门式刚架厂房设计计算书复习课程

1、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。冈寸架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。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;檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z形钢檩条，屈服强度fy 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90m，跨度21m，柱距9m，共有11

2、榀刚架，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。檩条间距为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 屋盖相应部位设置檩条、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、计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高7.5m,考虑到檩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：屋面板：0.18KN/m2檩条支撑

3、：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 W00.5kN/m23. 各部分作用荷载：（1）屋面荷载：1标准值： 0.489 4.30KN/Mcoskn/m柱身恒载：0.35 9 3.15KN /Mkn/mnM M H N 1I H I：卩k n/m（2）屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载0.501cos4.50KN/M风载体形系数示意图迎风面侧面k1.00.250.50.125kN/m2, q10.125 91.125kN/

4、m屋顶k1.01.00.520.50kN / m，q20.50 94.5kN /m背风面侧面k1.00.550.50.275kN/m2,q30.27592.475kN/m屋顶k1.00.650.50.325kN/m2,q40.32592.925kN/m(3)风荷载以风左吹为例计算，风右吹同理计算:根据公式k z s 0计算:z根据查表h 10m,取1.0， s根据门式刚架的设计规范, 取下图：(地面粗糙度B类)RSO荷载如下图:kn/m- kn/m一m r m二匸匚!：工-卄一_9-.1 kn,mJ.7ck n/m_P-14-mA.1：严4. 内力计算：(1)截面形式及尺寸初选： 梁柱都采用焊

5、接的H型钢梁的截面高度h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300截面截面名称长度(mm)面积2(mm )Ix(106mm4Wc)(104mm3ly)(106mm4Wy)(104mm3ixmm )iymm柱H 600 300 6 872009472520173362423461.6梁H600 300 6 8105529472520173362423461.6EA 2.06 108 9472 10 61.95 106kn,Elx 2.06 108 520 106 10 121.07 105kn?m2（2）截

6、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）备注恒 载 作 用恒载下剪力'21.75恒载下轴力（忽略柱自重）+”轴力 图（拉 为正， 压为活荷载作用活荷载（标准值）弯矩图活荷载作用风荷载作用活荷载（标准值）剪力图活荷载（标准值）轴力图风荷载（标准值）弯矩图剪力 图“ +”轴力图（拉为正，压为负）风荷载（标准值）剪力图46 91轴力 图（拉 为正， 压为负）-T1CL风荷载（标准值）轴力图（3）内力组合（由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方 向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控

7、制作用 ）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面内力恒载活载左风I-IM000N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0524.55n nM-127.84-129.94147.59N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45m-mM-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.08IV WM92.

8、8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81内力组合值截面内力1.2 恒+1.4 活1.2恒+1.4 风1.2恒 + 1.40.85 （风 +活）I-IM000N-120.5811.30-54.85Q-48.4511.19-15.45n-nM-335.3353.22-132.40N-120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09m-mM-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93V-VM246.782.79134.16N-57.82-3.36-28.03Q5.7

9、90.083.164.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M0, N120.58KN , Q 48.45KN2- 2截面的控制内力为M3- 3截面的控制内力为M4- 4截面的控制内力为M335.33KN ?M , N335.33KN ?M , N246.78KN ?M , N120.58 KN , Q 48.45KN64.30KN, Q 115.4

10、0KN57.82KN , Q 5.79KNA:刚架柱验算：取2-2截面内力平面内长度计算系数：I clR 10.50 2 0.45K ,其中 心土1.46,0 2 0.45 1.46 2.66,IrH 7.2H 7.2 2.66 19.1M0x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 H0y 7200/ 2 3600mm1910023481.6,360061.658.4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实现的柱翼缘柱腹板hw600 164b 150 4 2t61461

11、5 （满足要求）（满足要求）（2）柱有效截面特征maxminN MA WXM 335.33KN ?M , N 120.58KN, Q 48.45KN120.58103335.331069472173 10412.73 193.83206.56 N/mm2181.10max minmax206旦空 1.88206.56ho 584tw6181.1206.560.889748 00.5 x 26.2105.28因97>70,故可以考虑屈曲后强度。由于考虑屈曲后强度:584206.56 181.1311.2mmhw/t37 k ;235 / fy_584/8_37 、阪 10.85k16(12

12、)0.112(1九/ tw)20.5 1584/8p28.11 k . 235 / fy28.1 .21.28则1,截面全部有效。206.5621.280.8,(3 )抗剪强度验算:柱截面的最大剪力为 Vmax 48.45kN121.63N/mm20.8 w 1.4,则fv'1 0.64( w 0.8) fv 0.973 125Vdhwtw fv' 584 8 121.63 10 3Vmax,满足要求。弯剪压共同作用下的验算 因为V 0.5Vd，按公式M M； Me NWe /Ae进行验算，其中 Me Wef 173 104 215 10 6371.95kN mNMe Me N

13、We/Ae 371.95 120.58 371.95/ 9472371.95 22.59367.2kN m 335.33 kN m,满足要求。(4)稳定性验算刚架柱平面内稳定性验算x 81.6180, x, fy/23581.6b类截面，由钢结构设计规范附表 C-2查得，225* 3.14 206 巴 9472 2388kN, (1.1 x)(1.181.6 )120.58103x 0.681Nexmx1.0,则mxM xx1 0.8(N/Nex)W0.68194721.0 335.331061.05 173 104(1 °8 翳)18.69 192.39211.08N/2 mm满足

14、要求。刚架柱平面外稳定性验算yb类截面,f /23558.4由钢结构设计规范查得,y 0.818tx0.65M20.35-0.65 0.35M120.8251.07yA4400txMxbWpx58.42440003120.58 100.818 94721.070.9960.825 335.33 101.0 0.99 173 10B:215.56 161.52 177N/mmf 满足要求。刚架梁验算：取3-3截面内力335.33KN ?M，N64.30KN，Q115.40 KN局部稳定验算梁翼缘梁腹板tw15 (满足要求)(满足要求)心146b 150 4 2 t(2)梁有效截面特征门式刚架坡度

15、为1/10<1/5，可以不考虑横梁轴梁的影响，按受弯构件验算MWX335.33 其193.83N/mm2173 1041hc 584292mm2k1616(12)2 0.112(1)20-5 1,0.112 4hw / tw584/80.53 0.8,p28.11 k , 235/ fy28.123.91则1,截面全部有效。23.91(3 )强度验算抗剪强度验算:柱截面的最大剪力为Vmax 115.4kNk 5.34w0.81.4,则 fv'1w_584/8_37 一阪 10.850.64( w 0.8) fv0.973 125121.63N/mm2'3hwtwfv 58

16、4 8 121.63 10568.25 kNVmax,满足要求。弯矩作用下的验算Md173 104215 10371.95kN m 335.33kN m,满足要求。(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, M梁二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，考虑檩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y = 300048.7及b类截面查钢结构设计规范得， y 0.865y 61.6 y2由于有端弯矩与横梁荷

17、载，取tx 1.0,则b 1.07 y 1.0244000由于内力沿杆件线性变化，取较大值64.3kN从而NyAtxMx64.31031 0 335.331.0 -1.03 173106bWpx0.86594721047.85188.19196.04 N /mm2f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 61.95 106kn,Elx 2.06 108 520 106 10 121.07 105k n?m2荷载标准值即风载，位移图如下：(

18、2 )横梁扰度验算:，位移图如下:四、节点设计:(1 )梁柱节点设计:连接处选用如下组合内力值:M 335.33KN ?M , N64.30KN （使螺栓受压），Q 115.40KN采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24S栓，预压力P=225kN,摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数=0.45，螺栓承受拉力为：第排：N| =.MyN335.33 0.37264.30155.376.43148.94kN2yin2 2 24 (0.132 +0.2120.372 )10第二排：MyN335.33 0.21264.3088.546.4382.11kN2yin4 (0.132 2+0.2122 0.3

19、7 22)10第三排：MyN335.33 0.13264.3055.136.4348.70kN2yin4 (0.132 2+0.2122 0.3722)10，其抗拉承载力为:叫=0.8p=0.8 225=180kN>148杯汕满足要求。ftb/421.182 500/4 176.2kN螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不计外加压力，只考虑预压力）V b 0.9 f（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 6810.26kN

20、115.40kN端板厚确定：第一排螺栓端板厚 ：t 第二排螺栓端板厚 ：t 第三排螺栓端板厚 ：t采用端板厚t 28mm。6ef N bft6 68 148.94400 20531027.2mm,'6efe.Nt_6 68 97 82.1110ewb2ef(ef ej f= 97 400 2 68 (6897)2053ewNt(°.5aew) f3 97 48.7010:(0.580 97) 20522.5mm,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：M 246.78KN ?M，N57.82KN (使螺栓受压)卜L§hL*r空丄,JLSjkbrno g400* 1Q 5.79KN16.1mm,10.9级M24螺栓，预压力P=225kN, 摩擦系数 =0.45 ,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：第一排：N1 = JMy2Yi第二排：N2 = YYi其抗拉承载力为：N：=0.8P=0.8225=180kNNfd" ftb/421.182 500/4 176.2kN246.780.3724