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横向单跨双坡门式刚架设计计算书

1 设计资料

本工程为武汉市一金工车间厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，柱高9.9m；共有15榀刚架，柱距6m，屋面坡度1:10；地震设防列度为6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，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。

2 结构体系

选用横向单跨双坡门式刚架承重体系

3 结构布置

3.1 柱网布置

3.2 横向刚架主要尺寸

???600x300x8x14横梁：Q235截面：H型钢h b t t

w t

???500x300x10x16柱：Q235截面：H型钢h b t t

w t

3.3 墙梁及柱间支撑

3.4 屋面支撑

3.5 荷载计算

永久荷载：

恒载：屋面板及保温层：0.12KN/m2

檩条及支撑：0.08KN/m2

刚架：0.3 KN/m2可变荷载：屋面活载：0.5 KN/m2

雪荷载：0.5 KN/m 2

风荷载：0.35 KN/m 2 地震荷载：武汉地区钢结构厂房按6度设防，即钢结构厂房6度设防只需满

足构造要求。

4 吊车设计

资料：采用北起起重量Q=5t ，跨度S=22.5m 的单梁式吊车，P max,k =45KN ，

P max,k =10.47KN ，B=3500mm ，W=3000mm ，H 1=880mm ，轨

道型号：38kg/m 。

4.1吊车荷载（竖向荷载设计值）

max 1Q max,k P P 1.0511.44566.15KN αβγ==???=

4.2吊车梁内力计算

4.2.1 M max 及相应V

()()()()max 1max 0max 2

2

0max 0max 150022

2266.153500150037.8/4443500

66.150.75 3.7549.616

66.1549.6116.54B p a p w w a mm p p P L a P B a M kN m L B R kN V kN ====--??-====??+===-=∑∑ 4.2.2 求V max

轮子在支座上时，剪力最大

1max 123(1)66.1566.15(1)99.236a V P P kN l =+-=+?-= 4.2.3 吊车水平荷载作用下的M maxH 及

V maxH 2300

1

1()2210.12(6.10.129.859.8) 1.4 2.364

k i k k k Q T T G G n n kN αγ???==+=????+??=∑ max max max 2.3637.8 1.3566.15k H T M M kN m P =?

=?=? max max max 2.3699.23 3.5466.15

k H T V V kN P =?=?= 4.3 截面选择

钢材采用Q235的H 型组合钢

4.3.1 经济高度

63max

31.237.810210.9821510

x M w cm f α??≥==?3 3373007210980300116w x h w mm ===

4.3.2 最小高度

6min 0.360.362156000101000464l h fl mm v -??==????=????

根据构造要求，h 取50mm 的整数倍，因此h=500mm

4.3.3 腹板厚度

抗剪要求：

3

max

1.2 1.299.2310

1.91

500125

w

v

V

t mm hf

??

===

?

局部稳定：

500

6.4

3.5 3.5

w

h

t mm

===

根据构造要求，腹板厚度t w≥8mm的整数倍，则t w=8mm 4.3.4 翼缘尺寸

1111

(~)(~)50083.3~200

6 2.56 2.5

b h mm

==?=

取b0=200mm

抗弯要求：

006

x w

w h t

b t

h

=-

3

210.98102008

200

5006

t

??

=-, 则t0=0.78mm

局部稳定要求：

2008235

7.38

2623526235

y

w

f

b t

t mm

--

≥==

而t0值一般取2mm的整数倍且大于t w，则t0=10mm 4.4 截面特性

2

200102500880

A cm

=??+?=

334 11

200520(2008)50034346.67 1212

x

I cm

=??-?-?=

3134346.671321.03226010

x x I w cm h -===? 315020 1.025.5500.876024

x S cm =??+???= 334112 1.02500.81335.471212

y I cm =???+??= 301335.47133.55210

y

y I w cm b === 3301 1.0201266.67210

hoy hoy I w cm b ??=== 4.5 强度验算

4.5.1 正应力验算

33

22max max 37.810 1.351048.86/215/1321.0366.67

H x hoy M M N mm f N mm w w σ??=+=+=<= 4.5.2 切应力验算

33

22max 37.8107601010.46/125/34346.67

x v x w M S N mm f N mm I t τ???===<= 4.5.3 腹板局部压应力

;5250250150c z y R w z F

l a h h mm t l ψσ==++=+?=

3

221.066.151055.125/215/8150

c N mm f N mm σ??==<=? 4.5.4 腹板边缘处的折算应力

1f β≤

3

137.81025.528.0634346.67

n M y N I σ?==?=

22106/215/N mm f N mm ==<

4.6 稳定性验算

4.1.6 整体稳定性验算

y x b x y y

M M f w w ?γ+≤

4.08640.86y i cm mm ==== 6000146.8415040.86

y y l i λ===<(满足) 00600080.48 2.0200500

lt b h ξ?===

ηb

=0224320235432080005002350.820146.8413210302350.598 1.0

b b b y x y

A h W f ?βηλ??=???????=????

=<'0.282

0.2821.07 1.070.598 1.00.598

b b ??=-=-=< 3322'37.810 1.351056.27/215/0.5891321.03 1.2133.55

y x b x y y M M N mm f N mm w w ?γ??+=+=<=?? 4.6.2 局部稳定性验算 翼缘：10969.61310

b t ==< 腹板：

50062.5808w h t ==<（应按构造要求配置横向加劲肋） 横向加劲肋截面确定

横向加劲肋为Q235，尺寸为80mm×8mm

加劲肋间距为 0.5h a 2h 250mm a 1000mm a=1000mm ≤≤?≤≤取

4.7 刚度计算

622

5437.810600011 1.05 1.4= 1.31610102.061034346.67101000xk x M l l mm mm EI ν?????==<=??????? 4.8 支承加劲肋计算

采用凸缘式支承加劲肋

0200s b b mm ==

尺寸：按端面承压强度试选加劲肋厚度

已知：2max 325/,99.23,200ce s f N mm V kN b mm ===支座反力为

需要3

max 99.2310 1.53200325

s s ce V t mm b f ?≥==? 考虑到支座支承加劲肋是主要传力构件，为保证其使梁在支座处有较强的刚度，取加劲肋厚度与梁翼缘板厚度大致相同，令t s =10mm 。加劲肋端面顶紧刨平，突缘伸出板梁下翼缘底面长度为2t s =2×10=20mm 的构造要求。

按轴心受压构件验算加劲肋在腹板平面外的稳定，支承加劲肋的截面腹板截面积。阅微阁小说ikdzs

端承压：查附表4.3（适用于Q235钢，y 轴c 类）

334

00021110200666.671212

1510200815829.64.755010.354.75y S s w y y y I t b cm A t b t t cm i cm h i λ=

=??==+?=?+??=====

==

当10=0.992λ?=时，

当11=0.990λ?=时， 因此=0.991?

3

22max 2s 99.2310=33.83/215/0.99129.610

V N mm f N mm A ??=<=?? 4.9 焊缝计算

4.9.1 腹板与翼缘连接焊缝

最大焊脚尺寸：min 1.2 1.289.6f h t mm ≤=?=

最小焊脚尺寸： 1.5 4.7f h mm ===

3

22

820010255510000137.32/160/f f w f h mm

S cm N mm f N mm ==??==<=取强度要求：4.9.2 支撑加劲肋与腹板的连接焊缝计算 焊缝的计算长度()25008984w l mm =?-=∑ 需要焊脚尺寸 3max

99.23100.90.71609840.7f w f w V h mm f l ?===??∑

而max

1.5 1.510 4.7f h t >=?= 取h f =6mm 5 抗风柱计算

每侧山墙设3跟抗风柱，跨度6m

5.1 荷载计算

风荷载标准值0k z s z ωβμμω= 高度Z 处风振系数 1.0(1z β=单场取） 风荷载体型系数s =0.7(μ吸） 风压高度变化系数1z μ= 基本风压200.35/(0.350.3)kN m ω=>查得 202

1.00.710.350.245/24q 0.245 1.47/44k z z s k k k kN m L kN m ωβμμωω==???===?=单根柱风荷载标准值

2q q 1.4 1.47 2.06/Q k kN m γ=?= 单根柱风荷载设计值= 恒载：自重10.3/k g kN m = 墙面墙梁自重20.3/k g kN m = 恒荷载：12241.2() 1.2(0.30.3) 2.52/44K k k L g g g kN m =+=?+?=

5.2 内力计算

221max 111 2.0610.217.0488M ql kN m ==??=?弯矩：

222max 211 2.0610.819.188M ql kN m ==??=?

1max 12max 211=

2.0610.2 6.6822

11= 2.0610.87.0722

V ql kN V ql kN =??==??=剪力：

1max 12max 2 2.5210.225.72.5210.827.22gl kN

gl kN ==?===?=轴力：N N

5.3 截面选择

初选截面(Q235) 柱1：假定λ=10

h,b 取10mm 的整数倍，则h=240mm ，b=220mm

查表4-4知X轴为b类，y轴为c类

/235100235/235100

y

f

λ=?

=

查附表4-2得：0.555

x

?=0.463

y

?=

所以

3

2

min

25.710

258.17,t8,10

0.463215

req w

N

A mm mm t mm

f

?

?

≥====

?

取

几何特性

2

334

334

3

3

24082220106320

11

220260(2208)2407800.27

1212

11

21022024081775.69

1212

7800.27

600.02

/213

1775.69

161.43

/211

x

y

x

x

y

y

A mm

I mm

I mm

I

mm

h

I

mm

b

ω

ω

=?+??=

=??-?-?=

=???+??=

===

===

柱2：假定100

λ=

h,b取10mm的整数倍，则h=260mm，b=230mm

查表4-4知X轴为b类，y轴为c类

/235100235/235100

y

f==

查附表4-2得：0.555

x

?=0.463

y

?=

所以

3

2

0 min

27.22

10

273.44,t8,10

0.463215

req w

N

A mm mm t mm

f

?

?

≥====

?

取

几何特性

2

334

334

3

3

26082230106680

11

230280(2308)2609559.67

1212

11

21023026082028.94

1212

9559.67

682.83

/214

2028.94

176.43

/211.5

x

y

x

x

y

y

A mm

I mm

I mm

I

mm

h

I

mm

b

ω

ω

=?+??=

=??-?-?=

=???+??=

===

===

5.4 强度验算

柱1：

36

22 1max1max

3

25.71017.0410

29.02/210/

6320682.8310

x

N M

N mm f N mm

A W

σ

??

=+=+=<=

?

柱2：

36

22 2max2max

3

27.221019.110

32.04/210/

6680682.8310

x

N M

N mm f N mm

A W

σ

??

=+=+=<=

?

5.5 刚度验算

柱1：

[]

[]

33

4

33

4

10.210

91.81150

111.095

7800.2710/6320

10.210

96.23150

52

1775.6910/6320

x

x

x

oy

y

y

l

i

l

i

λλ

λλ

?

====<=

?

?

====<=

?

柱2：

[

][]33

3310.81090.28150119.635.41097.9915055.11x x x oy y y l i l i λλλλ?====<=?====<= 5.6 局部稳定性验算

柱1：

10010610.6(100.1(100.196.23)119.621024030(250.5(250.596.23)173.128w b t b t λλ==<+=+??===<+=+??=翼缘：腹板：

柱2：

10011111.1(100.1(100.197.77)119.781026032.5(250.5(250.597.77)173.898w b t b t λλ==<+=+??===<+=+??=翼缘：腹板：

5.7 平面内整体稳定性验算

`

10.8mx x

x x x Ex M N f A N W N β?γ?+≤??

?- ???

柱1：

按b 类截面查《钢结构设计规范》得0.609x ?=

225`223.14 2.061063201465.041.1 1.191.81Ex

x EA N kN πλ???===? ()`36

322

10.825.710 1.017.041025.70.6096380 1.05600.081010.81465.0433.79/210/mx x

x x x Ex M N A N W N N mm N mm β?γ?+??

?- ???

???=+????-?=<

柱2：

按b 类截面查《钢结构设计规范》得0.620x ?=

225`223.14 2.061066801515.121.1 1.190.28Ex

x EA N kN πλ???===? ()`

36322

10.827.2210 1.019.11027.220.6206680 1.05682.831010.81515.1237.37/210/mx x

x x x Ex

M N A N W N N mm N mm β?γ?+??

?- ??????=+????-?=< 5.8 平面外稳定性 设隅撑间距3.0m

N tx x y b x

M f A W β??+≤? 柱1：

按c 类截面查《钢结构设计规范》得0.482y ?=

2296.232351.07 1.070.86 1.04400023544000235y y

b f λ?=-?=-?=< 36

322

N 25.710 1.017.04101.00.48263200.86600.021041.46/210/tx x

y b x

M A W N mm f N mm βη??+????=+????=<= 柱2：

按c 类截面查《钢结构设计规范》得0.474y ?=

2297.992351.07 1.070.85 1.04400023544000235y y

b f λ?=-?=-?=< 36

322

N 27.2210 1.019.1101.00.47466800.85682.831041.51/210/tx x

y b x

M A W N mm f N mm βη??+????=+????=<= 6 檩条计算

6.1 基本资料

屋面采用实腹式檩条，坡度0.1，选用冷弯c 型卷边型钢，跨度6L m =，檩距为1.5m ，中间设一道拉条，檩条及拉条钢材均为Q235。

6.2 荷载及其效应组合

永久荷载：压型钢板自重为0.12KN/m 2，檩条及支撑自重为0.08KN/m 2，合计

0.2KN/m 2。

可变荷载：屋面均布荷载为0.5KN/m 2，雪荷载取0.35KN/m 2。 风荷载：221.56910, 1.5log 2.9 1.47s A m m A μ=?=<=-=-

20 1.47 1.030.35 1.050.53/s z kN m ωμμω==???= 荷载组合设计值：

1.2+1.4=1.20.2 1.5+1.40.5 1.5=1.41/1.0-=1.00.2 1.5 1.40.53 1.50.813/q kN m

q kN m =????=??-??=-恒荷载活荷载恒荷载1.4风荷载

活荷载起控制作用： sin 1.41sin 5.710.14/cos 1.41cos5.71 1.4/x y q q kN m

q q kN m αα==??===??=

222211 1.46 6.3/88110.1460.14/3636

x y y x M q L kN m M q L kN m ==??===??= 风荷载起控制作用：

22220sin 0.813sin 5.710.081/cos 0.813cos5.710.81/110.816 3.65/88

110.08160.081/3636

ox oy x oy y x q q kN m

q q kN m

M q L kN m M q L kN m αα==??===??===??===??= 选用C200?70?20?2.0型冷弯薄壁型卷边槽钢，截面特性如下：

244433max min 7.27,440.04,7.78,44.00,46.712.54,23.22,9.35, 5.71/x x x y y x y A cm I cm i cm cm I cm i cm cm cm kg m ωωω========自重。

6.3 计算有效截面

因q y 产生的应力较大，故验算12

L 处截面，并设屋面能阻止檩条侧向位移和扭转。

6.3.1 用毛截面模量计算板件的压应力

33

22

1.max 33

22

2.min 3322

3.min 4 6.3100.1410149.19/215/4423.22

6.3100.1410128.21/215/449.35

6.3100.1410158.16/215/449.35y x x y y x x y y x x y y x x M M N mm f mm W W M M N mm f N mm W W M M N mm f N mm W W M M W σσσσ??=+=+=<=??=-=-=<=??=--=--=-<==-+33

22

.max 6.3100.1410137.18/215/4423.22

y N mm f N mm W ??=-+=-<=

6.3.2 计算系数φ和α

腹板为加劲肋板件

min max 22137.180.920,=1.15149.19k=7.8 6.2949.787.8 6.29(0.92)9.78(0.92)21.86σψασψψ-===-<-+=-?-+?-=取 上翼缘为部分加劲肋板件

min max 22128.210.86149.19

1.150.15 1.150.150.86 1.021

1.150.220.045 1.150.220.860.0450.860.99

c k σψσαψψψ====-=-?==-+=-?+?= 6.3.3 计算系数1,,,e b

k k t ρ求出

腹板：

21.86K = 0.99c K = 21149.19/N mm σ=

根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-20XX 中公式5.6.3-2 得

70 1.64 1.1200c

b ξ===>， 则受压板件的板组约束系数 1220.930.930.110.110.48(0.05)(1.50.05)K ξ=+

=+=--

3.80ρ=== 18181.153.878.6638381.153.8157.322001002

b t αραρ>=??=<=??=== 200104.1711(0.92)

c b b mm ψ===---

120.10.1104.1796.190.40.496.1938.480.60.696.1957.71e c e e e e b b mm b b mm

b b mm

??=?=?=????

==?===?= 扣除面积部分的长度为104.17-96.17=7.98mm

上翼缘：

0.99K =，70b mm =，200c mm =，21149.19/N mm σ=

2000.608 1.170c

b ξ===< 则：

1 1.28K === 由0.860,70c b b mm ψ=>==

112052050.99

1.28 1.32149.19

K K σρ????=== 18181.0211.3224.2638381.0211.3251.2170352

b t αραρ>=??=<=??=== 由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-20XX 中公式5.6.2-3得：

21.80.121.8 1.021 1.320.17057.13702e c e b b b t b mm αρ??=-?????????=-?=????

由于为部分加劲板

则120.40.457.1322.850.60.657.1324.28e e e e b mm

b b mm b ==?===?=

扣除面积的宽度为70-57.13=12.87mm

因为下翼缘全截面受拉，所以全截面有效。

6.4 计算有效净截面模量

23232112221243234

11112412221112007.98440.041012.87212.87220027.987.98238.481241222409enx x e b h I I b t b h tb b t b cm ????=-+++--?? ???????

????=?-??+???+??+??--?? ??????

? 11112221227022.8524.2812.8720038.4857.717.98e e e e b b b b mm

b h b b mm

=--=--==--=--= 2323121011110243234

11121221112.8746.71107.98212.87220212.8712.87222.852********.46eny y e b I I b t b tz tb b t b z cm ????=-++++-?? ???????

????=?-??+??+??+??+-?? ???????

= 434091040.9/2200/2enx enx

I w cm h ?=== 4

max

3045.461022.7320

eny eny I w cm z ?=== 4

min

3045.46109.097020eny eny

I w cm b z ?===-- 6.5 重新验算1、2点强度

33

221.max 6.3100.1410160.19/215/40.922.73

y x x y M M N mm f mm W W σ??=+=+=<= 33

222.min 6.3100.1410138.63/215/40.99.09

y x x y M M N mm f N mm W W σ??=-=-=<= 因此檩条的强度满足设计要求。

6.6 稳定性验算

已知：234200,7.27, 2.54,44,46.71y x y h mm A cm i cm cm I cm ω===== 643672.33,0.0969t I cm I cm ω==

查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-20XX 表A.1.2得：

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