輕型門式鋼架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、一、設(shè)計(jì)資料某單層工業(yè)廠房，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度24m,長度48m,柱距6m,檐口標(biāo)高11m,屋面坡度1/10。屋面及墻面板均為彩色鋼板，內(nèi)填充保溫層，考慮經(jīng)濟(jì)、制造和安裝方便，楝條和墻梁 均采用冷彎薄壁卷邊 C型鋼，鋼材采用Q345鋼，f 310N/mm2, fv 180N /mm2,基礎(chǔ)混凝土標(biāo) 號C30, fc 14.3N/mm2,焊條采用E50型。剛架平面布置圖，屋面楝條布置圖，柱間支撐布置草圖， 鋼架計(jì)算模型及風(fēng)荷載體形系數(shù)如下圖所示。屋面楝條布置圖isII567柱間支撐布置草圖l二1: T計(jì)算模型及風(fēng)荷載體形系數(shù)二、荷載計(jì)算1.1 計(jì)算模型的選取取一根剛架進(jìn)行分析，柱腳采

2、用較接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計(jì)。1.2 荷載取值計(jì)算：(1)屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值彩色鋼板0.40kN m2保溫層0.60kN； m2楝條0.08kN； m2鋼架梁自重0.15kN. m2合計(jì)1.23kN/m2(2)屋面活載和雪載0.30KN/m2。(3)輕質(zhì)墻面及柱自重標(biāo)準(zhǔn)值0.50KN/m2(4)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本風(fēng)壓：0 1.05 0.50 0.525kN/m。根據(jù)地面粗糙度類別為B類，查得風(fēng)荷載高度變化系數(shù)：當(dāng)高度小于10m時(shí)，按10m高度處的數(shù)值采用，z=i,0 o風(fēng)荷載體型系數(shù)s：迎風(fēng)柱及屋面分別為+ 0.25和1.0 ,背風(fēng)面柱及屋面分別為0.55和0.65。2.3各部分作用的荷載標(biāo)

3、準(zhǔn)值計(jì)算(1)屋面荷載：，一3一1標(biāo)準(zhǔn)值：1.23 6 7.42kN/mcos柱身恒載：0.50 6 3.00kN/mRi(2)屋面活載屋面活載雪載0.3016 1.81kN/mcosT.ElkN/m(3)風(fēng)荷載以左吹風(fēng)為例計(jì)算，右吹風(fēng)同理計(jì)算，根據(jù)公式 k z s 0計(jì)算，z查表h 10m,取1.0,取值如圖1.2所示。(地面粗糙度B類)迎風(fēng)面 側(cè)面 k 0.25 1.0 1.05 0.50 0.131kN/m2, q10.131 6 0.79kN/m2屋頂 k 1.00 1.0 1.05 0.500.525kN/m2, q20.525 63.15kN /m0.55 1.0 1.05 0.5

4、0q30.65 1.0 1.05 0.50q，0.289kN /m20.341 62.05kN/m_20.341kN /m0.289 61.73kN/m二1m恒載作用下剪力圖三、內(nèi)力計(jì)算根據(jù)各個(gè)計(jì)算簡圖，用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下: 注：剪力圖：“+”表示方向“一”；軸力圖：拉為正，壓為負(fù)。3.1恒載作用（標(biāo)準(zhǔn)值）下，計(jì)算簡圖及內(nèi)力值:恒載作用下軸力圖恒載作用下彎矩圖3.2活載作用（標(biāo)準(zhǔn)值）下，計(jì)算簡圖及內(nèi)力值：活荷載作用下剪力圖活荷載作用下彎矩圖3.3風(fēng)荷載作用（標(biāo)準(zhǔn)值）下，計(jì)算簡圖及內(nèi)力值:風(fēng)荷載作用下剪力圖風(fēng)荷載作用下彎矩圖由對稱性可知，右風(fēng)作用下，鋼架的內(nèi)

5、力圖與上述各圖分別對稱，可不做分析。四、內(nèi)力組合選取荷載組合（1.2x恒載+1.4x活載+1.4x0.6x風(fēng)載）對構(gòu)件內(nèi)力值進(jìn)行驗(yàn)算，如下表所示截面內(nèi)力左風(fēng)組合值柱端AP M00100N-122.04-21.7240.21-143.08Q-24.27-5.9219.15-21.33柱端Br m-266.981-65.121162.86-274.74N-89.04-21.7240.21-103.48Q-24.27-5.9210.46-25.63梁端B:M-266.981-65.12:14.41-399.44N-33.01-8.05-38.97-83.62Q86.1821.02162.86269.

6、65梁端C:M232.8056.79-78.09293.27N-33.01-8.0514.41-38.78Q-3.30-0.81-0.99-5.93五、剛架設(shè)計(jì)5.1截面形式及尺寸初選截 面截卸名稱面積(mmI X106mmWX 104mmI Y106mmWY 104mmi xmmi ymm柱H800X 300x 10X 14161201681420634232363梁H800X 300x 10X 14161201681420634232363梁柱都采用焊接的工字型鋼，梁截面高度 h一般取( 1/30 1/45 ) L,故取梁截面高度為 800mm 暫取梁截面尺寸為 H800x300x10x1

7、4,如下圖所示，柱的截面采用與梁相同。EA 2.06 108 16120 10 6 3.32 106kNEIx 2.06 108 1681 106 10 12 3.46 105kN ?m25.2構(gòu)件驗(yàn)算：(1)構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算翼緣部分：b (300 10)/2tf 1410.36 15. 235/ fy腹板部分：h0 800 2 14 77.2 250. 235/f； tw1012.4206(2)平面內(nèi)計(jì)算長度7.5K7.5K4,其中K1I cl RiTH12.06111.10, 07.5 1.10 4: 7.5 1.10 11.15H0x 11 1.15 12.66 m平面外長度計(jì)算系數(shù):考慮

8、壓型鋼板墻面與強(qiáng)梁緊密連接,起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱連接的強(qiáng)梁可作為柱平面外的支撐點(diǎn),但為了安全起見計(jì)算長度按兩個(gè)強(qiáng)梁間距考慮，即H0Y 11000/2 5500mm1266032339.2, y55006387.3(3)剛架柱的驗(yàn)算A.柱有效截面特征M 274.74kN?m,N103.48kN,Q25.63kNmax N M103.48 103 274.74 106min AWx16120-4420 106.42 65.41迪 N/mm258.99max min0max71.83 58.99 1.8271.83由于考慮屈曲后強(qiáng)度hc8990.8271.8377271.83424.17mm71.

9、83 58.9916(1)2 0.112(1hw / t w)2 119.6328.1 k 235/ fy1,截面全部有效。772/1028.119.63 ,235/18.150.170.8B.抗剪驗(yàn)算柱截面的最大剪力是Vmax=25.63kN,考慮到僅有支座加勁肋,sho/tw f 1.08, 0.8 s 1.08 1.4,所以 fv 1 0.64( s 0.8)。0.8208,37 5.34，235梁的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 Vu 0.8208hwtwfv 0.8208 772 10 180 1140.58kN Vmax ,滿足 要求。彎剪壓共同作用下的驗(yàn)算:因?yàn)閂0.5Vu ,按公式M MeN

10、 MeNWe/Ae進(jìn)行驗(yàn)算,其中Me Wef 420104 215 10 6 903kN mM：MeNWe/Ae903 103.48 903/16120 897.2kN ?m 274.74kN ?m,滿足要求。C.整體穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力:N=143.08kN, M=274.74kN- ma.剛架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算x 0.901 0剛架柱高H=11000mm柱的計(jì)算長度系數(shù)0 1.05。剛架柱的計(jì)算長度x lox/ix 39.2 0.6274.74 106_4420 101.73滿足要求24000/11000 2.18235345fcl ,2N /mmH0.67(qw1 qw3)h 0

11、.67 (0.79 1.73) 11 18.57kN103 11000334 (2 2.18) 24.86mm h/60 183mm 12 206 103 168100 104(4)剛架梁的驗(yàn)算A.梁有效截面特征M 399.44kN?m,N83.62kN,Q 269.65kNmaxJMmin AWX83.62 103 399.44 10616120-4420 105.19 95.10理589.91max min0max100.29 89.91100.291.90由于考慮屈曲后強(qiáng)度上衛(wèi)義0.901100.29hc772406.32mm1.9016.(1)20.112(1hw /tw)2121.5

12、1772/1028.1 k 235/ fy1,截面全部有效。28.121.5235/18.150.160.8B.抗剪驗(yàn)算梁截面的最大剪力是Vmax=83.62kN,考慮到僅有支座加勁肋,由于是等截面，同理得Vu 0.8208hwtwfv 0.820877210 180 1140.58kN Vmax ,滿足要求。彎剪壓共同作用下的驗(yàn)算:因?yàn)閂0.5Vu ,按公式MMeNWe/Ae進(jìn)行驗(yàn)算,其中Me Wef 420104 21510903kN mMeNMeNWe / Ae903 103.48903/16120 897.2kN?m 399.44kN?m,滿足要求。C.整體穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力:N=

13、-83.62kN, M=-399.44kN ma.剛架梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：計(jì)算長度取橫梁長度lx=12060mm x L/ix 37.340.6取 y 1.07 0.2820.906 1.0by 2 Nc rLNc crLt 1.00.750.975N eX 0N eX 0N tM 143.08 1030.975 274.74 1062 4 N / mmYAe0 Wei by 0.906 16120420 100.90680.2N /mm2 f 310 N /mm2,滿足要求六、下點(diǎn)設(shè)計(jì)：(1)梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)A.螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算梁柱節(jié)點(diǎn)采用10.9級M30高強(qiáng)摩擦型

14、螺栓連接，如下圖所示。構(gòu)件截面采用噴砂，摩 擦面抗滑移系數(shù) =0.50 ,每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是 355kN,連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值： N=-83.62kN, V=269.65kN, M=399.44kN mi14-M30+ + +144+ +012000CT2-O1300+ +H800X 300X10X14H800X 300X10X14(b)150150(a)剛架柱與剛架梁的連接節(jié)點(diǎn)螺栓抗拉承載力驗(yàn)算：Ntb 0.8P 284kNNtMy1 N399.44 0.5583.62yi2n 4 (0.312 0.462 0.552)1484.04kNNtb 284kN螺栓抗剪承載力驗(yàn)算：b83 62

15、Nv 0.9nf P 0.9 1 0.50 355 159.75kN Nv 5.97kN ,潴足要求。14Nv最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉承載力驗(yàn)算：工 至乙 8404 0.33 1,滿足要求。Ntb 159.75284B.端板厚度驗(yàn)算端板厚度取t 20mm,按二邊支撐端板外伸計(jì)算6efewNtt .,ewb 2ef(ef ew) f6 60 73 84.04 103,73 300 2 60 (60 73) 31013.71mm,滿足要求。C.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算Mdbd399.44 106776 776 1066.33N / mm2180N /mm2,節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力滿足要求D.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)

16、算翼緣內(nèi)第二排第一個(gè)螺栓的軸向拉力設(shè)計(jì)值:N t2My22V399.44 0.462224 0.310.460.5583.6214KN69.3KN0.4P 142kN取 Nt2 142kNNt2142 10373 10194.5N/mm2 310N/mm2,滿足要求。(2)梁梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)A.螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算梁梁連接節(jié)點(diǎn)采用10.9級M30高強(qiáng)摩擦型螺栓連接，如下圖所示。構(gòu)件接觸面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)=0.50 ,每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是355kN,連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值如下:N=-38.78kN , V=-5.93kN , M=293.27kN m10-M30H800X300M0M430070

17、 80 80 70150 ,150OT3 05102QU8(a)梁梁連接節(jié)點(diǎn)螺栓抗拉承載力驗(yàn)算：Ntb 0.8P 284kN(b)Nt293.27 0.46Myi272T2-yin 4 (0.310.46 )38.7810105.73kNNtb 284kN螺栓抗剪承載力驗(yàn)算：N： 0.9nf P 0.9 1 0.50 355 159.75kNNv 3878 3.88kN ,滿足要求。10最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉承載力驗(yàn)算：NvNbvNtbNt3.88159.75105.732840.401,滿足要求。B.端板厚度驗(yàn)算端板厚度取t 20mm,按二邊支撐端板外伸計(jì)算6ef，vNt6 60 73

18、105.73 103:ewb 2ef(ef ew) f73 300 260 (60 73) 31015.39mm,滿足要求。C.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算Mdbdctc293.27 106776 776 1048.7N / mm2180N / mm2,節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力滿足要求D.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算翼緣內(nèi)第二排第一個(gè)螺栓的軸向拉力設(shè)計(jì)值:N區(qū)NN t22yi n293.27 0.31224 0.310.4638.7810kN69.9KN0.4P 142kN取 Nt2 142kNNt23142 1073 10194.5N/mm2 310N/mm2,滿足要求。(3)柱腳設(shè)計(jì)剛架柱與基礎(chǔ)較接，采用平板式較接柱腳?；A(chǔ)采用C20混凝土，fc=9.6 N / mm2a.柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值如下：N 143.08kN, V 21.33kNb.柱腳底板尺寸確定L h 2c 800 2 (20 50) 840 900mm,取 L 850mm。B b 2c 300 2 (20 50) =340