拌和站料仓棚结构内力计算书.docx

拌和站料仓棚结构内力计算书
一、设计资料
某港口铁路支线三号拌和站料仓棚，该料仓棚为单层，采用单跨弧形双坡门式刚架，刚架跨度18m，柱高6m；共有15榀刚架，柱距6m。料仓棚刚架平面布置见图1(a)，刚架形式及几何尺寸见图1(b)。屋面面板均为彩色压型钢板；考虑经济、制造和安装方便，檩条和梁均采用冷弯薄壁圆型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。

图1（a）料仓棚刚架平面布置图

图1（b）刚架形式及几何尺寸见图

二、荷载计算
（一）荷载取值计算
1．屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）
YX51-380-760型彩色压型钢板 0.15 KN/m2

檩条及支撑 0.10 KN/m2
刚架斜梁自重 0.15 KN/m2

合计 0.4KN/m2
2．屋面可变荷载标准值
屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50 KN/m2。
3．柱自重标准值0.50 KN/m2
4．风荷载标准值
基本风压ω0=1.05×0.45 KN/m2，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。风荷载体型系数μs：迎风面柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为＋0.55和－0.65(CECS102：2002中间区)。
（二）各部分作用的荷载标准值计算
屋面：
恒荷载标准值：0.4×6=2.4KN/m
活荷载标准值：0.50×6=3.00KN/m
柱荷载：
恒荷载标准值：0.5×6×6+2.4×9=39.6KN
活荷载标准值：3.00×9=27.00KN
风荷载标准值：
迎风面：柱上qw1=0.47×6×0.25=0.71KN/m
横梁上qw2=－0.47×6×1.0=－2.82KN/m
背风面：柱上qw3=－0.47×6×0.55=－1.55KN/m
横梁上qw4=－0.47×6×0.65=－1.83KN/m
三、内力分析
考虑本工程刚架跨度较小、料仓高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面；柱脚按铰接支承设计；采用弹性分析方法确定刚架内力。
1．在恒荷载作用下
λ=l/h=18/6=3
ψ=f/h=0.9/6=0.15

k=h/s=6/9.0449=0.6634
μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.6634+0.15×(3+0.15)=4.1359
Φ=(8+5ψ)/4μ=(8+5×0.15)/4×4.1359=0.5289
HA=HE=qlλΦ/8=2.4×18×3×0.5289/8=8.57KN
MC=ql2[1－(1+ψ)Φ]/8=2.4×18×18×[1－(1+0.15)×0.5289]/8=38.08KN·m
MB=MD=－ql2Φ/8=－2.4×18×18×0.5289/8=－51.41KN·m
刚架在恒荷载作用下的内力如下图：
内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。

2．在活荷载作用下
VA=VE=27.00KN
HA=HE=3.00×18×3×0.5289/8=10.71KN
MC=3.00×18×18×[1－(1+0.15)×0.5289]/8=47.60KN·m
MB=MD=－3.00×18×18×0.5289/8=－64.26KN·m

刚架在活荷载作用下的内力如下图：

3．在风荷载作用下
对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx和竖向的分力qy。现分别计算，然后再叠加。
(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y作用下
Φ=(8+5ψ)/16μ=(8+5×0.15)/16×4.1359=0.1322
VE=qa2/2l=2.82×92/2×18=6.35KN
VA=2.82×9－6.35=19.03KN
HA=HE=qlλΦ/4=2.82×18×3×0.1322/4=5.03KN
MB=MD=5.03×6=30.18KN·m
MC=ql2[α2－(1+ψ) Φ]/4=2.82×182×[0.52－(1+0.15)×0.1322]/4=22.38KN·m
刚架在qw2y作用下的内力如下图：

(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下
VE= qa2/2l=1.83×92/2×18=4.12KN
VA=1.83×9－4.12=12.35KN
HA=HE=qlλΦ/4=1.83×18×3×0.1322/4=3.27KN
MB=MD=3.27×6=19.62KN·m
MC=ql2[α2－(1+ψ) Φ]/4=1.83×182×[0.52－(1+0.15)×0.1322]/4=14.52KN·m
刚架在qw4y作用下的内力如下图：

(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下
α=1
Φ=[6(2+ψ+k)-ka2]/4μ=[6×(2+0.15+0.6634)-0.6634×12]/4×4.1359=0.9803
VA=－VB=－qh2/2L=－0.71×62/(2×18)=－0.71KN
HA=-qha(2-aΦ/2)/2=-0.71×6×1×(2-0.9803/2)/2=-3.22KN
HE=0.71×6－3.22=1.04KN
MB=-qa2h2 (2-Φ)/4=0.71×12×62×(2-0.9803)/4=-6.54KN·m
MC=-qa2h2 [1-(1+ψ)Φ]/4=－0.71×12×62×[1-(1+0.15)×0.9803]/4=-0.81 KN·m
MD=1.04×6=6.24KN·m
刚架在qw1作用下的内力如下图：

(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下
VA=－VB=－qh12/2L=－1.55×62/(2×18)=－1.55KN
He=-qha(2-aΦ/2)/2=-1.55×6×1×(2-0.9803/2)/2=-7.02KN
HA=1.55×6－7.02=2.28KN
MB=2.28×6=13.68KN·m
MC=-qa2h2 [1-(1+ψ)Φ]/4=－1.55×12×62×[1-(1+0.15)×0.9803]/4=-1.78KN·m
MD=7.02×6－1.55×62/2=14.22KN·m
刚架在qw3作用下的内力如下图：

(5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下
α=1,β=0
Φ=0.15×(4+3×1×0.15)/8×4.1359=0.0202
VA=－VE=2.82×0.9×(0.9+2×6)/2×18=0.91KN
HA=2.82×0.9×(1+0.0202)/2=1.29KN
Φ=0.15×(4+3×1×0.15)/8×4.1359=0.0202
VA=－VE=2.82×0.9×(0.9+2×6)/2×18=0.91KN
HE=2.82×0.9－1.29=1.25KN
MB=1.29×6=7.74KN·m
MC=2.82×0.9×6×(0.15×0.5-1.15×0.0202)/2=0.39 KN·m
MD=1.25×6=7.50KN·m

刚架在qw2x作用下的内力如下图：

(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力qw4x作用下
VA=－VE=-1.83×0.9×(0.9+2×6)/2×18=-0.59KN
HA=1.83×0.9(1+0.0202)/2=0.84KN
HE=1.83×0.9－0.84=0.81KN
MB=0.81×6=4.86KN·m
MC=1.83×0.9×6×(0.15×0.5-1.15×0.0202)/2=0.26 KN·m
MD=0.84×6=5.04KN·m
刚架在qw4x作用下的内力如下图：

(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力如下图：

四、内力组合
刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)的规定，采用荷载效应的基本组合：γ0S≤R。本工程结构构件安全等级为二级，γ0=1.0。
对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定：
A．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
B．1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应
C．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应+0.6×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应
D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：
梁端截面：(1)Mmax及相应的N、V； (2)Mmin及相应的N、V
梁跨中截面：(1)Mmax及相应的N、V； (2)Mmin及相应的N、V
对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：
(1)Mmax及相应的N、V； (2)Mmin及相应的N、V
(3)Nmax及相应的±Mmax、V； (4)Nmin及相应的±Mmax、V

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