钢结构工业厂房设计计算书.docx
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钢结构工业厂房设计计算书
钢结构工业厂房设计
计算书
单层工业厂房设计计算书
一、设计概况
单层工业厂房,长60米,宽30米,梁与柱均为桁架结构,屋面只有雪荷载和活荷载。
二、设计条件
1.设计使用年限:
50年
2.自然条件
(1)地理位置:
兰州市某郊区
(2)环境条件:
除雪荷载外不考虑其他环境条件
3.荷载条件
①结构自重(Q235):
容重7.698×10-5N/mm3
②静力荷载(雪荷载):
50年一遇最大雪荷载0.15kN/m2
③动力荷载(吊车):
起重最大量10吨
4.材料
(1)Q235碳素结构钢
(2)①热轧普通槽钢(格构式柱)
②冷弯薄壁方钢管(横梁、檩条)
③热轧普通工字钢(吊车梁)
④热轧普通H型钢(吊车轨道)
⑤钢板(缀板)
⑥压型钢板(屋面)
4.安装条件:
梁与柱铰接,柱与基础固定连接,其他连接部分焊接。
二、结构尺寸
①模型透视图
①俯视图
长宽A×B=60m×30m
②左视图
柱高H=5.5m单跨宽度b=30m/3=10m吊车梁高度h=5m
桁架屋盖高h'=2m
③正视图
单跨长度a=60m/8=7.5m吊车轨道支柱距离a'=60m/12=5m
三、内力计算及构件设计
1.格构式轴心受压柱设计
由软件模拟分析得柱的轴心受压最大设计值为N=50000N=50kN
①对实轴计算,选择截面尺寸
假定λy=50,按Q235钢b类截面查表得:
ψ=0.856,f=215N/mm2
所需截面面积:
A=N/(ψf)=50000/(0.856×215)N/cm2=2.7cm2
回转半径:
iy=loy/λy=500cm/50=10cm
查表试选:
2[25a
A=2×34.91=69.82cm2,iy=9.81cm,i1=2.42cm,Z0=2.07cm,I1=175.9cm4
验算绕实轴稳定:
λy=loy/iy=500cm/9.81cm=50.97<[λ]=150,满足要求
查表得:
ψ=0.852(b类截面)
N/(ψA)=50000N/(69.82×102)cm2=8.41N/mm2 ②对虚轴根据等稳条件确定肢间距离 假定肢件绕本身轴的长细比λ1=0.5λy=0.5×50.97=25.49,取λ1=25 按照等稳原则λox=λy得: λx=(λy2-λ12)1/2=(50.972-252)1/2=44.42 ix=lox/λx=500cm/44.2=11.26cm h=11.26cm/0.44=25.59cm,取h=260mm 两槽钢翼缘间净距: 260-2×78mm=104mm>100mm,满足构造要求 验算绕虚轴稳定: Ix=2×(175.9cm4+34.91cm2×10.932cm2)=8692.84cm4 ix=(Ix/A)1/2=(8692.84cm4/69.82cm2)1/2=11.16cm λx=lox/ix=500cm/11.16cm=44.80 λox=(λx2+λ12)1/2=(44.802+252)1/2=51.30<[λ]=150 查表得: ψ=0.847(b类截面) N/(ψA)=50000N/(0.847×69.82×102mm2)=8.45N/mm2<215N/mm2,满足要求 ③缀板设计 缀板间净距: l1=λ1i1=25×2.42cm=60.5cm,取l1=60cm 缀板宽: (取肢间距的2/3),b=2/3×21.86cm=14.57cm 厚: (取肢间距的1/40),t=1/40×21.86cm=0.55cm 取h×t=200mm×6mm 缀板轴线间距: l=l1+b=40cm+20cm=60cm 柱分肢的线刚度: I1/l=175.9cm4/60cm=2.93cm3 两块缀板线刚度之和为: [2×1/12×0.6cm×203cm3]/21.86cm=36.57cm3 比值36.57cm3/2.93cm3=12.48>6,满足缀板的刚度要求 2.吊车梁设计 ①初选截面(未计自重) 梁跨中最大弯矩: Mmax=1/4×F×l=1/4×50kN×10m=125kN·m 所需净截面抵弯矩: Wnx=Mmax/(γxf)=(125×106)/(1.05×215)mm3=553.71cm3 梁的高度在净空方面限制500cm,根据刚度要求,梁的容许挠度为l/800,查表可得其容许最小高度为: hmin=l/8=125cm 按经验公式可得梁的经济高度为: he=7(Wnx)1/3-30cm=7×(553.71cm3)1/3-30cm=27.48cm 考虑刚度要求,初选梁为“工45a”,hw=450mm 腹板厚度按负担支点处最大剪力需要,由经验公式可得: tw=1.5V/(hwfv)=(1.5×50000N)/(450mm×125N/mm2)=1.3mm 依剪力要求所需腹板很小 腹板厚度按局部稳定性需要,由经验公式可得: tw=(hw)1/2/11=(45cm)1/2/11=0.61cm=6.1mm 选用“工45a”,腹板厚度为tw=11.5mm 按近似公式计算所需翼缘板面积: bt=Wnx/hw-(twhw/6)=553.71cm3/45cm-(1.15cm×45cm/6) =3.68cm2 试选“工45a”,翼缘板宽度为150mm 则所需厚度为t=368mm2/150mm=2.45mm 选用“工45a”,翼缘宽度t=18mm ②验算截面 截面的实际几何性质: A=102cm2 Ix=32241cm4 Wx=32241cm4/22.5cm=1432.8cm3 单位长度梁的自重: g=1.2×(10200mm2×10000mm×7.698×10-5N/mm3)/10m =942.24N/m 梁自重产生的最大弯矩: Mg=1.2×1/8×942.24N/m×(10m)2 =14133.6N·m =14.13kN·m (1.2为考虑腹板加劲肋等附加构造使自重增大的系数) 跨中最大总弯矩为: Mx=125kN·m+14.13kN·m=139.13kN·m 正应力为: σ=(139.13×106N·mm)/(1.05×1432.89×103) =92.47N/mm2<215N/mm2 支座处的最大剪力按梁的支座反力计算,其值为: V=50000N+(1.2×9422.4N×1/2)=55653.44N=55.65KN 切应力为τ=55653.44N/(150mm×11.5mm)=32.26N/mm2<125N/mm2 切应力很小,跨中弯矩最大处的截面切应力不再进行计算 跨中截面腹板边缘折算应力: σ=(139.13×106N·mm×225mm)/(32241×104mm4)=97.21N/mm2 跨中截面剪力: V=50kN 切应力为: τ=(50000×1.8×15×22.5×103)/(32241×104×11.5) =8.19N/mm2 (σ2+3τ2)1/2=(97.212+38.192)1/2N/mm2 =98.24N/mm2<1.1f=236.5N/mm2 五、其他构件校核 轴力图 剪力图 弯矩图 位移图 1.横梁 h×b×t=140mm×90mm×5mm ①轴力Nmax=13.1N/mm2,弯矩Mmax=72.8N/mm2<[f]=215N/mm2 ②剪力Vmax=23.8N/mm2<[f]=125N/mm2 ③挠度Δ=17.3mm<[Δ]=l/400=7500/400=18.8mm 2.檩条 h×b×t=120mm×80mm×6mm ①轴力Nmax=2.4N/mm2,弯矩Mmax=91.8N/mm2<[f]=215N/mm2 ②剪力Vmax=3.9N/mm2<[f]=125N/mm2 ③挠度Δ=6.8mm<[Δ]=l/250=7500/250=30mm 3.吊车轨道 HW250×250,t1=9mm,t2=14mm,r=16mm ①轴力Nmax=0.2N/mm2,弯矩Mmax=31.7N/mm2<[f]=215N/mm2 ②剪力Vmax=8.77N/mm2<[f]=125N/mm2 ③挠度Δ=23.3mm<[Δ]=l/400=5000/400=12.5mm 4.桁架 h×b×t=120mm×80mm×5mm ①轴力Nmax=23.7N/mm2,弯矩Mmax=82.1N/mm2<[f]=215N/mm2 ②剪力Vmax=5.48N/mm2<[f]=125N/mm2 ③挠度Δ=6.9mm<[Δ]=l/400=10000/400=25mm
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