門式剛架廠房設(shè)計計算書

1、一、設(shè)計資料該廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房跨度21ml長度90ml柱距9m,檐高，屋面坡度1/10。剛架為等截面的梁、柱，柱腳為鉸接。材料采用Q235鋼材，焊條采用E43型。屋面和墻面采用75mm厚EPS夾芯板，底面和外面二層采用 0.6mm厚鍍鋅彩板, 鋅板厚度為275/gm 荷載取值 屋面自重：屋面板：KN / m2檁條支撐：KN / m2;楝條采用高強鍍車¥冷彎薄壁卷邊Z形鋼楝條，屈服強度fy 450N/mm2,鍍鋅厚度為160g/mm2。（不考慮墻面自重）自然條件：基本風(fēng)壓： Wo 0.5KN/m2,基本雪壓0.3KN /m2地面粗糙度B 類二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房

2、長度90m跨度21ml柱距9m共有11根剛架，由于縱向溫度區(qū)段 不大于300m橫向溫度區(qū)段不大于150m因此不用設(shè)置伸縮縫。檁條間距為。廠房長度>60m， 因此在廠房第二開間和中部設(shè)置屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應(yīng)部位設(shè)置檁條、斜拉條、 拉條和撐桿；同時應(yīng)該在與屋蓋橫向水平支撐相對應(yīng)的柱間設(shè)置柱間支撐，由于柱高<柱距，因此柱間支撐不用分層布置。（布置圖詳見施工圖）三、荷載的計算1、計算模型選取取一幅剛架進行分析，柱腳采用較接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計。廠房檐高，考慮到檁條和梁截面自身高度，近似取柱高為；屋面坡度為1： 10。因此得到剛架計算模型：橫梁自重：KN /m2總計：KN/m

3、2 屋面雪荷載：KN / m2屋面活荷載：KN / m2 (與雪荷載不同時考慮) 柱自重：KN /m2風(fēng)載：基本風(fēng)壓 W0 0.5kN/m23.各部分作用荷載:(1)屋面荷載:1 標準化 0.48 9 4.30KN / Mcos柱身包載：0.35 9 3.15KN/M(2)屋面活載屋面雪荷載小于屋面活荷載，取活荷載0.501 9 4.50 KN /M cos(3)風(fēng)荷載以風(fēng)左吹為例計算，風(fēng)右吹同理計算:根據(jù)公式kz根據(jù)查表h 取下圖：z s 0計算：10m,取1.0, s根據(jù)門式剛架的設(shè)計規(guī)范,(地面粗糙度B類)-L-C風(fēng)載體形系數(shù)示意圖DLQ迎風(fēng)面 側(cè)面 k 1.0 0.25 0.5 0.1

4、25kN/m, q1 0.125 9 1.125kN/m屋頂k1.0背風(fēng)面 側(cè)面k 1.0屋頂k1.01.0 0.50.50kN/m2, q?20.55 0.50.275kN/m2, q320.65 0.50.325kN/m2, q40.50 94.5kN/m0.275 92.475kN/m0.325 92.925kN/m荷載如下圖:4.內(nèi)力計算：(1)截面形式及尺寸初選：梁柱都采用焊接的H型鋼梁的截面高度h一般取(1/30 : 1/45)1,故取梁截面高度為600mm暫取H600 300 6 8,截面尺寸見圖所示柱的截面采用與梁相同長度面積IxWxI yWyixiy截回截卸名稱(mm)(mm

5、2)(106mm4)(104 mm3)(106mm4)(104 mm3)mmmm柱H 600 300 6 8720094725201733624234梁H600 300 6 81055294725201733624234EA 2.061089472 10 6 1.95106kn,EIx2.0610852010610 12 1.07105kn?m2（2）截面內(nèi)力：根據(jù)各個計算簡圖，用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下：計 算項 目計算簡圖及內(nèi)力值（M、N、Q）備注恒載卜彎矩包載作恒載卜剪力恒載下軸力（忽略柱自重）彎矩圖用剪力圖“+”一軸力 圖（拉 為正， 壓為 負）活活向載（

6、標準值）彎矩圖荷彎矩載圖作用活向載（標準值）剪力圖活荷載（標準值）軸力圖剪力圖“+”活一荷載作軸力用圖（拉為正，壓為負）風(fēng)向載（標準值）彎矩圖 .風(fēng) 荷 載 作 用風(fēng)荷載（標準值）剪力圖風(fēng)荷載（標準值）軸力圖彎矩 圖剪力 圖“+”一軸力 圖（拉 為正， 壓為 負）（3）內(nèi)力組合（由于恒載和活載關(guān)于結(jié)構(gòu)豎向?qū)ΨQ，因而風(fēng)荷載只要考慮一個方向作用，風(fēng)荷載只引起剪力不同，而剪力不起控制作用 ）按承載能力極限狀態(tài)進行內(nèi)力分析，需要進行以下可能的組合：*包載效應(yīng)+*活載效應(yīng)*恒載效應(yīng)+*風(fēng)載效應(yīng)*包載效應(yīng)+*活載效應(yīng)+風(fēng)載效應(yīng)取四個控制截面：如下圖:各情況作用下的截面內(nèi)力截回內(nèi)力恒載左風(fēng)I 一 IM000

7、NQn 一 nMNQm - mMNQw-wMNQ內(nèi)力組合值截回內(nèi)力1.2恒+1.4 活1.2 恒+1.4 風(fēng)1.2 恒+ 1.4 0.85 （風(fēng) +活）I 一 IM000NQn 一 nMNQm - mMNQw-wMNQ4.截面驗算控制內(nèi)力組合項目有：+Mmax與相應(yīng)的N, V（以最大正彎矩控制）一Mnax與相應(yīng)的N, V（以最大負彎矩控制）Nmax與相應(yīng)的M V（以最大軸力®制）Nmin與相應(yīng)的M V（以最小軸力控制）所以以上內(nèi)力組合值，各截面的控制內(nèi)力為：1-1截面的控制內(nèi)力為 M 0, N 120.58KN, Q 48.45KN2-2 截面的控制內(nèi)力為 M335.33KN?M,

8、N120.58KN , Q 48.45KN3-3 截面的控制內(nèi)力為 M335.33KN ?M , N64.30KN, Q 115.40KN4-4 截面的控制內(nèi)力為 M 246.78KN?M, N 57.82KN, Q 5.79KNA:剛架柱當算：取2-2截面內(nèi)力平面內(nèi)長度計算系數(shù)：IJ 10 50 2 0.45K,其中 K= 1.46,0 2 0.45 1.46 2.66,IRH 7.20XH 7.2 2.66 19.1M平面外計算長度：考慮壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱連接的墻梁 可作為柱平面外的支承點，但為了安全起見計算長度按兩個墻梁間距考慮, 即 H0y 7200/

9、2 3600mm1910023481.6,360061.658.4局部穩(wěn)定驗算構(gòu)件局部穩(wěn)定驗算是通過限制板件的寬厚比來實現(xiàn)的柱翼緣b 150 4 223512.17 15fy15235 15 （滿足要求）235柱腹板hw 600 16w 146250235 fy250235 250 （滿足要求）235（2）柱有效截面特征335.33KN ?M ， N120.58KN,Q 48.45KNmaxN M 120.58103 335.33106minAWx9472173 10412.73 193.83206.562N / mm2181.10max min206.56max206.56181.10 1.

10、88htw58497 48 0 0.5 x 26.2 105.286因97>70,故可以考慮屈曲后強度。由于考慮屈曲后強度:181.10.88206.56則(3)584206.56311.2mm206.56 181.116(1)2 0.112(1hhw / tw28.1 k 235/fy1,截面全部有效?？辜魪姸闰炈悖?20.5 1584/828.121.2821.280.8,柱截面的最大剪力為hw / twVmax 48.45kN584/80.8Vd37 k 235/ fy37 J5.34 10.85w 1.4，則fv' 1 0.64( w_ _ » _ _ _ _

11、_hwtw fv584 8 121.63 100.8)fv 0.973 125 121.63N/mm23 Vmax,滿足要求。彎剪壓共同作用下的驗算：因為V0.5Vd，按公式M M； Me NWe/Ae進行驗算，其中 Me Wef 173 104 215 10 6 371.95kN mM： Me NWe/Ae 371.95 120.58 371.95/ 9472371.95 22.59 367.2kN m 335.33 kN m,滿足要求。(4)穩(wěn)定性驗算剛架柱平面內(nèi)穩(wěn)定性驗算x 81.6180X, fy/235 81.6b類截面，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附表'2EA 3.142 2.06 1

12、 05 9 4 72Ex(1.1 X2)(1.1 81.62)N mxMx120.58xAx1 0.8(N/Nex)Wx 0.681 918.69 192.39 211.08N/mm2 fC-2 查得，x 0.6812388kN, mx 1.0，則1031.0 335.33 1061.05 173 104 (1 0.8 120.58)2388滿足要求。剛架柱平面外穩(wěn)定性驗算y f/235 58.4b類截面，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范查得，y 0.818tx0.65 0.35電 0.65 0.35 - 0.825M121.07yA24400 txMx bWpx1.0758.4244000120.58 10

13、30.818 94720.99d 4.825 335.33 1061.0-0.99 173 10415.56 161.52 177N/mm2 f 滿足要求。B:剛架梁當算：取3-3截面內(nèi)力M 335.33KN ?M , N 64.30KN , Q 115.40 KN局部穩(wěn)定驗算梁翼緣b 150 4 2235_ 235“ /、產(chǎn)口由+、- 12.17 15 1- 1515 0兩足要求）梁腹板hw 600 16235235八什口由 +、-146 250 250/一250 &兩足要求）tw4 fy，235(2)梁有效截面特征門式剛架坡度為1/10<1/5 ,可以不考慮橫梁軸梁的影響，按

14、受彎構(gòu)件驗算。335.33 106173 104 2193.83N /mmhc584292mm16則(3)2_(1)2 0.112(1hw / tw28.1 .235/ fy1,截面全部有效。強度驗算)20.5 1584/828.1 . 23.91-1623.91,0.112 40.53 0.8,抗剪強度驗算：柱截面的最大剪力為Vmax 115.4kN5.340.8hw / tw37 . k '235/ fy58竺-0.8537 .5.34 11.4，則 fv'1 0.64(hwtw fv 584 83121.63 100.8) fv 0.973 125 121.63N/mm2

15、568.25kN Vmax,滿足要求。彎矩作用下的驗算：MdM 173 104371.95kN m215 106335.33kN m,滿足要求。(4)穩(wěn)定性驗算剛架梁平面內(nèi)穩(wěn)定驗算驗算方法與柱平面內(nèi)的穩(wěn)定驗算相同，由于Ng N柱，叫=M主，因而可以滿足要求。剛架梁平面外穩(wěn)定驗算一般剛架平面外穩(wěn)定靠支撐來保證，考慮檀條處設(shè)置隅撐以保證屋脊負彎矩使下翼緣受壓時有支撐，在支撐點處設(shè)置隅撐以保證橫梁全截面受支承，則橫梁成為平面外3m支撐的壓彎構(gòu)件，取其中一段計算。由 3000 48.7及b類截面查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范得，y 0.865y 61.6y2由于有端彎矩與橫梁荷載，取tx 1.0,則b 1.07 1

16、.0244000由于內(nèi)力沿桿件線性變化，取較大值64.3kN從而txMx師64.3 1031.0 335.33 1061.0 0.865 94721.03 173 1047.85 188.19 196.04N /mm2f 滿足要求。5.位移驗算：(1)柱頂水平位移驗算：由矩陣位移法結(jié)構(gòu)力學(xué)計算程序計算位移，位移驗算為正常使用極限狀態(tài)下的承載力驗算，荷載應(yīng)選用標準值。構(gòu)件截面參數(shù)：EA 2.06 108 9472 10 6 1.95 106kn,EIx 2.06 108 520 106 10 12 1.07 105kn?m2荷載標準值即風(fēng)載，位移圖如下：_18.11H 7200 3971200滿

17、足要求(2)橫梁擾度驗算:荷載標準值=1.0 恒載+1.0 活載=4.3+4.5=8.8kN/m ,位移圖如下:_63.6L 2100013301250滿足要求四、節(jié)點設(shè)計：(1)梁柱節(jié)點設(shè)計:梁柱節(jié)點形式見下圖:連接處選用如下組合內(nèi)力值:M 335.33KN?M, N64.30KN(使螺栓受壓), Q 115.40KN采用摩擦型高強螺栓，采用10.9級M24S栓，預(yù)壓力P=225kN,摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)=0.45,螺栓承受拉力為："嶇 N 335.33 0.372 6420yi2n 4 (0.132 2+0.2122 0.3722)10第二排：凡=瞿Nyi n第三排

18、：N = M2 Nyi n335.33 0.2124 (0.132 2+0.2122 0.3722)335.33 0.1324 (0.132 2+0.2122 0.3722)64.301064.3010155.37 6.43 148.94kN88.54 6.43 82.11kN55.13 6.43 48.70kN,其抗拉承載力為:N；=0.8P=0.8 225=180kNb t>148.94kN,潴足要求。Nbd； ftb/421.182 500/4 176.2kN螺栓群的抗剪力(M24螺栓)(下面三排不計外加壓力，只考慮預(yù)壓力)V b 0.9 f(P 1.25Nt) 20.9 0.45

19、 (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端板厚確定：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,810.26kN 115.40kN16.1mm,I6efewNt=6 68 97 82.11 103ewb 2et (et e,) f ； 97 400 2 68 (68 97) 2053ewNt=3 97 4870 10322.5mm,(0.5aew) f (0.5 80 97) 205端部腹板設(shè)置加勁肋，加強腹板強度

20、，詳見施工圖(2)梁梁節(jié)點設(shè)計：梁梁節(jié)點形式見下圖:連接處選用如下組合內(nèi)力值:M 246.78KN?M, N57.82KN （使螺栓受壓）， Q 5.79KN»排：Ni =MyN246.780.37257.822Yin4(0.212 20.372 2)8第二排：N =.My2N246.780.21257.8222Yin4(0.212 20.372 2)8采用摩擦型高強螺栓，采用10.9級M241栓，預(yù)壓力P=225kN,摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)=0.45 ,螺栓承受拉力為:其抗拉承載力為:125.17 7.23 119.94kN71.34 7.23 64.11kNNb=0.8P=