門式剛架廠房設計計算書復習課程

1、門式剛架廠房設計計算書一、設計資料該廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房跨度 21m，長度90m,柱距9m,檐高 7.5m,屋面坡度1/10。岡寸架為等截面的梁、柱，柱腳為鉸接。材料采用Q235鋼材，焊條采用E43型。屋面和墻面采用75mm厚EPS夾芯板，底面和外面二層采用0.6mm厚鍍鋅彩板,鋅板厚度為275/gm2;檁條采用高強鍍鋅冷彎薄壁卷邊Z形鋼檁條，屈服強度fy 450N / mm2，鍍鋅厚度為160g/mm2。（不考慮墻面自重）自然條件：基本風壓:Wo 0.5KN /m2，基本雪壓 0.3KN /m2地面粗糙度B類二、結構平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房長度90m，跨度21m，柱距9m，共有11

2、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1.5m。廠房長度60m，因此在廠房第二開間和中部設置屋蓋橫向水平支撐；并在 屋蓋相應部位設置檁條、斜拉條、拉條和撐桿；同時應該在與屋蓋橫向水平支撐 相對應的柱間設置柱間支撐，由于柱高柱距，因此柱間支撐不用分層布置。（布置圖詳見施工圖）三、荷載的計算1、計算模型選取取一榀剛架進行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設計。廠房檐高7.5m,考慮到檁條和梁截面自身高度，近似取柱高為 7.2m；屋面坡度為1: 10。因此得到剛架計算模型：2. 荷載取值 屋面自重：屋面板：0.18KN/m2檁條支撐

3、：0.15KN / m2橫梁自重：0.15KN /m2總計：0.48KN /m2屋面雪荷載：0.3KN /m2屋面活荷載：0.5KN/m2 （與雪荷載不同時考慮）柱自重：0.35KN /m2風載：基本風壓 W00.5kN/m23. 各部分作用荷載：（1）屋面荷載：1標準值： 0.489 4.30KN/Mcoskn/m柱身恒載：0.35 9 3.15KN /Mkn/mnM M H N 1I H I：卩k n/m（2）屋面活載屋面雪荷載小于屋面活荷載，取活荷載0.501cos4.50KN/M風載體形系數(shù)示意圖迎風面?zhèn)让鎘1.00.250.50.125kN/m2, q10.125 91.125kN/

4、m屋頂k1.01.00.520.50kN / m，q20.50 94.5kN /m背風面?zhèn)让鎘1.00.550.50.275kN/m2,q30.27592.475kN/m屋頂k1.00.650.50.325kN/m2,q40.32592.925kN/m(3)風荷載以風左吹為例計算，風右吹同理計算:根據(jù)公式k z s 0計算:z根據(jù)查表h 10m,取1.0， s根據(jù)門式剛架的設計規(guī)范, 取下圖：(地面粗糙度B類)RSO荷載如下圖:kn/m- kn/m一m r m二匸匚!：工-卄一_9-.1 kn,mJ.7ck n/m_P-14-mA.1：嚴4. 內力計算：(1)截面形式及尺寸初選： 梁柱都采用焊

5、接的H型鋼梁的截面高度h般取(1/30 : 1/45)1,故取梁截面高度為600mm暫取H600 300 6 8,截面尺寸見圖所示柱的截面采用與梁相同300截面截面名稱長度(mm)面積2(mm )Ix(106mm4Wc)(104mm3ly)(106mm4Wy)(104mm3ixmm )iymm柱H 600 300 6 872009472520173362423461.6梁H600 300 6 8105529472520173362423461.6EA 2.06 108 9472 10 61.95 106kn,Elx 2.06 108 520 106 10 121.07 105kn?m2（2）截

6、面內力：根據(jù)各個計算簡圖，用結構力學求解器計算，得結構在各種荷載作用下的內 力圖如下：計 算 項 目計算簡圖及內力值（M、N、Q）備注恒 載 作 用恒載下剪力'21.75恒載下軸力（忽略柱自重）+”軸力 圖（拉 為正， 壓為活荷載作用活荷載（標準值）彎矩圖活荷載作用風荷載作用活荷載（標準值）剪力圖活荷載（標準值）軸力圖風荷載（標準值）彎矩圖剪力 圖“ +”軸力圖（拉為正，壓為負）風荷載（標準值）剪力圖46 91軸力 圖（拉 為正， 壓為負）-T1CL風荷載（標準值）軸力圖（3）內力組合（由于恒載和活載關于結構豎向對稱，因而風荷載只要考慮一個方 向作用，風荷載只引起剪力不同，而剪力不起控

7、制作用 ）按承載能力極限狀態(tài)進行內力分析，需要進行以下可能的組合: 1.2*恒載效應+1.4*活載效應 1.2*恒載效應+1.4*風載效應 1.2*恒載效應+1.4*0.85*活載效應+風載效應取四個控制截面：如下圖:各情況作用下的截面內力截面內力恒載活載左風I-IM000N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0524.55n nM-127.84-129.94147.59N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45m-mM-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.08IV WM92.

8、8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81內力組合值截面內力1.2 恒+1.4 活1.2恒+1.4 風1.2恒 + 1.40.85 （風 +活）I-IM000N-120.5811.30-54.85Q-48.4511.19-15.45n-nM-335.3353.22-132.40N-120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09m-mM-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93V-VM246.782.79134.16N-57.82-3.36-28.03Q5.7

9、90.083.164.截面驗算控制內力組合項目有： + Mmax與相應的N , V（以最大正彎矩控制） 一Mmax與相應的N , V（以最大負彎矩控制） Nmax與相應的M , V（以最大軸力控制） Nmin與相應的M , V（以最小軸力控制） 所以以上內力組合值，各截面的控制內力為：1-1截面的控制內力為M0, N120.58KN , Q 48.45KN2- 2截面的控制內力為M3- 3截面的控制內力為M4- 4截面的控制內力為M335.33KN ?M , N335.33KN ?M , N246.78KN ?M , N120.58 KN , Q 48.45KN64.30KN, Q 115.4

10、0KN57.82KN , Q 5.79KNA:剛架柱驗算：取2-2截面內力平面內長度計算系數(shù)：I clR 10.50 2 0.45K ,其中 心土1.46,0 2 0.45 1.46 2.66,IrH 7.2H 7.2 2.66 19.1M0x平面外計算長度：考慮壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，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，但為了安全起見計算長度按兩個墻梁間距考慮,即 H0y 7200/ 2 3600mm1910023481.6,360061.658.4局部穩(wěn)定驗算構件局部穩(wěn)定驗算是通過限制板件的寬厚比來實現(xiàn)的柱翼緣柱腹板hw600 164b 150 4 2t61461

11、5 （滿足要求）（滿足要求）（2）柱有效截面特征maxminN MA WXM 335.33KN ?M , N 120.58KN, Q 48.45KN120.58103335.331069472173 10412.73 193.83206.56 N/mm2181.10max minmax206旦空 1.88206.56ho 584tw6181.1206.560.889748 00.5 x 26.2105.28因97>70,故可以考慮屈曲后強度。由于考慮屈曲后強度:584206.56 181.1311.2mmhw/t37 k ;235 / fy_584/8_37 、阪 10.85k16(12

12、)0.112(1九/ tw)20.5 1584/8p28.11 k . 235 / fy28.1 .21.28則1,截面全部有效。206.5621.280.8,(3 )抗剪強度驗算:柱截面的最大剪力為 Vmax 48.45kN121.63N/mm20.8 w 1.4,則fv'1 0.64( w 0.8) fv 0.973 125Vdhwtw fv' 584 8 121.63 10 3Vmax,滿足要求。彎剪壓共同作用下的驗算 因為V 0.5Vd，按公式M M； Me NWe /Ae進行驗算，其中 Me Wef 173 104 215 10 6371.95kN mNMe Me N

13、We/Ae 371.95 120.58 371.95/ 9472371.95 22.59367.2kN m 335.33 kN m,滿足要求。(4)穩(wěn)定性驗算剛架柱平面內穩(wěn)定性驗算x 81.6180, x, fy/23581.6b類截面，由鋼結構設計規(guī)范附表 C-2查得，225* 3.14 206 巴 9472 2388kN, (1.1 x)(1.181.6 )120.58103x 0.681Nexmx1.0,則mxM xx1 0.8(N/Nex)W0.68194721.0 335.331061.05 173 104(1 °8 翳)18.69 192.39211.08N/2 mm滿足

14、要求。剛架柱平面外穩(wěn)定性驗算yb類截面,f /23558.4由鋼結構設計規(guī)范查得,y 0.818tx0.65M20.35-0.65 0.35M120.8251.07yA4400txMxbWpx58.42440003120.58 100.818 94721.070.9960.825 335.33 101.0 0.99 173 10B:215.56 161.52 177N/mmf 滿足要求。剛架梁驗算：取3-3截面內力335.33KN ?M，N64.30KN，Q115.40 KN局部穩(wěn)定驗算梁翼緣梁腹板tw15 (滿足要求)(滿足要求)心146b 150 4 2 t(2)梁有效截面特征門式剛架坡度

15、為1/10<1/5，可以不考慮橫梁軸梁的影響，按受彎構件驗算MWX335.33 其193.83N/mm2173 1041hc 584292mm2k1616(12)2 0.112(1)20-5 1,0.112 4hw / tw584/80.53 0.8,p28.11 k , 235/ fy28.123.91則1,截面全部有效。23.91(3 )強度驗算抗剪強度驗算:柱截面的最大剪力為Vmax 115.4kNk 5.34w0.81.4,則 fv'1w_584/8_37 一阪 10.850.64( w 0.8) fv0.973 125121.63N/mm2'3hwtwfv 58

16、4 8 121.63 10568.25 kNVmax,滿足要求。彎矩作用下的驗算Md173 104215 10371.95kN m 335.33kN m,滿足要求。(4) 穩(wěn)定性驗算剛架梁平面內穩(wěn)定驗算驗算方法與柱平面內的穩(wěn)定驗算相同，由于N梁 N柱, M梁二M主，因而可以滿足要求。剛架梁平面外穩(wěn)定驗算一般剛架平面外穩(wěn)定靠支撐來保證，考慮檁條處設置隅撐以保證屋脊負彎矩使下翼緣受壓時有支撐， 在支撐點處設置隅撐以保證橫梁全截面受支承，則橫 梁成為平面外3m支撐的壓彎構件，取其中一段計算。由y = 300048.7及b類截面查鋼結構設計規(guī)范得， y 0.865y 61.6 y2由于有端彎矩與橫梁荷

17、載，取tx 1.0,則b 1.07 y 1.0244000由于內力沿桿件線性變化，取較大值64.3kN從而NyAtxMx64.31031 0 335.331.0 -1.03 173106bWpx0.86594721047.85188.19196.04 N /mm2f滿足要求5位移驗算：(1)柱頂水平位移驗算：由矩陣位移法結構力學計算程序計算位移，位移驗算為正常使用極限狀態(tài)下的承載力驗算，荷載應選用標準值。 構件截面參數(shù)：EA 2.06 108 9472 10 61.95 106kn,Elx 2.06 108 520 106 10 121.07 105k n?m2荷載標準值即風載，位移圖如下：(

18、2 )橫梁擾度驗算:，位移圖如下:四、節(jié)點設計:(1 )梁柱節(jié)點設計:連接處選用如下組合內力值:M 335.33KN ?M , N64.30KN （使螺栓受壓），Q 115.40KN采用摩擦型高強螺栓，采用10.9級M24S栓，預壓力P=225kN,摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)=0.45，螺栓承受拉力為：第排：N| =.MyN335.33 0.37264.30155.376.43148.94kN2yin2 2 24 (0.132 +0.2120.372 )10第二排：MyN335.33 0.21264.3088.546.4382.11kN2yin4 (0.132 2+0.2122 0.3

19、7 22)10第三排：MyN335.33 0.13264.3055.136.4348.70kN2yin4 (0.132 2+0.2122 0.3722)10，其抗拉承載力為:叫=0.8p=0.8 225=180kN>148杯汕滿足要求。ftb/421.182 500/4 176.2kN螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不計外加壓力，只考慮預壓力）V b 0.9 f（P 1.25Nt） 20.9 0.45 （225 1.25 148.94） 0.9 0.45(225 1.25 82.11) 0.9 0.45 (225 1.25 48.70) 0.9 0.45 225 6810.26kN

20、115.40kN端板厚確定：第一排螺栓端板厚 ：t 第二排螺栓端板厚 ：t 第三排螺栓端板厚 ：t采用端板厚t 28mm。6ef N bft6 68 148.94400 20531027.2mm,'6efe.Nt_6 68 97 82.1110ewb2ef(ef ej f= 97 400 2 68 (6897)2053ewNt(°.5aew) f3 97 48.7010:(0.580 97) 20522.5mm,端部腹板設置加勁肋，加強腹板強度，詳見施工圖(2 )梁梁節(jié)點設計： 梁梁節(jié)點形式見下圖:連接處選用如下組合內力值：M 246.78KN ?M，N57.82KN (使螺栓受壓)卜L§hL*r空丄,JLSjkbrno g400* 1Q 5.79KN16.1mm,10.9級M24螺栓，預壓力P=225kN, 摩擦系數(shù) =0.45 ,采用摩擦型高強螺栓，采用摩擦面采用噴砂的處理方法，螺栓承受拉力為：第一排：N1 = JMy2Yi第二排：N2 = YYi其抗拉承載力為：N：=0.8P=0.8225=180kNNfd" ftb/421.182 500/4 176.2kN246.780.3724