门式钢架设计实例带计算书

1、门式刚架厂房设计计算书门式刚架厂房设计计算书一、设计资料该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度 21m,长度90m,柱距9m,檐高 7.5m,屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为较接。材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。屋面和墙面采用75mm厚EPS夹芯板，底面和外面二层采用 0.6mm厚镀锌彩板, 锌板厚度为275/gm2;柳条采用高强镀车¥冷弯薄壁卷边Z形钢柳条，屈服强度fy之450N/mm2,镀锌厚度为160g/mm2。（不考虑墙面自重）自然条件：基本风压： WO =0.5KN /m2 ,基本雪压0.3KN /m2地面粗糙度B类二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度9

2、0m,跨度21m,柱距9m,共有11根刚架，由于纵向温度区 段不大于300m、横向温度区段不大于150m,因此不用设置伸缩缝。楝条间距为1.5m。厂房长度60m,因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在 屋盖相应部位设置楝条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在与屋盖横向水平支撑 相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高 柱距，因此柱间支撑不用分层布置。（布置图详见施工图）三、荷载的计算1、计算模型选取取一幅刚架进行分析，柱脚采用较接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐 高7.5m,考虑到楝条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1:10。因此得到刚架计算模型：2 .荷载取值 屋面自重

3、：屋面板：0.18KN/m2楝条支撑：0.15KN /m2横梁自重：0.15KN /m2总计：0.48KN /m2屋面雪荷载：0.3KN /m2屋面活荷载：0.5KN /m2 (与雪荷载不同时考虑)柱自重：0.35KN /m2风载：基本风压 W0 =0.5kN/m23 .各部分作用荷载：(1)屋面荷载：1标准化 0.48 7 9=4.30KN/Mcos 二柱身包载：0.35 9 =3.15KN/M二 , =kn/m七 kn/m1 1(2)屋面活载1屋面雪何载小于屋面活何载，取活何载 0.50 x -父9 = 4.50KN / Mcos-(3)风荷载l, mkn/m门 I I I 门 I &qu

4、ot; I 口II以风左吹为例计算，风右吹同理计算:根据公式=巴也与计算：丹根据查表hM10m,取1.0,也根据门式刚架的设计规范,(地面粗糙度B类)取下图:-.0LDLT风载体形系数示意图，迎风面侧面皿=1.0M0.25M0.5=0.125kN/m2, q1 =0.125父 9 =1.125kN / m屋顶 k = -1.0 1.0 0.5=-0.50kN/m2, q? =-0.50 9 = -4.5kN/m 背风面 侧面 0k = 1.0 父 0.55父 0.5 = -0.275kN / m2, q3 = -0.275 9 = -2.475kN / m 屋顶 k二-1.0 0.65 0.5

5、 = -0.325kN/m： q4 =-0.325 9 = -2.925kN/m荷载如下图:-kn/mkn/m4.内力计算：(1)截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度h一般取(1/30 ： 1/45)1,故取梁截面高度为600mm暂取H600 300 6 8,截面尺寸见图所示柱的截面采用与梁相同截回截卸名称长度(mm)面积(mm2)Ix(x106mm4WX)(x104mm3Iy)(x106mm4Wy)(x104mm3ixmm )iymm柱H 600x300x6x872009472520173362423461.6梁H 600x300x6x8105529472520173362

6、423461.6EA = 2.06108947210上=1.95106kn,EIx = 2.0610852010610-12=1.07105kn.m2（2）截面内力：根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内 力图如下：计算项目计算简图及内力值（M、N、Q）备注包 载 作 用-12454-L24.7413474(1)恒载下弯矩弯矩图4X1恒载下剪力剪力图“+”-21.75.36恒载下轴力（忽略柱自重）轴力图 （拉为 正，压为 负）活荷载作用活荷载（标准值）弯矩图弯矩图活荷载作用活荷载（标准值）剪力图剪力图“+”活荷载（标准值）轴力图轴力图（拉为正，压为负）风荷载（标准值

7、）弯矩图弯矩图风荷载作用按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合:1.2*恒载效应+1.4*活载效应1.2*恒载效应+1.4*风载效应1.2*恒载效应+1.4*0.85*活载效应+风载效应取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力截回内力恒载左风I 一 IM000N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0524.55M-127.84-129.94147.59n 一 nN-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45m - mM-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.08

8、w-wM92.8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81内力组合值截回内力1.2 恒+1.4活1.2 恒+ 1.4 风1.2恒+1.4 M0.85 M（风+活）I 一 IM000N-120.5811.30-54.85Q-48.4511.19-15.45n 一 nM-335.3353.22-132.40N-120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09m - mM-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93w-wM246.782.79134.16N-57.82-

9、3.36-28.03Q5.790.083.164.截面验算控制内力组合项目有：+Mmax与相应的N, V（以最大正弯矩控制）一Mmax与相应的N, V（以最大负弯矩控制） Nmax与相应的M, V（以最大轴力控制）Nmin与相应的M, V（以最小轴力控制）所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1 截面的控制内力为 M =0, N=-120.58KN, Q=-48.45KN2-2截面的控制内力为3-3截面的控制内力为4-4截面的控制内力为= 135.33KN M, N = 120.58KN, Q = 48.45KNM =135.33KN M , N =-64.30KN, Q = 115.4

10、0KNM =246.78KN M, N=57.82KN, Q=5.79KNA:刚架柱当算：取2-2截面内力平面内长度计算系数：IJ 105均=2+0.45K,其中 K=q=105=1.46,，N0 =2+ 0.45父1.46 = 2.66, IRH7.2H =7.2 2.66 =19.1M 0x平面外计算长度：考虑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，但为了安全起见计算长度按两个墙梁间距考虑, 即乩丫 =7200/2 =3600mm19100234-81.6, -y :360061.6-58.4局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来

11、实现的柱翼缘150 -4 22352351 =12.17 <15 =15j"=15 （潴足要求）6- fy. 235柱腹板5竽=146<250再=250倒=250 （满足要求）(2)柱有效截面特征M = -335.33KN *M , N=-120.58KN, Q = -48.45KN二 max N M 120.58 103 335.33 106 > =土 = 土二min A -WX9472 173 104206.562= 12.73-193.83N/mm2-181.10=206:1.88二 max206.56h 584也=97 二 48: 0 0.5 x -26.2

12、=105.28tw 60 x因97>70,故可以考虑屈曲后强度。由于考虑屈曲后强度:-0 2-181.1=0.88二1206.56hc =206.56 c584 二 311.2mm206.56 181.116 21.28(1)0.112(1 - -) .1-hw / tw584/828.1. k；_. 235/ fy -28.121.28<0.8,则。=1,截面全部有效。(3)抗剪强度验算： 柱截面的最大剪力为/l. whw / tw37 . k . ；235/ fyVmax = 48.45kN584/80.8537 x 5.34 1'-20.8 <K <1.4

13、，则fv =1 0.64(九w -0.8) fv =0.973父125 =121.63N / mmVd = hwtw f； = 584 m 8M 121.63 m 103A Vmax, 满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V <0.5Vd,按公式M <MeN =Me - NWUA进行验算，其中 Me =W4f =173 104 215 10上=371.95kN mMeN =Me-NWe/Ae =371.95-120.58 371.95/9472=371.95-22.59 = 367.2kN m 335.33kN m,满足要求。(4)稳定性验算刚架柱平面内稳定性验算 x =81.6

14、.1 -180，小 , fy/235 =81.6b类截面，由钢结构设计规范附表 C-2查得，中x= 0.681Nex二2EA2 (1.1'x)_2_ _ _5_3.142.06 10 9472一 一2(1.1 81.6 )= 2388kN,Pmx =1.0，则NmxM x120.58 1031.0 335.33 106- mx x-' -QA rx1 _0.8( N / N Ex)Wx 0.681 父 9472 1 05 M 173父 104 X (1 _ 0 8父 120.58)2388= 18.69 + 192.39 =211.08N/mm2 < f满足要求。刚架柱平

15、面外稳定性验算丁 二 y . 77235 =58.4b类截面，由钢结构设计规范查得， y =0.818tx =0.65 0.35也=0.65 0.35 - =0.825M122- 258.42b =1.07-=1.07 =0.99440044000N-txMx120.58 103 ,八0.825 335.33 106贝 1 _tx x = 1.0yAbWpx 0.818 94720.99 173 104= 15.56 161.52 = 177N/mm2 :二 f满足要求。B:刚架梁当算：取3-3截面内力M = 335.33KN M , N=-64.30KN, Q=115.40KN局部稳定验算梁

16、翼缘b=4=12.17<15 彦=15产=15 （满足要求）t 6 fy . 235梁腹板hw 600 -16235235= 146 <250 I=250J=250 （#两足要求）tw4- fy，235(2)梁有效截面特征门式刚架坡度为1/101/5 ,可以不考虑横梁轴梁的影响，按受弯构件验算二 iM335.33 1 062=193.83N/mm二2WX 173 10=二2=一1二 1, 1hc = 584 = 292mm21616(1-)2 0.112(1 - -)20.5 - 1- " .0.112 4= 23.91hw / tw28.1 K：235/ fy584/8

17、：:0.53 <0.8,28.1 .23.91则P =1,截面全部有效。(3)强度验算 抗剪强度验算： 柱截面的最大剪力为 k.5.34Sr_hw / tww 37 彳 235/ fVmax-115.4kN584/8y 37 ,534 1-0.850.8 <儿 <1.4，则fv' =1 0.64(儿-0.8) fv =0.973x125 =121.63N /mm2Vd =hwtwfv'=584父8M 121.63 父10工=568.25kN满足要求。弯矩作用下的验算：Md =M =173 104 215 10*= 371.95kN m 335.33kN m,满

18、足要求。(4)稳定性验算刚架梁平面内稳定验算验算方法与柱平面内的稳定验算相同，由于N梁N柱，叫=M主，因而可以满足要求。刚架梁平面外稳定验算一般刚架平面外稳定靠支撑来保证，考虑檀条处设置隅撑以保证屋脊负弯矩使下翼缘受压时有支撑，在支撑点处设置隅撑以保证横梁全截面受支承，则横梁成为平面外3m支撑的压弯构件，取其中一段计算。由 =3000 =48.7及b类截面查钢结构设计规范得， % = 0.865y 61.6y,2由于有端弯矩与横梁荷载，取f =1.0,则b =1.07 - 一 =1.0244000由于内力沿杆件线性变化，取较大值64.3kNN Mx 64.3 1031.0 335.33 106

19、从而' x=1.0 4-yAbWpx0.865 94721.03 173 104= 7.85 188.19 =196.04N/mm2 :二 f 满足要求。5.位移验算：(1)柱顶水平位移验算：由矩阵位移法结构力学计算程序计算位移，位移验算为正常使用极限状态下的承载力验算，荷载应选用标准值。构件截面参数：EA = 2.06 108 9472 10上=1.95 106kn,EIx =2.06 108 520 106 10,2 =1.07 105kn*m2荷载标准值即风载，位移图如下：二 18.11H - 7200 3971 “I<满足要求200(2)横梁扰度验算:荷载标准值=1.0

20、M恒载+1.0 M活载=4.3+4.5=8.8kN/m ,位移图如下:L 21000330 250四、节点设计：(1)梁柱节点设计:梁柱节点形式见下图:连接处选用如下组合内力值:M = -335.33KN M , N = -64.30KN (使螺栓受压)，Q-115.40KN采用摩擦型高强螺栓，采用 摩擦面采用喷砂的处理方法, 螺栓承受拉力为：10.9级M241栓，预压力 摩擦系数 N=0.45 ,P=225kN,第一排:My N335.33 0.372第二排:N2 =第三排:2222' V n 4 (0.132 +0.2120.372 2)MyN335.33 0.2127V -n -

21、4 (0.132 2 +0.21 2 2 0.37 22)MyN335.33x0.132十 n -4 (0.132 2+0.2122 0.3722)64.30 =155.37-6.43 = 148.94kN 1064.30=88.54-6.43 = 82.11kN1064.30, =55.13-6.43 =48.70kN10,其抗拉承载力为:bb_一 一Nt=0.8P=0.8 x225=180kN、产于由卡1b 2 b2>148.94kN,酒足要求。Nt =nd；工 ftb/4 = n 父21.182 父500/4 =176.2kN螺栓群的抗剪力(M24螺栓)(下面三排不计外加压力，只考

22、虑预压力)V b =" 0.9 sf (P-1.25Nt) = 20.9 0.45 (225-1.25 148.94) 0.9 0.45 (225-1.25 82.11) 0.9 0.45 (225-1.25 48.70) 0.9 0.45 225 6= 810.26kN 115.40kN端板厚确定:第一排螺栓端板厚第二排螺栓端板厚第三排螺栓端板厚6ef Ntbf6 68 148.94 10327.2mm,400 205,6efeNt6-68-97-82.1110:t - -1-wt=16.1mm,ewb 2ef ew) f - 97 400 2 68 (68 97) 2053ewN

23、t一 (0.5a ew)f3 97 48.70 103:22.5mm,(0.5 80 97) 205采用端板厚t =28mm。端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图(2)梁梁节点设计： 梁梁节点形式见下图:连接处选用如下组合内力值:Q =5.79KNM =246.78KN M , N = 57.82KN (使螺栓受压)，采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M2鬻栓，预压力P=225kN,摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数N=0.45 ,螺栓承受拉力为:第一排:第二排:MyN _246.78 0.372“ y2 - n =4 (0.212 2 0.372 2)My2N 246.78 0.212可"7 = 4 (0.212 2 0.372 2)