轻型门式刚架计算原理和设计实例(五)

第九章

一、工程资料：应用实例

某单层工业厂房，跨度为18m，长度为108m，柱距6m，檐高8m。内设一台10T 单梁吊车，中级工作

V max =98. 01(3. 5+6)=155. 2kN 6

4. 求V T max

V T max =4. 9⨯155. 2=7. 76kN 98. 01

㈡截面估算：（Q 235)

1．梁高：1. 2⨯147⨯106

=820465mm 3①按经济条件确定：W sh =215

h =7⨯sh -300=355mm

②按允许挠度值确定：

⎡l ⎤h min =0. 6f ⋅l ⋅⎢⨯10-6=0. 6⨯215⨯6000⨯600⨯10-6=464. 4mm ⎣⎦

③建筑净空无要求

∴取h =550mm

2．腹板厚度

①按经验公式：

t w =7+3h =7+3⨯0. 55=8. 65mm

②按抗剪要求：

t w min 1. 2V max 1. 2⨯155. 2⨯103

===1. 57mm ⋅⨯③按局部挤压要求：

t w min ψ⋅F 1. 5⨯98. 01⨯103===1. 85mm Z ⋅++⨯⨯⨯∴取t w =10mm

④局部要求：

550=55

3．翼缘尺寸：

A 取∴10t ㈢A =y 1=w 1x w 2x I y =y 2288. 6y 2I x =11⨯12⨯3003+⨯12⨯2503=42625000mm 4

1212

I Y 42625000==341000mm 3

1I y

2=42625000=284167mm 3w 1y =w 2y =

i y =Y =59. 95mm 6000=100. 1

2λy =吊车梁上翼缘：A 上=300⨯12=3600mm

I 上y =

W 上y

2．强度验算：

①正应力：1⨯12⨯3003=27000000mm 427000000==180000mm 3上翼缘正应力：σ上=M max M T +1x 上y

147⨯1067. 35⨯106

=+=64. 4+40. 83=105. 23N

②剪应力：突缘支座处剪应力：

1. 2V max 1. 2⨯155. 2⨯103

τ===33. 86N

③腹板局部稳定：

ψF 1. 0⨯98. 01⨯103

σc ===31. 22

3．稳定性验算：①整体稳定性：

ξ=l 1t 16000⨯12==0. 44

1⎛⎫⨯12⨯3003 ⎪ηb =0. 8(2αb -1) =0. 8 2⨯-1⎪ ⎪⨯12⨯3003+⨯12⨯2503 ⎪⎝⎭

=0. 8(2⨯0. 633-1)=0. 213

⎤235λY t 1⎫4320A ⋅h ⎡⎛⎢+ ψb =βb ⋅⋅⎪+ηb ⎥⨯X ⎢λy ⎥Y ⎝⎭⎣⎦

2⎤[1**********]0⨯550⎡100. 1⨯12⎫⎛⎢+ =0. 81⨯⨯⎪+0. 213⎥⨯22282565⎢100. 1⎥235⎝4. 4⨯550⎭⎣⎦

=0. 81⨯

∴ϕb =0. 832' 432011860⨯550⨯⨯1. 329=1. 326100. 1M y M x 147⨯1067. 35⨯106

+=+⨯⨯ϕb x y y

=77. 4+21. 55=98. 95②局部稳定：2

b 150-5==12. 08

h 526b)腹板：0==52. 6

4．加劲肋计算：

①横向加劲肋的外伸宽度为：

b S ≥h 0526+40=+40=57. 5mm ，取b S =100mm 横向加劲肋的厚度为：

b S 100==6. 7mm 1515

∴横向加劲肋的尺寸为：-8⨯100t S ≥

②支座加劲肋

采用-20⨯300

A 0=20⨯300=6000mm 2

A =A 0+15t w t w =6000+15⨯10⨯10=7500mm 2

I z =

i z =1⨯20⨯3003=45000000mm 4=77. 46mm h =6. 79i z λz =

a、强度验算：

V max 155. 2⨯103

σ===25. 87

此截面属b 类，查表得ϕ=0. 996

V max 155. 2⨯103

σ===20. 78N 2

本吊车为中级工作制吊车，不必进行疲劳验算。6．刚度

147⨯106⨯600022M ⋅l l w ==⨯=2. 93mm

①上翼缘与腹板连接焊缝

上翼缘对中和轴面积矩：S 1=300⨯12⨯261. 4=941040mm

取h f =8mm

3

ψF 1. 0⨯98. 01⨯103τf ===27. 87N mm 22⨯0. 7

h f l z 2⨯0. 7⨯8⨯[2⨯(120+12) +50]σZS =21. 862+27. 872=35. 42N

②下翼缘与腹板连接焊缝

下翼缘对中和轴面积矩：S 2=250⨯12⨯288. 6=865800mm 3mm 2

V max S 2155. 2⨯103⨯865800w τf ===20. 1N 2

③支座加劲肋与腹板连接焊缝

1. 2V max 1. 2⨯155. 2⨯103w τf ===32. 2N 2

三、牛腿设计：

V max =155. 2kN ，e =250+250=500mm ，

M =V max ⋅e =155. 2⨯0. 5=77. 6kN ⋅m

1．牛腿根部断面验算：

I 600⨯250⨯8⨯12

1⨯8⨯5763+250⨯12⨯2942⨯2=646017984mm 4

12

646017984W x ==2153393mm 3

300

288S x =8⨯288⨯+250⨯12⨯294=1213776mm 3

2I x =

M 77. 6⨯106

σ===36. 04N mm 2W 2153393

V ⋅S 155. 2⨯103⨯1213776τ===36. 45N mm 2I ⋅t 646017984⨯8

σ2+3τ2=36. 042+3⨯36. 452=72. 69N

2．牛腿焊缝验算：

假设h f =8mm mm 2

I f =1⨯0. 7⨯8⨯5763⨯2+2(0. 7⨯8⨯250⨯3002

12

+0. 7⨯8⨯121⨯2882⨯2) =655174194mm 4

65174194=2183914mm 3

300W f =

A f =0. 7⨯8⨯576⨯2+2(0. 7⨯8⨯250+0. 7⨯8⨯121⨯2) =11961mm 2

77. 6⨯106

σf ==35. 532V 155. 2⨯103

τf ===12. 98N 2f 11961

σf β⎝f

四、檩条计算

1．屋面檩条：（@1770）

恒载：屋面板

保温层

檩条2⎫35. 53⎛⎫2w ⎪+τf = +12. 982=31. 88⎪2≤f f ⎪⎝1. 22⎭⎭6kg 4kg 6kg

16kg 2222

2

2

=1. 58活载：风载：50kg 55kg 由于恒载和活载组合情况下荷载大于恒载和风载组合情况，故仅须验算前者。q =(16⨯1. 2+50⨯1. 4)⨯1. 77=157. 9kg q K =(16+50)⨯1. 77=116. 82kg

C 150⨯60⨯20⨯2. 5=1. 17I x =2365830mm 4，I y =335650mm 4，W x =31544mm 3，W y =17660mm 3

i x =57. 92mm , i y =21. 82mm

6000=103. 63000λy ==137. 5λmax =137. 5

110M x =⨯1. 58⨯⨯62=7. 07kN ⋅m 82+1

110M y =⨯1. 58⨯⨯32=0. 18kN ⋅m 82+1

7. 07⨯1060. 18⨯106

σ=+=221N ≈1. 03f 21. 05⨯315441. 2⨯17660

w =5⨯1. 17⨯60004l

384⨯2. 06⨯10⨯2365830=40. 5mm ≈由于荷载取值偏大，故檩条还有安全储备。

2．墙面檩条：恒载：5⨯1. 6+0. 4

2+30⨯1. 2

2=23kg =0. 23风载：0. 55⨯1. 6+1. 6

=0. 88q x =0. 88，q y =0. 23M 1x =⨯0. 88⨯62=3. 96KN ⋅m

M =1y 8⨯0. 23⨯32=0. 26KN ⋅m

σ=3. 96⨯106

⨯+0. 26⨯106

⨯=131. 832

w =5⨯0. 88⨯60004

384⨯2. 06⨯10⨯2365830=30. 47mm ≈l

五、抗风柱设计

q x =0. 552⨯6⨯1. 4=4. 62M =1

ql 2=1x ⨯4. 62⨯9. 12=47. 82kN ⋅m

V =55

8ql =8⨯4. 62⨯9. 1=26. 28kN

I 350⨯200⨯6⨯8

I =1x ⨯6⨯3343+200⨯8⨯1712⨯2=112201052mm 4

12

W =112201052x =641149mm 3

A =6⨯334+200⨯8⨯2=5204mm 2

=M x

=47. 82⨯106

σ=74. 582

x f

V 26. 28⨯103

τ

==5204=5. 052

六、刚架设计

一、总则

1、本车间结构体系为：单层单跨钢结构车间。

2、按建筑物重要性，结构抗震设防标准为丙类建筑；结构安全等级为二级，耐火等级为二级。主体结

构的设计使用年限为50年。

3、本工程结构抗震设防烈度为7度；设计基本地震加速度值为0.10g，第一组场地类别为II 类。

4、本工程设计标高±0.000相当于绝对标高

余均以毫米为单位。

二、设计依据

1、甲方之设计要求及已批准有关资料。

2、中华人民共和国国家标准和地方标准：

《钢结构设计规范》（GBJ17–88）

《建筑结构荷载规范》（GB50009–2001）

《建筑抗震设计规范》（GB50011–2001）

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（CECS102：98）

《轻型钢结构设计规程》（DBJ08–68–97）

三、设计荷载标准值

1、恒载：结构自重（包括屋面板、檩条、保温层及刚架自重）

2、活载：计算刚架

3、雪载：

4、风载：基本风压m，图中所注标高均为相对标高，且以米为单位，其0. 32计算檩条0. 520. 200. 5522

四、材料

1、焊条

对于钢材Q 345b ，手工焊时，用E 50xx 型焊条，其性能应符合（GB5118–85）规定，自动或半自动焊时，采用（GBJ1300–77）的焊丝和相应的焊剂。

对于钢材Q 235b ，手工焊时，用43xx 型焊条，其性能应符合（GB5117–85）规定，自动或半自动焊时，采用（GBJ1300–77）的焊丝和相应的焊剂。

2、粗制螺栓、螺母和垫圈（除屋面梁拼接处所用）采用（GB700–88）规定Q 235a 钢制作。

3、高强螺栓、螺母和垫圈（屋面梁拼接用）采用《优质碳素结构钢技术条件》（GB700–88）中规定

的钢材制成，10.9级，其热处理、制作和技术要求应符合《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件》中的规定。

4、钢结构主材采用Q 235b 钢，檩条采用Q 235b 钢，其机械性能（抗拉强度、延伸率、屈服强度、冷弯性能）和化学成分（C、Si、Mn、P、S含量）应符合（GB700–88）之规定，且钢材都必须具备出厂证明和合格保证。

五、技术要求

1、本设计中的焊缝均为满焊，未注明的焊缝高度Hf =6mm ，凡未注明的螺栓孔均为Φ17. 5，相应的螺栓为C 级，M 16。

2、加劲肋与翼缘腹板两侧均焊接。

3、刚架及其拼接缝采用完全焊透的对接焊缝，对接焊缝应符合（GBJ50205–95）规范要求，刚架不低于二级，其余焊接不低于焊接质量检验的三级标准。

六、结构制作

1、钢结构构件制作时，应严格按照国家《钢结构工程施工及制作规范》（GBJ50205–95）进行制作。

2、钢材加工前应进行矫正，使之平直，以免影响制作的精度。

3、焊接要求

⑴施焊时，应选择合理的焊接顺序，减少钢结构中产生的焊接应力和焊接变形，同时还可采用预热、锤击和整体回火等方法达到同样目的。

t 为较厚焊件厚度，⑵对角焊的焊脚尺寸h f (mm ) 不得小于1. 5，也不宜大于较厚焊件厚度的1.2倍。

七、结构安装

1、结构安装前应对构件进行全面检查，如构件的数量、长度、垂直度、安装接头处、螺栓孔之间的尺寸是否符合设计要求。

2、结构吊装时，应采取适当措施防止产生过大的弯扭变形。

3、结构吊装到位后，应及时系牢支撑及其他连系构件，保证结构的稳定性。

4、所有上部结构的吊装，必须在下部结构就位，校正并系牢支撑构件以后才能进行。

5、高强螺栓的施工要求

⑴为了使构件紧密地结合，贴面上严禁有电焊、气割、污点、毛刺等不洁物。

⑵安装前将螺栓和螺母配套好，并在螺母内涂抹少量矿物油。

⑶高强螺栓孔应采用钻成孔，高墙螺栓连接件表面采用喷砂处理（抗滑系数不低于0.35）。

6、采用螺栓连接的部位，在构件安装就位校正后，需将螺栓丝扣打毛或将螺栓与螺母焊牢，以防松动。

7、严禁在负荷情况下对钢结构件任意部位施焊。

八、钢结构除锈、油漆及防火要求

1、所有钢结构制品，在刷防锈漆前需采用喷砂（抛丸）等方法除锈，将表面毛刺、油污及附着物清除干净，除锈等级达到Sa 2. 5级，且钢构表面的除锈方法应符合《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923）的规定。

2、除锈后刷环氧富锌防锈底漆两度，再刷与之相配的面漆两度，涂层干漆膜的总厚度要求：室外不小于150μm ，室内不小于125μm 。

3、钢结构防火。本工程的火灾分为两类，防火等级为二级，柱不小于2小时，梁不小于1.5小时。

4、钢结构在使用过程中，应定期进行油漆维护。

九、其他

1、土建设计及施工应为钢结构安装提供条件。

2、本设计应配合其他工种图纸一起施工，施工时应严格遵照有关规范和规程。