钢筋棚设计计算书.docx

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钢筋棚设计计算书

蕲太高速1#综合场料仓棚

设计计算说明书

武汉理工大学交通学院

2018年9月

蕲太高速1#综合场料仓棚

设计计算说明书

计算：

张文国

复核：

张申昕

负责人：

武汉理工大学交通学院

2018年9月

一、设计参数

钢筋加工棚，纵向按每跨6m间距布置钢管立柱，立柱采用φ219×8mm钢管；棚顶每10m安装一道1.2mm厚820型采光带，侧墙全封闭，棚顶接侧墙处留设20cm宽透气带。

钢筋加工棚钢结构构件均涂刷铁红防锈底漆两道，醇酸调和面漆两道。

钢筋棚基础采用灌注桩处理，灌注桩顶设置C30钢筋混凝土基础承台，基础顶面设置钢板预埋件与钢管柱进行连接。

各构件参数如下表：

表1构件材料参数表

结构

构件

类型

材料

规格（mm）

上部

顶部檩条

方管钢

Q235

fy=215MPa

80*50*4

圆弧梁

圆管钢

Ø50×3

水平拉筋

钢筋

Ø20

顶棚板

彩钢瓦

0.65

圆弧梁腹杆

钢筋

Ø20

下部

立柱

圆管钢

Ø219×8

侧面檩条

钢筋

60*50*3.5

侧棚板

彩钢瓦

0.426

验算依据如下：

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《桥梁钢结构》（谭金华主编2013年2月第一次印刷）。

二、计算荷载

结构承受自自重、屋面活载、雪荷载及风荷载。

结构自重Midas根据结构材料及体积自动计算。

其他荷载取值如下。

2.1屋面活荷载

屋面活载按《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002）3.2.2条注释及《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）表5.3.1注释规定对受荷水平投影面积大于60m2的钢构架，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2。

本结构受荷水平投影面积为1280m2，取屋面活荷载为0.3kN/m2。

2.2雪荷载

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）续表E.5得洪湖海拔高度为23.3m，重现期取为50年，对应的基本雪压为0.5kN/m2。

考虑积雪均匀时的屋面积雪分布系数，为1.0。

雪荷载标准值为0.5kN/m2。

2.3风荷载

-0.16

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.4.1规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋需要考虑风振系数。

本结构高度为14m，宽度为16m,高宽比为0.875；所以不考虑风振系数的影响，取为1.0。

钢筋棚所处地域环境为B类，海拔高度23.3m；根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）表8.2.1插值得风压高度变化系数为1.42。

取重现期为50年的基本风压0.35kN/m2。

风的体型分布系数根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）表8.3.1计算如下图1。

-0.5

图1风荷载体型系数图2风荷载分布（kN/m2）

风荷载分布图如上图2。

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中并未给出多跨拱形屋面的风的体形系数，看按照单跨取值。

对于侧面的迎风面单跨结构与多跨结构风的体型系数一致；多跨结构两边顶棚风的体形系数绝对值较大，若按最不利工况考虑可采用边跨的体形系数作为验算的体形系数，与单跨相同；即风的体形系数与单跨相同。

三、荷载组合

取γ0=0.9。

《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002）3.2.5条规定屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。

基本雪压标准值为0.25kN/m2，屋面均布活荷载为0.3kN/m2。

所以荷载组合中不在考虑雪荷载的影响。

设计使用年限与风荷载重现期均取为50年，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）表3.2.5取屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数γL=1。

风荷载组合系数为0.6。

所得荷载组合如下，工况一为自重与屋面均布活荷载的组合，工况二为自重与风荷载的组合。

极限承载能力状态：

工况一：

0.9（

）

工况二：

0.9（

）

正常使用极限状态：

工况三：

工况四：

承载能力状态主要验算结构的强度是否满足规范要求，正常使用极限状态中的工况三、四均为荷载的标准组合，根据参考资料《桥梁钢结构》该工况用于验算结构刚度是否满足规范要求。

四、模型计算结果

4.1几何模型

按照拼叠长钢筋棚设计图纸建立Midas模型图如下：

图3料仓棚结构示意图

4.2计算结果

模型中所有单元均以梁单元模拟，在应力结果中，组合应力为轴力产生的应力加上两个方向弯矩产生的应力，计算位置是截面外边缘离截面形心最远的四个点；应力值是四个点组合后的应力最大值。

应力结果与《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中计算方式相差一个截面塑性发展系数，此部分在计算书中另外考虑。

4.2.1强度与刚度计算依据

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中给出钢构件强度计算公式，《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002）中规定钢构件刚度要求。

由《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002）表3.4.2-2可知:

圆弧梁跨度16m，竖向挠度允许值分别为L/180=16000/180=88.88mm。

檩条计算长度取相邻圆弧梁上弦杆之间的最大值6.00m。

允许挠度值分别为L/150=6000/150=40.00mm。

4.2.2檩条强度与刚度验算

对于檩条，最不利工况为自重和活荷载结合的工况（即为工况一）。

檩条的应力与竖向挠度如图5--图8所示：

图4工况一檩条应力

图5工况一檩条挠度

由图可知，工况一檩条最大应力分别为26.28MPaa，最大竖向挠度f=0.3mm：

σ=26.28MPa<[σ]=215MPa，强度验算满足要求。

f=0.30mm<[f]=40.00mm，刚度验算满足要求。

4.2.3圆弧梁强度与刚度验算

对于圆弧梁，最不利工况为自重和活荷载结合的工况（即为工况一）。

圆弧梁的应力与竖向挠度如图所示：

图6工况一圆弧梁最大应力

图6工况一圆弧梁最大挠度

由图可知，圆弧梁最大应力为125.42MPa，最大竖向挠度为22.48mm：

σ=125.42MPa<[σ]=215MPa，强度验算满足要求。

f=22.48mm<[f]=88.88mm，刚度验算满足要求。

4.2.4顶棚板验算

对于顶棚板，最不利工况为工况二。

彩钢瓦的应力与竖向挠度如图所示：

图8工况二顶棚板最大应力

图9工况二顶棚板最大挠度

由图可知，顶棚板最大应力为30.89MPa，最大挠度为8.36mm。

σ=30.89MPa<[σ]=215MPa，强度验算满足要求。

f=8.36mm<[f]=40.00mm，刚度验算满足要求。

4.2.5侧棚板验算

对于顶棚板，最不利工况为工况二。

彩钢瓦的应力与竖向挠度如图所示：

图10工况二侧棚板最大应力

图11工况二侧棚板最大应力

由图可知，侧棚板最大应力为35.63MPa，最大挠度为0.68mm。

σ=35.63MPa<[σ]=215MPa，强度验算满足要求。

f=0.68mm<[f]=40.00mm，刚度验算满足要求。

4.2.6水平拉筋验算

对于水平拉筋，最不利工况为工况一。

其应力与竖向挠度如图所示：

图12工况一水平拉筋最大应力

图13工况一水平拉筋最大应力

由图可知，侧棚板最大应力为149.09MPa，最大挠度为20.99mm。

σ=149.09MPa<[σ]=215MPa，强度验算满足要求。

f=20.99mm<[f]=40.00mm，刚度验算满足要求。

4.2.7立柱验算

立柱采用φ219×8mm钢管，高12m。

参考《钢结构设计规范》（GB50017-2003）对立柱的强度、刚度及稳定性进行验算。

承载能力状态中的工况一、二主要验算立柱的强度是否满足规范要求，正常使用极限状态中的工况三、四均为荷载的标准组合用于验算立柱刚度是否满足规范要求。

立柱强度的验算如图17、18所示；立柱刚度的验算如图所示。

图14工况三立柱应力图图15工况四边立柱应力图

图16工况三立柱横向挠度图图17工况四立柱横向挠度图

如图所示，立柱最大应力为12.96MPa，立柱最大横向位移为3.43mm。

σ1=12.96MPa<[σ]=215MPa，强度验算满足要求。

f1=3.43mm<[f]=h/60=200.00mm，刚度验算满足要求。

参考《钢结构设计规范》（GB50017-2003），验算立柱在极限承载能力组合的工况一作用下的稳定性是否满足规范要求。

对于立柱，取γx=1.15，βx=1.0，有效柱长取12×0.7=8.4m；

计算的λ=112<150，由《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002）可知，长细比满足要求。

图18立柱轴力图图19立柱弯矩图

由Midas计算得N=56.35kN，

3.08kN·m查得φx=0.527，计算得NEx’=722.7kN，结合Midas计算结果得边立柱应力为20.68MPa<215MPa，立柱稳定性满足要求。

五、结论

计算结果如下表所示：

表2钢筋棚计算结果表格

构件

应力（MPa）

容许应力（MPa）

是否满足

位移（mm）

容许位移（mm）

是否满足

檩条

26.28

215

是

0.3

40.00

是

圆弧梁

125.42

是

22.48

88.88

是

顶棚板

30.89

是

8.36

150

是

侧棚板

35.68

是

0.68

40.00

是

立柱

12.96

是

3.43

200

是

立柱稳定性

20.68

是

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