m輕型門式鋼架設計計算書

1、輕型門式剛架廠房主體結(jié)構(gòu)設計計算書目錄一， 設計資料.3二， 鋼架布置簡圖.3三， 荷載簡圖和計算4（1） 荷載簡圖4（2） 荷載計算5四， 內(nèi)力分析與組合6（1） 內(nèi)力計算和組合6（2） 控制截面確實定12五， 鋼架設計121截面設計122構(gòu)件驗算131. 構(gòu)件寬厚比驗算2. 鋼架柱驗算3. 鋼架梁驗算4.鋼架位移計算3節(jié)點設計.221. 梁柱連接節(jié)點設計2. 橫梁跨中節(jié)點設計（3） 柱腳設計29一， 設計資料一單層廠房采用單跨雙坡輕型門式鋼架，柱距6m,長度60m,鋼架檐口高度H=6m,鋼架跨度為36m,鋼架為等截面的梁和柱，屋面坡度取1/10.屋面和墻面均采用彩色鋼板，保溫層，檁條或墻梁

2、，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距均為1.45m，材料采用Q235鋼材，焊條采用E43型。恒載：彩色鋼板 0.25KN/m2保溫層0.4KN/m2檁條0.05 KN/m2活載：屋面活載和雪載 0.3KN/m2風荷載0.4KN/m2地震：由于輕型門式鋼架自重較輕，地震作用產(chǎn)生的荷載效應一般很小，本建筑為一般性建筑，不考慮地震作用。二， 鋼架布置簡圖該廠房長度60m,跨度36m，共有11榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于300m,橫向溫度區(qū)段不大于150m，因此不用設置伸縮縫，檁條間距為1.45m,墻梁間距1.5m。AC1:10B36000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4

3、 ) 鋼架立面簡圖三， 荷載簡圖和計算1，荷載簡圖 恒載作用270004.24.24.24.236000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )活荷載作用3.03.036000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )風荷載作用qw2=2.22qw4=1.443qw1=0.555qw3=1.22136000600012345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )取左風為例計算，右風同理計算(地面粗糙度為B類)2荷載計算恒載彩色鋼板保溫層檁條0.25KN/m20.4KN/m20.05KN/m2活載活載和雪載風荷載0.3KN/m20.4KN/m2各荷載標準值計算

4、屋面恒荷載標準值4.2KN/m2活荷載標準值3.0KN/m2柱荷載柱身荷載墻重4.2KN/m2風荷載迎風面柱上qw10.555KN/m2橫梁上qw22.22 KN/m2背風面柱上qw31.221 KN/m2橫梁上qw41.443 KN/m2附風載體型系數(shù)迎風柱0.25迎風屋面-1.00背風屋面-0.65背風柱-0.55四， 內(nèi)力分析與組合（1） 內(nèi)力計算與組合根據(jù)各個計算簡圖，使用結(jié)構(gòu)力學求解器計算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下：恒載作用恒載下彎矩圖單位KNm恒載下剪力圖單位KN恒載下軸力圖單位KN活載下彎矩圖單位KNm活載下剪力圖單位KN活載下軸力圖單位KN風荷載下彎矩圖單位KNm）風

5、荷載下剪力圖單位KN）風荷載下軸力圖單位KN此設計只考慮全部荷載同時作用的一種情況，即：1.2×恒載+1.4×0.9×活載+風載各種情況下控制截面的內(nèi)力截面內(nèi)力恒載活載左風組合值柱上AM0000Q-61.24-43.7529.25-91.76N-90.63-49.7533.87-128.76柱上BM-306.20-218.76139.3-467.56Q-61.24-43.7526.47-95.26N-69.63-49.7533.87-103.56梁上BM-306.20-218.76139.3-467.56Q63.1945.15-31.0793.57N-67.86-

6、48.4929.71-105.09梁上CM167.20119.46-70.67262.12Q-6.09-4.355.74-5.56N-60.94-43.5429.71-90.552控制截面確定CBAA取控制截面為上圖的A，B，C三處共四個截面：柱上A，柱上B，梁上B，梁上C。五， 鋼架設計（1） 截面設計初選梁柱截面均采用焊接工字鋼600×300×6×12，具體尺寸和截面信息見以下圖表：梁、柱截面形式和尺寸截面名稱面積IxIyWxWyixiymm2mm4mm4mm3mm3mmmmH600×300×6×121065671797.7

7、15;1045401×1042393.3×103360.1×103259.671.22構(gòu)件驗算1. 構(gòu)件寬厚比驗算翼緣局部b1t=300-6212=12.3<15235fy=15腹板局部hwtw=5766=96<250235fy=250滿足要求2. 鋼架柱驗算因為梁，柱是等截面的，因此高度變化率<60mm/m的條件。所以考慮板件屈曲后的強度，腹板抗剪承載力按下式計算Vd=hwtwfv'梁柱都不設橫向加勁肋k=5.34 hw=576mm tw=6mmw=hwtw37235fyk =5766375.34235235=1.12因為0.8<

8、w<1.4fv'=1-0.64w-0.8fv =1-0.641.12-0.8 ×125 =99.4Nmm2柱上A截面強度驗算因為柱上A截面只存在軸力和剪力，分別驗算截面的正應力和剪應力M=0KNm V=-91.76KN N=-128.76KN a. 正應力驗算1=NA=12876010656=12.08Nmm2<f=215Nmm2彎矩為0，故截面邊緣正應力比值=1.0用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×12.08=13.29Nmm2k=161+2+0.1121-2+1+=4.0=hwtw28.1k235fy=576628.1

9、5;223513.29=0.41因為<0.8，=1柱上A截面全部有效1=NA=12876010656=12.08Nmm2<f=215Nmm2b. 剪應力驗算V1=91.76<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN經(jīng)驗算柱上A截面強度滿足要求柱上B截面柱上B截面受到壓彎作用M=-467.56KNm V=-95.26KN N=-103.56KN a. 正應力驗算1=NA+MW=10356010656+467.56×1062393.3×103=205.08Nmm2<f=215Nmm22=NA-MW=1035

10、6010656-467.56×1062393.3×103=-185.64Nmm2故截面邊緣正應力比值=21=-185.64205.08=-0.91因為1<f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×205.08=225.59KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=21.75=hwtw28.1k235fy=576628.1×21.75235225.59=0.72因為<0.8，=1，所以柱上B截面全部有效柱上B截受剪力，彎矩，軸力共同作用V1=95.26<0.5×576×6×99.4=

11、171.76KN所以采用以下公式進行強度驗算MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-103.56×10310656×2393.3×103=491.3KNm>M=467.56KNm經(jīng)驗算柱上B截面強度滿足要求b. 剪應力驗算V1=95.26<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN整體穩(wěn)定驗算a. 平面內(nèi)穩(wěn)定驗算鋼架柱高5000mm,梁長2X16582=33164柱線剛度k1=Ich梁線剛度k2=Ib2sIc=Ib K1=k2k1=50002×16582=0.15K2=0.1(采用平板支

12、座)查表得=2.635lox=h=5000×2.635=13175mmx=13175259.6=50.75<=150平面內(nèi)穩(wěn)定x=50.75查表b類截面得x=0.853NEx'=2EA1.12=2×2.06×1051.1×50.752=7647.09KN,有側(cè)移，故mx=1.0NxA+mxM1-NNEx'xWe=212.37Nmm2<f=215Nmm2滿足要求b. 平面外整體穩(wěn)定驗算考慮到墻面壓型鋼板與墻梁緊密連接，起到應力蒙皮作用，與柱相連的墻梁可作為柱平面外的支撐點，計算時，為了平安起見，計算長度按兩個墻梁間距或隅撐間距考

13、慮。loy=3000mmy=loyiy=300071.2=42.13查表B類截面y=0.89對等截面構(gòu)件=0，s=w=1,y=42.13by=4320y2A0h0wx0sw2+yot04.4h02235fy=432042.13210656×6002393.3×1031+42.13×124.4×6002 =3.13>0.6用by代替byby=1.07-0.2823.13=0.98<1t=1-NNEx0'+0.75NNEx0'2=1-128.767647.09+0.75128.767647.092=0.98N0yAe0+tM1by

14、we1=128.76×1030.89×10656+0.98×467.56×1060.98×2393.3×103=208.94Nmm2<f=215Nmm23. 鋼架梁驗算因為梁，柱是等截面的，因此高度變化率<60mm/m的條件。所以考慮板件屈曲后的強度，腹板抗剪承載力按下式計算Vd=hwtwfv'梁柱都不設橫向加勁肋k=5.34 hw=576mm tw=6mmw=hwtw37235fyk =5766375.34235235=1.12因為0.8<w<1.4fv'=1-0.64w-0.8fv =1-0

15、.641.12-0.8 ×125 =99.4Nmm2梁上B截面強度驗算因為梁上B截面存在軸力，剪力，彎矩M=467.56KNm V=93.57KN N=105.09KN a.正應力驗算1=NA+MW=10509010656+467.56×1062393.3×103=205.22Nmm2<f=215Nmm22=NA-MW=10509010656-467.56×1062393.3×103=-185.50Nmm2故截面邊緣正應力比值=21=-185.50205.22=-0.90因為1<f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1

16、.1×205.22=225.74KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=22.31=hwtw28.1k235fy=576628.1×22.31235225.74=0.71因為<0.8，=1，所以梁上B截面全部有效梁上B截受剪力，彎矩，軸力共同作用V1=93.57<0.5×576×6×99.4=171.76KN所以采用以下公式進行強度驗算MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-105.09×10310656×2393.3×103=490.96KNm>M=467.56KNm經(jīng)驗算梁

17、上B截面強度滿足要求b.剪應力驗算V1=93.57KN<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN梁上C截面強度驗算因為梁上C截面存在軸力，剪力，彎矩M=262.12KNm V=-5.56KN N=-90.55KN a.正應力驗算1=NA+MW=9055010656+262.12×1062393.3×103=118.02Nmm2<f=215Nmm22=NA-MW=9055010656-262.12×1062393.3×103=-101.02Nmm2故截面邊緣正應力比值=21=-101.02118.

18、02=-0.86因為1<f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1×118.02=129.82KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=20.56=hwtw28.1k235fy=576628.1×20.56235129.82=0.56因為<0.8，=1，所以梁上C截面全部有效梁上C截面受剪力，彎矩，軸力共同作用V1=5.56KN<0.5×576×6×99.4=171.76KN所以采用以下公式進行強度驗算MeN=Me-NWeAe=f-NAeWe=215-90.55×10310656×2

19、393.3×103=494.22KNm>M=262.12KNm經(jīng)驗算梁上C截面強度滿足要求b.剪應力驗算V1=5.56KN<Vd=hwtwfv'=576×6×99.4=343.53KN鋼架梁整體穩(wěn)定驗算a. 根據(jù)規(guī)定，在鋼架梁平面內(nèi)可按壓彎構(gòu)件計算其強度，平面內(nèi)無需驗算穩(wěn)定b. 平面外的穩(wěn)定驗算考慮到屋面壓型鋼板與檁條緊密連接，檁條可作為鋼架梁平面外的支撐點，計算時為平安考慮，取ly=3000mmy=loyiy=300071.2=42.13查表B類截面y=0.89y<120235fy=120tx=1.0by=1.07-y244000fy2

20、35=1.03>0.6by代替byby=1.07-0.2821.03=0.8<1N0yAe0+tM1bywe1=90.55×1030.89×10656+1×262.11×1060.8×2393.3×103=146.45Nmm2<f=215Nmm2滿足要求4. 鋼架位移驗算鋼架在風荷載作用下的側(cè)位移由于鋼架坡度不大于1:5，鋼架側(cè)位移可按=Hh312EIc2+1計算。受力簡圖見以下圖w=0.555+1.221×5=8.88KN H=0.67×8.88=5.95KN1=IcLIbh=Lh=335=6.

21、6=Hh312EIc2+1=3.61mm<h60=83.33mm滿足要求(3)節(jié)點設計1. 梁柱連接節(jié)點設計梁柱節(jié)點連接采用端板豎放的連接形式，連接處內(nèi)力M=467.56 KNm V=93.57KN N=105.09KN連接如圖梁柱連接節(jié)點示意圖(1)螺栓布置圖(2)采用10.9級摩擦型高強度螺栓連接，連接外表采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預拉力，那么每個螺栓的抗剪承載力為：初步采用8個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖螺栓驗算假定中和軸位于節(jié)點板中心處，不考慮壓力的有利作用，計算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，那么頂排螺栓的拉力最大Nmax=My1yi2=467.56×1

22、03×476.54×114.52+476.52=231.92KN<0.8P=0.8×355=284KN抗拉滿足要求。第二排螺栓：N2=My1yi2=467.56×103×114.54×114.52+476.52=55.73KN第三排螺栓：，取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力Nv=0.9nfP-1.25Nu=0.9×1.0×0.45×2×355-1.25×231.92+355-1.25×55.73+355×2=868.35KN>V=93.57KN抗剪滿足

23、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外伸和兩邊支承類端板端板平齊，分別按照協(xié)會規(guī)程中相應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外伸：ef=175mm, ew=67mm, Nt=231.92KN, b=300mm , f=215t6efewNtewb+2efew+eff=6×175×67×231920215×67×300+2×175×67+175=26.91mmb、兩邊支承類端板端板平齊：ef=175mm, ew=67mm, Nt=55

24、.73KN, b=300mm , f=215t12efewNtewb+4efew+eff=12×175×67×55730215×67×300+4×175×67+175=13.87mm綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t32mm節(jié)點域驗算斜梁與柱相交的節(jié)點域的剪力驗算：節(jié)點域是指彎剪共同作用下應力情況比擬復雜的節(jié)點區(qū)域。節(jié)點域板件的國度變形會影響節(jié)點剛度，從而降低計算模型的準確性，對構(gòu)件強度和結(jié)構(gòu)變形造成不利的影響；未經(jīng)加強的節(jié)點域板件在復雜應力下甚至會發(fā)生破壞。一般通過增加節(jié)點域加勁板或額外增加該區(qū)域板件厚度來加強節(jié)點域承載能力，輕

25、鋼規(guī)程CECS102推薦采用下面公式進行節(jié)點域驗算：=Mdbdctc=467.56×106600×600×6=216.46Nmm2>120Nmm2節(jié)點域剪應力不滿足輕鋼規(guī)程CECS102要求，應設置斜加勁肋，加勁肋厚度采用t=12mm的鋼板，如圖(1)所示。在端板設置螺栓處，應按照輕鋼規(guī)程CECS102第7.2.11條的規(guī)定驗算構(gòu)件腹板的強度。采用翼緣內(nèi)第二排一個螺栓的拉力設計值：因為，所以因此，構(gòu)件腹板的強度滿足要求。剛架構(gòu)件的翼緣和腹板與端板的連接剛架構(gòu)件的翼緣和腹板與端板的連接，應采用全熔透對接焊縫，坡口形式應符合現(xiàn)行國家標準?手工電弧焊焊接接頭的根本

26、型式與尺寸?GB985 的規(guī)定。斜梁與斜梁的拼接節(jié)點設計采用以以下圖的連接方式計算。 1節(jié)點連接方式：節(jié)點采用M2010.9級高強度摩擦型高強螺栓連接，構(gòu)件接觸采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)u=0.45，每個高強度螺栓的預拉力P=225KN查?鋼結(jié)構(gòu)設計手冊?，表4-12。2節(jié)點內(nèi)力：M=354.2，N=78KN，Q=85KN。3螺栓桿軸方向受拉受剪驗算： 4端板厚度計算：a伸臂類端板：；b兩邊支承類端板：當端板外伸時，；當端板平齊時，；故，取端板厚度t=20mm。2.梁梁節(jié)點設計梁梁拼接節(jié)點連接形式如圖(3)所示，連接處選用如下組合內(nèi)力值：M=262.12 KNm V=5.56KN N=90.5

27、5KN采用級摩擦型高強度螺栓連接，連接外表采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預拉力，那么每個螺栓的抗剪承載力為：初步采用8個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖(4)所示。梁梁連接節(jié)點示意圖(3)螺栓布置圖(4)螺栓驗算假定中和軸位于節(jié)點板中心處，不考慮壓力的有利作用，計算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，那么頂排螺栓的拉力最大Nmax=My1yi2=262.12×103×476.54×114.52+476.52=130.02KN<0.8P=0.8×190=152KN抗拉滿足要求。第二排螺栓：N2=My1yi2=262.12×103×

28、;114.54×114.52+476.52=31.24KN第三排螺栓：，取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力Nv=0.9nfP-1.25Nu=0.9×1.0×0.45×2×190-1.25×130.02+190-1.25×31.243+190×2=452.32KN>V=5.56KN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外伸和兩邊支承類端板端板平齊，分別按照協(xié)會規(guī)程中相應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外伸：ef=175mm, ew=52mm, Nt=130.02KN, b=300mm , f=215t6efewNtewb+2efew+eff=6×175×67×130020215×52×300+2×175×52+175=18.64mmb、兩邊支承類端板端板平齊：ef=175mm, ew=52mm, Nt=31.02KN, b=300mm , f=215t12efewNtewb+4efew+eff=12×175×52×31240215×52×300+4&#