构件验算 ................................................. 16 5.3节点验算 ................................................. 20

I

第六章 吊车梁设计 ................................................ 26 6.1设计资料及说明 ........................................... 26 6.2内力计算 ................................................. 26 6.3吊车梁截面尺寸确定及几何特征计算 ......................... 28 6.4梁截面承载力核算 ......................................... 30 6.5梁连接计算 ............................................... 33 第七章 其他构件设计 .............................................. 35 7.1檩条的设计 ............................................... 35 7.2隅撑的设计 ............................................... 39 7.3墙梁的设计 ............................................... 39 参考文献 .......................................................... 42 致 谢 ........................................................... 44

II

第一章 建筑设计

1.1 工程概况

该建筑为集装箱安装车间单层轻型门式刚架设计，主体采用轻型门式刚架结构，外墙体在标高1.200米以下为240砖墙；标高1.200米以上为双层镀锌钢板。屋面板采用双层镀锌钢板锁边屋面系统。层高为6米，总高度为10.0m，建筑总面积约2520m2。采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度21m，柱距6m，柱高10m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为7度。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，钢材采用Q345钢，焊条采用E50型。由于该厂房的灵活性比较大，所以只是做了一定的区域分隔，具体面积大小自行抉择。

1.2 建筑设计原理及要求

整个设计工程中，建筑设计起到决定性的作用。不仅要考虑建筑的外观造型和内部布局是否合理,还要考虑辅助功能、采光、消防安全等问题。“布局合理、设施完善、设计先进、美观大方”是该设计的主要原则,为的是建造一座安全、经济、实用、美观、大方的集装箱安装车间。

设计思想:本设计从安全实用的角度出发，在设计上应保证简单实用而又不失美观大方。在结构布置上体现了钢框架结构的多种优势，比如跨度大、稳定性好、抗震性能强、自重小、空间布置灵活等。新世纪的建筑有新世纪的要求，在设计中更应该突出了建筑物的以下特征：（1）形象的艺术性；（2）空间的可变性；（3）功能分区的明显性；（4）建筑的地域性；（5）交通的方便性。要把握集装箱安装车间的时代特征，安全实用更是每个建筑要达到的最终目标。建筑防火按照公共建筑防火要求进行规范设计的，并根据集装箱安装车间的布局合理安排。

通过对该建筑物的平、立、剖面图的绘制，表现出不同方向上建筑物外形及剖切面的投影，这样能够更好地表达建筑物的三维空间。

1

1.3 建筑设计资料

1.3.1工程地质条件：

建筑物场地地势平坦，地表高程38.56~38.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性，标准冻融深度为0.8~1.2m。

经地质勘测，地层剖面为：表层0.8~1.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。亚粘土层可做持力层，地基承载力标准值为150kN/m2。地基土容重19kN/m3。 1.3.2 气象条件：

该地区为三级气候分区，其基本气象资料为： 最冷月平均气温：3.0℃；最热月平均气温：28.8℃。 极端最低温度-5℃；极端最高温度41℃。

平均年总降雨量1230.6 mm,日最大降雨量317.4 mm。 最大积雪深度：32 mm。最大冻土深度：10 mm。

冬季平均风速2.6 m/s，夏季平均风速2.5 m/s，30年一遇最大风速21.9 m/s。 常年主导风向：东北 夏季主导风向：西南风 冬季主导风向：东北风

1.4 建筑设计说明

1.4.1平面设计

该厂房平面为矩形，“一”字型。是为了迎合厂房便于运输、装卸等使用功能。

本集装箱安装车间正门朝北，设有一个进货出入口。中央约占150平，屋顶单独设置为桁架结构的屋顶。不仅能够满足采光要求，而且更有利于装饰。采用

2

铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。该建筑体现出框架结构布局灵活的优势，所以店铺的位置只做了大体分隔，具体的大小和位置安排均自行选择安排。 1.4.2集装箱安装车间的立面设计

立面设计包括正立面和右侧立面两部分立面图。

建筑设计不仅要考虑如何满足生产生活功能要求，而且更要满足当代人们的精神文化的要求。因此，该建筑的外墙标高1.200米以上为双层镀锌钢板，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑节能、建筑结构和建筑功能等因素有机地统一起来，建筑物从同角度呈现出动态美，这可以与周边建筑群相融合。可建筑顶部百叶窗可以满足通风和采光的要求。 1.4.3集装箱安装车间的剖面设计

建筑的剖面设计为了更直观的反映楼层的各部位结构布置，表现建筑物在垂直方向上的关系。

选择剖切面时，把剖切位置定在楼梯间处。剖面图可以看出，各层层高均为4.0m。室内地坪比室外高0.45m，楼梯间窗台高为1.0m，女儿墙高为1.26m。同时也展示了墙体填充材料、楼板厚度和材料、楼梯详细设计等方面，合理完善地展现了本设计的方案设计和设计思路。

3

第二章 结构设计计算

2.1.结构设计资料

1、地质条件：地基承载力特征值fak=150kPa； ,Ⅲ类场地。

2、气象资料：基本风压?0=0.4kN/ m2 ，基本雪压S0 =0.2 kN/ m2 。 3、荷载：

表1-1

项 目 结构自重（其中包括屋面板0.15kN/m2、檩条（含拉条）永久荷载 0.05 kN/m2、保温层及刚架自刚架斜梁自重 0.15 kN/m2 重） 轻质墙面及柱自重 活载 雪载 可变荷载 风荷载 0.5 kN/m2（包括墙面0.15 kN/m2，墙梁0.08 kN/m2） 计算刚架取0.3kN/m2 计算檩条取0.5kN/m2 0.2 kN/m2 基本风压按荷载规范GB50009-2010取，地面粗糙等级是C级，基本风压：ω0=0.4kN/m2。 由于柱高小于10m，不考虑高度变化系数，故取：ω0=ω1=0.4kN/m2。 取 值 0.8mm厚压型钢板 0.15 kN/m2 刚架及支撑 0.10 kN/m2

2.2.结构布置及计算简图

本设计工程采用钢框架结构，楼板为压型钢板组合楼板，荷载由楼板传递到梁，由梁传递到柱，再由柱传递到基础。柱网布置如图2-1所示。（为了清晰，截取部分）

4

图2-1 柱网布置

2.3荷载计算

2.3.1荷载取值计算：

（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）

YX51—380—760型彩色型钢板 0.15

kNm2

50 mm厚保温玻璃棉板 0.05

kNm2

PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02

kNm2

檩条及支撑 0.10

kNm2

刚架斜梁自重 0.15

kNm2

悬挂设备 0.40

5

kNm2

合计 0.87

kNm2（2）面可变荷载标准值 屋面活荷载：0.48kNm2

雪荷载：基本雪压S0=0.45kNm2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角

?=5?42?38??，?z=1.0，

雪荷载标准值 ：Sk=?zS0=1.0×0.45=0.45kNm2。

取屋面活荷载和雪荷载中的较大值0.48kNm2，不考虑积灰荷载。 （3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等） 0.5kNm2

（4）风荷载标准值

22基本风压：根据地面粗糙度列别为B类，?0=1.05×0.55kNm=0.58kNm；

查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，

?z=1.0。风荷载体型系数?s：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及

屋面分别为－0.55和－0.65。

（5）地震作用

哈尔滨地区抗震设防烈度为7度，根据《全国民用建筑工程设计技术措施----结构》中，本设计暂时不考虑地震作用。

2.3.2各部分作用的荷载标准值计算： （1）屋面

恒荷载标准值：0.87×6=5.22kNm 活荷载标准值：0.48×6=2.88kNm （2）柱荷载

6

恒荷载标准值：0.5×6×8＋5.22×12=86.64kN 活荷载标准值：2.88×12=34.56kN （3）风荷载标准值

迎风面：柱上qw1?0.58?6?(?0.25）?0.87kNm 横梁上qw2?0.58?6?(?1.0)??3.48kNm 背风面：柱上qw3?0.58?6?(?0.55)??1.91kNm 横梁上qw4?0.58?6?(?0.65)??2.26kNm

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第三章 内力计算

利用结构力学求解器进行内力分析结果如下：

3.1在恒荷载作用下

图3.1 恒荷载作用下的M图

30.96kN62.64kNB???198.79kN?m?198.79kN?mg=5.22kN/mC147.24kN?m?198.79N?mB62.64kN1000062.64kND?198.79kN?m23.04kNA2100023.04kNE24.72kNC? 30.96kN62.64kND

?85.68kNA图3.2 恒荷载作用下的N图

E85.68kN 8

69.86kN2.47kN?C??24.85kNB

10000

24.85kND? 2.47kN?59.86kN

?24.85kNA

21000E24.85kN

图3.3 恒荷载作用下的V图

3.2在活荷载作用下：

?109.68kN?mq=2.88kN/mC?109.68kN?m

B81.23kN?mDAE 图3.4 活荷载作用下的M图

9

17.08kN34.56kNB1000013.64kN?C?17.08kN34.56kND??

图3.5 活荷载作用下的N图

34.56kNA21000E34.56kN

13.71kN1.36kN?C??33.02kN B?1.36kN13.71kND10000 ?33.02kN? 13.71kN

A21000E13.71kN 图3.6 活荷载作用下的V图

10

3.3在风荷载作用下：

qw2x =4.06kN/m qw1=1.02kN/m71.84kN?mqw2y=4.06kN/mqw4y=2.64kN/mqw4x=2.64kN/mC

10000B144.21kN?m

A21000E 图3.7 左风向风荷载作用下的M图

18.51kN40.55kNB10000?18.51kN18.75kN ?C ?18.75kN24.13kND40.55kNA 21000qw3=2.23kN/m?59.12kN?mDE24.13kN

图3.8 左风向风荷载作用下的N

11

38.90kN? 14.55kN3.07kNC??16.43kN?B100000.66kND?30.16kN?

图3.9 左风向风荷载作用下的V图

A21.51kN21000E1.65kN

qw3=2.23kN/m10000qw4y=2.64kN/m71.84kN?mqw2y=4.06kN/mqw4x=2.64kN/mCD144.21kN?m59.12kN?mqw2x=4.06kN/mB

E21000A 图3.10 右风向风荷载作用下的M图

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qw1=1.02kN/m

18.75kN18.51kN18.75kN24.13kND10000? EC?18.51kN40.55kNB??24.13kN21000 A40.55kN

图3.11 右风向风荷载作用下的N图

99001.65kN?38.90kN3.07kN16.43kND???C?0.66kN14.55kNB30.16kN ?E 2100021.51kNA

图3.12 右风向风荷载作用下的V图

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第四章 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：?oS?R。本工程结构构件安全等级为二级，?o?1.0。刚架内力组合（左半跨）见表4.1。

表4.1 内力组合表

截面 内力组组合项目 载组合方式 荷荷载组合项目 M/KN﹒m N/KN V/KN （Mmax及相应的N、V 1.2?恒+1.4?活392.10 123.55 -49.01 -4.48 -49.01 -4.48 1） 柱顶 B 刚架柱 1.0?恒+1.4?风（Mmin及相应的N、V 2） Nmax及相应的?Mmax、V 1.2?恒+1.4?活-3.10 5.87 （1） （2） —392.10 123.55 1.0?恒+1.4?风Nmin及相应的?Mmax、V -3.10 5.87 柱底 A ——— — ——— — —— —— —— —— Mmax及相应的N、V — —Mmin及相应的N、V — 14

Nmax及相应的?Mmax、V （1） （2） （1.2?恒+1.4?活 1.0?恒+1.4?风0 151.20 28.91 61.06 -49.01 5.26 118.06 5.4 -1.55 -4.87 Nmin及相应的?Mmax、V 1.2?恒+1.4?活0 支刚座架梁 刚架梁 中C 跨B Mmax及相应的N、V 392.10 1） （Mmin及相应的N、V 1.0?恒+1.4?风2） （Mmax及相应的N、V 1.0?恒+1.4?风-3.10 5.05 -46.66 -290.41 -1.19 48.76 2） （Mmin及相应的N、V 1.2?恒+1.4?活1）

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第五章 刚架设计

5.1截面设计：

初选梁柱截面均用焊接工字钢600?250?10?12，Q345钢。截面特性：

24B?250mm，H?600mm，A?117.6cm，tf?12mm，tw?10mm，Ix?67794.05cm，43 ix?24cm，Iy?3129.8cm，Wy?250.38cm，iy?5.16cm。 5.2构件验算：

（1）构件宽厚比验算

翼缘部分：b/tf =120/12=10<15235/fy?12 腹板部分：h0/tw=576/10=57.6<250235/fy?206 （2）刚架梁的验算 A.抗剪验算

梁截面最大剪力为Vmax=118.06kN，考虑到仅有支座加劲肋，

?s?h0/tw415.34?0.608?0.8，

Vu=hwtwfv?576?10?180?1036.8kN>Vmax?118.06kN，满足要求。

B.弯、剪、压共同作用下的验算

取梁段截面进行验算，N=61.06kN，V=118.06kN，M=392.10kN?m。 因V<0.5Vu，取V=0.5Vu，按《钢结构设计规范》（GB50017—2003）验算

294261.06h12N?(250?12??250?15?294)?(310?) Mf?(Af1?Af2h)(?f)2294117.6h2A

16

?498.11 kN?m>M=392.10kN?m,取M=Mf 故 (M?MfV ?12)???0,满足要求。10.V5uMeu?MfC.整体稳定性验算

N=61.06kN，M=392.10kN?m

梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度lox=24119.7mm，

?x=lox/ix=100.5<[?]=150，b类截面，查表得?x?0.427。

N'Ex0?2EAeo?2206?103?11760kN=2150kN。?mx?1.0 ??1.1?x21.1?100.52?mxMxNW1x(1??x')NEx061060??0.427?117601.0?392.10?10661.062259.8?103?(1?0.427?)2150

N??xA =193.24N/mm2?f?310N/mm2，满足要求。

梁平面外的整体稳定性验算：计算长度取loy=3015mm。对于等截面构件，

??0,?s??w?1,?y?loy/iy?58.43，b类截面，查表得?y=0.701。

?b??yt12235?s44320Ah4320?11760?57658.43?122235[()?()()]?1?()()223?yWx?w4.4hfy58.43?2259.8?104.4?576345

=3.89〉0.6

'?1.07?取?b0.282?by?0.998≤1.0。?t?1

?tMx392.1?106N61060 ???3?yAeo?byW1x0.701?117602259.8?10?0.998?180.62N/mm2< f ? 310N/mm2，满足要求。

D.按《钢结构设计规范》（GB50017—2003）校核该梁腹板容许高厚比。 粱端截面：

17

?

maxmin61.06?103392.10?106?288171.7722???5.19?166.58N/mm?N/mm11760?161.3967794.05?104?0??max??min?1.94

?max故

h0235?57.6?(48?0?0.5??26.2)?96.70，满足要求。 twfy梁跨中截面：

?

maxmin49.76?103290.41?106?288127.602???4.23?123.37N/mm?N/mm241176067794.05?10?119.14?0??max??min?1.93

?max故

h0235?57.6?(48?0?0.5??26.2)?96.31，满足要求。 twfyE.验算檩条集中荷载下的局部受压承载力 a．檩条传给横梁上翼缘的集中荷载

F?(1.2?0.27?6?1.4?2.88)?1.5?8.96KN

lz?a?5hy?2hR?(70?5?12)?130mm

1.0?8.?963102 ?c?

取梁端截面处的内力M=392.10kN?m，N=61.06kN，V=118.06kN。

My1392.1?061?02882 ?? ??166.5N7mm/4Ix67794.?0510?63?10?25?012294VS118.02 ?? ??15.3N6mm/4Ixtw67794.?05?1010 18

?2??c2???c?3?2?166.572?6.892?6.89?166.57?3?15.362

?165.39N/mm2 <1.2f?372N/mm2，满足要求。

（3）刚架柱的验算 A.抗剪验算

柱截面的最大剪力是Vmax=49.01kN，考虑到仅有支座加劲肋，

?s??0.737?0.，8Vu=hwtwfv?576?10?180?1036.8kN>Vmax，满足要

415.34h0/tw求。

B.弯、剪、压共同作用下的验算

取柱端截面进行验算N=123.55kN，V=49.01kN，M=392.10kN?m。 因V<0.5Vu，取V=0.5Vu，按《钢结构设计规范》（GB50017—2003）验算

2942123.55h12N?(250?12??250?12?294)?(310?) Mf?(Af1?Af2h)(?f)2294117.6h2A ?544.98 kN?m>M=392.10kN?m,取M=Mf 故 (M?MfV2 ?1)???0,满足要求。10.V5uMeu?MfC.整体稳定验算

构件的最大内力：N=123.55kN，M=392.10kN?m a.刚架柱平面内的整体稳定性验算

刚架柱高H=8000mm，梁长L=24119.7mm，k1/k2?3.01，查表得柱的计算长度系数??2.11。刚架柱的计算长度lox???h?0.85?2.11?8000=14348mm。

?x?lox/ix?14348/240?59.78 <[?]=150，b类截面，查表得?x?0.736。

N

'Ex0?2EA?2206?103?11760kN=6076.16kN，?mx?1.0 ??221.1?x1.1?59.7819

?mxMx1.0?392.10?106N123550 ???N123.55?xAW(1??)0.736?117602259.8?103?(1?0.736?)1xx'NEx06067.16 =185.18N/mm2?f?310N/mm2，满足要求。

b.刚架柱作用平面外的整体稳定性验算 计算长度loy?3015mm。

对等截面构件，??0,?s??w?1,?y?loy/iy?58.43，b类截面，查表得

?y=0.701。

?yt1?0 ?b?4322Ah[(s4)?(?yWx?w4.4h22354?320?11760576?)(?)]?1(fy58.2?4322?593.810?51223528.43) ( )4.4576345=3.89>0.6

'取?b?1.07?0.282?b?0.998≤1.0。 ?t?1.0?NN2?0.75()?0.971 ''NEx0NEx0

?tMx0.97?1392.?16010N123550????183.80?yA?bW1x0.701?117602259.8?103?0.998310N/mm2

2N/mm

Ic?Ib?67794.05cm4, ?t?Icl/Ibh?24000/6000?4.0

刚架柱顶等效水平力：H?0.67W?0.67?22.24?14.90kN

Hh314.90?103?80003 ??(2??t)??(2?4)3412EIc12?206?10?67794.05?10

?27.31mm<[?]=h/60?133.33mm

5.3节点验算：

20

（1）梁柱连接节点 A.螺栓强度验算

梁柱节点采用10.9级M27高强摩擦型螺栓连接，构件截面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数?=0.50，每个高强螺栓的预拉力是290kN，连接处传递内力设计值：N=61.06kN，V=118.06kN，M=392.10kN?m。

（a） （b） 图5.1 刚架柱与刚架梁的连接节点 螺栓抗拉承载力验算：Ntb?0.8P?232kN

Nt?232kN

H600×250×10×12H600×250×10×12My1N392.10?0.3661.06????145.202222?yin4?(0.36?0.228?0.153)14kN<

Ntb?

螺栓抗剪承载力验算：

Nvb?0.9nf?P?0.9?1?0.50?290?130.5kN> Nv?最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：

118.06?8.43kN，满足。 14NvNt8.43145.20????0.69<1，满足要求。 bbNvNt130.5232B.端板厚度验算

21

端板厚度取t=25mm，按二边支撑类端板计算:

12?60?60?145.20?103t???23.69mm

[ewb?5ef(ef?ew)]f60?250?5?60?(60?60)?31012efewNtC.梁柱节点域的剪应力验算

392.10?106M????118.18N/mm2< fv?170 N/mm2，满足要求。

dbdctc576?576?10D.螺栓处腹板强度验算

Nt2?My2N392.10?0.22861.06????115.29?yi2n4?(0.362?0.2282?0.1532)14kN＜

0.4P=116kN。

0.4P116?103??193.33N/mm2< f?310N/mm2，满足要求。 ewtw60?10（2）横梁跨中节点 A.螺栓强度验算

横梁跨中节点采用10.9级M24高强摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数?=0.50，每个高强螺栓的预拉力是225kN，连接处传递内力设计值：N=48.76kN，V=4.87kN，M=290.41kN?m。

(a) （b）

图5.2 刚架梁跨中节点

22

H600×250×10×12

螺栓抗拉承载力验算：

Ntb?0.8P?180kN Nt?180kN

My1N290.41?0.3648.76????107.29?yi2n4?(0.362?0.2282?0.1532)14kN<

Ntb?

螺栓抗剪承载力验算：

b Nv?0.9nf?P?0.9?1?0.5?225?101.25kN>Nv?4.87/14?0.35kN，满足

最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算

NvNt0.35107.29????0.60<1，满足要求。 NvbNtb101.25180B.端板厚度验算

端板厚度取t=25mm，按二边支撑类端板计算

12?60?60?107.29?103t???20.36mm

[ewb?5ef(ef?ew)]f[60?250?5?60?(60?60)]?31012efewNtC.螺栓处腹板强度验算

Nt?My2N290.41?0.22848.76????85.13kN＜0.4P=90kN。 2222?yin4?(0.36?0.228?0.153)140.4P90?103??150N/mm2< f?310N/mm2，满足要求。 ewtw60?10（3）柱脚设计

刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。

a.柱脚内力设计值：Nmax?151.20kN,

V?49.01kN;

Nmin?28.91kN,V?5.26kN。

b.由于柱脚剪力较小，V?49.01kN<0.4Nmax=60.48kN，故一般不考虑剪

23

力键；但经计算在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。另Nmin>0，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M27。

c.柱脚底板面积和厚度计算。

图5.3 刚架柱铰接 A.柱脚底板面积确定

b?b—350mm，取b=320mm ?=29050)0?2c?250?2?(20 h?h—700mm，取h=660mm ?=64050)0?2c?600?2?(20 底板布置如图，基础采用C20混凝土，fc=9.6N/mm2，验算底板下混凝

土

的

5??2M27H600×250×10×12轴

3心

.抗压强度设计值：

N1???bh31?002010./72m2

24

根据柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分别计算底板所承受的最大弯矩: 三边支承板：b2/b1?120/576?0.208?0.3 按悬臂板计算：

112??0.72?302?324N?m 对于悬臂板部分：M??a422底板厚度：t?6Mmax/f?6?8649/310?12.94mm，取t=20mm。

25

第六章 吊车梁设计 6.1设计资料及说明 1) 吊车资料见表2-1。 表6-1 吊车梁资料表 台数1起重量级别钩制吊车跨度吊车总重10t中级软钩28.5m29.7t小车重4t最大轮压14.8t2) 吊车梁跨度6m，为简支梁，因吊车梁的跨度和吊车的起重量都较小，且吊车10t大车轮距示意图为中级工作制吊车，则无需设置制动结构。 3) 吊车梁材质采用Q235，腹板与上翼缘采用焊透的T形连接，与下翼缘采用贴角焊缝连接，并均为自动焊，其余焊缝为手工焊接，自动焊焊条为H08Mn2Si，手工焊焊条为E4315型。 4) 梁端部采用突缘支座。 6.2内力计算 1) 计算吊车梁内力时，吊车梁自重及作用于其走道的活荷载、灰荷载、轨道等竖向荷载，可近似以轮压乘荷载增大系数β=1.02（查表2-2），并考虑动力系数α=1.05，吊车竖向荷载分项系数γQ=1.4进行计算。 表 6-2 荷载增大系数?值 结构形式 材质 跨度 Q235 6 12 18 24 Q345 Q235 Q345 (16Mn) Q235 Q345 (16Mn) Q235 Q345 (16Mn) 吊车梁 吊车桁架 1.03 1.02 1.02 1.02 1.05 1.05 1.04 1.04 1.08 1.07 1.07 1.06 1.1 1.09 1.09 1.08 26

注：当跨度为中间值时，可用插入法计算。 竖向计算轮压：

p????Qpkmax?1.05×1.02×1.4×14.8?22.2tf?217.5KN

每轮横向水平力

T'??QTk?1.4?4.1?5.8KN

计算吊车梁上翼缘强度和稳定性时，

T?3?T'?17.4KN(设计值）Tk??Q?Q1?0.1210?4?0.42tf?4.1KN(标准值） 2n12?2表 6-3 各项内力计算

2) 各项内力计算:除注明者外均为设计值，见表2-3。

项次 1 计算项目 支座最大剪力简图 内力 Vmax Vmax?217.5(1?6)?253.8KN6 2 计算弯矩时竖向最大弯矩 Mmax 3 计算强度时最大水平弯矩 RA?1?217.5?108.8KN2Mmax?3?217.5?326.3KN.m2Vc左?Vc右?P?217.5?108.8KN22 MTmax?17.4?326.3?25.8KN.m217.5 MTmax 27

4 计算挠度时最大水平弯矩 Mmax??Mmax 3?217.5?326.3KN.m 26.3吊车梁截面尺寸确定及几何特征计算

1．梁截面尺寸确定

1) 按经济要求确定梁高：取f?215Nmm2，则所需截面抵抗矩为

1.2?326.3?1061.2MmaxW???1821?103mm3

f215所需梁高（按经济公式）h?73W?300?731821?103?300?554mm 2) 按刚度要求确定梁高：容许相对挠度取

1?l?，故???600。 600?v??l?hmin?0.6?f?l???10?6?0.6?215?6000?600?10?6?464mm

?v?综上所述初选梁高hw?500mm

3) 按经验公式确定腹板厚度：tw?7?3hw?7?3?0.5?8.5mm

1.2Vmax1.2?253.8?1034) 按抗剪要求确定腹板厚度：tw???3.5mm

hwfv500?125初选腹板?500?10，考虑因轮压较大，在梁端将腹板局部加厚。

5) 梁翼缘截面尺寸：为使截面经济合理，选用上、下翼缘不对称工字形截面，

所需翼缘板总面积按下式近似计算：

Wtwhw1821?10310?500A?2(?)?2(?)?1867mm2

hw65006上、下翼缘面积按总面积的60%及40%分配。

上翼缘面积0.6?1867?1120mm2，下翼缘面积0.4?1867?747mm2；初选上翼缘?350?15（面积A1?5250mm2），下翼缘?200?15(面积A2?3000mm2）。

28

翼缘板自由外伸宽度

a?15t235235?15?15?225mm?175mm fy235翼缘板满足局部稳定的要求，同时也满足无制动结构轨道连接b?320mm的要求。

2．梁截面几何特性

1) 梁对x轴的惯性矩及面积矩（图2-1）：

图 6-1吊车梁截面简图

A?35?1.5?20?1.5?50?1?52.5?30?50?132.5cm2

__y?(52.5?30)?25.75?4.4cm

132.51?503Ix??50?4.42?52.5?20.52?30?312?10417?968?22063?28830?62278cm41262278?2938cm321.2 62278Wx下??1958cm331.8Wx上?6.4梁截面承载力核算

29

1) 强度计算（见表2-4）

表 6-4 强度计算表

弯曲正应力 上翼缘 MxMT326.3?10625.8?106????184.3Nmm2?f?215Nmm232Wnx上Wny2938?103428?10下翼缘 Mx326.3?1062??166.8Nmm??f? 3Wnx下1958?10 剪应力 采用突缘支座 1.2V1.2?253.8?103????61Nmm2?fv?125Nmm2hwtw500?10 ?? 腹板计算高度边缘局部压应力 中级工作制吊车梁 ??1.35 QU120 轨道高170mm lz?50?2hy?50?2(170?25)?440mmP?1.1?1.4?14.8?22.79tf?224KN1.35P1.35?224?103?c???69Nmm2??f?twlz10?440 注:简支梁各截面折算应力一般不控制，未作验算。 2) 梁的整体稳定性

l1b?6000350?17?13,按照《钢结构设计规范》应计算梁的整体稳定性，按表

2-5得：??l1t6000?15??0.485?2.0 b1h350?530表 6-5

侧向支撑 项次 1 2 3 4

荷载 ????2.0 l1t1 b1h??2.0 0.95 说明 跨中无侧向支撑 均布荷载作用在 集中荷载作用在 上翼缘 下翼缘 上翼缘 下翼缘 30

0.69?0.13? 1.73?0.20? 0.73?0.18? 2.23?0.28? b1?受压翼缘的宽度t1?受压翼缘的厚度 1.33 1.09 1.67

因集中荷载在跨中附近，则?b?0.73?0.18??0.73?0.18?0.485?0.82

215?350315?200I1??5.359?107mm4,I2??1.0?107mm4

1212I15.359?107??0.843 按表2-6得：?b?7I1?I2(5.359?1.0)?10

表 6-6

项次 1 2 3 受弯构件情况 计算公式 说明 ?235当算得的4320Ah???yt1??b??b2???b??1???yWx??4.4h???fy 焊接工字形??b值大于0.6时，应0.282简支 截面（含H型 按?b'?1.07??b钢） 代替?b值

?b?0.8?2?b?1??0.8??2?0.843?1??0.548

I1?I25.359?107?1.0?107iy???69.28

A13250?y?l1iy?600069.28?86.6

?4320Ah???yt1?计算梁的整体稳定系数为：?b??b2???b? ?1???yWx?4.4h?????

31

??2432013250?530?86.6?15???0.82??1????0.548??1.91?0.6 26?86.62.938?10??4.4?530???则?b'?1.07?0.282?1.07?0.282?0.92 1.91?b计算的整体稳定性为：

MmaxMT326.3?10625.8?10622 ????130.3Nmm?215Nmm66?b'Wx?b'Wx0.92?2.938?100.92?2.938?10由以上计算可知整体稳定性符合要求。 3) 腹板局部稳定计算

??hw700235?70??80?80?,且有局部压应力（?c?0），腹板腹板高厚比：?tw10fy??的受力比较复杂，规范规定宜按构造要求在腹板上配置横向加劲肋，加劲肋的间距a按构造要求取1000mm。

横向加劲肋的尺寸确定按构造要求（据有关公式计算）：

bs?hw500?40??40?57mm,取bs?90mm。 3030bs80??5.3mm,取ts?6mm。 1515ts?4) 疲劳强度计算

本工程吊车为中级工作制吊车，不必进行疲劳验算，只需采取以下措施来满足疲劳强度的要求：

① 上翼缘与腹板采用焊透的T形对接焊缝，质量等级为一级。

② 加劲肋下端一般在距吊车梁下翼缘(受拉翼缘）50mm?100mm断开，不与受拉翼缘焊接，以改善梁的抗疲劳性能，本设计取60mm；吊车梁横向加劲肋的上端与上翼缘刨平顶紧焊接。 5) 梁挠度计算

等截面简支吊车梁竖向挠度（按标准值）：

32

Mx?326.3?212KN.m

1.1?1.4vxMxl212?106?60001?1? 满足 ????34??l10EIx10?206?10?62278?101000?600?6.5梁连接计算

1) 梁端与柱的水平连接

上翼缘与柱的水平连接:采用20MnTiB钢10.9级高强度螺栓，并采用喷砂处理摩擦面，抗滑移系数取??0.45。

按一个吊车轮的横向水平力作用计算： V?17.4KN （并取?T?3.0）

按柱宽及螺栓排列要求采用2M20螺栓，每螺栓承载力设计值（P?190KN）

b Nv?0.9nf?P?0.9?1?0.45?190?76.9KN

总计连接处承载力

N?2?76.9?153.8KN?17.4KN 满足 2) 翼缘板与腹板连接焊缝

上翼缘板与腹板连接焊缝采用焊透的T形连接（自动焊并精确检查），可与母材等强，故不另行核算。

下翼缘板与腹板连接焊缝 ffw?160Nmm2。

S1?20?1.5?31?930cm3VS1253.8?103?930?103 hf???1.7mm2?0.7ffwIx2?0.7?160?62278?103按构造要求支座处应采用坡口焊透连接。 3) 支座加劲肋截面与连接计算

吊车梁支座形式为突缘支座，支座加劲肋采用-200×15，其伸出长度不得大于其厚度的的2倍，取为20mm，满足要求。吊车梁支座加劲肋计算简图见图2-2.

33

图 6-2 支座加劲肋截面

2截面几何特征：腹板宽度取15tw，As?20?1.5?15?1.2?30?18?48cm

10001.5?203?4.6cm Ix??1000cm4 ix?4812由题知轴心受压构件截面分类为C类，查得??0.983，R?253.8KN。

R253.8?103??53.8Nmm2?f?215Nmm2 2?As0.983?48?10??突缘端面承压应力：As1?20?1.5?30cm2?突缘面积?

R253.8?10322?ce???84.6Nmm?fce?325Nmm

As130?102??吊车梁施工详图见吊车梁结构图。

34

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