门式钢架的简单课程设计

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 。刚架为等截面的梁、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、结构平面柱网与支撑布置该

2、厂房长度 90m ，跨度 21m ，柱距 9m ，共有 11 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

3、.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：0.18 KN / m檩条支撑：20.15 KN /m横梁自重：20.15 KN /m总计：0.48 KN/m2屋面雪荷载：0.3 KN/m2屋面活荷载：0.5KN/m2 （与雪荷载不同时考虑）柱自重：0.35 KN/m2风载：基本风压 W）0.5kN/m23.各部分作用荷载：（1）屋面荷载：一 1标准值：0.489 4.30KN /Mcos柱身恒载：0.35 93.15KN/Mkn/mrnh nTn/m(2 )屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载0.50cos94.50KN /Mkn/m(3)风荷载以风

4、左吹为例计算，风右吹同理计算:（地面粗糙度B类）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：风载体形系数示意图迎风面侧面k1.00.25 0.50.125kN/m2，q10.125 91.125kN/m屋顶k1.01.0 0.520.50kN/m，q20.50 94.5kN /m背风面侧面k1.00.55 0.50.275kN/m2,q30.27592.475kN/m屋顶k1.00.65 0.50.325kN/m2,q40.32592.925kN/m荷载如下图:kn/m4.内力计算:(1 )截面形式与尺寸初选：梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面

5、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截面截面名称长度(mm)面积(mm2)lxZ "64(10 mmWv vx)(104mm3ly)(106mm4Wy)(104 mm3ix)mmiymm柱H600 300 6 872009472520173362423461.6梁H600 300 6 8105529472520173362423461.6EA 2.06 108 9472 10 6 1.95 106kn,Elx 2.06 108 520 106 10 121.07 105kn?m2(2)截面内

6、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

7、.04Q43.4145.22-45.08w wM92.8396.70-77.574N-21.75-22.6621.042.182.27-1.81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）M000I N-120.5811.30-54.85IQ-48.4511.19-15.45M-335.3353.22-132.40n N-120.5811.3054.79nQ-48.4511.19-25.09M-335.3353.22-132.40川一N-64.303.36-28.03出Q115.40-11.0251.93M246.782.79134

8、.16IV N-57.82-3.36-28.03IVQ5.790.083.164.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） 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M335.33KN ?M，N120.58KN，Q48.45KN3-3截面的控制内力为M335.33KN ?M，N64.30KN，Q115.40 KN4-4截面的控制内力为M246

9、.78KN ?M，N57.82KN，Q5.79KNA:刚架柱验算：取2-2截面内力平面内长度计算系数:I clR10.50.45 1.46 2.66,0 2 0.45K，其中 K=41.46,0 2IrH 7.20xH 7.2 2.66 19.1M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 Hoy 7200/23600mmx 19100 81.6，y 3600 58.423461.6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b 150 4 212.1715 23

10、515* 23515 （满足要求）t6: fy 235柱腹板hw 600 16tw4250 (满足要求)(2 )柱有效截面特征M 335.33KN ?M , N 120.58KN, Q 48.45KNmax N M 120.58 103335.33 106minA WX9472173 10412.73 193.83206.56 N/mm2181.10max minmax20656 18110 1.88206.56h)584tw697 48 0 0.5 x 26.2 105.28因97>70,故可以考虑屈曲后强度由于考虑屈曲后强度:181.1206.560.88k16(12)0.112(1

11、hw / t w)20.5 1584/8p28.11 k235/ 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 48.45kN584206.56 181.1311.2mmhw / tww0.837 , k .'235 / fy1.4,则 fv'584/837. 5.34 10.851 0.64( w 0.8) fv0.973 1252121.63N/mmhwtw fv' 584 8 121.63 10 3 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 M

12、e NWe/代进行验算，其中 Me Wef 173 104 215 10 6 371.95kN mMeN Me NWe/Ae 371.95 120.58 371.95/9472371.95 22.59 367.2kN 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180,fy/23581.6x 81.6b类截面，由钢结构设计规范附表 C-2查得，253.142.06 10947222388kN,(1.1 81.62)x 0.681Nex2ea(1.1 x2)mx1.0,贝 VmxM xx1 0.8(N/Nex)W<61.0 335.3310°681

13、94721.05 173 104 (1 0.8 辺龟23883120.581018.69 192.39211.08N/2 mm满足要求。刚架柱平面外稳定性验算y f /23558.4b类截面，由钢结构设计规范查得，y 0.818tx0.65M0.3520.65 0.3510.825M122258.42b1.071.07 -0.99440044000则-NtxMx120.58 103d.825 335.33 10'1.0厂yAbWpx0.818 94720.99 173 10415.56 161.52 177N/mm2 f 满足要求。B:刚架梁验算：取3-3截面内力M335.33KN ?

14、M , N64.30 KN , Q115.40 KN局部稳定验算梁翼缘b 150 4 2t612.171523515 23515 (满足要求)梁腹板hwtw迴卫1464y250235迅23； 250 (满足要求)(2 )梁有效截面特征he584292mm16162(1)2 0.112(1hw/tw235 / fy28.1 k .：1,截面全部有效。 强度验算)20.5 1584/828.1、23.9123.910.112 40.53 0.8,(3)抗剪强度验算：柱截面的最大剪力为Vmax 115.4kN0.85.34hw / tw37 k .'235 / f1.4,则 fv'1

15、 0.64(584/80.8537.5.34 1Vdhwtw fv 584 8弯矩作用下的验算:0.8) fv 0.973 125121.63N /mm2121.63 10 3 568.25kN Vmax,满足要求。MdM 173 104371.95kN m215 106335.33kN m,满足要求。门式刚架坡度为1/10<1/5，可以不考虑横梁轴梁的影响，按受弯构件验算。4173 1033533 1 061 93.83N/mm2(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

16、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=器487及b类截面查钢结构设计规范得，y 0.865由于有端弯矩与横梁荷载，取tx 1.0,则b由于内力沿杆件线性变化，取较大值64.3kN1.072y440001.02从而NtxMx64.31031 0 335.331.0 -106yAbWpx0.86594721.03 1731047.85188.19196.04N / 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

17、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 6 1.95 106kn.Elx 2.06 108 520 106 10 12 1.07 105kn?m2荷载标准值即风载，位移图如下：_ 18.1 1H 72003971200满足要求(2 )横梁扰度验算:L 21000330250位移图如下:四、节点设计：(1 )梁柱节点设计:梁柱节点形式见下图:10Qlkiq :号L.31:J -!£iT邑*1T11厶£1丄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

18、摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，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 0.37264.30155.376.43148.94kN2yin4(0.132 2+0.2122 0.3722)10第二排：N2 =-MyN335.33 0.21264.3088.546.4382.11kN2yin4(0.132 2+0.2122 0.37 22)10第三排：Nb = MyN335.33 0.13264.3055.136.4348.70kN2yin4(0.132 2+0.2122 0.3722)10，其抗拉承载力为:Nb

19、Nb=0.8P=0.8 d；b225=180kN>i48.94kN,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 1.25NJ 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 6810.26kN115.40kN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。27.2mm,!_6 68 97 82

20、.1110Gb 2efG eJf =97一400一2一68一(68一97)一2053ewNt(°.5aew) f；3_97_48.70_10_(0.58097)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:L 100,100 JriiEQ tB吕jhLLrCM卡JL打i|4Ysr4001 >!连接处选用如下组合内力值：M 246.78KN ?M，N57.82KN（使螺栓受压），Q 5.79KN16.1mm,采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，预压力P=225kN,第一排：Nj = My N*1 2Yin246.780.37257.824 (0.212 20.372 :8第二排：Ni = M%N246.780.21257.82Yi n42(0.2120.372 28其抗拉承载力为：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:125.17 7.23119.94kN71.34