某27m跨門式剛架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、門式剛架課程設(shè)計(jì) 06046124唐堯門式剛架課程設(shè)計(jì)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(jì)算書1、設(shè)計(jì)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(biāo)號：(4)、荷載（標(biāo)準(zhǔn)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(jì)不考慮地震作用2、荷載計(jì)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(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)；以屋頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)(2)、各部分作用荷載1)、屋面恒載 標(biāo)準(zhǔn)值：活載 標(biāo)準(zhǔn)值：2)、柱荷載恒載 標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算簡圖及結(jié)果如下：(1)、恒載作用下的內(nèi)力計(jì)算 圖31 恒載內(nèi)力計(jì)算簡圖內(nèi)力計(jì)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(jì)算 圖32 活載內(nèi)力計(jì)算簡圖內(nèi)力計(jì)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(jì)算1)、左風(fēng)情況下： 圖33 左風(fēng)載內(nèi)力計(jì)算簡圖內(nèi)力計(jì)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(jì)算簡圖內(nèi)力計(jì)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(jì)算匯總見下表等截面剛架在各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果 表3.5計(jì) 算項(xiàng) 目計(jì)算簡圖及內(nèi)力圖(M、N、Q)備注恒荷載作用 恒荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)彎矩圖/KN·m恒荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)軸力圖/KN恒荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)剪力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正，壓為負(fù))剪力圖“” 活荷載作用活荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)彎矩圖/KN·m活荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)軸力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正，壓為負(fù))活荷載(標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值)彎矩圖/KN

7、·m 左風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)軸力圖/KN 左風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)剪力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正，壓為負(fù))剪力圖“” 右風(fēng)荷載右風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)彎矩圖/KN·m右風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)軸力圖/KN 右風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)剪力圖/KN彎矩圖軸力圖(拉為正，壓為負(fù))剪力圖“” 4、內(nèi)力組合(1)計(jì)算剛架內(nèi)力組合時(shí)，按照如下四種荷載組合進(jìn)行： ； ； ； 。圖41 門式剛架計(jì)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(jì)算內(nèi)力，按照荷載組合規(guī)則進(jìn)行計(jì)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(qiáng)度驗(yàn)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(qiáng)軸慣性矩繞強(qiáng)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(yàn)算翼緣：腹板：3）強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)橹堑冉孛?，因此高度變化率符合的條件，所以考慮

11、板件的屈曲后強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按照下式計(jì)算：。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。 ， 因?yàn)椋越孛娴膹?qiáng)度驗(yàn)算 因?yàn)榻孛嬷淮嬖谳S力和剪力，分別驗(yàn)算截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 正應(yīng)力驗(yàn)算采用荷載組合：剪應(yīng)力驗(yàn)算采用荷載組合：a、正應(yīng)力驗(yàn)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?yàn)椋?，即截面全部有效。b、剪應(yīng)力驗(yàn)算經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足要求。截面的強(qiáng)度驗(yàn)算截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、 正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)?，用代替公式中的?因?yàn)?，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(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)

12、力驗(yàn)算： 4）整體穩(wěn)定驗(yàn)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(yàn)算翼緣：腹板：3）強(qiáng)度驗(yàn)算 因?yàn)榱菏堑冉孛?，因此高度變化率符合的條件，所以考慮板件的屈曲后強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按照下式計(jì)算：。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。 ， 因?yàn)椋?-截面的強(qiáng)度驗(yàn)算-截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)?，用代替公式中的?因?yàn)椋?，?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(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算-截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：截面的強(qiáng)度驗(yàn)算截面受到壓彎作用，采

13、用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)?，用代替公式中的?因?yàn)椋?，?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(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：4）整體穩(wěn)定驗(yàn)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(shí)腹式剛架梁當(dāng)屋面坡度小于 時(shí)，在剛架平面內(nèi)可可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度。屋面坡度為小于，故可不驗(yàn)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(jì)算（荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值）(1)柱頂側(cè)移計(jì)算 柱腳鉸接剛架， 圖61 剛架柱頂側(cè)移荷載計(jì)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(jì)算 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)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?jì)算簡圖 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(diǎn)設(shè)計(jì)(1)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)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(diǎn)示意圖 圖72 螺栓布置圖(1-1)采用10.9級摩擦型高強(qiáng)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(gè)螺栓的抗剪承載力為：初步采用個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖7-2所示。螺栓驗(yàn)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?yàn)椋匀?/p>

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(jì)算確定。在本例中有兩種計(jì)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(jì)算各個(gè)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(diǎn)設(shè)計(jì) 梁梁拼接節(jié)點(diǎn)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(qiáng)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(gè)螺栓的抗剪承載力為：初步采用10個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖74所示。 圖73 梁梁連接節(jié)點(diǎn)

17、示意圖螺栓驗(yàn)算底排螺栓的拉力最大 抗拉滿足要求。 因?yàn)榧袅苄?，所以無需驗(yàn)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(diǎn)端板一致，取t30mm。8、柱腳設(shè)計(jì)按照計(jì)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(yàn)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(gè)錨栓與基礎(chǔ)連接。錨栓為，。基礎(chǔ)砼標(biāo)號?；A(chǔ)底板設(shè)計(jì)采用如下荷載組合進(jìn)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(jì)算，查表得。因此，底板厚度底板的厚度不小16，所以實(shí)際取用底板厚度。

18、(3)柱腳抗剪承載力驗(yàn)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(jì)(1)、結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型 抗風(fēng)柱在風(fēng)荷載作用下計(jì)算模型為一簡支梁，如圖91所示。計(jì)算高度(2)、截面選擇 選用，(3)、內(nèi)力驗(yàn)算 風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值： 圖91 抗風(fēng)柱計(jì)算模型風(fēng)載設(shè)計(jì)值： 彎矩設(shè)計(jì)值： 剪力設(shè)計(jì)值： 所以，<，<經(jīng)驗(yàn)算強(qiáng)度滿足要求10、屋面支撐計(jì)算 (1)計(jì)算簡圖屋面支撐采用柔性支撐體系，計(jì)算簡圖見下圖101。 圖101 屋面支撐計(jì)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