钢筋棚设计计算书

蕲太高速1#综合场料仓棚武汉理工大学交通学院2018年9月设计计算说明书蕲太高速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................................................................................................................................12.1屋面活荷载......................................................................................................12.2雪荷载...................................................................................................................................22.3风荷载...................................................................................................................................2三、荷载组合................................................................................................................................3四、模型计算结果.......................................................................................................................44.1几何模型.............................................................................................................................44.2计算结果..............................................................................................................................5五、结论.....................................................................................................................................14蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书1一、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Q235fy=215MPa80*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）蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书23.2.2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《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。+0.8-0.6-0.5-0.8+0.28-0.21-0.18-0.16-0.28-0.5-0.18蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书3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。蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书4《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（kGkkGk111.2741.2S91.04.11.2SQQSS)工况二：0.9（kGkkGk220.7641.2S0.691.04.11.2SQQSS)正常使用极限状态：工况三：kGk1SQS工况四：kGk2SQS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：蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书5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：蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书6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蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书7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蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书8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蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书9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蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书10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。蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书11图14工况三立柱应力图图15工况四边立柱应力图蕲春至太湖高速公路料仓棚计算说明书12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