单层钢结构厂房--刚架设计

（一）截面设计

参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢 450 × 200 × 8 × 12 ，截面特性：

B=200mm ， H=450mm ， t w =8.0mm ， t f =12.0mm ， A=2052.5px 2

I x =704525px 4 ， W x =31300px 3 ， i x =463.25px

I y =40050px 4 ， W x =4004.9999999999995px 3 ， i x =110.5px

（二）构件验算

1 ．构件宽厚比的验算

翼缘部分： 

腹板部分： 

2 ．刚架梁的验算

(1) 抗剪验算

梁截面的最大剪力为 V max =77.60KN

考虑仅有支座加劲肋，

f v =125N/mm 2

V u =h w t w f v =426 × 8 × 125=426000N=426.0KN

V max =77.60KN u   ，满足要求。  

(2) 弯、剪、压共同作用下的验算

取梁端截面进行验算

N=39.89KN ， V=77.60KN ， M=193.30KN · N

因 V<0.5Vu ，取 V=0.5Vu ，按规范 GB70017 式 4.4.1-1 验算，

=220.90KN· m>M=193.30KN · m ，取 M=M f

故 ，满足要求。

(3) 整体稳定验算

N=39.89KN ， M=193.30KN · m

A ．梁平面内的整体稳定性验算。

计算长度取横梁长度 l x =18090mm ，

λ x =l x /i x =18090/185.3=97.63<[ λ ]=150 ， b 类截面，查表得ψ x =0.570

=165.15N/mm 2   2   ，满足要求。  
 

B ．横梁平面外的整体稳定验算

考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即 l y =3015mm 。

对于等截面构件γ =0 ，μ s = μ w =1

λ y= μ s l/i y0 =3015/44.2=68.2 ， b 类截面，查表得ψ y =0.762

(4) 按《钢结构设计规范》 (GB50017 － 2003) 校核横梁腹板容许高厚比

梁端截面：

梁跨中截面：

(5) 验算檩条集中荷载下的局部受压承载力

檩条传给横梁上翼缘的集中荷载：

F=(1.2 × 0.27 × 6+1.4 × 3.00) × 3=18.43KN

L z =a+5h y +2h R =70+5 × 12+0=130mm

验算腹板上边缘处的折算应力：

取梁端截面处的内力： M=193.30KN · m ， N=39.89KN ， V=77.60KN

=130.65 N/mm 2 <1.2f=258 N/mm 2 ，满足要求。

3 ．刚架柱的验算

抗剪验算

柱截面的最大剪力为 V max =32.21KN

考虑仅有支座加劲肋，

f v =125N/mm 2

V u =h w t w f v =426 × 8 × 125=426000N=426.0KN

V max =32.21KN u   ，满足要求。  

(2) 弯、剪、压共同作用下的验算

取梁端截面进行验算

N=81.22KN ， V=32.21KN ， M=193.30KN · N

因 V<0.5Vu ，取 V=0.5Vu ，按规范 GB70017 式 4.4.1-1 验算，

(3) 整体稳定验算

构件的最大内力： N=102.82KN ， M=193.30KN · m

A ．刚架柱平面内的整体稳定性验算。

刚架柱高 H=6000mm ，梁长 L=18090mm.

柱的线刚度 K 1 =I c1 /h=28181 × 10 4 /6000=46968.3mm 3

梁线刚度 K 2 =I b0 /(2 ψ S)=28181 × 10 4 /(2 × 9045)=15578.2mm 3

K2/K1=0.332 ，查表得柱的计算长度系数μ =2.934 。

刚架柱的计算长度 l x = μ h=17604mm 。

λ x =l x /i x =17604/185.3=95 。 0<[ λ ]=150 ， b 类截面，查表得ψ x =0.588

=181.45N/mm 2   2   ，满足要求。  

B ．刚架柱平面外的整体稳定验算

考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即 l y =3000mm 。

对于等截面构件γ =0 ，μ s = μ w =1

λ y= μ s l/i y0 =3000/44.2=67.9 ， b 类截面，查表得ψ y =0.764

(4) 按《钢结构设计规范》 (GB50017 － 2003) 校核刚架柱腹板容许高厚比

柱顶截面：

4 ．验算刚架在风荷载作用下的侧移μ

I c =I b =704525px 4 ，ζ t = I c  l/hI b =18000/6000=3.0

刚架柱顶等效水平力按下式计算：

H=0.67W=0.67 × 13.56=9.09KN

其中 W=( ω 1 + ω 4 ) · h=(0.71+1.55) × 6.0=13.56KN

（三）节点验算

1 ．梁柱连接节点

(1)  螺栓强度验算

梁柱节点采用 10.9 级 M22 高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数μ =0.45 ，每个高强度螺栓的预拉力为 190KN ，连接处传递内力设计值： N=39.89KN ， V=77.60KN ， M=193.30KN · m 。

每个螺栓的拉力：

(2) 端板厚度验算

端板厚度取为 t=21mm 。

按二边支承类端板计算：

2 ．横梁跨中节点

横梁跨中节点采用 10.9 级 M20 高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数μ =0.45 ，每个高强度螺栓的预拉力为 155KN ，连接处传递内力设计值： N=31.81KN ， V=3.21KN ， M=143.18KN · m 。

每个螺栓的拉力：

(2) 端板厚度验算

端板厚度取为 t=18mm 。

按二边支承类端板计算：

3．  柱脚设计

刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。

(1) 柱脚内力设计值

N max =102.82KN ，相应的 V=32.21KN ；

N min =19.05KN ，相应的 V=4.30KN 。

(2) 由于柱底剪力较小，

Ｖ max =32.21KN<0.4N max =41.13KN ，故一般跨间不需剪力键；但经计算在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。 另 N min >0 ，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用 4M24 。

(3) 柱脚底板面积和厚度的计算

A ．柱脚底板面积的确定

b=b 0 +2t+2c=200+2 × 12+2 × (20~50)=264~324mm ，取 b=300mm ；

h=h 0 +2t+2c=450+2 × 12+2 × (20~50)=514~574mm ，取 h=550mm ；

底板布置如图。

验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值：

基础采用 C20 混凝土， f c =9.6N/mm 2

，满足要求。

B ．底板厚度的确定

根据柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分别计算底板所承受的最大弯距：

对于三边支承板部分： b 2 /b 1 =96/426=0.225<0.3 ，按悬伸长度为 b 2 的悬壁板计算：