單跨雙坡門式剛架設(shè)計(jì)—土木工程鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)(1)

1、單跨雙坡門式剛架設(shè)計(jì)一 設(shè)計(jì)資料1 車間柱網(wǎng)布置廠房為單跨雙坡門式剛架圖1。長(zhǎng)度，柱距，跨度。門式剛架檐高，屋面坡度為。圖1 剛架簡(jiǎn)圖2 材料選用屋面材料：?jiǎn)螌硬拾鍓γ娌牧希簡(jiǎn)螌硬拾逄鞙希轰摪逄鞙? 結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)鋼材選用， ，根底混凝土標(biāo)號(hào)：，4 荷載標(biāo)準(zhǔn)值 恒載：無(wú)吊頂，不包括剛架自重 活載： 風(fēng)載：根本風(fēng)壓，地面粗糙度類，風(fēng)載體形系數(shù)如圖2所示：圖2 風(fēng)載體形系數(shù)示意圖 雪載：。本設(shè)計(jì)不考慮地震作用二 單榀剛架設(shè)計(jì) 單榀剛架的設(shè)計(jì)取中間榀按照封閉式中間區(qū)單元進(jìn)行。荷載組合計(jì)算剛架內(nèi)力時(shí)，按照如下三種荷載組合進(jìn)行： ； ； ； 。計(jì)算位移變形時(shí)，按照以下三種荷載組合進(jìn)行： ； ； 。內(nèi)力計(jì)算

2、采用同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。如圖3所示：圖3 剛架計(jì)算模型截面形式及尺寸初選 根據(jù)柱的受力特點(diǎn)，且考慮經(jīng)濟(jì)性因素，柱采用楔形焊接型鋼；而梁由于跨度較小，假設(shè)采用楔形會(huì)增加制作本錢，因此梁采用等截面焊接型鋼。各個(gè)截面的信息見表1，截面形式見圖4。表 1 截面信息表截面截面名稱長(zhǎng)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(小頭)大頭 截面 截面 ()截面圖4 梁柱截面示意圖各種工況下的荷載，如圖5所示：a恒載作用簡(jiǎn)圖b活載作用簡(jiǎn)圖c左風(fēng)荷載作用簡(jiǎn)圖d右風(fēng)荷載作用簡(jiǎn)圖圖5 工況荷載圖各種工況下的內(nèi)力運(yùn)行，結(jié)果如圖6至圖9及表格2所示。a單位：b單位：c

3、單位：圖 6 恒載作用下的剛架圖a單位：b單位：c單位：圖 7 活載作用下的剛架圖a單位：b單位：c單位：圖 8 左風(fēng)作用下的剛架圖a單位：b單位：c單位：圖9 右風(fēng)作用下的剛架圖表 2 各工況作用下的截面內(nèi)力截面內(nèi)力恒載活載左風(fēng)右風(fēng)0000-23.9-22.626.316.546.8-12.42.3-24.9-41.359.119.2-13.7-22.626.316.546.8-7.4-3.5-24.9-41.359.119.2-5.5-9.510.510.4-13.2-21.825.415.623.238.1-34.2-34.2-4.2-7.210.510.40.40.7-0.7-1.4內(nèi)

4、力組合由以上軟件計(jì)算內(nèi)力，按照荷載組合規(guī)那么進(jìn)行計(jì)算，內(nèi)力組合值如表3所示。表3 內(nèi)力組合值截面內(nèi)力左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)0.00.00.00.00.000-60.32-38.23-46.46-14.01-27.7312.92-0.814.323.916.25-5.9014.68-13.367.22-87.7-38.06-71.5712.39-43.4757.841.98-48.08-25.99-34.22-1.77-15.4923.129.414.328.111.381.16.56-6.36-0.9-87.7-38.06-71.5712.39-43.4757.841.98-19.9-11.

5、08-11.16-1.21-1.359.29.06-46.36-25.02-33.26-1.64-15.3622.368.6481.2-52.45-52.4517.3017.30-24.68-24.68-15.12-6.3-6.382.62.4610.510.361.460.870.280.19-0.79-0.58-1.56構(gòu)件截面驗(yàn)算因?yàn)殚T式剛架左右對(duì)稱，因此只需驗(yàn)證半榀剛架即可。 局部穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件局部穩(wěn)定驗(yàn)算是通過(guò)限制板件的寬厚比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。柱翼緣 滿足要求柱腹板 截面 滿足要求 截面 滿足要求梁翼緣 滿足要求梁腹板 滿足要求 強(qiáng)度及整體穩(wěn)定驗(yàn)算楔形柱的腹板高度變化率為，而梁因?yàn)槭堑冉孛?，?/p>

6、此高度變化率也符合的條件，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。對(duì)于柱：， 因?yàn)?，所以?duì)于梁：， 因?yàn)?，所?號(hào)單元柱的驗(yàn)算 = 1 * alphabetic a 截面強(qiáng)度驗(yàn)算：組合內(nèi)力值截面只存在軸力和剪力，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：強(qiáng)度驗(yàn)算 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)?，所以，?號(hào)節(jié)點(diǎn)端截面全部有效。 經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足條件。 = 2 * alphabetic b 截面強(qiáng)度驗(yàn)算：組合內(nèi)力值截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算 故截面的

7、邊緣正應(yīng)力比值。 因?yàn)?，用代替公式中的?因?yàn)?，所以，?號(hào)節(jié)點(diǎn)端截面全部有效。 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)行驗(yàn)算： 經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足條件。截面利用率 = 3 * alphabetic c 號(hào)桿件整體穩(wěn)定驗(yàn)算：平面內(nèi)計(jì)算高度確定 楔形柱截面高度成線形變化，柱的小頭慣性矩，柱的大頭慣性矩，。斜梁為等截面，換算長(zhǎng)度系數(shù)，梁最小截面慣性矩，。 柱的線剛度：梁的線剛度：根據(jù)以及查表得到楔形柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，所以柱的平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度。平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算變截面柱的長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比查?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?得到桿件軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)。平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算： 故平面內(nèi)穩(wěn)定滿足條件。平面外穩(wěn)定驗(yàn)算平面

8、外柱的計(jì)算長(zhǎng)度，柱的長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比查?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?得到桿件軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)。構(gòu)件楔率柱底端彎矩為0，故等效彎矩系數(shù)圖10 柱的平面外穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖整體穩(wěn)定系數(shù)因?yàn)椋园凑?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?查出相應(yīng)的。平面外穩(wěn)定驗(yàn)算： 故平面外穩(wěn)定滿足條件。2號(hào)單元梁的驗(yàn)算 = 1 * alphabetic a 截面強(qiáng)度驗(yàn)算：組合內(nèi)力值截面受到壓彎作用，在風(fēng)吸力的作用下，即在荷載組合作用時(shí)，下翼緣受壓。但是由于梁的下翼緣設(shè)置隅撐，截面對(duì)稱，上下翼緣采用相同的計(jì)算長(zhǎng)度，而且值比恒載與活載組合時(shí)的計(jì)算值小，所以下翼緣受壓情況不予計(jì)算。只采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算 故截面的邊緣正應(yīng)力比值。 因?yàn)?，用代?/p>

9、公式中的： 因?yàn)?，所以，?號(hào)節(jié)點(diǎn)端截面全部有效。 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)行驗(yàn)算： 經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足條件。截面利用率 = 2 * alphabetic b 截面強(qiáng)度驗(yàn)算：組合內(nèi)力值截面受到壓彎作用，在風(fēng)吸力的作用下，即在荷載組合作用時(shí)，下翼緣受壓。與截面同樣原因只采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(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裕?號(hào)節(jié)點(diǎn)端截面全部有效。 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)行驗(yàn)算： 經(jīng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度滿足條件。截面利用率 = 3 * alphabetic c 號(hào)桿件的平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算：剛架斜梁應(yīng)

10、按照壓彎構(gòu)件計(jì)算平面外的穩(wěn)定，計(jì)算方法按照?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?的規(guī)定進(jìn)行。平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，等截面梁的弱軸慣性矩。柱的長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比查?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?得到桿件軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)。因?yàn)椋云湔w穩(wěn)定系數(shù)可以安裝以下公式近似計(jì)算：因?yàn)椋杂么?。平面外穩(wěn)定驗(yàn)算： 故平面外穩(wěn)定滿足條件。位移計(jì)算 柱頂側(cè)移計(jì)算 柱腳為鉸接形式。水平力圖11 剛架柱頂側(cè)移荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖 變截面柱的平均慣性矩： 橫梁的平均慣性矩： 剛架柱與剛架梁的線剛度比值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。 橫梁撓度計(jì)算由計(jì)算結(jié)果知，橫梁在跨中撓度最大因此橫梁撓度滿足要求。構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 梁柱節(jié)點(diǎn)連

11、接采用端板豎放的連接形式，如圖12所示。 連接處選用如下兩組組合內(nèi)力值：軸力使梁受壓 軸力使梁受拉圖12 梁柱連接節(jié)點(diǎn)示意圖 圖13 螺栓布置圖11螺栓驗(yàn)算 采用級(jí)摩擦型高強(qiáng)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(yù)拉力，那么每個(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13所示。 = 1 * alphabetic a 在第一組荷載作用時(shí)：頂排螺栓的拉力最大抗拉滿足 第二排螺栓： 第三排螺栓：因?yàn)?，所以取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力抗剪滿足 = 2 * alphabetic b 在第二組荷載作用時(shí)：底排螺栓的拉力最大抗拉滿足第三排螺栓：第二排螺栓：因?yàn)?/p>

12、，所以取第一排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力抗剪滿足 梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 梁梁拼接節(jié)點(diǎn)連接形式如圖14所示。 連接處選用如下組合內(nèi)力值： 圖14 梁梁連接節(jié)點(diǎn)示意圖 圖15 螺栓布置圖22螺栓驗(yàn)算采用級(jí)摩擦型高強(qiáng)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(yù)拉力，那么每個(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15所示。 = 1 * alphabetic a 在第一組荷載作用時(shí)：底排螺栓的拉力最大 抗拉滿足 因?yàn)榧袅苄?，所以無(wú)需驗(yàn)算剪力。b 在第二組荷載作用時(shí)： 因?yàn)閺澗嘏c軸力都遠(yuǎn)小于第一組內(nèi)力，所以無(wú)需驗(yàn)算螺栓的拉力。同時(shí)因?yàn)榧袅χ岛苄?，故也不予?yàn)算。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當(dāng)假設(shè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算不滿足，那么需設(shè)置抗剪鍵。柱腳的形式如圖16所示，采用四個(gè)錨栓與根底連接。錨栓為，。根底砼標(biāo)號(hào)。根底底板設(shè)計(jì)采用如下荷載組合進(jìn)行：，圖16 柱腳形式 柱腳底板尺寸確實(shí)定假定底板寬度底板長(zhǎng)度取 柱腳底板厚度確實(shí)定底板壓力底板有兩種計(jì)算模式：三邊支承板一邊自由板、一邊支承三邊自由板。三邊支承板一邊自由板 ，查表得。于是一邊支承三邊自由板 考慮底板的塑性開展，得到底板厚度 實(shí)際取用底板厚度。 柱腳抗剪承載力驗(yàn)算在恒