某27m跨门式刚架课程设计计算书

1、门式刚架课程设计学校名称河海大学姓名唐尧学号 06046124任课教师张莉日期 2009/06/18门式刚架计算书1、设计资料(1)、厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架(见图 11)。 长度 90m,柱距 7.5m,跨度 27m,门式刚架檐高 6m,屋面坡度为 1:10。图 11 门式刚架简图(2)、材料选用屋面材料：单层彩板墙面材料：单层彩板大沟：钢板大沟结构材料材质钢材选用Q235-B,f=215N/mm2,fv=125N/mm2基础混凝土标号：C25,fc=12.5N/mm2荷载(标准值)I恒载：0.4KN/m2II活载:0.5KN/m2田风载：基本风压W。=0.35KN/m2,地面粗糙

2、度为 B 类，风载体型系数按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002)封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。确定 Z 值：1)27M0.1=2.7m,2z=5.4m2)0.4H=0.46=2.4m,2z=4.8m取较小值为 4.8m,根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程表 A.0.2-1注 3,因柱距7.5m4.8m,故风荷载取中间值。详见图 12 所示、图 12 风荷载体型系数示意图（左风）IV雪荷载：0.2KN/m2（5）、其它本课程设计不考虑地震作用2、荷载计算（1）、荷载取值屋面包载：0.4KN/m2屋面活载：0.5KN/m2轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）：0.5

3、KN/mm2风荷载：基本风压风=1.05父0.35=0.37KN/m2,按地面粗糙度为 B 类;以柱顶为准风压高度变化系数4=1Qwi=0.37KN/m2;以屋顶为准风压高度变化系数Jz=1.0,W2-0.37KN/m2（2）、各部分作用荷载1）、屋面恒载标准化0.4M7.5=3.0KN/m活载标准化0.5M7.5=3.75KN/mID0J2）、柱荷载恒载标准化0.5M7.5=3.75KN/m3）、风荷载迎风面柱上qW=0.37M7.5M0.25=0.69KN/m横梁上qw=-0.377.51.02.78KN/m背风面柱上qw=-0.37父7.5父0.55=1.53KN/m横梁上qw-9.37

4、7.50.65-1.80KN/m3、内力分析采用结构力学求解器 V2.0 版求解内力，计算简图及结果如下:图 31 恒载内力计算简图杆端 1杆端 2单元码轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)(1)63.2025.060.00-40.70-25.06-150.38-28.9938.01-150.3824.95-2.4990.52-24.952.4990.52-28.99-38.01-150.3740.7025.06-150.3763.2025.060.00内力计算结果如下:表 3.1(2)、活载作用下的内力计算(1)、恒载作用下的内力计算.3T5； S.T

5、QN1)、左风情况下:杆端 1杆端 2单元码轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)(1)-50.88-31.330.0050.88-31.33-187.97-36.2447.51-187.97-31.18-3.12113.16-31.183.12113.1636.24-47.51-187.97-50.8831.33-187.9750.8831.330.00内力计算结果如下:表 3.2(3)、风载作用下的内力计算oflofltlX1341-(17 78 8三三三图 3-2 活载内力计算简图图 33 左风载内力计算简图内力计算结果如下:表 3.3杆端 1杆端

6、2单元码轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)(1)34.5522.670.0034.5518.53123.6221.8832.54123.6221.885.18-61.9822.470.74-61.9822.4721.5088.9223.63-20.0088.9223.63-9.420.002）、右风情况下:杆端 1杆端 2单元码轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KNm)(1)23.639.420.0023.6320.2288.92内力计算结果如下:表 3.4图 34 右风载内力计算简图22.47-21.5088.922

7、2.47-0.74-61.9821.88-5.18-61.9821.8832.54123.6234.55-18.53123.6234.55-22.670.00(4)内力计算汇总见下表等截面刚架在各种荷载标准值作用下的内力计算结果表 3.5计算项目计算简图及内力图(M、N、Q)备注恒荷载作用恒荷载（标准值）弯矩图/KNm恒荷载 （标准值） 轴力图/KN恒荷载 （标准值） 剪力图/KN弯矩图轴力图（拉为正,压为负）剪力图活荷载作用一4、内力组合(1)计算刚架内力组合时，按照如下四种荷载组合进行:1.2恒载+1.4活载；1.2恒载+1.4活载+1.4父0.6风载;1.2恒载+1.4M0.7M活载+1

8、.4风载；1.0恒载+1.4风载。各工况作用下的截面内力见下表 4.1。各荷载作用下的截面内力表 4.1截面内力沼我左风右风I一IM0.00.00.00.0N-63.2-50.934.623.6Q-25.0-31.322.79.4n-nM-150.4-188.0123.688.9N-40.7-50.934.623.6Q-25.0-31.318.520.2m-mM-150.4-188.0123.688.9N-29.0-36.221.922.5Q38.047.5-32.5-21.5IVIVM90.5113.2-62.0-62.0N-25.0-31.221.922.5Q-2.5-3.15.2-0.7

9、由以上计算内力，按照荷载组合规则进行计算，内力组合值如下表 4.2 所示内力组合值表 4.2截面内力1.2 恒+1.4活1.2恒+1.4活力.4父0.6风1.2恒+1.4M0.7活+1.4风1.0 恒+1.4 风左风右风左风右风左风右风I一IM0.00.00.00.00.00.00.0N-147.1-118.0-127.3-77.3-92.7-14.8-30.2Q-73.8-54.8-65.9-28.9-47.56.8-11.8n-nM-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9N-120.1-91.0-100.3-50.3-65.77.7-7.7Q-73.8

10、-58.3-56.9-34.8-32.40.93.3m-mM-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9N-85.5-67.1-66.6-39.6-38.81.72.5Q112.184.894.046.762.1-7.57.9IVIVM267.1215.0215.0132.7132.73.73.7N-73.7-55.3-54.8-29.9-29.15.76.5Q-7.3-3.0-7.91.2-7.04.8-3.55、截面选择与强度验算(1)截面形式及尺寸初选采用实腹式门式刚架，梁的截面高度h一般取(1/301/45)l=(1/30-1/45)x27000=90

11、0600mm,柱的截面高度h一般取(1/121/28)H=(1/12-1/28)x5700二475204mm,门式刚架梁柱截面选用工字型截面,具体尺寸及截面特性见下表5.1截面信息表表 5.1截面截面名称长度(mm)(mm2)绕弱轴惯矩(M104mm4)绕弱轴截面33(父10mm)绕强轴惯性矩44(父10mm)绕强轴截面33(父10mm)I一IZ600M006X125700106565401360.171797.72393.3n-n5700106565401360.171797.72393.3m-mL600M006X1213567106565401360.171797.72393.3IVIV1

12、356710655401360.171797.72393.36（2）刚架柱1）截面特性A=10656mm2,Ix=7.17977108mm4,1y=5.401107mm4_33_33ix=259.5mm,iy=71.1mm,Wx=2393.3103mm3,Wy=360.1103mm3平面内有效长度K2=0（柱脚与基础混凝土较接）查钢结构设计规范表D2得2.07.11799Hx=2.075700=11799mm,-x=45.5259.5平面外计算长度（考虑在柱的中点设置隅撑）2850d=40.171.12）局部稳定验算3）强度验算因为柱是等截面，因此高度变化率符合60mm/m 的条件，所以考虑板

13、件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：Vd=hwtwf。梁柱都不设置横向加K1=ICLBIbH27.1345.7=4.76(Ic=Ib)H0y=2850mm,1y12=12.315,235=15,满足要求。235牛=250,满足要求。图 51 梁、柱截面形式和尺寸腹板：=96:250tw6用巧代替公式九phwtw28.1k；=235fy中的fy：R 二 1 二1.113.80=15.2kN/mm2kc161+P)2+0.112(1-P2+(1+P)hw/tw5766p28.1,235(RS)28.1.4.235/15.2=0.43因为Xp=0.430.8，所以P=1,即II截面全部有效。

14、N2.2二 113.80N/mm：f=215N/mmAb、剪应力验算M=73.8kN：Vd=hwtwfv=576698.7=341kN经验算I-I截面强度满足要求k=5.34,hw=576mm,tw=6mm因为0.8九w1.4,所以f=00.64(h0.8)九=0.795fv=98.7N/mm2II截面的强度验算因为II截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力正应力验算采用荷载组合：M=0.0kNm,N=-147.1kN,V=73.8kN剪应力验算采用荷载组合：M=0.0kNm,N=-147.1kN,V=73.8kNa、正应力验算：N147.11032.2二 1-13.80N/mm2

15、二f=215N/mm2A10656弯矩为0,故截面的边缘正应力比值P=1.0劲肋:tw37k235y5766375.341.12235235HII截面的强度验算n-n截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：M=M43.7kNm,N=120.1kN,V=73.8kNa、正应力验算:NM120.1103443.7106+106562393.3103=196.7N/mm2：二f=215N/mm2NM120.1103443.71062AWe106562393.3103=-174.1N/mm2故截面的边缘正应力比值:=上-174.1二-0.885196.7因为仃1f,用？R9代替公式九p28.1 k

16、j235fy中的fy：2RC1=1.1196.7=216.4kN/mm2kc16-2-211-0.1121T)+(1：16=21.16-0.8850.11210.8851-0.885hw/tw5766p28.1235(R0.71二 1)28.1.21.16、235/216.4因以不需用Q=1.07亨=1.07喳2=0.796代替中bb1.03b且取b=1.0N：txMx120.1103(八0.987221.9106二 xx=1.0yAbWx0.899106561.02393.3103_2_2=12.591.5=104N/mmfy=215N/mm截面利用率M21443.

17、7487.6=0.910C2得巴=0.876Ex二2EA1.1X2_5_102.061051065621.145.52=9639KN,Pmx=1.0-tx=1-N/NEX0.75(N/NEX)2=1120.196390.75(120.19639)2=0.987因为、y120竿=120,对于双轴对称工字形截面取b=1.07上半段柱：两端有弯矩，故等效弯矩系数-tx=0.65+0.35胆=0.65+0.350.5=0.825=1.0因为以不需用Q=1.07空82=1.07丝跑=0.796代替中b;：b1.03且取b=1.0N-txMx120.11030.825443.71

18、06x=1.0七yAbWx0.899106561.02393.310322-12.5152.9=165.4N/mmfy=215N/mm故平面外稳定满足要求(3)刚架横梁1)截面特性A=1065n6m2Ix,=7.17978mm140v=,5.rr4m)1410 xyix=259.n5miy,=7mm1Wx=,23933n3Wp=,3Bir6i031103000Hoy=3000mm,y=42.2y71.12)局部稳定验算普b(300-6)/2235累缘：=1一=12.3；15,=15,满足要求。t12235腹板：hw=576=962501咨=250，满足要求。tw6fy3)强度验算因为梁是等截面

19、，因此高度变化率符合60mm/m 的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：Vd=hwtw/。梁柱都不设置横向加劲肋M1亘=120,对于双轴对称工字形截面取fy2ok=5.34,hw=576mm,tw=6mmhwtw5766w=1.1237k235y375.34235235因为0.8-w1.4,所以fv=10.64(h0.8fv=0.795fv=98.7N/mm2m-in 截面的强度验算田-田截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：M=M43.7kNm,N=-85.5kN,V=112.1kNa、正应力验算:443.71062.一 2”193.4N/mm二f=215N/m

20、m2393.3103443.71062=-177.4N/mm22393.3103_NM85.5103一AWe-10656_N_JM_85.5103-2一A一双一10656故截面的边缘正应力比值一：H0.917193.4因为。1f,用YR。1代替公式九phwttw28.1k;235fy中的fy：R二 1 二1.1193.4=212.7kN/mm2kc16J(1Mj+0.112(1/)2+(1+P)16221-0.917-0.11210.9171-0.917=21.92hwtw二576628.1,k0235(R二1)28.1.21.92、235/212.7=0.69因为原0.8,所以P=1,即 m

21、-田截面全部有效。田-田截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用M=112.1kN0.5Vd=0.5，twfv=0.5576698.7=170.5kN所以采用以下公式进行强度验算:M；=MeNWe/公=f-N/AeWe33=215-85.510/106562393.310=495.4kNmNM=443.7kNm:二Me经验算m-m截面强度满足要求。截面利用率M4=44红=0.896MeN495.4b、剪应力验算：VI=112.1kN 二 Vd=hwtwt=576698.7=341kNIVIV截面的强度验算IV-IV截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算:M=267.1kNm,N-73.7kN,V

22、=-7.3kNa、正应力验算:AWe73.7103267.11063106562393.310，一,2=118.5N/mm一一2二 f=215N/mmNM73.7103267.11062二23=-104.7N/mmAW106562393.3103故截面的边缘正应力比值=卫/=-0.884二1118.5因为。1f,用为 5 代替公式=星中的fy：28.1&；235fyR01二1.1118.5=130.4kN/mm2kc16J(1”f+0.112(1-1f+(1+P)16=21.141-0.8840.11210.884i11-0.884hwtw5766p28.1.1235(R)28.1.2

23、1.14、.235/130.4=0.55因为镰0.8,所以P=1,即田-田截面全部有效。IVIV截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用M=7.3kN：0.5Vd=0.5hwtwfv=0.5576698.7=170.5kN所以采用以下公式进行强度验算：M；=Me-NWe/Ae=f-N/AeWeh2i5-73.7103/106562393.3103=498.0kNmM=267.1kNmMeN经验算IV-IV截面强度满足要求。截面利用率%=2671=0.536Me498b、剪应力验算：VI=7.3kN 二 Vd=hwtwfv=576698.7=341kN4）整体稳定验算a、平面内稳定根据协会规程第 6.1.6 条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于 10时,在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度。屋面坡度为 5.7小于 10,故可不验算梁平面内的稳定性。b、平面外稳定由-y=42.2 及 b 类截面查钢结构设计规范附表 C2 得y=0.883由于构件段内有端弯矩和横向荷载，且使构件产生同向曲率，故等效弯矩系数力=1.0,=1.0因为乙1,查钢结构设计规范4400044000得不需用%,=1.07-呼82=1.07a82：0.796 弋替匕b1.03且取b=1.0N-txMx85.51031.0443.7106+n_tx_x=+1