钢结构载荷计算及相关
目 录
摘 要 ........................................................ Ⅰ Abstract .......................................................... Ⅱ
1 建筑设计 ......................................................... 1
1.1 建筑平面设计 ................................................... 1
1.2 建筑立面设计 ................................................... 4
1.3 建筑平面设计 ................................................... 6
2 结构方案设计说明 ................................................. 7
2.1 构件截面尺寸及材料选择 ......................................... 7
2.2 结构体系抗震防火要求 ........................................... 7
3. 荷载统计 ......................................................... 9
3.1恒荷载统计 ...................................................... 9
3.2活荷载统计 ...................................................... 9
3.3整个厂房部分作用的荷载 ......................................... 12
4. 各种荷载作用下的内力分析 ........................................ 16
4.1手算内力标准值 ................................................. 16
4.2电算内力标准值 ................................................. 21
5. 门式刚架计算和选型 .............................................. 24
5.1 截面选型 ...................................................... 24
5.2 刚架梁验算 .................................................... 27
5.3 刚架柱验算 .................................................... 28
5.4 位移验算 ...................................................... 32
6. 檩条设计和计算 .................................................. 35
6.1设计说明 ....................................................... 35
6. 2荷载计算 ....................................................... 35
6.3内力计算 ....................................................... 36
6.4截面选型及计算 ................................................. 37
7. 墙梁设计和计算 .................................................. 41
7.1 荷载计算 ...................................................... 41
7.2内力分析 ....................................................... 42
7.3 截面选型和验算 ................................................ 42
7.4 拉条计算 ...................................................... 49
8 支撑设计 ........................................................ 50
8.1屋面横向水平支撑设计 ........................................... 50
8.2 柱间支撑设计 .................................................. 53
9 屋面板设计和计算 ............................................... 58
9.1内力及截面验算 ................................................. 58
9.2 强度验算 ...................................................... 61
9.3 刚度验算 ...................................................... 61
10 吊车梁的设计 ................................................... 63
10.1 吊车梁的设计 ................................................. 63
11 节点设计 ....................................................... 71
11.1 柱脚设计 ..................................................... 71
11.2 梁柱节点设计 ................................................. 73
11.3 牛腿 ......................................................... 79
11.4 抗风柱的计算 ................................................. 81
12 基础设计计算 ................................................... 84
12.1 基础设计资料 ................................................. 84
12.2 基础底面尺寸设计 ............................................. 84
13 全文总结 ..................................................... 91 14 参考文献 ..................................... 错误！未定义书签。
15 致谢 ......................................................... 95
附录：内力组合计算表 .............................................. 96
1 建筑设计
本建筑依据其功能要求设计成单层的单坡双跨刚架承重厂房，适用于《门式刚架轻型房屋钢结构规程》（CECS102）。建筑占地面积为：105m ×48m=5040 m 。平面详细情况见建筑物的平面图。功能布置依据所给出的建筑功能和相关规范要求，进行建筑内部的设计如下： 2
1.1 建筑平面设计
本厂房平面设计考虑到现在较常用的刚架承重方案，采用轻型门式刚架。考虑柱距的经济性和受理的均匀合理性，所以纵向柱距取7.5m 。此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用较为简单平面布置。对于建筑物大门的设置，考虑到有重型吊车出入，在左右山墙上采用4.5m×4.5m 的推拉门。建筑物纵向墙体考虑到人员及设备的出入方便上，采用3.6m×3.6m 的推拉门。屋顶为不上人屋顶，屋顶排水采用有组织外檐沟排水，层顶排水坡度为10%，檐沟内排水坡度为0.002。各详细情况表达见图1-1厂房平面图和图1-2屋顶平面图
1.2 建筑立面设计
考虑到排架结构的优点，柱间尽量多用窗，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门2个，均匀布置。除了在1.5米高处设窗之外，在排架柱上部采用贯通的窗以减轻自重和增加厂房内部通风的功能。悬挂式雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。建筑立面详图见图1-3
图1-1 厂房平面图
图1-2 屋顶平面图
1.3 建筑剖面
图1-3 正立面图
建筑剖面从厂房轴线11-12处剖断，剖断处的各详细表达见图1-3
1.3.1 建筑做法：
1
2
3
4
5 屋面做法：II 级防水，不上人，保温隔热， 地面做法：01ZJ001，地19，陶瓷地砖地面。总厚135mm. 墙面做法：01ZJ001外墙22，涂料外墙面（一），总厚20mm ， 踢脚做法：01ZJ001，踢22（150高），面砖踢脚（一），总厚30mm ， 散水做法：01ZJ001，散4，水泥砂浆散水（二），总厚120mm 。
5门式刚架的计算和选型
5.1截面选型
5.1.1 构件截面几何参数
梁柱采用国内焊接H 型钢，截面示意图如下图所示：
由于有吊车荷载，为满足刚度要求，柱采用实腹等截面，梁也采用实腹等截面。所选取的截面如下所示：
1斜梁 H 800×350×10×14 Q235
图5-1 梁截面示意图
截面特性： 截面面积 A=175.2cm 2
截面惯性矩 I x =189717.66cm 4 I y =10010.60cm 4
截面抗弯系数 W x =4742.94cm 3 W y =572.03cm 3
截面回转半径 i x =32.91cm 2 i y =7.56cm 2
2 边柱 H 500×250×8×12
Q235
图5-2 边柱截面示意图
截面特性 截面面积 A=98.08cm 2
截面惯性矩 I x =42918.81cm 4 I y =3127.03cm 4
截面抗弯系数 W x =1716.75cm 3 W y =250.16cm 3
截面回转半径 i x =20.92cm 2 i y =5.65cm 2
3中柱 H 500×400×8×14
Q235
图5-3 中柱截面示意图
截面特性 截面面积 A=134.08cm 2
截面惯性矩 I x =64356.09cm 4 I y =12802.03cm 4
截面抗弯系数 W x =2574.24cm 3 W y =640.10cm 3
截面回转半径 i x =21.91cm 2 i y =9.77cm 2
5.1.2 构件宽厚比验算
b 1701梁： 翼缘 ==12.1
＜15 t 14腹板
h w (800-2⨯14) ==77.2
＜10t w
2边柱： 翼缘 b 121==10.08
＜ t 12腹板
3中柱： 翼缘 h w (500-2⨯14) ==59.5
＜=250 8t w b 196==14
＜ t 14腹板
h w (500-2⨯14) ==59
＜8t w
5.2 刚架梁的验算
1 抗剪验算：
剪力 V max =190.13 kN
190.13⨯103
平均剪应力 τ0==24.6 N /mm 2=0.114f y (800-2⨯14) ⨯10
h w =77.2
2 弯剪压共同作用下验算
N =-34.6kN M =885.26kN ⋅m V =
190.13kN
λw =查表得 k τ
=5.34 λw =
=0.903
∵0.8
f '
v =[1-0.64(λw -0.8)]f v =[1-0.64⨯(0.903-0.8)]⨯125=117 N /mm 2
V d =h w t w f '
v =(800-28) ⨯10⨯117=903.24kN
∵ V
e M N
e =M e -NW e /A e 计算 σ=N Mh w 34.6⨯103885.26⨯106182
A ±W =±⨯386
10⨯400-178 N /mm 2
3= x h 175204742.94⨯
边缘应力比：β=σmax -
σ=178
182=-
0.978
min
k 0=
λp ==0.519 ρ=1.0
h 182
e =ρh c =h c =182+178⨯772=390mm ∴ 受压区全截面有效
M e =W e f =4742.94×1000×215=1019.7 kN ⋅m
N
e =M -NW 34.6⨯4742.94⨯10-6
M e e /A =1019.7-189717.66⨯10-8=933.2kN ⋅m
3 斜梁平面外整体稳定性验算
斜梁下翼缘受压时，加隅撑作为梁平面外支撑点，梁平面外计算长度取2.4m ，即l y =2400mm
l y
5.3 刚架柱的验算
5.3.1 边柱的验算
1 抗剪验算： 柱截面最大剪力 V max =80.16 kN
h 80.16⨯103
平均应力： τ0==21.05N /mm 2=0.114f y w =59.5
t w (500-24) ⨯8
2 弯剪压共同作用下验算 取二组内力：
N =497.63kN N =474.43kN
① M =251.85kN ⋅m ② M =296.71kN ⋅m
V =37.54kN V =37.54kN ①
λw =
查表得 k τ
=5.34 λw ==0.696
∵λw
V d =h w t w f v ' =(500-24) ⨯8⨯125=476kN
∵ V
N Mh w 497.63⨯103251.85⨯106⨯476191
σ=±= N /mm 2 ±=3
A W x h 98081716.75⨯10⨯500-89
β=
k 0=
σmax -89==-
0.466 σmin 191
12.71
λp =
0.519 λp
191
⨯476=324.7mm ∴ 受压区全截面有效
191+89
h e =ρh c =h c =
M e =W e f =1716.75×1000×215=369.1 kN ⋅m
497.63⨯103
M =M e -NW e /A =369.1-⨯1716.75⨯103=282.6kN ⋅m >251.85kN ⋅m 满
9808
N e
足要求
3 整体稳定验算 l x =μl x 0 l x =900 cm
柱截面惯性矩 I c =42918.81cm 4 梁截面惯性矩 I R =189717.66cm 4 中柱长度 l R =2411cm
K =
I C l R 42918.812411
=⨯=0.606 I R H 189717.66900
I R 1.5
) K =1.20 边柱计算长度 l x =1. 2⨯90=0I c
μ=1+(0.1+0.07 10c m 8 0
λx =
l x 1080
==49.3 ϕxr =0. 86 0
i x 20.92
' EX
5
π2EA 3.142⨯2.06⨯10⨯9808===7451.1kN 1.1λ21.1⨯49.32
欧拉临界力为 N
N 0βmx M 1
+
ϕxr A e 0(1-N 0ϕ) W
xr e 1'
N E =
497.63⨯101.0⨯251.85⨯10
+=214N /mm 2
0.86⨯9808(1-497.63⨯0.86) ⨯1716.75⨯103
7451.1
3
6
满足要求
4 刚架柱平面外稳定验算
考虑墙梁与柱连接处有隅撑，故刚架柱的平面外计算长度取3.0m
λy =
300
=53.1 查表得 ϕy =0.842 5.65
ϕbr =1.07-
λy 2
44000
=1.0 η=1. 0
βM N
+tx x
ϕy A ϕb W x
=
497.63⨯101.0⨯251.85⨯10
+=207N /mm 2
3
0.842⨯98081.0⨯1716.75⨯10
3
6
满足要求
5.3.2 中柱的验算
1 抗剪验算： 柱截面最大剪力 V max =110.56 kN
h 110.56⨯103
平均应力： τ0==29.3N /mm 2=0.136f y w =59.5
t w (500-28) ⨯8
2 弯剪压共同作用下验算 取二组内力：
N =701.84kN
① M =174.34kN ⋅m
V =44.65kN
λw =
查表得 k τ
=5.34 λw ==0.696
∵λw
V d =h w t w f v ' =(500-28) ⨯8⨯125=472kN
∵ V
117N Mh w 701.84⨯103174.34⨯106⨯4762
N /mm σ=±= ±=3
A W x h 134082574.24⨯10⨯500-12.3边缘应力比： β=
σmax -13
==-
0.111 σmin 117
k 0=
8.64
λp =
==0.533 λp
117
⨯476=428.4mm ∴ 受压区全截面有效
117+13
M e =W e f =2574.24×1000×215=553.5 kN ⋅m
701.84⨯103
M =M e -NW e /A =553.5-⨯2574.24⨯103=418.8kN ⋅m >174.34kN ⋅m 满足
13408
N e
要求
3整体稳定验算 l x =μl x 0 l x =1140 cm
4
柱截面惯性矩 I c =42918.81cm 4 梁截面惯性矩 I R =189717. c 6m 6
中柱长度 l R =2411cm
K =
I C l R 42918.812411
=⨯=0.478 I R H 189717.661140
I R 1.5
) K =1.04 边柱计算长度 l x =1. 04⨯90=0I c
μ=1+(0.1+0.07 12c 4m 2.
λx =
l x 1247
==56.9 ϕxr =0. 82 3
i x 21.91
' EX
5
π2EA 3.142⨯2.06⨯10⨯13408===7646.7kN 1.1λ21.1⨯56.92
欧拉临界力为 N
N 0βmx M 1
+
ϕxr A e 0(1-N 0ϕ) W
xr e 1'
N E =
701.84⨯101.0⨯174.34⨯10
+=136.9N /mm 2
0.823⨯13408(1-701.84⨯0.823) ⨯2574.24⨯103
7646.7
3
6
满足要求
4刚架柱平面外稳定验算
考虑墙梁与柱连接处有隅撑，故刚架柱的平面外计算长度取3.0m
λy =
300
=30.7 查表得 ϕy =0.933 9.77
ϕbr =1.07-
λy 2
44000
=1.05 η=1. 0
βM N
+tx x
ϕy A ϕb W x
=
701.84⨯101.0⨯174.34⨯1022
+=123.8N /mm
0.933⨯134081.0⨯2574.24⨯103
3
6
满足要求
5.4 位移验算
5.4.1风荷载作用下的位移
因为刚架对称，所以只计算在左风下的变形：
图5-5 刚架在左风荷载下的变形
V 2=1.47mm , V 4=1.54 mm
V 2
=1.47/9000=1/6122
V 4
=1.54/9000=1/7418
5.4.2横梁的竖向挠度
图5-6 刚架在竖向荷载下的变形
屋面恒荷载作用下V 3=16mm 屋面活荷载作用下V 3=14mm
V 315+14==1/827.6
6檩条的设计和计算
6.1设计说明
屋面做法：复合屋面板。屋面坡度0.1，檩条跨度为刚架跨度7.5m ，水平檩条间距0.8m ，均匀设置2道拉条。钢材采用Q235F
图6-1 檩条布置简图
6.2 荷载计算
1 恒载： 屋面板 0.2 kN /m 2 檩条（包括拉条）自重 0.1 kN /m
2 活载： 活载（受荷面积＞60m 2） 0.3 kN /m 2 雪荷载 0.5 kN /m 2 积灰荷载 0.3 kN /m 2
3检修集中荷载（采用等效均步荷载） 1×2/（0.8×7.5）=0.34 kN /m 2
4风荷载 受风面积为：A =7.5⨯0.8=6
风载体型系数为： μs =0.15log A -1.3=-1.183
风压高度变化系数：μz =1.07 基本风压w 0=0.35kN /m 2
w =1.05μs μz w 0=1.05⨯-1.183⨯1.07⨯0.35=-0.47kN /m 2
5 荷载组合（设计值）
2+1. L 4= 1. G
1. ⨯2(+0. 1⨯0. 2+0. ⨯8)
1. ⨯4+(0. 5⨯0. 08=8k 0. N /3 m 0
q x =q c o αs =1. 20k N 2 m / q y =q s i n α=0. 12k N 0 m /
6.3 内力计算
q y 引起绕x 轴弯矩按简支梁计算，q x 引起弯矩按三跨简支梁计算。计算简图为见图6-1和6-2
=1.202kN/m
图6-2 檩条内力计算简图
1
跨中截面内力： M x =-q y l 2=-1/8⨯1.202⨯7.52=8.45kN ⋅m
8
=0.12kN/m
图6-3 檩条内力计算简图
1/3处负弯矩： M y =跨中正弯矩： M y =
q x 2
l =1/90⨯0.12⨯7.52=-0.075kN ⋅m 90
q x 2
l =1/360⨯0.12⨯7.52=-0.019kN ⋅m 360
6.4 截面选型和计算
6.4.1 截面选型 C160×70×20×3.0
图6-4 檩条截面示意图
截面面积 A =9.45cm 2
44
截面惯性矩 I x =373. 6 I y =60. 4c c 4m 2m
x 0=2.224cm
6.4.2 截面验算
1 应力计算和稳定验算
M h 8.45⨯1061602
N /mm =181 σ==⨯4
I x 2373.64⨯102
σ1=
M
(70-2.24) =-6N /mm 2 I x
M
2.24=3N /mm 2 I x
σ2=
腹板σmax =184N/mm2 σm i n =－178 N/mm2
ψ=
σmin -178
==-0.967
k =7.8-6.29ψ+9.78ψ2=7.8+6.29×0.967+9.78×0.9672=23.03 上翼缘
=－175 N/mm2 σmax =184N/mm2 σm i n ψ=
σmin 184
==0.951 b/t=70/3=23.3 α=1.15－0.15ψ=1.007 σmax 175
k =5.89-11.59ψ+6.68ψ2=5.89-11.59⨯0.951+6.68⨯0.9512=0.909 腹板
ε=
0.93
＞1.1 k 1=0.11+=0.311＜
1.7 =2
(ε-0.05)
ρ=
b 160==80 18αρ
∴
上翼缘
b e b =0.1) c =26.8 b e =26.8⨯2.5=67mm t t
ε=
＜
1.1 k 1=＜1.7 =
ρ=
b
=28 18αρ
⎤
⎥b c b e 0.1⎥=23.9
=t ⎥t ⎥⎦
b e =23.9×2.5=60 mm 下翼缘受压，全截面有效
A =(78+70+40+27+24+36+40) ⨯2.5=787.5
11
I enx =I x -[⨯2.5⨯153+15⨯2.5⨯45.52+⨯10⨯2.53+10⨯2.5⨯802]=349.8cm 4
1212
4
11
I eny =I y -[⨯15⨯2.53+15⨯2.5⨯22.242+⨯10⨯2.53+10⨯2.5⨯6.76]2=58.43cm
1212W enx
I e n y I enx 33
==43.725cm W e n m ==26. 2c 7m y a x h /22. 224
I eny 7-2.224
=12.23cm 3
W eny min =
∵ 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转
M M 8.45⨯1060.075⨯106
σ=+=+=199.4N /mm 2
W enx W eny 4372512230
4
5q y l 50.9⨯cos5.7⨯75004l
2 刚度 v ===43mm
384EI x 3842.06⨯105⨯373.64⨯104150
7墙梁的设计和计算
本工程墙梁采用卷边C 形槽钢C 160×70×20×3.0，跨度l=7.5m，间距l=1.5m，在1/3各设一根根拉条，墙梁和拉条均用Q235钢。墙梁自重0.073kN/m。 迎风风荷载标准值：
q k =1.05μs μz w 0l l =1.05×1.0×1.01×0.35×1.5=0.56 kN/m 背风风荷载标准值：
q k =1.05μs μz w 0l l =1.05×－1.1×1.01×0.35×1.5=－0.62 kN/m
本设计中墙梁有一定竖向承载能力，且墙板落地，墙梁与墙板有可靠连接。根据规范要求，可不考虑墙梁自重引起的剪力和弯矩。
图7-1 墙梁布置简图
7.1 荷载计算
墙梁所受荷载标准值： 水平 q 1y =0.56 kN/m
2 q y =－0.62 kN/m
墙梁所受荷载设计值： 水平
1.4=0.784 kN/m q 1y =0.56×
2
=－0.62×1.4=－0.868 kN/m q y
7.2 内力分析
图7-2墙梁内力计算简图
1 水平荷载q 12
y ，q y 产生的弯矩
墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁计算内力，则：迎风 M x =1/8 qy l 2=1/8×0.784×7.52=5.51 kN·m 背风 M y =1/8 qy l l 2=1/8×－0.868×7.52=6.1 kN·m 2 剪力 水平方向剪力按单跨简支梁计算计算 迎风 V ymax =0.5 qy l=0.5×0.784×7.5=2.96 kN 背风 V ymax =0.5 qyl l=0.5×0.868×7.5=3.255 kN 3 双弯矩力矩
因设有拉条，故可不计算双弯矩。
7.3截面选型及验算
7.3.1 截面选型
选择C 形槽钢160×70×20×3，查表可知其截面特性：
图7-3 墙梁截面示意图
截面面积 A=9.45cm2
截面惯性矩 I x =373.64 cm4 I y =60.42 cm4
截面抗弯系数 W x =46.71 cm W ymax =27.17 cm3 W ymin =12.65 cm3 截面回转半径 i x =6.29 cm i y =2.53 cm
x 0=2.224 cm
7.3.2 截面验算
由弯矩M x ，M x l ，M y 引起的截面各角点应力符号如图5.3所示。 1 各板件端部的应力值为：
（1） 迎风 σi =
M x
W xi
5.51⨯106
=-118N /mm 2 σ1=σ2=-
467055.51⨯106
=118N /mm 2 σ3=σ4=
46705
6.1⨯10σ3=σ4=-=-131N /mm 2
46705
2 各组成板件有效截面 （1） 迎风荷载q y 时：
腹板为受压的两边支撑板件，σmax =σ3=118N/mm2 σmin =σ2=－118 N/mm2
ψ=
σmin 118
==-1 b/t=160/3=53.3 α=1.15 σmax -118
1+9.78×1=23.87 k =7.8-6.29ψ+9.78ψ2=7.8+6.29×上翼缘 ψ=
σmin 118
==1 b/t=70/3=23.3 α=1.15－0.15ψ=1.0 σmax 118
k =5.89-11.59ψ+6.68ψ2=5.89-11.59⨯1+6.68⨯1=0.98 腹板
ε=
0.93
=2.16＞1.1 k 1=0.11+=0.319＜
1.7 =2
(ε-0.05)
ρ=
b 160==53.3
腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效 上翼缘
ε=
=0.463＜1.1
k 1=＜
1.7 =
ρ=
=1.20
⎤
⎥b c b e =0. ⎥1=20
t ⎥t ⎥⎦
b e =20×3=60 mm
ψ＞0 b =2b c =2×70/4=35 mm b e 2=60－35=25 mm e 1
5-ψ
⎡1⎤
I enx =I x -2⨯⎢⨯10⨯33+10⨯3⨯802⎥=3352355 mm 4
⎣12⎦
W enx =
I enx
=41904 mm 3 y
（2） 背风荷载q l y 时：
腹板为受压的两边支撑板件，σmax =σ3=－131N/mm2 σm i n =σ2=131 N/mm2
ψ=
σmin 131
==-1 b/t=160/3=53.3 α=1.15 σmax -131
1+9.78×1=23.87 k =7.8-6.29ψ+9.78ψ2=7.8+6.29×
下翼缘
ψ=
σmin 131
==1 b/t=70/3=23.3 α=1.15－0.15ψ=1.0 σmax 131
k =5.89-11.59ψ+6.68ψ2=5.89-11.59⨯1+6.68⨯1=0.98 腹板
ε=
0.93=2.16＞1.1 k 1=0.11+=0.319＜
1.7 =2
(ε-0.05)
ρ=
b 160==53.3
腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效 下翼缘
ε=
=0.463＜1.1
k 1=＜
1.7 =
ρ=
=1.20
⎤
⎥b c b e =0. ⎥1=20
t ⎥t ⎥⎦
b e =20×3=60 mm
ψ＞0 b =2b c =2×70/4=35 mm b e 2=60－35=25 mm e 1
5-ψ
⎡1⎤
I enx =I x -2⨯⎢⨯10⨯33+10⨯3⨯802⎥=3352355 mm 4
⎣12⎦W enx =
I enx
=41904 mm 3 y
3 强度和稳定验算 （1） 迎风时：
由于与墙板的有效连接能阻止墙梁的侧向失稳和扭转，所以只需验算其应力满足要求即可：
M 5.51⨯106σ===135 N/mm2 ＜f=205 N/mm2
W enx 41904
3⨯2.94⨯103
τ===9.5 N/mm2 ＜f v =120 N/mm2
2h 0t 2⨯160-3⨯2⨯3应力满足要求 （2） 背风时：
此时，由于墙梁受压一侧无墙板连接，不能阻止墙梁的侧向失稳和扭转，所以需验算其平面外失稳和应力：
3V y max
M 6.1⨯106
σ===146 N/mm2 ＜f=205 N/mm2
W enx 41904
3⨯3.255⨯103
τ===10.5 N/mm2 ＜f v =120 N/mm2
2h 0t 2⨯160-3⨯2⨯3平面外失稳：
k =
f 52.5' ==0.33 q x kN/m =kq y =0. 3⨯30. 8=68 0. 29h 160
3V y max
M
' y 0
0.29⨯2.52
===0.08 kN/m 2424
' 2q x l y
⎡1⎤
I fly =I y -⎢⨯133⨯33+3⨯133⨯222⎥=410984mm 4
⎣12⎦W fly =
I fly 22.4
=18681mm 3
C t 1=130n =130⨯4=720 C t 2=k E /I S =2⨯2. 06⨯510⨯1954900/=1500 536945867
C t =
111+C t 1C t 2
=
111+
7205.4⨯108
=720
22
14(1-v )h (h d +e )h 24⨯(1-0.3)⨯160⨯(160+52.5)1602
=+=+=35.6 352K Et C t 2.06⨯10⨯3720
K=0.03
R =Kl /πEI fly
42
0.03⨯25004
=
3.14⨯3.14⨯2.06⨯105⨯410984
=1.4
η=
1-0.0125R 1-0.0125⨯1.4
==0.361
1+0.198R 1+0.198⨯1.4
' '
m M y =ηM y 0=0.361⨯0.08=0.03 kN·
λ1==3.14=99.5
i fly =
=
=27.6 Kl 40.03⨯75004
R 0=2==113.7
πEI fly 3.14⨯3.14⨯2.06⨯105⨯410984
l fly =0.7l 0(1+13.1R 0)
-0.125
=0.7⨯7500⨯(1+13.1⨯113.7) -0.125=2106
λfly =
l fly i fly
=
λfly 2106
=0. 76 7=76.3 λn =λ127.6
φ=0.5[1+α(λn -0.2) +λn 2]=0.5⨯(1+0.21⨯(0.767+0.2) +0.7672) =
0.584 χ=
=0.813
'
1⎛M max N ⎫M y 16.1⨯1060.03⨯106
+⎪+=() +=174 N/mm2＜f =205 N/mm2
χ⎝W ex A ⎭W fly 0.[1**********]81
应力和稳定均满足要求 4 刚度验算
（1） 迎风时：
l 5q x l 450. 5⨯674500 v = mm ＜=50 mm =⨯=30
150384EI x 3842.06⨯105⨯3736400
（2） 背风时：
l 5q x l 450. 6⨯274500
v = mm ＜=50 mm =⨯=335
150384EI x 3842.06⨯10⨯3736400
刚度满足要求 7.4拉条计算
跨中布置2根垂直拉条，其计算简图如下所示：
图7-5 拉条内力计算简图
当跨中拉条承担一根墙梁的竖向支撑作用时，拉条所受拉力： N=0.37qx l=0.37×0.09×7.5=0.25kN 拉条所需截面面积：
N l 0.25⨯103A n ===1.22mm 2
f 0.95⨯215
按构造选用1○8拉条，截面面积50.3mm 2, 它可以承担10根墙梁的竖向支撑作用。
11 节点设计
11.1 柱脚设计
柱脚采用埋入式，其示意图如图11-1所示
图11-1 柱脚示意图
11.1.1 边柱柱脚设计
⎧M =-281.63KN ⋅m ⎪
1 柱脚内力设计值 ⎨N =-232.92KN
⎪V =-80.16KN ⎩
图11-2 边柱柱脚计算简图
柱脚采用埋入式柱脚，用C40细石混凝土二次浇灌。混凝土参数为：f tk =2.39N /mm 2
2
N /m m f ck =26.8N /mm 2 f t =1.71N /mm 2 f c =19. 1
埋入深度为：H 1=1.5H Z =1.5×500=750mm
1
M ' =M +VH 1=251.85+0.5⨯37.54⨯0.75=265.93kN ⋅m
2
V 37.54⨯103
f =f c -=19.1-=18.89N /mm 2
b f H 1250⨯750
'
c
S =(250+500) ⨯2+(250-12) ⨯2=1976mm
[N ]=f t H 1S =1.71⨯750⨯1976=2534kN >N =497.63 满足要求
[M ]=f c
b f H 126
250⨯7502
=18.89⨯=442.7kN ⋅m >M =265.93kN ⋅m 满足要求
6
11.1.2中柱柱脚设计
⎧M =-168.44KN ⋅m ⎪
1 柱脚内力设计值 ⎨N =-372.60KN
⎪V =-36.27KN ⎩
图11-3 中柱柱脚计算简图
柱脚采用埋入式柱脚，用C40细石混凝土二次浇灌。混凝土参数为：f tk =2.39N /mm 2
2
N /m m f ck =26.8N /mm 2 f t =1.71N /mm 2 f c =19. 1
埋入深度为：H 1=1.5H Z =1.5×500=750mm
1
M ' =M +VH 1=168.44+0.5⨯36.27⨯0.75=182.3kN ⋅m
2
V 36.27⨯103
f =f c -=19.1-=18.89N /mm 2
b f H 1250⨯750
'
c
S =(400+500) ⨯2+(400-12) ⨯2=2576mm
[N ]=f t H 1S =1.71⨯750⨯2576=3303kN >N =372.6 满足要求 [M ]=f c
b f H 126
400⨯7502
=18.89⨯=708.4kN ⋅m >M =182.3kN ⋅m 满足要求
6
11.2梁柱节点设计
梁柱节点采用端板拼接，如图
11-4
图11-4 梁柱拼接节点
11.2.1 梁与边柱连接计算
结合A 柱柱顶Ⅳ—Ⅳ截面内力组合与左半跨Ⅰ－Ⅰ截面内力组合知连接处内力组合为：
k 3N m . ⎧M =267. 9
⎪
⎨V =-64. 4k 5N
⎪N =-167. 5k 4N ⎩
采用10.9级M22高强螺栓连接，连接表面用钢丝刷除锈，μf =0.3，每个螺栓承
b
载力为：[N V ]=0.9⨯0.3⨯190=51.3kN ，抗剪需用螺栓数量n =
64.45
=1.26。初步选用51.3
20个M22高强螺栓。
图11-5 边柱端板计算详图
1 螺栓强度验算
螺栓承受的最大拉力值：
N M y -167. 54
N 1=+=+
n y 220
3
26⨯7. 9⨯310445
P =0. ⨯819=0k 1N 52=66. 7
1587896
2 连接板设计 端板厚度t 根据支承条件确定
（1）两边支承类： e f =45mm e w =90mm N t =N l =66. 7kN 1
b =350mm f =215
=16.4mm
端板厚度为：t ≥
（2）无加劲肋类： a =75mm e w =90mm N t =N l
y 4341
=66.71⨯=51.12kN
y 1445
==22.4mm 端板厚度为：t ≥
综上，可取端板厚度为：t =24mm
3 节点域剪应力计算： M =267.93kN ⋅m d b =800mm d c =340mm t c =10mm
M 267.93⨯106
（1）剪应力为： τ===118.2N /mm 2
d b d c t c 800⨯340⨯10
满足要求
（2）验算腹板处拉力：N t 2=N t
y 3266=66.71⨯=39.88kN
0.4P 0.4⨯190⨯103
==84.4N /mm 2
（1）梁翼缘和端板间焊缝采用全熔透对接K 形焊缝 （2）梁腹板与端板间焊缝： h f =
0.5t w 0.5⨯10
==7.1mm 取h f =10mm 0.70.7
11.2.2 梁与中柱连接计算
结合B 柱柱顶Ⅳ—Ⅳ截面内力组合与左半跨Ⅲ－Ⅲ截面内力组合知连接处内力组合为：
k 6N m . ⎧M =885. 2
⎪
k 3N ⎨V =-190. 1
⎪N =-34. 6k N ⎩
其计算简图为：
图11-6 中柱节点详图
采用10.9级M24高强螺栓连接，连接表面用钢丝刷除锈，μf =0.3，每个螺栓承
b
载力为：[N V ]=0.9⨯0.3⨯225=60.75kN ，抗剪需用螺栓数量n =
190.13
=3.13。初步选60.75
用24个M24高强螺栓。
图11-7 中柱端板计算详图
1 螺栓强度验算
螺栓承受的最大拉力值：
N M y -34. 6
N 1=+=+2
n y 24
885. ⨯236⨯10450
P =0. ⨯822=5k 1N 80=165.
2808096
2 连接板设计 端板厚度t 根据支承条件确定
（1）两边支承类： e f =50mm e w =90mm N t =N l =167. kN 1
b =350mm f =215
==26.5mm
端板厚度为：t ≥
（2）无加劲肋类： a =80mm e w =90mm N t =N l
y 4256
=167.1⨯=80.7kN
y 1530
==27.9mm 端板厚度为：t ≥
综上，可取端板厚度为：t =30mm
3 节点域剪应力计算： M =300kN ⋅m d b =800mm d c =340mm t c =14mm
M 300⨯106
（1）剪应力为： τ===94.5N /mm 2
d b d c t c 800⨯340⨯14满足要求
（2）验算腹板处拉力：N t 2=N t
y 3256=167.1⨯=80.7kN
0.4P 0.4⨯225⨯103
==100N /mm 2
4 梁和端板间焊缝计算：
（1）梁翼缘和端板间焊缝采用全熔透对接K 形焊缝 （2）梁腹板与端板间焊缝： h f =
0.5t w 0.5⨯10
==7.1mm 取h f =10mm 0.70.7
11.3牛腿
因B 柱内力较大，同时承担两台吊车荷载，故取B 柱牛腿验算。牛腿选用截面型号为：
BH450×250×6×10，钢材选用Q345，e=500mm，外伸宽度d=200mm
图11-8 牛腿计算简图
11.3.1荷载计算
恒荷载
⨯3=7. 5 吊车梁及轨道自重 标准值 15+0. 4=. 2 设计值 18. 2⨯31
1kN 8 . 2
2kN 1. 8
活荷载
吊车竖向作用 设计值 D=1.4⨯256.14=358.60kN 11.3.2 截面验算
图11-9 牛腿截面简图
(1) 拉应力计算 M =N e =(358. 6+0 牛腿根部截面：
I =
1
[bh 3-(b -t w )(h -2t f ) 3]=(250⨯4503-244⨯4303) /12=28179.52cm 4 12
2I 2⨯28179.52==1252.42cm 3 h 22.5
21. ⨯88) 0. =500k N 19⋅ m 0
W =
M 190.24⨯106
==151.9N /mm 2＜f t =315N /mm 2 满足要求 最大拉应力：σt =W 1252420
(2) 剪应力计算 近似以腹板承受剪力
V 380. 4⨯83102
τ=＜f v =180N /mm 2 满足要求 ==147. N 5/m m
t w h w 6⨯430
(3) 折算应力计算 腹板与翼缘相交点： S =bt f (h -t f ) /=2
2⨯50⨯10-(450=10) cm /32
550
=123. 7/mm 2 N 0. 6
550
380. 4⨯83⨯10t ) = τ=N S /(I w
28179. ⨯52
190. 2⨯461⨯0(-22510) 2
=145. 2N /m m σ=M (h /2-f t ) /I
4
28179. ⨯5210
σzs ==258.8N /mm 2＜1.1f t =1.1⨯315=346.5N /mm 2 满足要求
(4) 焊缝计算
角焊缝抗拉抗剪强度设计值 f f w =200N /mm 2
翼板周边角焊缝长： L f =2(b +t f ) -t w =2⨯(250+10) -8=514mm
腹板周边角焊缝长： L w =2(h -2t f ) =2⨯(450-2⨯10)860
翼板角焊缝高度：h f =f t bt f /(L f f w ) =315⨯250⨯10/(514⨯200) =10.94mm 取焊缝高度：h f =12mm
＞=1.2=4.48mm 腹板角焊缝高度：
h f =f t (h -2t f ) t w /(L w f w ) =315⨯(450-2⨯10) ⨯6/(860⨯200) =6.75mm 取焊缝高度：h f =8mm
＞=1.2=4.48mm
11.4抗风柱的计算
抗风柱的柱顶和柱脚分别由屋面支撑和基础提供竖向及水平支承，计算模型如11-10所示。
屋面支撑
山墙
图11-10 抗风柱计算模型
1荷载计算：
2
墙面恒载标准值： P k N /m k =0. 15
⨯7. +4恒载： q =0. 150. =4k 1. N 5m 1
风载：L =10.1m 查表得 μz =1.01
A =7.4⨯10=74m 2>20m 2 查表μs =1.0
q w =1.05μs μz w 0⨯7.4=1.05⨯1.0⨯1.01⨯0.35⨯7.4=2.74kN /m
设计值：q d =1.2⨯1.51=1.81kN /m q w =1. 4⨯2. 7=4
3. k N 84m
1
经计算，N =18.3kN M =ql 2=1/8⨯3.84⨯10.12=48.96kN ⋅m
8
2截面选取 取工字型截面 H350⨯200⨯6⨯8 Q235 截面特性：
22
A =5204mm 2 I x =112218100mm 4 i x =146. m i y =45. m 3m 8m
绕强轴长细比：λx =绕弱轴长细比：λy =① 强度校核
l ox 1010
==68.8
l oy i y
=
300
=66.2
N M 18.3⨯10348.96⨯106
σ=+=+=79.9N /mm 2
A W e 5204641246② 稳定验算
66. 22
λ=66. 2 查表得 ϕy =0.774 ϕby =1. 0- 9707=1. -=0.
4400044000
λy 2
βtx M N 18.3⨯1031.0⨯48.96⨯106
+=+=83.2N /mm 2 ϕy A ϕby W x 0.774⨯52040.97⨯641246
③ 挠度验算 横向风荷载作用下，抗风柱水平挠度
5ql 45⨯3.84⨯101004l v ===22.5mm
384EI x 384⨯2.06⨯10⨯[1**********]0
12 基础设计
12.1 基础设计资料
γm =20N /mm 2，f a =205N /mm 2
12.2 基础底面尺寸设计
12.2.1 边柱基础设计
M =-251.85kN ⋅m
选用设计内力为：N =-497.63kN
V =37.54kN
图12-2边柱基础计算简图
1 确定基础尺寸
基础埋深为: D =H +0.5=1.2+0.5=1.7m 初步修正地基承载力:
XLI
f a =f k +ηb γ(b -3) +ηd γ(d -0.5) =205+1.1⨯18⨯(1.7-0.5) =228.76N /mm 2 预估截面面积:
A 1≥
F +G 497.63
==2.56m 2 A =1.2A 1=1.2⨯2.56=3.07m 2
f a -γm D 228.76-20⨯1.7
取 b =4m l =2m
lb 22⨯42
W ===5.3m 3
66
G =γm bld =20⨯4⨯2⨯1.7=272kN 基础边缘的最大和最小压力:
p max =
F +G M c +V c h 497.63+272251.85+37.54⨯1.2
+=+=152.2kN /m 2 bl W 85.3
≤1.2f a =1.2⨯228.76=274.5kN /m 2 满足要求
p min =
F +G M c +V c h 497.63+272251.85+37.54⨯1.2
-=-=40.2kN /m 2 bl W 85.3
(p max +p min )/2=(152.2+40.2)/2=96.2kN /m 2
2 验算基础高度 基底净反力:
p n ,max =p n ,min =
F M c +V c h 497.63251.85+37.54⨯1.2
+=+=118.2kN /m 2 bl W 85.3F M c +V c h 497.63251.85+37.54⨯1.2+=-=6.2kN /m 2 bl W 85.3
冲切有效高度: h 0=800-40=760
XLII
图12-3 基底反力示意图
b t =500mm b c =1200+2⨯760=2720 b m =
b t +b c
=1610mm 2
考虑冲切时的多边形面积为:
b h l b 41.220.5A =[(-t -h 0) l -(-t -h 0) 2]=[(--0.76) ⨯2-(--0.76) 2]=1.28m 2
22222222
F l =p s A =118.2⨯1.28=151.3kN
0.7f t b m h 0=0.7⨯0.91⨯1610⨯760=779.4kN >F l =151.3kN 故该基础高度满足冲切要求
Ⅰ
ⅡⅡ
Ⅰ
图12-4 边柱基础冲切验算示意图
XLIII
3 基础底版配筋计算 （1）沿基础长边方向: 跨中截面最大弯矩： M I= =
1p n ,max +p ()(b -h c ) 2(2l +b c ) 242
1118.2+79()(4-1.2) 2(2⨯2+0.5) =144.9kN ⋅m 242
M I144.9⨯106
所需钢筋截面面积：A s I===661mm 2
0.9f y h o I0.9⨯210⨯1160（2）沿基础短边方向: 跨中最大弯矩： M I=
=
1p n ,max +p ()(b -h c ) 2(2l +b c ) 242
1118.2+6.2()(2-0.5) 2(2⨯4+0.5) =49.6kN ⋅m 242
M I49.6⨯106
所需钢筋截面面积：A s I===228mm 2
0.9f y h o I0.9⨯210⨯1160最后确定配筋为:沿长边 φ8@200 短边 φ8@200
XLIV