钢结构课程设计—门式钢架.doc

门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，长度150m,檐高H=7.5m,屋面坡度B=1/10 ,跨 度L=15m，柱距S=7.5mo冈寸架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接屋面材料、墙面材料采用单层彩板檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边 Z型钢，间距为1.5m,钢材采用Q235钢，焊 条采用E43型基本风压 WO 0.35 kN /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150m,跨度12m,柱距7.5m,共有21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厂房长度＞60m,因此在厂房第一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，檩条间距为 1.5m；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，因此柱间支撑用分层布 置,布置图详见施工图三、 荷载的计算（一）计算模型的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:(二) 荷载取值计算长度(m)柱距(m)跨度(m)檐高(m)恒载(kN/m2 )活载(kN/m2 )基本风压(kN/m2 )1507.5127.50.60.50.353. 轻质墙面及柱自重标准值 0.25kN/m24. 风荷载标准值按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 CECS102 2002附录A的规定计算。

基本风压30=1.05X 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，卩z=1.0风荷载体型系数us：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一0.55和一0.65(CECS102 2002 中间区)三) 各部分作用荷载:(1) 屋面恒载:标准值：10.75 7.5 5.60kN / mcos柱身恒载:0.25 7.5 1.88kN/m(2) 屋面活载屋面活荷载0.501cos7.5 3.76kN /m工 761X 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)—0.6 — 0.5风载体形系数示意图风荷载如下图:-2. 76kN ih-L MN in0. 69kN/m01. 79kN； in(四) 内力计算：(1) 截面形式及尺寸初选梁、柱都米用热轧中翼缘 H型钢梁的截面高度h—般取(1/30 1/45)L,故取梁截面高度为600mm暂取HM588 300,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(m m2)lx(106mm4)Wx(104mm3)ly(106mm4)Wy(104mm3)ixmmiymm柱HM588 3007200187211128.27388.9590.0960.07247.1569.37梁HM600 3006030187211128.27388.9590.0960.07247.1569.37(2)截面内力根据各个计算简图，用《结构力学求解器 V2.0》计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：注：剪力图：“ + ”表示方向“-”；轴力图：拉为正，压为负。

A )恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值(考虑基础埋深 0.8m):32. 86-32. S5-5. 79 卜反 ¥9恒载作用下剪力图恒载作用下弯矩图22. 063. 89活荷载作用下剪力图活荷载作用下弯矩图（C）风荷载作用（标准值）下，计算简图及内力值（不考虑基础埋深）9.1Y J 95风荷载作用下剪力图风荷载作用下弯矩图(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，而剪力不起控制作用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：丫 oS< R本工程结构构件安全等级为二级，Y=1.°按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下 3种组合：A: 1.2 X永久荷载 +1.4 x max｛屋面均布活荷载 ｝ +1风荷载0.7B: 1.2 X永久荷载 +1.4 X 0.7 x max｛屋面均布活荷载X风荷载C: 1.0 X永久荷载 +1.4 X风荷载组合A、B --用于截面强度和构件稳定性计算，组合C --用于锚栓抗拉计算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，取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力及内力组合见下表：各情况作用下的控制截面内力截面内力恒载活载左风1— 1N-48.64-22.5619.59Q-5.79-3.899.17M0002- 2N-9.10-22.5619.59Q-5.793.894.20M-46.31-31.0948.113— 3N-33.60-6.116.13Q32.8622.06-19.08M-46.31-31.09-48.114- 4N-5.76-3.876.13Q0.580.39-2.43M51.0234.25-16.74控制截面内力组合截面内力1.2X永久荷载+1.4 Xmax｛屋面均布活何载｝+1.4 X 0.7风何载1.2X 永久荷载 +1.4 X 0.7Xmax｛屋面均布活何载｝+1.4 X风荷载1.0X永久荷载+1.4 X风何载1- 1N-70.75-53.05-21.214Q-3.412.087.05M0002- 2N-23.31-5.6018.33Q2.612.740.09M-51.95-18.6921.043- 3N-42.87-37.73-25.02Q51.6234.346.15M-146.25-135.39-113.664- 4N-6.32-2.122.82Q-1.14-2.32-2.82M92.7771.3527.58（五）截面验算控制内力组合项目有:① + Mmax与相应的N , V （以最大正弯矩控制）② 一Mmax与相应的N , V （以最大负弯矩控制）③ Nmax与相应的M , V （以最大轴力控制）④ 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, N70.75KN , Q3.41KN2-2截面的控制内力为M51.95KN ?M , N23.31KN, Q 2.61KN3-3截面的控制内力为M146.25KN ?M , N42.87 KN , Q 51.62KN4-4截面的控制内力为M92.77 KN ?M , N6.32 KN , Q 1.14KN（1）刚架柱验算:取2-2截面内力平面内长度计算系数:7.5K+4：7.5K 1,其中K=〔JrIrH12.0681.51 ,7.5 1.51+4'■ 7.5 1.51 11.115 ,H0x 8 1.115 8.92M平面外长度计算系数: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 8000/2 4000mm8920 4000x 38.1, y 64.9234 61.6（A）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。

①柱翼缘(B)柱有效截面特征288.10 KN ?M，Nmaxminhgb 150 3 2 t 6②柱腹板hw 600 16 146tw 415（满足要求）（满足要求）79.93KN，58.59 KN3N M 79.93 1 03 2 88.10A WX9472106173 1048.48 166.15174.63 N/mm2157.67max minmax174.63 157.67174.631.9048 0 0.5 x 26.284.1因97>70,故可以考虑屈曲后强度由于考虑屈曲后强度:174.63=2 157.67:174.630.90584174.63 157.67306.9mmk16[(1)0 OQN/Nex)]% O.906 9472 1.05 173 104 (1 0 8 ^9^3)12048 0.112(1九/ tw)2]0.5 1584/8p28.1k 235/ fy28.1 21.5则1,截面全部有效21.50.56 0.8,(C)抗剪强度验算:柱截面的最大剪力为Vnax 58.59 kNhw / tw584/80 85w37 k 235 / \J.fy 37 。