剛架結(jié)構計算參備考資料

1、、設計資料某加工廠一廠房，該廠房為單層，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度18m，柱高6m ；共有12榀剛架，柱距6m，屋面坡度1:10。剛架平面布置見圖1(a)，剛架 形式及幾何尺寸見圖1(b)。屋面及墻面板均為彩色壓型鋼板，內(nèi)填充以保溫玻璃棉板,詳細做法見建筑專業(yè)設計文件；鋼材采用Q235鋼，焊條采用E43型。IIIIBn1 1,1, ,1 I1 1' I'' H'l' 1 1 c i' 11ji 11(.1 1win 1-p'n1 I,12圖1(a).剛架平面布置圖18000圖1(b).剛架形式及幾何尺寸、荷載計算(一) 荷載取值計算1

2、 .屋蓋永久荷載標準值(對水平投影面)YX51-380-760 型彩色壓型鋼板0.15KN/m 250mm厚保溫玻璃棉板0.05KN/m 2PVC鋁箔及不銹鋼絲網(wǎng)0.02 KN/m檁條及支撐0.10 KN/m剛架斜梁自重0.15 KN/m懸掛設備0.20 KN/m合計0.67 KN/m 22 .屋面可變荷載標準值屋面活荷載：按不上人屋面考慮，取為0.50 KN/m 2雪荷載：基本雪壓S0=0.45 KN/m 2。對于單跨雙坡屋面，屋面坡角a=5 °2 38 ，r=1.0，雪荷載標準值 Sk= $0=0.45 KN/m 2。取屋面活荷載與雪荷載中的較大值 0.50 KN/m 2，不考慮

3、積灰荷載。3 .輕質(zhì)墻面及柱自重標準值（包括柱、墻骨架等）0.50 KN/m 24 .風荷載標準值按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構技術規(guī)程 CECS102 :2002附錄A的規(guī)定計算?；撅L壓3 0=1.05 X0.45 KN/m 2,地面粗糙度類別為B類；風荷載高度變化系數(shù)按建筑結(jié)構荷載規(guī)范（GB50009-2001）的規(guī)定采用,當高度小于10m時，按10m高度處的數(shù)值采用，pz=1.0 。風荷載體型系數(shù)卩s:迎風面柱及屋面分別為+ 0.25和1.0，背風面柱及屋面分別為+ 0.55和0.65（CECS102 : 2002中間區(qū)）。5 .地震作用據(jù)全國民用建筑工程設計技術措施一結(jié)構中第 18.8.1

4、條建議：單層門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構一般在抗震設防烈度小于等于 7度的地區(qū)可不進行抗震計算。故本工程結(jié)構設計不考慮地震作用。（二）各部分作用的荷載標準值計算屋面:恒荷載標準值:0.50 X6=3.00KN/m活荷載標準值:0.65 X6=3.00KN/m柱荷載:恒荷載標準值:0.45 X6=2.70KN風荷載標準值:迎風面：柱上qwi =0.47 X6 X0.25=0.71KN/m橫梁上 qw2= 0.47 X6 X1.0= 2.82KN/m背風面：柱上 qw3= 0.47 X6X0.55= 1.55KN/m橫梁上 qw4= 0.47 X6 X0.65= 1.83KN/m三、內(nèi)力分析考慮本工程剛

5、架跨度較小、廠房高度較低、荷載情況及剛架加工制造方便，剛架采用等截面，梁柱選用相同截面。柱腳按鉸接支承設計。采用彈性分析方法確定剛架內(nèi)力。引用鋼結(jié)構設計與計算（包頭鋼鐵設計研究院編著，機械工業(yè)出版社）中表2 29 （鉸接柱腳門式剛架計算公式）計算剛架內(nèi)力。1 .在恒荷載作用下入 =l/h=18/6=3ilj=f/h=0.9/6=0.15 k=h/s=6/9.0449=0.6634尸3+k+ 収3+ 帕=3+0.6634+0.15 X(3+0.15)=4.1359丄 85 O.15 0.528944 4.1359Ha=H E=ql X</8=4.02 X18 X3 X0.5289/8=14

6、.35KNMc=ql21 (1+ 帕 /8=4.02x18 21 (1+0.15) X0.5289=63.78KNmM b=M d= ql2/8= 4.02 X182X0.5289/8= 86.11KN m剛架在恒荷載作用下的內(nèi)力如圖。內(nèi)力計算的“ +、一”號規(guī)定：彎矩圖以剛架外側(cè)受拉為正，在彎矩圖中畫在受拉側(cè)；軸力以桿件受壓為正，剪力以繞桿端順時針方向旋轉(zhuǎn)為正。g=4.02KN/m J j I I圖3.剛架在恒荷載作用下的Nd圖4.剛架在恒荷載作用下的V圖14.35KN2 .在活荷載作用下Va=V e=27.00KNHa=H e=3.00 X18 X3XO.5289/8=1O.71KNMc=

7、3.00 X1821 (1+0.15) xO.5289/8=47.6OKNmM b=M d= 3.OO x182X0.5289/8= 64.26KN m剛架在活荷載作用下的內(nèi)力如圖。q=3.00KN/mnB027.00KN27.00KN圖6.剛架在活荷載作用下的N圖剛架在qw2y作用下的內(nèi)力如圖3 .在風荷載作用下對于作用于屋面的風荷載可分解為水平方向的分力qx和豎向的分力qy?，F(xiàn)分別計算，然后再疊加。(1)在迎風面橫梁上風荷載豎向分力qw2 y作用下丄(85 )1(8 5 0.15)0.13221616 4.1359Ve qal 空Lg 6.35KN2l 2 18Va=2.82 X9 6.3

8、5=19.03KNHa=H E=ql 入 </4=2.82 X18 X3 XO.1322/4=5.O3KNMb=M d=5.03 X6=3O.18KN mM c= ql 2 a2 (1+/4=2.82 X182XO.52 1.15 XO.1322/4=22.38KNmqw2y=2.82KN/m22.38KN m5.03KN6.35KN(2)在背風面橫梁上風荷載豎向分力qw4y作用下剛架在qw4y作用下的內(nèi)力如圖。qW4y=1.83KN/m14.52KN m3.27KN12.35KN(3)在迎風面柱上風荷載qwi作用下a=1 ,K)K * 216 (20.150.6634)4 4.1359

9、0.6634 120.9803Va= Vb= qhi2/2L=0.71X62/(2 X18)= 0.71KN剛架在qw1作用下的內(nèi)力如圖。0.71He=0.71 X63.22=1.04KN071 6212 (20.9803)6.52 KN mMd=1.04 X6=6.24KN.2 2M Cq1(14O.71 62 12 1 (1 0.15) 0.9803)0.81KN m0.81KN，mqw1=0.71KNm6.24KN- mnMHB6.54KN-m3.22KN1.04KN0.71KN(4)在背風面柱上風荷載Va= Vb= qh 12/2L=He 詈(2"18000圖10.剛架在風荷

10、載q wi作用下的M圖qw3作用下1.55 X62/(2 X18)= 1.55KN1.55 6 1/C(2-0.9803)7.02 KN20.71KNHa=1.55 X6 7.02=2.28KNM d=7.02 X6 1.55 X62/2=14.22KNM b=2.28 X6=13.68KN mMc哼1 (1 )但子446(10.15) 0.9803)1.78KN m剛架在qw4作用下的內(nèi)力如圖。1.78KN，m14.22KN mnBO(5)在迎風面橫梁上風荷載水平分力qw2x作用下a=1 ,3=0O.15(43 1 O.15)0.02028 4.13592 820 9VAVe(2 6 O.9

11、) O.91KN2 18Ha=2.82 XO.9(1+O.O2O2)/2=1.29KNHe=2.82 XO.9 1.29=1.25KNMc2.82 0.9 6O.15 O.5 1.15 0.02020.39KN mM b=1.29X6=7.74KN mM d=1.25X6=7.5OKN m剛架在qw2x作用下的內(nèi)力如圖。QWO7.50KN m1.29KNEr1.25KN0.91KN180000.91KN7.74KN m qw2x=2.82KN/m0.39KN m"-一目剛架在qw4x作用下的內(nèi)力如圖。圖12.剛架在風荷載q w2x作用下的M圖(6)在背風面橫梁上風荷載水平分力qw4x

12、作用下Va Ve1.83 O.9(2 60.9)2 180.59KNHa=1.83 XO.9(1+O.O2O2)/2=O.84KNHe=1.83 XO.9 O.84=O.81KN0.02020.26KN mMe 1.83 0.9 6O.15 0.5 1.15M b=O.81 X6=4.86KN mM d=O.84 X6=5.O4KN m5.04KN m一qw4x=1.83KN/mOR60.59KN0；26KN m 4.86KN m0.81KN180000.84KN0.59KN圖13.剛架在風荷載q w4x作用下的M圖用疊加繪制在風荷載作用下剛架的組合內(nèi)力。qw2y=2.82KNmqw4y=1.

13、83KN/ m左風qw2y=2.82KN/mqw4y=1-83KNm38.84KN.m圖16.剛架在左風向風荷載q w作用下的N圖0.86KN9.95KN0.65KN圖17.剛架在左風向風荷載q w作用下的VI000四、內(nèi)力組合剛架結(jié)構構件按承載能力極限狀態(tài)設計,根據(jù)建筑結(jié)構荷載規(guī)范(GB500092001)的規(guī)定，采用荷載效應的基本組合: 丫 0SWR。本工程結(jié)構構件安全等級為二級，丫0=1.0。對于基本組合，荷載效應組合的設計值S從下列組合值中取最不利值確定:A . 1.2 X恒荷載標準值計算的荷載效應+1.4 X活荷載標準值計算的荷載效應B. 1.0 X恒荷載標準值計算的荷載效應+1.4

14、 X風荷載標準值計算的荷載效應C. 1.2 X恒荷載標準值計算的荷載效應+1.4 X活荷載標準值計算的荷載效應+0.6X1.4 X風荷載標準值計算的荷載效應D . 1.2 X恒荷載標準值計算的荷載效應+1.4 X風荷載標準值計算的荷載效應+0.7X1.4 X活荷載標準值計算的荷載效應E. 1.35 X恒荷載標準值計算的荷載效應+0.7 X1.4 X活荷載標準值計算的荷載效本工程不進行抗震驗算。最不利內(nèi)力組合的計算控制截面取柱底、 柱頂、梁端及 梁跨中截面，對于剛架梁，截面可能的最不利內(nèi)力組合有:梁端截面：(1)Mmax及相應的N、V ；(2)M min及相應的N、梁跨中截面：(1)M max及

15、相應的N、V ；(2)M min及相應的對于剛架柱，截面可能的最不利內(nèi)力組合有:(1)M max及相應的N、V ；(2)M min及相應的N、VN max 及相應的±M max、VN min及相應的± M max、內(nèi)力組合見表1。剛架內(nèi)力組合表（以左半跨為例）表1截面內(nèi)力組組合項目荷載組合方式荷載組合項目M(KN m)N(KN )V(KN)剛架柱柱頂（B點）Mmax及相應的N、VA1.2 X 恒+1.4 X 活193.3081.2232.21(J)M min及相應的N、VB1.0 X 恒+1.4 X 風7.891.051.67(J)Nmax及相應的± Mmax、V

16、A1.2 X 恒+1.4 X 活193.3081.2232.21(J)Nmin及相應的± Mmax、VB1.0 X 恒+1.4 X 風7.891.051.67(J)柱底（A點）Mmax及相應的N、VM min及相應的N、VNmax及相應的± Mmax、VA1.2 X 恒+1.4 X 活0102.8232.21 ()Nmin及相應的± Mmax、VB1.0 X 恒+1.4 X 風019.054.30(J)剛支座（B點）Mmax及相應的N、VA1.2 X 恒+1.4 X 活193.3039.8977.60 (?)M mini及相應的N、VB1.0 X 恒+1.4 X

17、風7.891.570.89(T)架Mmax及相應的N、VB1.0 X 恒+1.4 X 風9.402.030.60(J)梁跨中（C點）Mmin及相應的N、VA1.2 X 恒+1.4 X 活143.1831.813.21(T)注：內(nèi)力計算的“ +、一”號規(guī)定：彎矩圖以剛架外側(cè)受拉為正，軸力以桿件受壓為正，剪力以繞桿端順時針方向旋轉(zhuǎn)為正。五、剛架設計(一)截面設計參考類似工程及相關資料，梁柱截面均選用焊接工字鋼450 X200 X8X12，截面特性:B=200mm , H=450mm, tw=8.0mm , tf=12.0mm , A=82.1cm 2Ix=28181cm 4, Wx=1252cm

18、3, ix=18.53cmIy=1602cm 4, Wx=160.2cm 3, ix=4.42cm(二)構件驗算1 .構件寬厚比的驗算翼緣部分： b/t 96/12 8 15j235/fy 15腹板部分：ho/tw426/8 53.25 250J235/fy 2502 .剛架梁的驗算(1)抗剪驗算梁截面的最大剪力為Vmax=77.60KNho/tws考慮僅有支座加勁肋,fJfy/2350.562 0.841534fv=125N/mm2Vu=h wtwfv=426 X8 X125=426OOON=426.OKN取梁端截面進行驗算Vmax =77.60KN<V u，滿足要求。(2)彎、剪、壓

19、共同作用下的驗算N=39.89KN , V=77.60KN , M=193.30KN N因 V<0.5Vu，取 V=0.5Vu，按規(guī)范 GB70017 式 441-1 驗算,Mf 內(nèi)1?h2NAf2h2)(f-)(200 122219239890200 12 219)(215 )2198210=220.90KNm>M=193.30KN m，取 M=M f故歳1)2J 豊 0 1，滿足要求。Meu M f(3)整體穩(wěn)定驗算N=39.89KN ，M=193.30KN mA .梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗算。計算長度取橫梁長度lx=18090mm,/x=l x/i x=18090/185.3=

20、97.63<為=150，b 類截面，查表得書 x=0.570N EX0'EAeo2 206 103 82102 21.1 21.1 97.6321592.0KN ,Bmx=1.0Nx AeQmxMx398901.0 193.30 106339.891252 103 (1 0.570 )1592=165.15N/mm2<f=215 N/mm 2，滿足要求。/y= psl/i y0=3015/44.2=68.2，b 類截面，查表得書 y=0.762B.橫梁平面外的整體穩(wěn)定驗算ly=3015mm ?？紤]屋面壓型鋼板與檁條緊密連接，有蒙皮作用，檁條可作為橫梁平面外的支承 點，但為安

21、全起見，計算長度按兩個檁距或隅撐間距考慮，即對于等截面構件丫 =0，us= pw = 1by432068.228210 426 J(雪竺)21.133 0.61252 103 V 4.4 426取虹=1.070.282/ iP by =0.8211.0-旦Nex00.75()20.975N EXOy AeQtMWe1br398900.762 8210O.975 193.30 呼189.73N/mm2 f 215N/mm20.821 1252 10(4)按鋼結(jié)構設計規(guī)范(GB50017 2003)校核橫梁腹板容許高厚比梁端截面:max min39.89 1038210193.30 1062134

22、.86 146.10150.96 N / mm228181 10141.24maxmin1.94max故53.25(48112350 0.52叫f115.7，滿足要求。梁跨中截面:max min31.811038210143.18 103 213 3.87 108.22112.09 N/mm2104.3528181106maxmin1.93max故 丄 53.25(48 00.5tw26.2)115.3，滿足要求。(5)驗算檁條集中荷載下的局部受壓承載力檁條傳給橫梁上翼緣的集中荷載:F=(1.2 X0.27 X6+1.4 X3.00) X3=18.43KNLz=a+5h y+2h r=70+5

23、 X12+0=130mmc 上 317.72N/mm2twlz 8 130215N/mm2驗算腹板上邊緣處的折算應力:取梁端截面處的內(nèi)力： M=193.30KN m , N=39.89KN , V=77.60KNMy1 193.30 103 213 146.10N/mm2In 28181 104oc=17.72N/mm23VS 77.60 10200 12 419“ 宀 2 34.61 N / mm Itw428181 10 8J 2:c 3 2J(14610 39.89)2 17.722 17.72 (146.10 39.89) 3 34.612=130.65 N/mm2<1.2f=2

24、58 N/mm2，滿足要求。3 .剛架柱的驗算抗剪驗算柱截面的最大剪力為 Vmax=32.21KN考慮僅有支座加勁肋,ho/twsfJfy /2350.562 0.8425.34 'fv=125N/mm2Vu=h wtwfv=426 X8 X125=426OOON=426.OKNVmax =32.21KN<V u，滿足要求。(2)彎、剪、壓共同作用下的驗算取梁端截面進行驗算N=81.22KN , V=32.21KN , M=193.30KN N因 V<0.5Vu，取 V=0.5Vu，按規(guī)范 GB70017 式 441-1 驗算,h2Mf (Af1 h2Af2h2)(f m(

25、200 12219281220茄 200 12 219)(215 罰)=215.61KNm>M=193.30KN m，取 M=M f故(著1)20 1,滿足要求。Meu M f(3)整體穩(wěn)定驗算構件的最大內(nèi)力：N=102.82KN ，M=193.30KN mA .剛架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗算。剛架柱高 H=6000mm ，梁長 L=18090mm.柱的線剛度 K1=Ic1/h=28181 X104/6000=46968.3mm3梁線剛度 K2=I bo/(2 tS)=28181 X104/(2 X9045)=15578.2mm3K2/K1=0.332，查表得柱的計算長度系數(shù)卩=2.934

26、 。剛架柱的計算長度lx=山=17604mm。/x=lx/ix=17604/185.3=95。0<刀=150 , b類截面，查表得書x=0.588Nexo223EAe02 206 103 82102 21.11.1 95.01681.4KN ,Bmx=1.0Nx Ae0mxMx102.82 103We1(1x 旦)O.588 8210Nex01.0 193.30 106zICLC >ic3 CLCC 102.821252 103 (1 0.588 )1681.4=181.45N/mm2<f=215 N/mm 2，滿足要求。B.剛架柱平面外的整體穩(wěn)定驗算考慮屋面壓型鋼板墻面與墻

27、梁緊密連接,起到應力蒙皮作用，與柱連接的墻梁可作為柱平面外的支承點，但為安全起見，計算長度按兩個墻梁距離或隅撐間距考慮,即 ly=3000mm 。對于等截面構件丫 =0 ,us=帥=1/y= psl/i y0=3000/44.2=67.9, b 類截面，查表得 p y=0.7644320by267.98210 426 J(空工)2 1.138 0.6Y'4.4 42631252 10取虹=1.070.282/ ip by =0.822t 1.0-N exq0.75(-)2Nexo0.942y AeQtMWe1 br102.82 1030.764 821060.942 193.30 10

28、 193.32N/mm2 f 215N/mm20.822 1252 103(4)按鋼結(jié)構設計規(guī)范(GB50017 2003)校核剛架柱腹板容許高厚比柱頂截面:max min381.22 108210193.30 103 62139.89 146.10155.99 N/mm228181 106136.21maxmin1.87max53.25(48 Q 0.526.2)學 111.0，滿足要求。柱底截面:故 ho 53.25tw(16 Q 0.525) j-23572.5，滿足要求。飛fylc=l b=28181cm 4,Zt= Ic l/hl b=18000/6000=3.04 .驗算剛架在風荷

29、載作用下的側(cè)移卩剛架柱頂?shù)刃搅Π聪率接嬎?H=O.67W=O.67 x13.56=9.09KN其中 W=( 31+ 34)h=(0.71+1.55) X6.O=13.56KN蹇(2 t)9.O9 1O3 6OOO312 2O6 1O328181 忖(2 3)“口 h/150 4曲口(三) 節(jié)點驗算1 .梁柱連接節(jié)點(1) 螺栓強度驗算梁柱節(jié)點采用1O.9級M22高強度摩擦型螺栓連接，構件接觸面采用噴砂，摩 擦面抗滑移系數(shù)卩=0.45，每個高強度螺栓的預拉力為190KN，連接處傳遞內(nèi)力設計 值：N=39.89KN ，V=77.6OKN ，M=193.3OKN每個螺栓的拉力:N1My12yi1

30、93.30 0.2654 (O.2652O.162)39.898128.65KNO.8 19O 152KNN2My22yi19330 O.164 (O.2652O.162)39.89875.70KNO.8 19O 152KN螺栓群的抗剪力:Nv 0.9nf p O.9 1 O.45 19O 8615.6KN V 77.60KN，滿足要求。最外排一個螺栓的抗剪、抗拉力:1,滿足要求。152阿NvNt77.60/8 128.65NvNtb615.6/8(2) 端板厚度驗算端板厚度取為t=21mm按二邊支承類端板計算:6efewNttVewb 2ef(ef ew) f6 40 46 128.65 1

31、0346 200220.9mm40 (4046) 205(3) 梁柱節(jié)點域的剪應力驗算Mdbdctc 426 426 10193.30 106106.52N/mm2fv 125N/mm2，滿足要求。(4) 螺栓處腹板強度驗算N t2 =75.70KNv 0.4P=0.4 X190=76.0KN空 O.4 190 103 206.52N/mm2 ewtw46 8215N/mm2，滿足要求。)(3J I!Jph01* i>0.=1i口qicrxi rHoT*圖18.剛架柱與剛架梁的連接節(jié)點2 .橫梁跨中節(jié)點橫梁跨中節(jié)點采用10.9級M20高強度摩擦型螺栓連接，構件接觸面采用噴砂, 摩擦面抗滑移系數(shù)卩=0.45，每個高強度螺栓的預拉力為155KN，連接處傳遞內(nèi)力設計值：N=31.81KN , V=3.21KN , M=143.18KN每個螺栓的拉力:NiMy12yi143.18 0.2654 (0.26520.162)31.81895.01KN0.8 155 124KNN2My22