钢结构单层厂房设计

太原理工大学

毕业设计说明书

毕业生姓名 ： 专业 ： 学

号 ：

指导教师 所属系（部） ：

二〇〇八年五月

太原理工大学

毕业设计评阅书

题目：

系 专业 姓名

设计时间：20 年 月 日~20 年 月 日

评阅意见：

成绩：

指导教师： （签字）

职 务：

20年

太原理工大学

毕业设计答辩记录卡

姓名

答 辩 内 容

记录员： （签名）

成 绩 评 定

专业答辩组组长： （签名）

200 月 日

摘 要

本工程为太原市实德机械单层轻钢厂房，总建筑面积1920平米，建筑高度9.6米。采用门式刚架结构，结构形式为单跨双坡，内设一台10T中级工作制吊车（A5），室内外高差0.45m. 本工程耐火等级为二级，屋面防水等级三级，建筑耐久年限二级,抗震设防烈度7度。

本设计包括两部分，结构设计和基础设计。其中，结构设计包括梁柱截面设计，构件节点设计，吊车梁和牛腿设计，檩条设计，支撑设计，地脚锚栓设计等。厂房所用主要材料为Q235B。

本设计严格遵守国家现行相关规范。 关键词：单层 钢结构 工业厂房

Taiyuan ShiDe Monolayer Steel Structure

Industry Workshop

Abstract

This project is the Taiyuan ShiDe Monolayer Steel Structure Industry Workshop.The total floor space is 1920m2.The construction is highly 9.6m.Uses the gate type rigid structure,the structure style for strides two boats at one time four slopes, Uses two 10T intermediate working system crane(A5).Room inside and outside elevation difference 0.45m. This project fireproof is two levels.The earthquake resistance fortification intensity is 7 degrees.The roofing waterproofing rank is three levels.The building durable age limit is two levels.

This design including two parts:structural design and ground foundation design. Among them, structural design including beam column section design ,component node design, crane beam and corbel design ,purlin design, foot fang bolt design and so on. The workshop uses the main material is Q235B. This design observes the national present standard strictly. Key word: steeltructure industry workshop monolayer

目 录

第一篇 设计任务书 .............................................................................................................. 4 第二篇 结构设计 .................................................................................................................. 7 第一章 基本资料 .............................................................................................................. 7 第一节 柱网布置 ........................................................................................................ 7 第二节 荷载计算 ........................................................................................................ 7 第三节 初选截面 ...................................................................................................... 10 第四节 内力图 .......................................................................................................... 11 第五节 内力组合表 .................................................................................................. 23 第二章 截面验算 ............................................................................................................ 25 第一节 柱的验算 ...................................................................................................... 26 第二节 梁的验算 ...................................................................................................... 29 第三章 节点设计 ............................................................................................................ 31 第一节 梁柱节点设计 .............................................................................................. 31 第二节 梁梁节点设计 .............................................................................................. 34 第四章 吊车梁设计 ........................................................................................................ 36 第一节 吊车基本资料 .............................................................................................. 36 第二节 吊车荷载的标准值 ...................................................................................... 36 第三节 荷载的取值依据 .......................................................................................... 37 第四节 内力计算 ...................................................................................................... 37 第五节 截面选择 ...................................................................................................... 38 第六节 截面特性 ...................................................................................................... 39 第七节 吊车梁的强度验算 ...................................................................................... 40 第八节 稳定验算 ...................................................................................................... 41 第九节 挠度计算 ...................................................................................................... 44 第十节 支座加劲肋计算 .......................................................................................... 44 第十一节 焊缝计算 .................................................................................................. 44 第五章 牛腿及其和柱的连接验算 ................................................................................ 46 第六章 檩条设计 ............................................................................................................ 48 第一节 基本情况 ...................................................................................................... 48 第二节 荷载及其效应组合 ...................................................................................... 48 第三节 内力计算 ...................................................................................................... 49 第四节 强度验算 ...................................................................................................... 49 第五节 整体稳定验算 .............................................................................................. 50 第六节 挠度验算 ...................................................................................................... 50 第七节 拉条设置 ...................................................................................................... 51 第七章 屋面支撑 ............................................................................................................ 51 第八章 墙梁计算 ............................................................................................................ 52 第九章 抗风柱设计 ........................................................................................................ 54 第十章 柱间支撑设计 .................................................................................................... 55 第十一章 地脚锚栓设计 ................................................................................................ 57 第十二章 侧移计算 ........................................................................................................ 60 第十三章 基础设计 ........................................................................................................ 62 参考文献 ................................................................................................................................. 69 外文资料（英文） .................................................................................................................. 70 致谢 ......................................................................................................................................... 79

第一篇 设计任务书

毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：

本工程为太原市某单层轻型钢结构厂房，总建筑面积2000平米左右，建筑高度9米左右。本建筑为单层单跨双坡工业厂房，内设两台10T中级工作制吊车（A5）。耐火等级为二级，屋面防水等级三级，建筑耐久年限二级。结构形式为门式刚架结构。

一.设计荷载：

1.屋面荷载： 活荷载：0.50kN/m2 雪荷载：0.35kN/m2 恒荷载：0.30kN/m2 2.风荷载： 基本风压：0.40kN/m2

3.地震烈度： 7度第一组，设计基本地震加速度值为0.01g。

二.工程地质条件

根据对建筑基地的勘察结果，地质情况见下表

建筑地层一览表（标准值）

２）表中给定土层深度由自然地坪算起。

建筑场地类别：Ⅱ类场地土

三.毕业设计（论文）主要内容： （一）结构设计： 1.结构选形

2.承重结构设计 3.围护结构设计 4.基础设计与地基处理

（二）应完成的工作量： 1. 结构设计总说明

2. 刚架平面布置图 3. 刚架图 4. 柱构件祥图 5. 梁构件祥图

6. 吊车梁系统平面布置图 7. 锚栓平面布置图 8. 基础祥图 9. 材料表

10. 结构设计说明书

四.学生应交出的设计文件（论文）： 1.设计说明书部分 1.中外文摘要 2.目录

3.结构设计计算书 4.列出参考资料和文献 5.外文资料翻译

2.设计图纸部分

1. 结构设计总说明 结施01 2. 刚架平面布置图 结施02 3. 刚架图 结施03 4. 柱构件祥图 结施04 5. 梁构件详图 结施05 6. 吊车梁系统平面布置图 结施06 7. 吊车梁构件祥图 结施07 8. 基础平面布置图 结施08 9. 锚栓平面布置图 结施09 10. 基础详图 结施10 11. 材料表 结施11 12.结构设计说明书 五.主要参考文献（资料）： 1、国家标准、规范、规程

《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001) 《钢结构设计规范》(GB50017-2001) 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2001)

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002 2、参考资料

20 届土木工程专业设计任务书 钢结构设计手册 门式钢结构构造图集

第二篇 结构设计

第一章 基本资料 第一节 柱网布置

如下图所示：

第二节 荷载计算

计算单元：如图中阴影部分所示。 结构形式如下：

（1）恒载：0.3kN/m2 q10.361.8kN/m

（2）屋面荷载：0.5kN/m2 q20.563kN/m （3）风荷载：WkzSzW0

其中： z：风振系数。对于单层房屋计算时不考虑，取1.0 S：风荷载体型系数。150时，取S=-0.6

z：风压高度变化系数. 按现行国家标准《建筑结构荷载规范》

规定采用：当高度小于10m时，应按10m高度处的值采用。

W0：基本风压.按现行国家标准《建筑结构荷载规范》

（GB-50009-2001）的规定值乘以1.05采用。

W0：风荷载标准值（单位：kN/m2）

S（风荷载体型系数示意）

q1k=zSzW0B=10.80.740.46=1.42KN/m q2k=zSzW0B=10.60.740.46=0.1.07KN/m

q3k=zSzW0B=10.50.740.46=0.89KN/m q4k=zSzW0B=10.50.740.46=0.89KN/m

（4）雪荷载由荷载规范查得阳泉地区基本雪压为0.35 kN/m2

（5）对积灰荷载不予考虑。 （6）吊车荷载。

Pkmin=(M+Q)g/2-Pkmax=(931.5+3.8+10)10/2-140=86.5KN g为重力加速度，取10m/s2 查表得=0.9

Dmax=QPkmax =329.28KN

查故Dmin=DmaxPkmin/Pkmax=329.2886.5/140=203.45KN

11

TKQm2g=0.120.9（3.8+10）10=3.726KN

44

y

i

=0.91.4140[1+(0.75+4.85-0.4)/6]

Tmax=DmaxTK/Pkmax=329.283.726/140=8.76KN

e600mm

Mmax=Dmaxe=329.280.6=197.568KN.m Mmin=Dmine=203.450.6=122.07 KN.m

第三节 初选截面

1）门式刚架的截面形式采用H型钢，横梁截面高度可取跨度的1/30—1/40，因此梁高选取800mm.

E2.06105N/mm2G0.7910N/mm

5

2

将截面性质及荷载情况输入结构求解器中，可得到相应的内力情况（后附图） 将内力进行下列四种组合： （1）1.2恒+1.4活

（2）1.2恒+1.4风荷载（左，右） （3）1.2恒+1.3地震力

（4）1.2恒+1.40.85（活+吊车+风荷载）

第四节 内力图

1.恒荷载

1.80

1.80

2

3

4

轴力图

3

-29.86

4

1 5

剪力图

3

1 5

弯矩图

2

3 63.24

1

91.25

91.255

2.活荷载

3.00

3.00

2

3

4

轴力图

-49.77

3

4

1 5

剪力图

3

1 5

弯矩图

2

105.40

1 152.08

152.08

5

3.风荷载（左）

1.07

0.89

2

3

4

1.42

轴力图

2

3

1 5

剪力图

2

3

4

1

5

弯矩图

-34.74

3

-34.14

4

1 5

风荷载（右）

0.89

1.07

2

3

0.89

轴力图

2

3

1 5

剪力图

3

4

1

5

弯矩图

-34.14

3

-34.74

4

-23.58

1

5

-80.29

4.吊车荷载 竖向

329.28

203.45

3

轴力图

2

3

4

1

-328.13

-204.60

5

3

0.96

1 5

弯矩图

33.97

3 -18.14

4

5.10

1 43.88 5

2

3

4

8.76

8.76

轴力图

2

0.05

3

4

1 5

2

3

4

1 5

弯矩图

8.01

3

1

5

第五节 内力组合表

杆端一

荷载类型 单元码

1 2 3

恒载

4 1 2 3

活载

4 1 2 3

风载（左）

4 1 2 3

风载（右）

4 1 2

吊车荷载 （竖向）

3 4 1 2

吊车荷载 （横向）

杆端二

M(KN*M) 91.25 -125.79 61.2 -125.79 152.08

N(KN) -29.86 -27 -29.86 -28.8 -49.77

V(KN)

M(KN*M)

N(KN) -28.8 -29.86 -27 -29.86 -48 -49.77 -44.99 -49.77 16.86 15.47 15.52 14.5 14.5 15.52 15.47 16.86

V(KN) -27.13 25.96 2.7 27.13 -45.2 43.26 4.5

-27.13 -125.79 -2.7

61.2

-25.96 -125.79 27.13

91.25

-45.22 -209.65 -4.5

102

-209.65 -44.99 102

-49.77 -48 16.86 15.47 15.22 14.5 14.5 15.52 15.47 16.86 1.414

-43.26 -209.65 45.22 13.86 1.81 13.02 -7.03 14.15 1.29 15.4 -25.22

152.08 76.62 -33.21 61.12 -23.58 61.12 -33.21 76.02 -80.29

-43.26 -209.65 25.22 -15.4 -1.29 -14.15 7.03 -13.02 -1.81 -13.86

-80.29 76.02 -33.31 61.12 -23.58 61.12 -33.21 76.02 5.101

-328.13 -21.088 -20.869 -21.098 -1.148 0.501 0.05 -0.05 -0.501

-3.24 0.956 21.088 8.76 -0.498 -0.498 0

-21.088 33.965 -3.24 0.956

-18.137 -2.757 43.877 8.013 0 -8.013 38.707

33.965 -20.869 -18.137 -21.098

-2.757 -204.598 21.088 -38.707 8.014 0 -8.013

0.501 0.05 -0.05 -0.051

0 -0.498 -0.498 8.76

3 4

2

1.2恒载+ 1.4活载

3 4 1

1.2恒载+ 1.4风载 （左）

2 3 4 1

1.2恒载+ 1.4风载 （右）

2 3 4 1

1.2恒+1.4 活+0.98吊 +0.84左风

2 3 4 1

1.2恒+1.4 活+0.98吊 0.84右风

2 3 4 1

最大M及 相应的N ,V

2 3 4 1

最大N及 相应的M ,V

2 3 4

-105.51 91.716 -444.458 -95.386 -95.386

9.54

-9.54

216.24

216.24 -105.51 -91.716 -444.458

-105.51 -28.008 -444.458 -101.76 95.864 322.412 -10.956 -14.174 -10.672

2.752 9.592 1.434

-2.906 -12.228 -13.152 -43.68 -44.52 -10.742 -0.706

26.946

26.806 -14.524 -12.924 -65.38 -65.38

-14.26

22.714

76.488

-15.532 12.746

-14.26 -22.714 76.488 -15.532 -12.746 -65.38 -14.104 12.924 -10.742

0.706

-65.38 -10.672 -1.434 26.946 -14.174 -9.592 -44.52 -10.956 -2.752

26.946 -44.52 -2.906

-12.228 13.152

-408.674 -86.7326 222.0345 -89.4709 -104.888 -338.959 -112.918 75.11676 -339.462 -102.794 -11.6828 170.5693 -103.074 8.90524 170.4853 -113.45 -80.3304 -403.672 -94.946 -19.2278 -403.672 -290.136 119.2098 383.5371 -410.656 -102.012 269.6709 -91.4533 -104.644 -351.979 -112.876 77.11596 -351.978 -102.752 -12.1196 170.5693 -103.116 8.46844 170.5693 -113.24 -78.3312 -391.156 -92.9636 -18.9842 -391.156 -288.154 103.9302 335.9007 -101.76 -95.864 322.412 -105.51 -95.864 -444.458 -105.51 91.716 -444.458 -95.386 -95.386

9.54

-9.54

216.24

216.24 -105.51 -91.716 -444.458

335.9

-105.51 95.864 -444.458 288.154 103.95

-410.66 -102.04 269.67 -105.51 -95.864 -444.458 -112.92

75.12

-339.46 -102.79 -11.683 170.57 170.57 -113.24 -78.33 391.156

383.54

-103.116 8.468 105.51

95.864 -444.458 -290.136 119.21

最小N及 相应的M ,V

第二章 截面验算

1．柱的计算长度：H0H μ的系数如下

-14.174 -10.672

9.592 1.434

-44.52 -10.672 -1.434 26.946 -14.147 -9.592 -44.52 -10.956 -2.752

40.428 -44.52 -2.906

2 3 4

-12.228 13.152

K1

I1I

K22

H l

I1：柱的截面惯性矩 H：柱的高度

I2：横梁的截面惯性矩 l：横梁的长度 柱：

K2

= 0.178 K1

查表：μ=1.555

考虑到实际不完全刚接μ=1.11.555=1.71 则H0=μH=1.718=13.68m 2．斜梁：取实际长度H0=H=32.16m

3.对于平面外，因檩距与墙梁的间距为1.5m，偶撑间距取3m， 所以柱与斜梁的平面外计算长度取3m

第一节 柱的验算

1.柱为非变截面柱 截面尺寸900x300x16x28

截面特性： A=309.8cm2 Ix=411000cm4 Iy=12600cm4 Wx=9140cm3 Wy=292.02cm3 ix=36.4cm iy=6.39cm 2.宽厚比验算：

翼缘部分：b/t=150/28=5.36

235

=15 fy

腹板：

hw235(900228)/1652.75250=250 tfy

3．强度验算：

对于2-2截面，当取Mmax

M=-444.458 kN.m N=-105.51 kN V=95.864Kn 柱腹板的有效宽度计算：

1NAMe=105510/30980+444458000600/4110000000

=68.28 N/mm2

2NAMe=-61.48 N/mm2

腹板边缘正应力比值：



2

61.48/68.280.9 1

腹板在正应力作用下的凸曲系数：

k

16

[(1)20.112(12)]0.5(1) =57.8

与板件受弯、受压有关的参数，



hw/tw

28.k

235/fy

=

52.75

28.57.8235/235

=0.25

腹板全部有效。

因不设置加劲肋时，k5.34

fvlfv

=125 N/mm2

柱腹板抗剪承载力设计值为：

'

Vdhwtwfv=844×16×125=1688 kN

V=95.8641kN

MeNMeNWeAe=（215－105510/30980）×9140000= 1934 kN.m

M=444.458 kN.m

对于1-1截面，当取Nmax

M=269.67 kN.m N=-410.66 kN V=-102.04KN 柱腹板的有效宽度计算：

N

1NAMe=410660/30980+269670000600/4110000000

=52.6N/mm2

2NAMe=-21.11 N/mm2

腹板边缘正应力比值：



2

21.11/52.60.5 1

腹板在正应力作用下的凸曲系数：

k

16

[(1)20.112(12)]0.5(1)

=14.84

与板件受弯、受压有关的参数，



hw/tw

28.k

235/fy

=

52.75

28..874235/235

= 0.487

1 腹板全部有效。 因不设置加劲肋时，k5.34

故fvlfv =125 N/mm2 柱腹板抗剪承载力设计值为： Vd

hwtwfv'=844×16×125=1688 kN

V=102.04kN

MeNMeNWeAe=（215－410660/30980）×9140000= 1844kN.m

M=269.67 kN.m

其它截面的内力均比上述两种情况要小，故不必验算，强度均满足要求。 4．平面内稳定性验算：

M=444.458KN*M N=410.66KN

xl0x/ix=13680/364=37

NE2EAe0/1.12 =（3.14×3.14×206000×30980）/（1.1×372）=41784KN

N

等效弯矩系数

N0

bAe0

mM1

N

(10b)We1

NE

=410660/（0.91×30980）+444458000/〈（1-410660

×0.91/41784000）×9140000〉 =63.63N/mm2〈f=215 N/mm2 5．平面外稳定性验算：

刚架平面的计算长度可取柱隅之间的间距，即3m

yl0y/iy=3000/63.9=47.0 查表 b=0.856

s10.0230/Af=1 w10.00385l/iyo=1

br

4320

y02

Ah00Wx0

sw

y0t04.4h

0

2



2

235f y

4320309808444729140000

=5.94>0.6

1

14728235 4.4844235

2

2

因为b>0.6，对其进行修正：

/

 b1.07

br

=1.07

5.94

=1.02

t=1-N/NE+0.75(N/NE)2=1-41660/41784000=1

N0M

t1=410660/（0.856×30980）+269670000/（1.02×9140000）

yAe0bWe1

=44.4 N/mm2 〈f =215 N/mm2

6．腹板与翼缘焊缝的连接计算： hf

VS11.4IXff

w

102.04103150284640.22mm 4

1.441100010160

取hf10mm1.5max1.5288mmv 满足要求。 边柱验算完毕，强度和稳定性均满足要求。

第二节 梁的验算

1.梁的截面尺寸800x300x14x26

A=267.4cm2 Ix=292000cm4 Iy=11700cm4 Wx=7290cm3 Wy=782cm3 ix=33.0cm iy=6.62cm 2.宽厚比验算：

翼缘部分：b/t=150/26=5.77

235

fy

腹板：

hw235748/1453.4250=250 tfy

3．强度验算：

对于1-1截面，当取Mmax

M=-444.458kN.m N=-105.51 kN V=91.716Kn

柱腹板的有效宽度计算：

1NAMe=105510/26740+444458000300/2920000000

=49.9N/mm2

2NAMe=-42.03 N/mm

腹板边缘正应力比值：

2



2

42.03/49.90.84 1

腹板在正应力作用下的凸曲系数： k

16

=40.0

[(1)20.112(12)]0.5(1)

与板件受弯、受压有关的参数，



hw/tw

28.k

235/fy

=

53.4

28.22.28235/235

=0.3

1 腹板全部有效。

因不设置加劲肋时，k5.34

w

hwtw

37k

235fy



53.437.341

0.62

故fvlfv =125 N/mm2 柱腹板抗剪承载力设计值为：

'

Vhtf dwwv=748×14×125=1309 kN

V=91.716kN

MeNMeNWeAe=（215－105510/26740）×7290000= 1538 kN.m M=444.458 kN.m

梁其它截面的内力均比上述情况要小，故不必验算，强度均满足要求。 4．平面内稳定性验算：

M=444.458KN*M N=105.51KN

xl0x/ix=32160/330=97.45

NE2EAe0/1.12

=（3.14×3.14×206000×26740）/（1.1×97.452）=5199KN 等效弯矩系数

N0

bAe0

mM1

N

(10b)We1

NE

=105510/（0.572×26740）+444458000/〈（1-105.51

×0.579/5199）×7290000〉 =68.58 N/mm2 〈f =215 N/mm2 满足要求 5．平面外的整体稳定性验算：

斜梁不需计算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁受压翼缘 宽度的倍，因偶撑的间距为3M，满足上述要求，故不需计算整体稳定性。 6．腹板与翼缘焊缝的连接计算： hf

VS11.4IXff

w

91.716103150264130.22mm 4

1.429200010160

取hf8mm1.5tmax1.55.6mm 满足要求。 至此，斜梁验算完毕，强度和稳定性均满足要求。

第三章 节点设计 第一节 梁柱节点设计

1> 梁柱连接节点螺栓强度验算：

梁柱节点采用10.9级M24高强螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂

处理，摩擦面抗滑移系数，0.45，每个螺栓的预拉力为225KN，连接处传递内力值为：

M=444.458KN*M N=105.51KN V=95.864KN

1-1剖面图 第一排螺栓拉力：

Nt1

NMy1

/［4×（0.47520.2992）］2=-105.51/8+444.458×0.475 nyi

NMy2

/［4×（0.47520.2992）］ 2=-105.51/8+444.458×0.299 nyi

=154.35 KN

Nt2

=92.27 KN

螺栓群的抗剪承载力：



bNV0.9nf(nP1.25Nti)

=0.9×1×0.45×［8×225-1.25×（154.35+92.27）×4］ =604.15KN>V=95.864KN 满足要求。

最外排螺栓的抗剪承载力：

bNV0.9nf(P1.25Nt1)

=0.9×1×0.45×（225-1.25×154.35）=12.99KN

2>端板厚度验算：

t

6efNt

bf

=

675154.35103

300215

=32.8mm

需要的厚度过大，现采用在伸臂中间增加-6mm厚肋板，并按两边支撑类短板计

算：

t=

12efewNt

[ewb4ef(efew)]f



127561154350

=25.8mm26mm

61300475(7561)215

3>梁柱节点域的剪应力验算： 

M

=444458000/（800×748×14）

dbdctc

=53.5N/mm2

4>螺栓处腹板的强度验算：

刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用角焊缝。

采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值Nt2，经计算得到： Nt2=92.27 kN

Nt292270

==108 N/mm2

第二节 梁梁节点设计

1>梁梁连接节点螺栓强度验算：

梁柱节点采用10.9级M20高强螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数，0.45，每个螺栓的预拉力为155KN，连接处传递内力值为： M=216.24KN*M N=95.386KN V=9.54KN

第一排螺栓拉力：

Nt1

NMy1

/［4×（0.47520.2992）］2=-95.386/8+216.24×0.475 nyi

NMy2

/［4×（0.47520.2992）］ 2=-95.386/8+216.24×0.299 nyi

=69.6kn

Nt2

=39.4kn

bNV0.9nf(nP1.25Nti)

=0.9×1×0.45×［8×155-1.25×（69.6+39.4）×4］ =218.5KN>V=9.54KN 满足要求。

2>端板厚度验算： 伸臂类端板：

t取t=22mm

3>螺栓处腹板的强度验算：

刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用角焊缝。

采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值Nt2，经计算得到： Nt2=39.4Kn

6efNt

bf

67569.6103

= =22mm

200215

Nt20.4P

== 62000/(61×14)=72.6 N/mm2

第四章 吊车梁设计 第一节 吊车基本资料

取得吊车的基本资料为：起重量10t；软钩；跨度16.5m；

（a） （b）

吊车基本尺寸示意图

吊车基本尺寸：B=6400mm，W=5250mm；轨道以上高度H=2190mm，B1=230mm；轨道型号：42kg/m；小车重量：3.8t，总重：31.5t；轮压：Pmax=140KN，Pmin=6.6KN

第二节 吊车荷载的标准值

吊车竖向荷载的标准值为吊车的轮压：Pmax=140KN，Pmin=6.6KN 吊车每个车轮的横向水平制动力的标准值：

TKQg

1

=0.12×（140+6.6）/4=4.4 kN 4

吊车纵向水平荷载的标准值：HZ0.1pmax=0.1×2×140=28 KN

计算吊车梁，由于竖向荷载产生的弯矩和剪力时，应考虑轨道，吊车制动结构以及梁自重等，故将求得的弯矩和剪力之值乘以W（增大系数） 当梁跨度为6m时，吊车梁W＝1.03

第三节 荷载的取值依据

计算吊车梁的强度，稳定及连接强度时，应采用设计值（荷载标准值×1.4），吊车竖向荷载×动力系数，（A5软钩吊车，动力系数1.05）；计算疲劳和正常使用状态的变形时，操作采用标准值。

第四节 内力计算

吊车梁内力计算（采用简支吊车梁）

1）两个轮子作用于梁上，最大弯据点的位置为：

计算简图

a1=w=5250mm a2=a1/4=1312.5mm

吊车竖向荷载的设计值（最大）:

P1.4Pkmax

上式中，Pkmax为最大轮压标准值。为动力系数，对悬挂吊车（包括电动葫芦）以及轻、中级工作制的软钩吊车，取1.05；对中级工作制的软钩吊车、硬钩吊车以及其它特种吊车，取1.1。为附加荷载增大系数。 P1.4Pkmax=1.4×1.05×1.03×140=212 kN 吊车横向水平荷载的设计值：

HQTK=1.4×4.4=6.16kN

Mmax=1.03×2×178.66×(3-1.3125) 2/6=207.3KN*M 在Mmax处相应的剪力为：

VWP(l/2a2)/l=1.03×2×212×（3-1.3125）/6=122.83KN

2）最大剪力在梁端支座处：

Vmax=1.03×(212×1.95/6+205.825)=283KN 3) 吊车横向水平荷载作用下，在水平向的MHmax

MHmax=H×Mmax/P=6.16×283/(212×1.03)=7.98KN*M

第五节 截面选择

1）腹板高度的确定 I.吊车梁所需截面模量

wnxMXmax/f 其中为吊车横向水平荷载作用系数，取0.8

将 Mmax＝207.3 kN*M代入上式

wnx207300000/(0.8×215)=1205233 mm

3

由一台吊车竖向荷载标准植产生的弯曲应力： K

MxK

=207.3×106/（1.4×1.05×11205233）=117 N/mm2

由刚度条件确定梁截面最小高度 hmin

5EVKl

=117×6000/（5×2.06×105）=682mm

0.4

ii.梁的经济高度hec2w0.4nx=21205233

=542 mm

所以取腹板高度 hw700 mm （取50mm的倍数） 2）腹板厚度的确定 按经验公式tw 按剪力确定tw

hw

.5

=7.6 mm

=1.2×283000/（700×125）=3.88mm

1.2Vmax

wfv

又tw8 mm 取tw8 mm

hw

tw80fy

=700/8=87.5170fy

应设置横向加劲肋。

3）吊车梁翼缘的确定

因吊车钢轨用压板与上翼缘用螺栓连接，故两侧留有螺栓孔

A1

w1

hwtw=1205233/700—8×700/6=788.4 mm hw6

取 b=300mm t=12mm

b/t=(300-8)/2×12=12.1715fy

吊车梁上，下翼缘均采用—300×12 腹板—700×8 螺栓选用M22 d=24mm

第六节 截面特性

1）毛截面特性：

A30×1.2×2+70×0.8=128cm y0=70/2+1.2=36.2cm Ix

2

70=30×72.4/12—（30—0.8）×

3

3

/12=114125cm

3

4

S=30×1.2×（36.2-0.6）+0.8×35×35/2=1772cm Wx=114125/36.2=3153cm3

2）净截面特性：

An=128-2×2.4×1.2=122cm

yn0=［（30-2×2.4）×1.2×（72.4-0.6）+0.8×70×36.2+30×1.2×0.6］

/122=34.6 cm

Inx=（30-2×2.4）×1.23/12+（30-2×2.4）×1.2×（72.4-34.6-0.6）+ 30×1.23/12+30×1.2×（34.6-0.6）+0.8×70/12+70×0.8（36.2-34.4）

2

2

3

2

2

4

=106481cm

3）上翼缘对y轴的特性： A上301.2=36cm2

An上(30-2.42)1.2=30.24cm2 Iy=1.2×303/12=2700cm

4

Iny=2700-2×2.4×1.2×9=2233cm wny=wy=

InyIy

2

4

/15=2233/15=149cm

3

3

/15=2700/15=180cm

第七节 吊车梁的强度验算

（1）上翼缘的正应力计算

Mmax2073KN.m MTMy7.98KNm

上Wnx2817000mm3 Wny149000mm3

上

Mmax/WnxMy/Wny127.15N/mm2＜　f215N/mm2

满足要求。

（2）下翼缘的正应力计算

下Mmax/Wnx207300000/231900089.4N/mm2＜f215N/mm2

满足要求

（3）吊车梁支座处截面的剪应力设计值V1（ 突缘支座）

2831031772103

NVmaxS/Itw54.9N2fV1252 4

mmmm114125108

满足要求。

(4)局部承压强度验算：

腹板的局部压应力，钢轨规格为43kg/m h=140mm lz=a+5hy+2hR=50+5×12+2×140=390 mm 由公式 cP/(twlz)f 集中荷载增大系数 1.0

P=212KN

CP/(twlz)1.0212103/(3908)

67.95N/mm＜f215N/mm

2

2

满足要求。

第八节 稳定验算

1）梁的整体稳定性：

l1/b6000/300=20利用公式进行验算

MxMy

fbwxwy

其中

4320A0h0235bb2bfy0cWx0y

1

l1t

b1h

=6000×12/（300×724）=0.331

βb=0.73+0.18×0.331=0.790

1.2303

I1I22700cm4

12

对双轴对称工字钢 ηb=0

b

I1

0.50.8 故不对βb进行修正。

I1I2

6.5cm

iy

y

600



92.386.5

4320A0h0235bb2bfy0cWx0y

235432012872.4 0.7900 2

92.383153235

=1.303>0.6

0.2820.282

b/1.071.070.854

1.303b对其修正

MxMy



bwxwy

207.31067.9810622

121.3N/mm215N/mm33

0.85431531018010

2）腹板的局部稳定性：

对轻，中级工作制吊车梁在计算腹板的局部稳定性时，对吊车轮压设计植进行折减系数为 0.9

h0

=70/0.8=87.5

取加劲肋的间距为a=1000mm

0.5h0350a2h01400mm

bs

h0

4063.3mm30

(取bs=100mm)

ts

bs906mm1515

(取ts=6mm)

Mhc207.310635063.6N 4

mm2I11412510V122.83103

21.9N

mm2hwtw70080.9P0.9212103

c61.2N2 mmtwlz8390

i > 计算σcr

b

cf2hctw153



1235

0.5720.85

0.8153

则σcr=f=215ii>计算τcr

mm2

a10001.429

1.0h700 0

s

ch

0.790.8

则

crfv125N

2

iii>计算σc,cr

0.5

a10001.4291.5h0700

因

0.9110.9

c

ch所以：

c,crf10.79c0.9

N21510.790.9110.9213

mm2

2

按下列公式计算跨中区格的局部稳定

c63.621.961.2



215125213c,crcrcr0.4061.0

2

2

2

满足要求

3）验算端部：假定=0

vmax283103

Ncr50.5N 2 c61.2mmmm2h0tw7008c50.561.2

00.4511.0 

213125crcrc,cr

2

2

2

满足要求。

第九节 挠度计算

Ml2207.310660002

v2.16mm54

10EIX101.051.42.061011412510v2.1611vl[1**********]0

满足要求。

第十节 支座加劲肋计算

选用—2086 设计为突缘支座 计算支座加劲的端面承压应力为：

Rmax283103

N226.8N ce 2fce325mmmm2Ace2086

稳定计算：

A(6120)8210062208mm2

6(21008)312083

Iz4.50

106mm4

1212 iz

45.14mm



h0

700/45.1415.51iz

查表=0.982

计算支座加劲在腹板平面外的稳定性：

Rmax283103

N130.52N 2f2152 mmmmA0.9822208

满足要求。

第十一节 焊缝计算

1）梁腹板与上翼缘板的连接焊缝：

1

hf

20.7ftW

VmaxS1I

x

P

lZ

2

2

1

=1.4mm 取20.71608mm

满足

hf5.2mm

2）梁腹板与下翼缘板的连接焊缝：

hf

VmaxS1

20.7ftWIx

283103251.2(350.6)103

1.42mm 7

20.716091.60310

取8mm

3）支座加劲肋与梁腹板的连接焊缝： 突缘支座 设 hf=6mm

1.2Rmax1.2283103

hf W

0.74160(67.620.6)100.7nlWft

=1.14 mm

故hf=6mm满足要求。

第五章 牛腿及其和柱的连接验算

-10x522x100

P

柱900x300x16x28

-20x1100x300

牛腿连接节点示意图

牛腿所承受的组合内力值：

牛腿承受一个吊车梁传来的偏心竖向力，包括吊车竖向荷载以及吊车梁 的自重，力的大小为：

V1.2P01.4Dmax

P0643010361.281027.85108.6kNV1.2P01.4Dmax1.28.6283/1.03285.08kN对于板端部 MVe285.080.6171.05kNhw600mmtw10mm

A600106000mm2剪力由腹板承担 =

V285.08 = =47.51N/mm2

hwtw60010

30643(301.0)603

IX133360cm4

1212M171.05106

yc22028.2N/mm2

4

IX13336010M171.05106

y20025.65N/mm2

IX13336010

86.19N/mm2

满足要求。集中力作用下为避免腹板局部失稳，设置加劲肋，见图示意。 牛腿与柱焊接，焊缝均采用焊透的对接焊缝，质量等级二级，焊缝与被焊构件强

度相等，不予验算。

太原理工大学

毕业设计说明书

毕业生姓名 ： 专业 ： 学

号 ：

指导教师 所属系（部） ：

二〇〇八年五月

太原理工大学

毕业设计评阅书

题目：

系 专业 姓名

设计时间：20 年 月 日~20 年 月 日

评阅意见：

成绩：

指导教师： （签字）

职 务：

20年

太原理工大学

毕业设计答辩记录卡

姓名

答 辩 内 容

记录员： （签名）

成 绩 评 定

专业答辩组组长： （签名）

200 月 日

摘 要

本工程为太原市实德机械单层轻钢厂房，总建筑面积1920平米，建筑高度9.6米。采用门式刚架结构，结构形式为单跨双坡，内设一台10T中级工作制吊车（A5），室内外高差0.45m. 本工程耐火等级为二级，屋面防水等级三级，建筑耐久年限二级,抗震设防烈度7度。

本设计包括两部分，结构设计和基础设计。其中，结构设计包括梁柱截面设计，构件节点设计，吊车梁和牛腿设计，檩条设计，支撑设计，地脚锚栓设计等。厂房所用主要材料为Q235B。

本设计严格遵守国家现行相关规范。 关键词：单层 钢结构 工业厂房

Taiyuan ShiDe Monolayer Steel Structure

Industry Workshop

Abstract

This project is the Taiyuan ShiDe Monolayer Steel Structure Industry Workshop.The total floor space is 1920m2.The construction is highly 9.6m.Uses the gate type rigid structure,the structure style for strides two boats at one time four slopes, Uses two 10T intermediate working system crane(A5).Room inside and outside elevation difference 0.45m. This project fireproof is two levels.The earthquake resistance fortification intensity is 7 degrees.The roofing waterproofing rank is three levels.The building durable age limit is two levels.

This design including two parts:structural design and ground foundation design. Among them, structural design including beam column section design ,component node design, crane beam and corbel design ,purlin design, foot fang bolt design and so on. The workshop uses the main material is Q235B. This design observes the national present standard strictly. Key word: steeltructure industry workshop monolayer

目 录

第一篇 设计任务书 .............................................................................................................. 4 第二篇 结构设计 .................................................................................................................. 7 第一章 基本资料 .............................................................................................................. 7 第一节 柱网布置 ........................................................................................................ 7 第二节 荷载计算 ........................................................................................................ 7 第三节 初选截面 ...................................................................................................... 10 第四节 内力图 .......................................................................................................... 11 第五节 内力组合表 .................................................................................................. 23 第二章 截面验算 ............................................................................................................ 25 第一节 柱的验算 ...................................................................................................... 26 第二节 梁的验算 ...................................................................................................... 29 第三章 节点设计 ............................................................................................................ 31 第一节 梁柱节点设计 .............................................................................................. 31 第二节 梁梁节点设计 .............................................................................................. 34 第四章 吊车梁设计 ........................................................................................................ 36 第一节 吊车基本资料 .............................................................................................. 36 第二节 吊车荷载的标准值 ...................................................................................... 36 第三节 荷载的取值依据 .......................................................................................... 37 第四节 内力计算 ...................................................................................................... 37 第五节 截面选择 ...................................................................................................... 38 第六节 截面特性 ...................................................................................................... 39 第七节 吊车梁的强度验算 ...................................................................................... 40 第八节 稳定验算 ...................................................................................................... 41 第九节 挠度计算 ...................................................................................................... 44 第十节 支座加劲肋计算 .......................................................................................... 44 第十一节 焊缝计算 .................................................................................................. 44 第五章 牛腿及其和柱的连接验算 ................................................................................ 46 第六章 檩条设计 ............................................................................................................ 48 第一节 基本情况 ...................................................................................................... 48 第二节 荷载及其效应组合 ...................................................................................... 48 第三节 内力计算 ...................................................................................................... 49 第四节 强度验算 ...................................................................................................... 49 第五节 整体稳定验算 .............................................................................................. 50 第六节 挠度验算 ...................................................................................................... 50 第七节 拉条设置 ...................................................................................................... 51 第七章 屋面支撑 ............................................................................................................ 51 第八章 墙梁计算 ............................................................................................................ 52 第九章 抗风柱设计 ........................................................................................................ 54 第十章 柱间支撑设计 .................................................................................................... 55 第十一章 地脚锚栓设计 ................................................................................................ 57 第十二章 侧移计算 ........................................................................................................ 60 第十三章 基础设计 ........................................................................................................ 62 参考文献 ................................................................................................................................. 69 外文资料（英文） .................................................................................................................. 70 致谢 ......................................................................................................................................... 79

第一篇 设计任务书

毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：

本工程为太原市某单层轻型钢结构厂房，总建筑面积2000平米左右，建筑高度9米左右。本建筑为单层单跨双坡工业厂房，内设两台10T中级工作制吊车（A5）。耐火等级为二级，屋面防水等级三级，建筑耐久年限二级。结构形式为门式刚架结构。

一.设计荷载：

1.屋面荷载： 活荷载：0.50kN/m2 雪荷载：0.35kN/m2 恒荷载：0.30kN/m2 2.风荷载： 基本风压：0.40kN/m2

3.地震烈度： 7度第一组，设计基本地震加速度值为0.01g。

二.工程地质条件

根据对建筑基地的勘察结果，地质情况见下表

建筑地层一览表（标准值）

２）表中给定土层深度由自然地坪算起。

建筑场地类别：Ⅱ类场地土

三.毕业设计（论文）主要内容： （一）结构设计： 1.结构选形

2.承重结构设计 3.围护结构设计 4.基础设计与地基处理

（二）应完成的工作量： 1. 结构设计总说明

2. 刚架平面布置图 3. 刚架图 4. 柱构件祥图 5. 梁构件祥图

6. 吊车梁系统平面布置图 7. 锚栓平面布置图 8. 基础祥图 9. 材料表

10. 结构设计说明书

四.学生应交出的设计文件（论文）： 1.设计说明书部分 1.中外文摘要 2.目录

3.结构设计计算书 4.列出参考资料和文献 5.外文资料翻译

2.设计图纸部分

1. 结构设计总说明 结施01 2. 刚架平面布置图 结施02 3. 刚架图 结施03 4. 柱构件祥图 结施04 5. 梁构件详图 结施05 6. 吊车梁系统平面布置图 结施06 7. 吊车梁构件祥图 结施07 8. 基础平面布置图 结施08 9. 锚栓平面布置图 结施09 10. 基础详图 结施10 11. 材料表 结施11 12.结构设计说明书 五.主要参考文献（资料）： 1、国家标准、规范、规程

《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001) 《钢结构设计规范》(GB50017-2001) 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2001)

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002 2、参考资料

20 届土木工程专业设计任务书 钢结构设计手册 门式钢结构构造图集

第二篇 结构设计

第一章 基本资料 第一节 柱网布置

如下图所示：

第二节 荷载计算

计算单元：如图中阴影部分所示。 结构形式如下：

（1）恒载：0.3kN/m2 q10.361.8kN/m

（2）屋面荷载：0.5kN/m2 q20.563kN/m （3）风荷载：WkzSzW0

其中： z：风振系数。对于单层房屋计算时不考虑，取1.0 S：风荷载体型系数。150时，取S=-0.6

z：风压高度变化系数. 按现行国家标准《建筑结构荷载规范》

规定采用：当高度小于10m时，应按10m高度处的值采用。

W0：基本风压.按现行国家标准《建筑结构荷载规范》

（GB-50009-2001）的规定值乘以1.05采用。

W0：风荷载标准值（单位：kN/m2）

S（风荷载体型系数示意）

q1k=zSzW0B=10.80.740.46=1.42KN/m q2k=zSzW0B=10.60.740.46=0.1.07KN/m

q3k=zSzW0B=10.50.740.46=0.89KN/m q4k=zSzW0B=10.50.740.46=0.89KN/m

（4）雪荷载由荷载规范查得阳泉地区基本雪压为0.35 kN/m2

（5）对积灰荷载不予考虑。 （6）吊车荷载。

Pkmin=(M+Q)g/2-Pkmax=(931.5+3.8+10)10/2-140=86.5KN g为重力加速度，取10m/s2 查表得=0.9

Dmax=QPkmax =329.28KN

查故Dmin=DmaxPkmin/Pkmax=329.2886.5/140=203.45KN

11

TKQm2g=0.120.9（3.8+10）10=3.726KN

44

y

i

=0.91.4140[1+(0.75+4.85-0.4)/6]

Tmax=DmaxTK/Pkmax=329.283.726/140=8.76KN

e600mm

Mmax=Dmaxe=329.280.6=197.568KN.m Mmin=Dmine=203.450.6=122.07 KN.m

第三节 初选截面

1）门式刚架的截面形式采用H型钢，横梁截面高度可取跨度的1/30—1/40，因此梁高选取800mm.

E2.06105N/mm2G0.7910N/mm

5

2

将截面性质及荷载情况输入结构求解器中，可得到相应的内力情况（后附图） 将内力进行下列四种组合： （1）1.2恒+1.4活

（2）1.2恒+1.4风荷载（左，右） （3）1.2恒+1.3地震力

（4）1.2恒+1.40.85（活+吊车+风荷载）

第四节 内力图

1.恒荷载

1.80

1.80

2

3

4

轴力图

3

-29.86

4

1 5

剪力图

3

1 5

弯矩图

2

3 63.24

1

91.25

91.255

2.活荷载

3.00

3.00

2

3

4

轴力图

-49.77

3

4

1 5

剪力图

3

1 5

弯矩图

2

105.40

1 152.08

152.08

5

3.风荷载（左）

1.07

0.89

2

3

4

1.42

轴力图

2

3

1 5

剪力图

2

3

4

1

5

弯矩图

-34.74

3

-34.14

4

1 5

风荷载（右）

0.89

1.07

2

3

0.89

轴力图

2

3

1 5

剪力图

3

4

1

5

弯矩图

-34.14

3

-34.74

4

-23.58

1

5

-80.29

4.吊车荷载 竖向

329.28

203.45

3

轴力图

2

3

4

1

-328.13

-204.60

5

3

0.96

1 5

弯矩图

33.97

3 -18.14

4

5.10

1 43.88 5

2

3

4

8.76

8.76

轴力图

2

0.05

3

4

1 5

2

3

4

1 5

弯矩图

8.01

3

1

5

第五节 内力组合表

杆端一

荷载类型 单元码

1 2 3

恒载

4 1 2 3

活载

4 1 2 3

风载（左）

4 1 2 3

风载（右）

4 1 2

吊车荷载 （竖向）

3 4 1 2

吊车荷载 （横向）

杆端二

M(KN*M) 91.25 -125.79 61.2 -125.79 152.08

N(KN) -29.86 -27 -29.86 -28.8 -49.77

V(KN)

M(KN*M)

N(KN) -28.8 -29.86 -27 -29.86 -48 -49.77 -44.99 -49.77 16.86 15.47 15.52 14.5 14.5 15.52 15.47 16.86

V(KN) -27.13 25.96 2.7 27.13 -45.2 43.26 4.5

-27.13 -125.79 -2.7

61.2

-25.96 -125.79 27.13

91.25

-45.22 -209.65 -4.5

102

-209.65 -44.99 102

-49.77 -48 16.86 15.47 15.22 14.5 14.5 15.52 15.47 16.86 1.414

-43.26 -209.65 45.22 13.86 1.81 13.02 -7.03 14.15 1.29 15.4 -25.22

152.08 76.62 -33.21 61.12 -23.58 61.12 -33.21 76.02 -80.29

-43.26 -209.65 25.22 -15.4 -1.29 -14.15 7.03 -13.02 -1.81 -13.86

-80.29 76.02 -33.31 61.12 -23.58 61.12 -33.21 76.02 5.101

-328.13 -21.088 -20.869 -21.098 -1.148 0.501 0.05 -0.05 -0.501

-3.24 0.956 21.088 8.76 -0.498 -0.498 0

-21.088 33.965 -3.24 0.956

-18.137 -2.757 43.877 8.013 0 -8.013 38.707

33.965 -20.869 -18.137 -21.098

-2.757 -204.598 21.088 -38.707 8.014 0 -8.013

0.501 0.05 -0.05 -0.051

0 -0.498 -0.498 8.76

3 4

2

1.2恒载+ 1.4活载

3 4 1

1.2恒载+ 1.4风载 （左）

2 3 4 1

1.2恒载+ 1.4风载 （右）

2 3 4 1

1.2恒+1.4 活+0.98吊 +0.84左风

2 3 4 1

1.2恒+1.4 活+0.98吊 0.84右风

2 3 4 1

最大M及 相应的N ,V

2 3 4 1

最大N及 相应的M ,V

2 3 4

-105.51 91.716 -444.458 -95.386 -95.386

9.54

-9.54

216.24

216.24 -105.51 -91.716 -444.458

-105.51 -28.008 -444.458 -101.76 95.864 322.412 -10.956 -14.174 -10.672

2.752 9.592 1.434

-2.906 -12.228 -13.152 -43.68 -44.52 -10.742 -0.706

26.946

26.806 -14.524 -12.924 -65.38 -65.38

-14.26

22.714

76.488

-15.532 12.746

-14.26 -22.714 76.488 -15.532 -12.746 -65.38 -14.104 12.924 -10.742

0.706

-65.38 -10.672 -1.434 26.946 -14.174 -9.592 -44.52 -10.956 -2.752

26.946 -44.52 -2.906

-12.228 13.152

-408.674 -86.7326 222.0345 -89.4709 -104.888 -338.959 -112.918 75.11676 -339.462 -102.794 -11.6828 170.5693 -103.074 8.90524 170.4853 -113.45 -80.3304 -403.672 -94.946 -19.2278 -403.672 -290.136 119.2098 383.5371 -410.656 -102.012 269.6709 -91.4533 -104.644 -351.979 -112.876 77.11596 -351.978 -102.752 -12.1196 170.5693 -103.116 8.46844 170.5693 -113.24 -78.3312 -391.156 -92.9636 -18.9842 -391.156 -288.154 103.9302 335.9007 -101.76 -95.864 322.412 -105.51 -95.864 -444.458 -105.51 91.716 -444.458 -95.386 -95.386

9.54

-9.54

216.24

216.24 -105.51 -91.716 -444.458

335.9

-105.51 95.864 -444.458 288.154 103.95

-410.66 -102.04 269.67 -105.51 -95.864 -444.458 -112.92

75.12

-339.46 -102.79 -11.683 170.57 170.57 -113.24 -78.33 391.156

383.54

-103.116 8.468 105.51

95.864 -444.458 -290.136 119.21

最小N及 相应的M ,V

第二章 截面验算

1．柱的计算长度：H0H μ的系数如下

-14.174 -10.672

9.592 1.434

-44.52 -10.672 -1.434 26.946 -14.147 -9.592 -44.52 -10.956 -2.752

40.428 -44.52 -2.906

2 3 4

-12.228 13.152

K1

I1I

K22

H l

I1：柱的截面惯性矩 H：柱的高度

I2：横梁的截面惯性矩 l：横梁的长度 柱：

K2

= 0.178 K1

查表：μ=1.555

考虑到实际不完全刚接μ=1.11.555=1.71 则H0=μH=1.718=13.68m 2．斜梁：取实际长度H0=H=32.16m

3.对于平面外，因檩距与墙梁的间距为1.5m，偶撑间距取3m， 所以柱与斜梁的平面外计算长度取3m

第一节 柱的验算

1.柱为非变截面柱 截面尺寸900x300x16x28

截面特性： A=309.8cm2 Ix=411000cm4 Iy=12600cm4 Wx=9140cm3 Wy=292.02cm3 ix=36.4cm iy=6.39cm 2.宽厚比验算：

翼缘部分：b/t=150/28=5.36

235

=15 fy

腹板：

hw235(900228)/1652.75250=250 tfy

3．强度验算：

对于2-2截面，当取Mmax

M=-444.458 kN.m N=-105.51 kN V=95.864Kn 柱腹板的有效宽度计算：

1NAMe=105510/30980+444458000600/4110000000

=68.28 N/mm2

2NAMe=-61.48 N/mm2

腹板边缘正应力比值：



2

61.48/68.280.9 1

腹板在正应力作用下的凸曲系数：

k

16

[(1)20.112(12)]0.5(1) =57.8

与板件受弯、受压有关的参数，



hw/tw

28.k

235/fy

=

52.75

28.57.8235/235

=0.25

腹板全部有效。

因不设置加劲肋时，k5.34

fvlfv

=125 N/mm2

柱腹板抗剪承载力设计值为：

'

Vdhwtwfv=844×16×125=1688 kN

V=95.8641kN

MeNMeNWeAe=（215－105510/30980）×9140000= 1934 kN.m

M=444.458 kN.m

对于1-1截面，当取Nmax

M=269.67 kN.m N=-410.66 kN V=-102.04KN 柱腹板的有效宽度计算：

N

1NAMe=410660/30980+269670000600/4110000000

=52.6N/mm2

2NAMe=-21.11 N/mm2

腹板边缘正应力比值：



2

21.11/52.60.5 1

腹板在正应力作用下的凸曲系数：

k

16

[(1)20.112(12)]0.5(1)

=14.84

与板件受弯、受压有关的参数，



hw/tw

28.k

235/fy

=

52.75

28..874235/235

= 0.487

1 腹板全部有效。 因不设置加劲肋时，k5.34

故fvlfv =125 N/mm2 柱腹板抗剪承载力设计值为： Vd

hwtwfv'=844×16×125=1688 kN

V=102.04kN

MeNMeNWeAe=（215－410660/30980）×9140000= 1844kN.m

M=269.67 kN.m

其它截面的内力均比上述两种情况要小，故不必验算，强度均满足要求。 4．平面内稳定性验算：

M=444.458KN*M N=410.66KN

xl0x/ix=13680/364=37

NE2EAe0/1.12 =（3.14×3.14×206000×30980）/（1.1×372）=41784KN

N

等效弯矩系数

N0

bAe0

mM1

N

(10b)We1

NE

=410660/（0.91×30980）+444458000/〈（1-410660

×0.91/41784000）×9140000〉 =63.63N/mm2〈f=215 N/mm2 5．平面外稳定性验算：

刚架平面的计算长度可取柱隅之间的间距，即3m

yl0y/iy=3000/63.9=47.0 查表 b=0.856

s10.0230/Af=1 w10.00385l/iyo=1

br

4320

y02

Ah00Wx0

sw

y0t04.4h

0

2



2

235f y

4320309808444729140000

=5.94>0.6

1

14728235 4.4844235

2

2

因为b>0.6，对其进行修正：

/

 b1.07

br

=1.07

5.94

=1.02

t=1-N/NE+0.75(N/NE)2=1-41660/41784000=1

N0M

t1=410660/（0.856×30980）+269670000/（1.02×9140000）

yAe0bWe1

=44.4 N/mm2 〈f =215 N/mm2

6．腹板与翼缘焊缝的连接计算： hf

VS11.4IXff

w

102.04103150284640.22mm 4

1.441100010160

取hf10mm1.5max1.5288mmv 满足要求。 边柱验算完毕，强度和稳定性均满足要求。

第二节 梁的验算

1.梁的截面尺寸800x300x14x26

A=267.4cm2 Ix=292000cm4 Iy=11700cm4 Wx=7290cm3 Wy=782cm3 ix=33.0cm iy=6.62cm 2.宽厚比验算：

翼缘部分：b/t=150/26=5.77

235

fy

腹板：

hw235748/1453.4250=250 tfy

3．强度验算：

对于1-1截面，当取Mmax

M=-444.458kN.m N=-105.51 kN V=91.716Kn

柱腹板的有效宽度计算：

1NAMe=105510/26740+444458000300/2920000000

=49.9N/mm2

2NAMe=-42.03 N/mm

腹板边缘正应力比值：

2



2

42.03/49.90.84 1

腹板在正应力作用下的凸曲系数： k

16

=40.0

[(1)20.112(12)]0.5(1)

与板件受弯、受压有关的参数，



hw/tw

28.k

235/fy

=

53.4

28.22.28235/235

=0.3

1 腹板全部有效。

因不设置加劲肋时，k5.34

w

hwtw

37k

235fy



53.437.341

0.62

故fvlfv =125 N/mm2 柱腹板抗剪承载力设计值为：

'

Vhtf dwwv=748×14×125=1309 kN

V=91.716kN

MeNMeNWeAe=（215－105510/26740）×7290000= 1538 kN.m M=444.458 kN.m

梁其它截面的内力均比上述情况要小，故不必验算，强度均满足要求。 4．平面内稳定性验算：

M=444.458KN*M N=105.51KN

xl0x/ix=32160/330=97.45

NE2EAe0/1.12

=（3.14×3.14×206000×26740）/（1.1×97.452）=5199KN 等效弯矩系数

N0

bAe0

mM1

N

(10b)We1

NE

=105510/（0.572×26740）+444458000/〈（1-105.51

×0.579/5199）×7290000〉 =68.58 N/mm2 〈f =215 N/mm2 满足要求 5．平面外的整体稳定性验算：

斜梁不需计算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁受压翼缘 宽度的倍，因偶撑的间距为3M，满足上述要求，故不需计算整体稳定性。 6．腹板与翼缘焊缝的连接计算： hf

VS11.4IXff

w

91.716103150264130.22mm 4

1.429200010160

取hf8mm1.5tmax1.55.6mm 满足要求。 至此，斜梁验算完毕，强度和稳定性均满足要求。

第三章 节点设计 第一节 梁柱节点设计

1> 梁柱连接节点螺栓强度验算：

梁柱节点采用10.9级M24高强螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂

处理，摩擦面抗滑移系数，0.45，每个螺栓的预拉力为225KN，连接处传递内力值为：

M=444.458KN*M N=105.51KN V=95.864KN

1-1剖面图 第一排螺栓拉力：

Nt1

NMy1

/［4×（0.47520.2992）］2=-105.51/8+444.458×0.475 nyi

NMy2

/［4×（0.47520.2992）］ 2=-105.51/8+444.458×0.299 nyi

=154.35 KN

Nt2

=92.27 KN

螺栓群的抗剪承载力：



bNV0.9nf(nP1.25Nti)

=0.9×1×0.45×［8×225-1.25×（154.35+92.27）×4］ =604.15KN>V=95.864KN 满足要求。

最外排螺栓的抗剪承载力：

bNV0.9nf(P1.25Nt1)

=0.9×1×0.45×（225-1.25×154.35）=12.99KN

2>端板厚度验算：

t

6efNt

bf

=

675154.35103

300215

=32.8mm

需要的厚度过大，现采用在伸臂中间增加-6mm厚肋板，并按两边支撑类短板计

算：

t=

12efewNt

[ewb4ef(efew)]f



127561154350

=25.8mm26mm

61300475(7561)215

3>梁柱节点域的剪应力验算： 

M

=444458000/（800×748×14）

dbdctc

=53.5N/mm2

4>螺栓处腹板的强度验算：

刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用角焊缝。

采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值Nt2，经计算得到： Nt2=92.27 kN

Nt292270

==108 N/mm2

第二节 梁梁节点设计

1>梁梁连接节点螺栓强度验算：

梁柱节点采用10.9级M20高强螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数，0.45，每个螺栓的预拉力为155KN，连接处传递内力值为： M=216.24KN*M N=95.386KN V=9.54KN

第一排螺栓拉力：

Nt1

NMy1

/［4×（0.47520.2992）］2=-95.386/8+216.24×0.475 nyi

NMy2

/［4×（0.47520.2992）］ 2=-95.386/8+216.24×0.299 nyi

=69.6kn

Nt2

=39.4kn

bNV0.9nf(nP1.25Nti)

=0.9×1×0.45×［8×155-1.25×（69.6+39.4）×4］ =218.5KN>V=9.54KN 满足要求。

2>端板厚度验算： 伸臂类端板：

t取t=22mm

3>螺栓处腹板的强度验算：

刚架构件的翼缘与端板的连接采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接采用角焊缝。

采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值Nt2，经计算得到： Nt2=39.4Kn

6efNt

bf

67569.6103

= =22mm

200215

Nt20.4P

== 62000/(61×14)=72.6 N/mm2

第四章 吊车梁设计 第一节 吊车基本资料

取得吊车的基本资料为：起重量10t；软钩；跨度16.5m；

（a） （b）

吊车基本尺寸示意图

吊车基本尺寸：B=6400mm，W=5250mm；轨道以上高度H=2190mm，B1=230mm；轨道型号：42kg/m；小车重量：3.8t，总重：31.5t；轮压：Pmax=140KN，Pmin=6.6KN

第二节 吊车荷载的标准值

吊车竖向荷载的标准值为吊车的轮压：Pmax=140KN，Pmin=6.6KN 吊车每个车轮的横向水平制动力的标准值：

TKQg

1

=0.12×（140+6.6）/4=4.4 kN 4

吊车纵向水平荷载的标准值：HZ0.1pmax=0.1×2×140=28 KN

计算吊车梁，由于竖向荷载产生的弯矩和剪力时，应考虑轨道，吊车制动结构以及梁自重等，故将求得的弯矩和剪力之值乘以W（增大系数） 当梁跨度为6m时，吊车梁W＝1.03

第三节 荷载的取值依据

计算吊车梁的强度，稳定及连接强度时，应采用设计值（荷载标准值×1.4），吊车竖向荷载×动力系数，（A5软钩吊车，动力系数1.05）；计算疲劳和正常使用状态的变形时，操作采用标准值。

第四节 内力计算

吊车梁内力计算（采用简支吊车梁）

1）两个轮子作用于梁上，最大弯据点的位置为：

计算简图

a1=w=5250mm a2=a1/4=1312.5mm

吊车竖向荷载的设计值（最大）:

P1.4Pkmax

上式中，Pkmax为最大轮压标准值。为动力系数，对悬挂吊车（包括电动葫芦）以及轻、中级工作制的软钩吊车，取1.05；对中级工作制的软钩吊车、硬钩吊车以及其它特种吊车，取1.1。为附加荷载增大系数。 P1.4Pkmax=1.4×1.05×1.03×140=212 kN 吊车横向水平荷载的设计值：

HQTK=1.4×4.4=6.16kN

Mmax=1.03×2×178.66×(3-1.3125) 2/6=207.3KN*M 在Mmax处相应的剪力为：

VWP(l/2a2)/l=1.03×2×212×（3-1.3125）/6=122.83KN

2）最大剪力在梁端支座处：

Vmax=1.03×(212×1.95/6+205.825)=283KN 3) 吊车横向水平荷载作用下，在水平向的MHmax

MHmax=H×Mmax/P=6.16×283/(212×1.03)=7.98KN*M

第五节 截面选择

1）腹板高度的确定 I.吊车梁所需截面模量

wnxMXmax/f 其中为吊车横向水平荷载作用系数，取0.8

将 Mmax＝207.3 kN*M代入上式

wnx207300000/(0.8×215)=1205233 mm

3

由一台吊车竖向荷载标准植产生的弯曲应力： K

MxK

=207.3×106/（1.4×1.05×11205233）=117 N/mm2

由刚度条件确定梁截面最小高度 hmin

5EVKl

=117×6000/（5×2.06×105）=682mm

0.4

ii.梁的经济高度hec2w0.4nx=21205233

=542 mm

所以取腹板高度 hw700 mm （取50mm的倍数） 2）腹板厚度的确定 按经验公式tw 按剪力确定tw

hw

.5

=7.6 mm

=1.2×283000/（700×125）=3.88mm

1.2Vmax

wfv

又tw8 mm 取tw8 mm

hw

tw80fy

=700/8=87.5170fy

应设置横向加劲肋。

3）吊车梁翼缘的确定

因吊车钢轨用压板与上翼缘用螺栓连接，故两侧留有螺栓孔

A1

w1

hwtw=1205233/700—8×700/6=788.4 mm hw6

取 b=300mm t=12mm

b/t=(300-8)/2×12=12.1715fy

吊车梁上，下翼缘均采用—300×12 腹板—700×8 螺栓选用M22 d=24mm

第六节 截面特性

1）毛截面特性：

A30×1.2×2+70×0.8=128cm y0=70/2+1.2=36.2cm Ix

2

70=30×72.4/12—（30—0.8）×

3

3

/12=114125cm

3

4

S=30×1.2×（36.2-0.6）+0.8×35×35/2=1772cm Wx=114125/36.2=3153cm3

2）净截面特性：

An=128-2×2.4×1.2=122cm

yn0=［（30-2×2.4）×1.2×（72.4-0.6）+0.8×70×36.2+30×1.2×0.6］

/122=34.6 cm

Inx=（30-2×2.4）×1.23/12+（30-2×2.4）×1.2×（72.4-34.6-0.6）+ 30×1.23/12+30×1.2×（34.6-0.6）+0.8×70/12+70×0.8（36.2-34.4）

2

2

3

2

2

4

=106481cm

3）上翼缘对y轴的特性： A上301.2=36cm2

An上(30-2.42)1.2=30.24cm2 Iy=1.2×303/12=2700cm

4

Iny=2700-2×2.4×1.2×9=2233cm wny=wy=

InyIy

2

4

/15=2233/15=149cm

3

3

/15=2700/15=180cm

第七节 吊车梁的强度验算

（1）上翼缘的正应力计算

Mmax2073KN.m MTMy7.98KNm

上Wnx2817000mm3 Wny149000mm3

上

Mmax/WnxMy/Wny127.15N/mm2＜　f215N/mm2

满足要求。

（2）下翼缘的正应力计算

下Mmax/Wnx207300000/231900089.4N/mm2＜f215N/mm2

满足要求

（3）吊车梁支座处截面的剪应力设计值V1（ 突缘支座）

2831031772103

NVmaxS/Itw54.9N2fV1252 4

mmmm114125108

满足要求。

(4)局部承压强度验算：

腹板的局部压应力，钢轨规格为43kg/m h=140mm lz=a+5hy+2hR=50+5×12+2×140=390 mm 由公式 cP/(twlz)f 集中荷载增大系数 1.0

P=212KN

CP/(twlz)1.0212103/(3908)

67.95N/mm＜f215N/mm

2

2

满足要求。

第八节 稳定验算

1）梁的整体稳定性：

l1/b6000/300=20利用公式进行验算

MxMy

fbwxwy

其中

4320A0h0235bb2bfy0cWx0y

1

l1t

b1h

=6000×12/（300×724）=0.331

βb=0.73+0.18×0.331=0.790

1.2303

I1I22700cm4

12

对双轴对称工字钢 ηb=0

b

I1

0.50.8 故不对βb进行修正。

I1I2

6.5cm

iy

y

600



92.386.5

4320A0h0235bb2bfy0cWx0y

235432012872.4 0.7900 2

92.383153235

=1.303>0.6

0.2820.282

b/1.071.070.854

1.303b对其修正

MxMy



bwxwy

207.31067.9810622

121.3N/mm215N/mm33

0.85431531018010

2）腹板的局部稳定性：

对轻，中级工作制吊车梁在计算腹板的局部稳定性时，对吊车轮压设计植进行折减系数为 0.9

h0

=70/0.8=87.5

取加劲肋的间距为a=1000mm

0.5h0350a2h01400mm

bs

h0

4063.3mm30

(取bs=100mm)

ts

bs906mm1515

(取ts=6mm)

Mhc207.310635063.6N 4

mm2I11412510V122.83103

21.9N

mm2hwtw70080.9P0.9212103

c61.2N2 mmtwlz8390

i > 计算σcr

b

cf2hctw153



1235

0.5720.85

0.8153

则σcr=f=215ii>计算τcr

mm2

a10001.429

1.0h700 0

s

ch

0.790.8

则

crfv125N

2

iii>计算σc,cr

0.5

a10001.4291.5h0700

因

0.9110.9

c

ch所以：

c,crf10.79c0.9

N21510.790.9110.9213

mm2

2

按下列公式计算跨中区格的局部稳定

c63.621.961.2



215125213c,crcrcr0.4061.0

2

2

2

满足要求

3）验算端部：假定=0

vmax283103

Ncr50.5N 2 c61.2mmmm2h0tw7008c50.561.2

00.4511.0 

213125crcrc,cr

2

2

2

满足要求。

第九节 挠度计算

Ml2207.310660002

v2.16mm54

10EIX101.051.42.061011412510v2.1611vl[1**********]0

满足要求。

第十节 支座加劲肋计算

选用—2086 设计为突缘支座 计算支座加劲的端面承压应力为：

Rmax283103

N226.8N ce 2fce325mmmm2Ace2086

稳定计算：

A(6120)8210062208mm2

6(21008)312083

Iz4.50

106mm4

1212 iz

45.14mm



h0

700/45.1415.51iz

查表=0.982

计算支座加劲在腹板平面外的稳定性：

Rmax283103

N130.52N 2f2152 mmmmA0.9822208

满足要求。

第十一节 焊缝计算

1）梁腹板与上翼缘板的连接焊缝：

1

hf

20.7ftW

VmaxS1I

x

P

lZ

2

2

1

=1.4mm 取20.71608mm

满足

hf5.2mm

2）梁腹板与下翼缘板的连接焊缝：

hf

VmaxS1

20.7ftWIx

283103251.2(350.6)103

1.42mm 7

20.716091.60310

取8mm

3）支座加劲肋与梁腹板的连接焊缝： 突缘支座 设 hf=6mm

1.2Rmax1.2283103

hf W

0.74160(67.620.6)100.7nlWft

=1.14 mm

故hf=6mm满足要求。

第五章 牛腿及其和柱的连接验算

-10x522x100

P

柱900x300x16x28

-20x1100x300

牛腿连接节点示意图

牛腿所承受的组合内力值：

牛腿承受一个吊车梁传来的偏心竖向力，包括吊车竖向荷载以及吊车梁 的自重，力的大小为：

V1.2P01.4Dmax

P0643010361.281027.85108.6kNV1.2P01.4Dmax1.28.6283/1.03285.08kN对于板端部 MVe285.080.6171.05kNhw600mmtw10mm

A600106000mm2剪力由腹板承担 =

V285.08 = =47.51N/mm2

hwtw60010

30643(301.0)603

IX133360cm4

1212M171.05106

yc22028.2N/mm2

4

IX13336010M171.05106

y20025.65N/mm2

IX13336010

86.19N/mm2

满足要求。集中力作用下为避免腹板局部失稳，设置加劲肋，见图示意。 牛腿与柱焊接，焊缝均采用焊透的对接焊缝，质量等级二级，焊缝与被焊构件强

度相等，不予验算。