(完整版)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
目录
一、设计参数 ............................................................................. 1. .
二、计算荷载 (1)
2.1屋面活荷载 ............................................................................. 1. .
2.2雪荷载 (2)
2.3风荷载 (2)
三、荷载组合 (3)
四、模型计算结果 (4)
4.1 几何模型 (4)
4.2 计算结果 (5)
五、结论 (14)
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© 219 x 8mn钢管；棚顶每10m安装一道1.2mm厚820型采光带，侧墙全圭寸闭，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。

钢筋棚基础米用灌注桩处理，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：
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
：8.2§ -0.5 -0.21 -0.18
-0.5 +0.28 -0.18
322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60m 2的钢构架，屋面竖向均布活荷载的标准 值可取不小于0.3kN/m 2。

本结构受荷水平投影面积为 1280m l ，取屋面活荷载为 0.3kN/m 2。

2.2雪荷载
7-ia 屋面水平投影面上的看荷绘标准值应按下式计算：
L 1）
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/m 2。

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/m 2。

2.3风荷载
8-L1垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下列规定 确定：
1计算主要受力结构时，应按下式计第：
纨=0护 1. M ）
《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/m 2。

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
-0.8
图1风荷载体型系数图2风荷载分布(kN/m 2) 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
玉九2对于就载能力极限状态,应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合
的嫂应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计，
応W E (3. 2. 2)
式中*氏——结构鬣要性系数，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用F £ ——荷载组合的效应设计值宇
Rd -结构构件抗力的设计值，应按各有关瑋筑结构设计规范的规定确定.
取丫0=0.9 o
1 2 3荷载基本组合的效应设计值齢.应从下列荷载组含值中取用最不利的效应
设计值确定：
1由可变荷載控制的效应设计值.应按下式进行计彈：
呼+ %九甩h + £蚣比”小站
Jwl y
(比2*3-1)
3. 2.7对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组
合、频遇组合或准永久组合，并应按下列设计表达式逬行设计：
S d W C (3, Z. 7)
式中：C—结构或结构构件达到正常使用要戒的规宦限值.例如变形.裂ST撮
幅、加連度*应力零的限值.应按各有关建筑结构设计规范的規定
采用。

玉2.8荷载标椎组合的效应设计值S d应按下式进行计算:
(3. 2*8)
《门式刚架轻型房屋结构技术规程》(CESC-1022002 3 25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/m 2。

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丫
L =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 (1.2S Gk 1.4 0.91 S Q i k 1.2S Gk 1.274S Q Q
工况二：0.9 (1.2S Gk 1.4 0.91 0.6 S Q 2R 1.2S GK 0.764S Q 2k ) 正常使用极限状态:
工况四：S Gk S Q 2k
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
工况三：S Gk
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。

4 1- I在主平面内受弯的实腹构件（萼堪腹板屈曲垢强度若参见
本规癮第4人!条几其抗弯强度应按下列规定计算占
由《门式刚架轻型房屋结构技术规程》（CESC-1022002表342-2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
r-n*»3W>«L
* K - I UK
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：
（T =26.28MPa <[ c ] = 215MP强度验算满足要求。

f = 0.30mm < [f] = 40.00m m,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：(T =125.42MPa <[ c ] = 215MP强度验算满足要求。

f =22.48mm < [f] =88.88m m,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。

(T =30.89MPa <[ c ] = 215MP强度验算满足要求。

f =8.36mm < [f] =40.00m m,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：
»H nas.- cur 图10工况二侧棚板最大应力
-:
=
:林；-；
• ：：：•
■:E ?
J-L r
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。

(T =35.63MPa <[ c ] = 215MP强度验算满足要
求。

f =0.68mm < [f] =40.00m m,刚度验算满足要求。

426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:
n _丄
JiM
*-T» ■■■•
■ ■ CWJJH
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20.99 mm。

c = 49.09MPa <[ c ] = 215MPa强度验算满足要求。

f =20.99 mm < [f] =40.00mm,刚度验算满足要求。

4.2.7立柱验算
立柱采用© 219X 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。

5,2. I吟岂件用在主平血内的拉弯构件和压弯掏件.其强度应按下列规定计筒：
/V M. 4厂八为
兀上丽匚土阿户/ 5仝门
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 。

(n =12.96MPa <[(T ] = 215MPa 强度验算满足要求。

f i =3.43mm< [f] = h/60=200.00m m ,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。

5
30 1 -―).22 D.19
1 L16
1
0,12
J ),10
—
-
3.05 —■
0.03 ■
h .
b.oi JL00
5.2,2弯矩作用在对称轴半面内(绕工轴〕的实腹式压弯构件" 熬稳
定性应按下列规定计算：
1弯护作用平面内的稳定性：
-豊-1--- 久M―切 (5. 2.2 1)
对于立柱，取Y=1.15, &<=1.0,有效柱长取12 X 0.7=8.4m；??= 74.73+ 算的入=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19立柱弯矩图图18立柱轴力图8 I
由Midas 计算得N=56.35kN , ??= 3.08kN • m 查得 &=0.527，计算得
N EX =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:。