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文檔簡介
1、門式剛架課程設(shè)計 06046124唐堯門式剛架課程設(shè)計學(xué)校名稱 河 海 大 學(xué) 姓 名 唐 堯 學(xué) 號 06046124 任課教師 張 莉 日 期 2009/06/18門式剛架計算書1、設(shè)計資料(1)、廠房柱網(wǎng)布置廠房為單跨雙坡門式剛架(見圖11)。長度90m,柱距7.5m,跨度27m,門式剛架檐高6m,屋面坡度為1:10。 圖11 門式剛架簡圖(2)、材料選用屋面材料:單層彩板墻面材料:單層彩板 天溝:鋼板天溝(3)、結(jié)構(gòu)材料材質(zhì) 鋼材選用, 基礎(chǔ)混凝土標號:(4)、荷載(標準值) 恒載: 活載: 風(fēng)載:基本風(fēng)壓,地面粗糙度為B類,風(fēng)載體型系數(shù)按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS102
2、:2002)封閉式建筑類型中間區(qū)的風(fēng)荷載體型系數(shù)采用。 確定Z值:1) 2) 取較小值為4.8m,根據(jù)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程表A.0.2-1 注3,因柱距,故風(fēng)荷載取中間值。詳見圖12所示 圖12 風(fēng)荷載體型系數(shù)示意圖(左風(fēng)) 雪荷載:(5)、其它 本課程設(shè)計不考慮地震作用2、荷載計算(1)、荷載取值屋面恒載:屋面活載:輕質(zhì)墻面及柱自重(包括柱、墻骨架):風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓,按地面粗糙度為B類;以柱頂為準風(fēng)壓高度變化系數(shù);以屋頂為準風(fēng)壓高度變化系數(shù)(2)、各部分作用荷載1)、屋面恒載 標準值:活載 標準值:2)、柱荷載恒載 標準值:3)、風(fēng)荷載迎風(fēng)面 柱上 橫梁上背風(fēng)面 柱上 橫梁上3、
3、內(nèi)力分析采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器V2.0版求解內(nèi)力,計算簡圖及結(jié)果如下:(1)、恒載作用下的內(nèi)力計算 圖31 恒載內(nèi)力計算簡圖內(nèi)力計算結(jié)果如下: 表3.1桿端1桿端2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)(1)63.2025.060.0040.7025.06150.38(2)28.9938.01150.3824.952.4990.52(3)24.952.4990.5228.9938.01150.37(4)40.7025.06150.3763.2025.060.00(2)、活載作用下的內(nèi)力計算 圖32 活載內(nèi)力計算簡圖內(nèi)力計算結(jié)果如下
4、: 表3.2桿端1桿端2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)(1)50.8831.330.0050.8831.33187.97(2)36.2447.51187.9731.183.12113.16(3)31.183.12113.1636.2447.51187.97(4)50.8831.33187.9750.8831.330.00(3)、風(fēng)載作用下的內(nèi)力計算1)、左風(fēng)情況下: 圖33 左風(fēng)載內(nèi)力計算簡圖內(nèi)力計算結(jié)果如下: 表3.3桿端1桿端2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(K
5、N·m)(1)34.5522.670.0034.5518.53123.62(2)21.8832.54123.6221.885.1861.98(3)22.470.7461.9822.4721.5088.92(4)23.6320.0088.9223.639.420.002)、右風(fēng)情況下:圖34 右風(fēng)載內(nèi)力計算簡圖內(nèi)力計算結(jié)果如下: 表3.4桿端1桿端2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KN·m)(1)23.639.420.0023.6320.2288.92(2)22.4721.5088.9222.470.7461.98(3)2
6、1.885.1861.9821.8832.54123.62(4)34.5518.53123.6234.5522.670.00(4)內(nèi)力計算匯總見下表等截面剛架在各種荷載標準值作用下的內(nèi)力計算結(jié)果 表3.5計 算項 目計算簡圖及內(nèi)力圖(M、N、Q)備注恒荷載作用 恒荷載(標準值)彎矩圖/KN·m恒荷載(標準值)軸力圖/KN恒荷載(標準值)剪力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正,壓為負)剪力圖“” 活荷載作用活荷載(標準值)彎矩圖/KN·m活荷載(標準值)軸力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正,壓為負)活荷載(標準值)剪力圖/KN剪力圖“” 風(fēng)荷載作用左風(fēng)荷載左風(fēng)荷載(標準值)彎矩圖/KN
7、·m 左風(fēng)荷載(標準值)軸力圖/KN 左風(fēng)荷載(標準值)剪力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正,壓為負)剪力圖“” 右風(fēng)荷載右風(fēng)荷載(標準值)彎矩圖/KN·m右風(fēng)荷載(標準值)軸力圖/KN 右風(fēng)荷載(標準值)剪力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正,壓為負)剪力圖“” 4、內(nèi)力組合(1)計算剛架內(nèi)力組合時,按照如下四種荷載組合進行: ; ; ; 。圖41 門式剛架計算模型各工況作用下的截面內(nèi)力見下表4.1。各荷載作用下的截面內(nèi)力 表4.1截面內(nèi)力恒載活載左風(fēng)右風(fēng)0.00.00.00.0-63.2-50.934.623.625.031.322.79.4-150.4-188.0123.688
8、.9-40.7-50.934.623.625.031.318.520.2-150.4-188.0123.688.9-29.0-36.221.922.538.047.532.521.590.5113.2-62.0-62.0-25.0-31.221.922.52.53.15.2-0.7由以上計算內(nèi)力,按照荷載組合規(guī)則進行計算,內(nèi)力組合值如下表4.2所示。 內(nèi)力組合值 表4.2截面內(nèi)力1.2恒1.4活左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)0.00.00.00.00.00.00.0-147.1-118.0-127.3-77.3-92.7-14.8-30.2-73.8-54.8-65.9-28.9-47.56.8-1
9、1.8-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9-120.1-91.0-100.3-50.3-65.77.7-7.7-73.8-58.3-56.9-34.8-32.40.93.3-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9-85.5-67.1-66.6-39.6-38.81.72.5112.184.894.046.762.1-7.57.9267.1215.0215.0132.7132.73.73.7-73.7-55.3-54.8-29.9-29.15.76.5-7.3-3.0-7.91.2-7.04.8-3.55、截面選擇與
10、強度驗算(1)截面形式及尺寸初選 截面信息表 表5.1截面截面名稱長度面積繞弱軸慣矩繞弱軸截面模量繞強軸慣性矩繞強軸截面模量Z600×300×6×12106565401360.171797.72393.3106565401360.171797.72393.3L600×300×6×12106565401360.171797.72393.3106565401360.171797.72393.3 圖51 梁、柱截面形式和尺寸(2) 剛架柱1)截面特性 2)局部穩(wěn)定驗算翼緣:腹板:3)強度驗算因為柱是等截面,因此高度變化率符合的條件,所以考慮
11、板件的屈曲后強度,腹板抗剪承載力按照下式計算:。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。 , 因為,所以截面的強度驗算 因為截面只存在軸力和剪力,分別驗算截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 正應(yīng)力驗算采用荷載組合:剪應(yīng)力驗算采用荷載組合:a、正應(yīng)力驗算:彎矩為0,故截面的邊緣正應(yīng)力比值。用代替公式中的:因為,所以,即截面全部有效。b、剪應(yīng)力驗算經(jīng)驗算截面強度滿足要求。截面的強度驗算截面受到壓彎作用,采用以下荷載組合進行驗算:a、 正應(yīng)力驗算:故截面的邊緣正應(yīng)力比值因為,用代替公式中的: 因為,所以,即截面全部有效。截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 所以采用以下公式進行強度驗算:經(jīng)驗算截面強度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)
12、力驗算: 4)整體穩(wěn)定驗算a、平面內(nèi)穩(wěn)定 b、平面外穩(wěn)定 故平面外穩(wěn)定滿足要求。(3) 剛架橫梁1)截面特性 2)局部穩(wěn)定驗算翼緣:腹板:3)強度驗算 因為梁是等截面,因此高度變化率符合的條件,所以考慮板件的屈曲后強度,腹板抗剪承載力按照下式計算:。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。 , 因為,所以 -截面的強度驗算-截面受到壓彎作用,采用以下荷載組合進行驗算:a、正應(yīng)力驗算:故截面的邊緣正應(yīng)力比值因為,用代替公式中的: 因為,所以,即-截面全部有效。-截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 所以采用以下公式進行強度驗算:經(jīng)驗算-截面強度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗算:截面的強度驗算截面受到壓彎作用,采
13、用以下荷載組合進行驗算:a、正應(yīng)力驗算:故截面的邊緣正應(yīng)力比值因為,用代替公式中的: 因為,所以,即-截面全部有效。截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 所以采用以下公式進行強度驗算:經(jīng)驗算截面強度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗算:4)整體穩(wěn)定驗算a、平面內(nèi)穩(wěn)定根據(jù)協(xié)會規(guī)程第6.1.6條第一款的規(guī)定,實腹式剛架梁當(dāng)屋面坡度小于 時,在剛架平面內(nèi)可可僅按壓彎構(gòu)件計算其強度。屋面坡度為小于,故可不驗算梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性。b、平面外穩(wěn)定 故平面外穩(wěn)定滿足要求。6、位移計算(荷載采用標準值)(1)柱頂側(cè)移計算 柱腳鉸接剛架, 圖61 剛架柱頂側(cè)移荷載計算簡圖 剛架柱與剛架梁的線剛度比值 對于橫梁上緣坡度
14、不大于1:5的單跨變截面剛架的柱頂側(cè)移可以按以下公式估算 剛架在水平力作用下的柱頂側(cè)移因此柱頂水平位移滿足要求。 (2)橫梁撓度計算 豎向荷載標準值作用下橫梁撓度(取1.0恒載1.0活載),用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器V2.0求解得桿端位移值見下表6.1 圖62 1.0恒載與1.0活載作用下?lián)隙扔嬎愫唸D 桿端位移值 表6.1單元碼桿端1桿端2u水平位移v 豎向位移轉(zhuǎn)角u水平位移v 豎向位移轉(zhuǎn)角10.00000.00000.00220.87160.00000.004720.87160.00000.00479.7846-89.12900.000639.7846-89.12900.000618.69750.00
15、000.0025418.69750.00000.00250.00000.0000-0.0059 圖63 1.0恒載和1.0活載作用下的豎向位移(單位:mm)撓度限值 橫梁撓度滿足要求。7、構(gòu)件連接節(jié)點設(shè)計(1)梁柱節(jié)點設(shè)計梁柱節(jié)點連接采用端板豎放的連接形式,如圖71所示,連接處內(nèi)力采用以下組合: 圖71 梁柱連接節(jié)點示意圖 圖72 螺栓布置圖(1-1)采用10.9級摩擦型高強度螺栓連接,連接表面采用噴砂的處理方法,摩擦面的抗滑移系數(shù),預(yù)拉力,則每個螺栓的抗剪承載力為:初步采用個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖7-2所示。螺栓驗算頂排螺栓的拉力最大抗拉滿足要求 第二排螺栓: 第三排螺栓:因為,所以取
16、第四排螺栓:,取第五排螺栓:,取螺栓群的抗剪承載力抗剪滿足要求端板厚度端板厚度t根據(jù)支承條件計算確定。在本例中有兩種計算類型:兩邊支承類端板(端板平齊)以及無加勁肋端板,分別按照協(xié)會規(guī)程中相應(yīng)的公式計算各個板區(qū)的厚度值,然后取最大的板厚作為最終值。a、兩邊支承類端板(端板平齊):b、 無加肋端板:綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t30mm(1)梁梁節(jié)點設(shè)計 梁梁拼接節(jié)點連接形式如圖73所示,連接處選用如下組合內(nèi)力值: 采用級摩擦型高強度螺栓連接,連接表面采用噴砂的處理方法,摩擦面的抗滑移系數(shù),預(yù)拉力,則每個螺栓的抗剪承載力為:初步采用10個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖74所示。 圖73 梁梁連接節(jié)點
17、示意圖螺栓驗算底排螺栓的拉力最大 抗拉滿足要求。 因為剪力很小,所以無需驗算剪力。端板厚度 圖74 螺栓布置圖(2-2) 端板厚度的取值與梁柱節(jié)點端板一致,取t30mm。8、柱腳設(shè)計按照計算假定,柱腳的形式為鉸接,不能抵抗彎矩。剪力由底板與混凝土之間的摩擦力承擔(dān)(若經(jīng)過驗算不滿足,則需設(shè)置抗剪鍵)。柱腳的形式如圖81所示,采用四個錨栓與基礎(chǔ)連接。錨栓為,。基礎(chǔ)砼標號。基礎(chǔ)底板設(shè)計采用如下荷載組合進行:,。 圖81 柱腳詳圖(1)柱腳底板尺寸的確定假定底板寬度底板長度取(2)柱腳底板厚度的確定底板壓力底板按三邊支承板一邊自由板計算,查表得。因此,底板厚度底板的厚度不小16,所以實際取用底板厚度。
18、(3)柱腳抗剪承載力驗算 柱底組合內(nèi)力均為受壓,基礎(chǔ)混凝土與柱腳底板間的摩擦系數(shù)為0.4,由于,故需設(shè)置抗剪鍵。9、抗風(fēng)柱設(shè)計(1)、結(jié)構(gòu)的計算模型 抗風(fēng)柱在風(fēng)荷載作用下計算模型為一簡支梁,如圖91所示。計算高度(2)、截面選擇 選用,(3)、內(nèi)力驗算 風(fēng)載標準值: 圖91 抗風(fēng)柱計算模型風(fēng)載設(shè)計值: 彎矩設(shè)計值: 剪力設(shè)計值: 所以,<,<經(jīng)驗算強度滿足要求10、屋面支撐計算 (1)計算簡圖屋面支撐采用柔性支撐體系,計算簡圖見下圖101。 圖101 屋面支撐計算簡圖 (2)截面尺寸各桿件截面與材料見下表10.1 截面表 表10.1桿件號截面材料桿件號截面材料1H-600×
19、;300×6×12Q23511PIPE102×3.5Q2352H-600×300×6×12Q23512PIPE102×3.5Q2353H-600×300×6×12Q23513PIPE102×3.5Q2354H-600×300×6×12Q23514ROUND-10Q2355H-600×300×6×12Q23515ROUND-10Q2356H-600×300×6×12Q23516ROUND-10Q2357H-600×300×6×12Q23517ROUND-10Q2358H-600×300×6×12Q23518ROUND-10Q2359PIPE102×3.5Q23519ROUND-10Q2
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