某27m跨門式剛架課程設(shè)計計算書

門式剛架課程設(shè)計學(xué)校名稱河海大學(xué)姓名唐堯?qū)W號任課教師張莉日期2009/06/18門式剛架計算書設(shè)計資料、廠房柱網(wǎng)布置廠房為單跨雙坡門式剛架(見圖1-1)。長度90m，柱距7.5m，跨度27m,門式剛架檐高6m，屋面坡度為1：10。、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、結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)鋼材選用Q235-B,f=215N/mm2,f=125N/mm2基礎(chǔ)混凝土標號：。25,fc=12.5N/mm2、荷載(標準值)I恒載:0.4KN/m2H活載：0.5KN/m2B風(fēng)載：基本風(fēng)壓w°=0.35KN/m2，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》(CECS102:2002)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)27X0.1=2.7m,2z=5.4m2)0.4H=0.4X6=2.4m,2z=4.8m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7.5m〉4.8m，故風(fēng)荷載取中間值。詳見圖1-2所示圖1-2風(fēng)荷載體型系數(shù)示意圖（左風(fēng)）IV雪荷載：0.2KN/m2（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：0.4KN/m2屋面活載：0.5KN/m2輕質(zhì)墻面及柱自重（包括柱、墻骨架）:0.5KN/mm2風(fēng)何載：基本風(fēng)壓W=1.05x0.35=0.37KN/m2，按地面粗糙度為B類;0以柱頂為準風(fēng)壓高度變化系數(shù)|!=1.0,.=0.37KN/m2；以屋頂為準風(fēng)壓高度變化系數(shù)七=1.0,的=0.37KN/m2（2）、各部分作用荷載1）、屋面恒載標準值：0.4x7.5=3.0KN/m活載標準值：0.5x7.5=3.75KN/m2）、柱荷載恒載標準值：0.5x7.5=3.75KN/m3）、風(fēng)荷載迎風(fēng)面柱上q=0.37x7.5x0.25=0.69KN/m橫梁上q=_0.37x7.5x1.0=_2.78KN/m背風(fēng)面柱上q=_0.37x7.5x0.55=_1.53KN/m

橫梁上q=_0.37x7.5x0.65=-1.80KN/m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)-63.20-25.060.00-40.70-25.06-150.38(2)-28.9938.01-150.38-24.95-2.4990.52⑶-24.952.4990.52-28.99-38.01-150.37⑷-40.7025.06-150.37-63.2025.060.00

(2)、活載作用下的內(nèi)力計算圖3-2活載內(nèi)力計算簡圖內(nèi)力計算結(jié)果如下：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)-50.88-31.330.00-50.88-31.33-187.97(2)-36.2447.51-187.97-31.18-3.12113.16⑶-31.183.12113.16-36.24-47.51-187.97⑷-50.8831.33-187.97-50.8831.330.00(3)、風(fēng)載作用下的內(nèi)力計算1)、左風(fēng)情況下:

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)34.5522.670.0034.5518.53123.62(2)21.88-32.54123.6221.885.18-61.98⑶22.470.74-61.9822.4721.5088.92⑷23.63-20.0088.9223.63-9.420.00內(nèi)力計算結(jié)果如下:表3.32）、右風(fēng)情況下:圖3-3左風(fēng)載內(nèi)力計算簡圖圖圖3-3左風(fēng)載內(nèi)力計算簡圖圖3-4右風(fēng)載內(nèi)力計算簡圖桿端2桿端2表3.4內(nèi)力計算結(jié)果如下:桿端1

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)22.47-21.5088.9222.47-0.74-61.98⑶21.88-5.18-61.9821.8832.54123.62⑷34.55-18.53123.6234.55-22.670.00（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計算備注計算簡圖及內(nèi)力圖（M、N、Q）項目恒荷載作用恒荷載（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

活荷載作用

一4、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:1.2恒載+1.4活載；1.2恒載+1.4活載+1.4x0.6風(fēng)載；1.2恒載+1.4x0.7x活載+1.4風(fēng)載；1.0恒載+1.4風(fēng)載。圖4-1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。督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)I-IM0.00.00.00.0N-63.2-50.934.623.6

Q-25.0-31.322.79.4n-nM-150.4-188.0123.688.9N-40.7-50.934.623.6Q-25.0-31.318.520.2m-mM-150.4-188.0123.688.9N-29.0-36.221.922.5Q38.047.5-32.5-21.5IV-IVM90.5113.2-62.0-62.0N-25.0-31.221.922.5Q-2.5-3.15.2-0.7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?內(nèi)力1.2恒+1.4活1.2恒+1.4活+1.4x0.6風(fēng)1.2恒+1.4x0.7活+1.4風(fēng)1.0恒+1.4風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)I-IM0.00.00.00.00.00.00.0N-147.1-118.0-127.3-77.3-92.7-14.8-30.2Q-73.8-54.8-65.9-28.9-47.56.8-11.8

n-nM-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9N-120.1-91.0-100.3-50.3-65.77.7-7.7Q-73.8-58.3-56.9-34.8-32.40.93.3m-mM-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9N-85.5-67.1-66.6-39.6-38.81.72.5Q112.184.894.046.762.1-7.57.9IV-IVM267.1215.0215.0132.7132.73.73.7N-73.7-55.3-54.8-29.9-29.15.76.5Q-7.3-3.0-7.91.2-7.04.8-3.55.截面選擇與強度驗算強⑴截面形式及尺寸初選采用實腹式門式剛架，梁的截面高度一般取(1/30?1/45)/=(1/30?1/45)x27000=900-600mm,柱的截面高度i一般取(1/12?1/28)H=(1/12?1/28)x5700=475?204mm,門式剛架梁柱截面選用工字型截面，具體尺寸及截面特性見下5表1截面信息表表5.1截?截面名稱長度(mm)面積(mm2)繞弱軸慣矩(x104mm4)繞弱軸截面模量(x103mm3)繞強軸慣性矩(x104mm4)繞強車由截面模量(x103mm3)I-IZ600x300x6x125700106565401360.171797.72393.3

n-n5700106565401360.171797.72393.3m-mL600x300x6x1213567106565401360.171797.72393.3IV-IV13567106565401360.171797.72393.3HJO1257B>1—t-X>■—4-g^-4X—圖5-1梁、柱截面形式和尺寸（2）剛架柱1）截面特性A=10656mm2,1=7.17977x108mm4,1=5.401x107mm4A=10656mm2,1i=259.5mm,i=71.1mm,W=2393.3x103mm3,W=360.1x103mm3平面內(nèi)有效長度K==27.134=4.76(I=I)1IH5.7cbK2=0(柱腳與基礎(chǔ)混凝土鉸接)查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表D-2得日=2.07、11799H0=2.07x5700=11799mm,人=^|=45.5平面外計算長度（考慮在柱的中點設(shè)置隅撐）H=2850mm,人=2850=40.10yy71.12）局部穩(wěn)定驗算

翼緣般二（3°。-6）/2m3v%竺=15,滿足要求。t12\235腹板：匕=576=96v250；竺=250,滿足要求。。6Vf3)因為柱是等截面，因此高度變化率符合v60mm/m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：V=htf。梁柱都不設(shè)置橫向加dwwv勁肋。k=5.34，h=576mm，t=6mm5766ht_,vv…-人=w，.w=—.—=1.12w37咨(235f37x、；5.34^/2355766因為0.8v人v1?4，所以r=[1—0.64(人-0.8)]f=0.795f=98.7N/mm2③I?I截面的強度驗算因為I-I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：M=0.0kN-m,N=-147.1kN,V=—73.8kN剪應(yīng)力驗算采用荷載組合：M=0.0kN-m,N=-147.1kN,V=—73.8kNN_147.1xN_147.1x103J_10656=13.80N/mm2vf=215N/mm2彎矩為0，故截面的邊緣正應(yīng)力比值P=1.0。用用*。1代替公式丁28.1土*中的，YR?氣=1.1x13.80=15.2kN/mm2k==4=4.0bv'(1+P)2+0.112(1—p)2+(1+0)<4+2人=hw\v——==0.43p28.1氣：孔偵235(yr91)28.1。4*35/15.2因為人p=O.43v0.8，所以p=1，即I-I截面全部有效。c=—=13.80N/mm2<f=215N/mm21Ab、剪應(yīng)力驗算5766V=73.8kN<V=htf'=576x6x98.7=341kN1dwwv經(jīng)驗算I-I截面強度滿足要求。②口■□截面的強度驗算n-n截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進行驗算:M=—443.7kN-m,N=—120.1kN,V=—73.8kNa、正應(yīng)力驗算:C廣A+W=1^+^4^=196.7村/mm<f=215N/mmNM120.1x103443.7x106=—174.1N/mm2106562393.3x103故截面的邊緣正應(yīng)力比值p=|2=焉=—0.8851因為c1<f，用yr$代替公式式p=云F中的：yr、=1.1x196.7=216.4kN/mm216；(1+P)2+0.112(1—p)2+(1+p)16頊(1—0.885)2+0.112(1+0.885)2+(1-0.885)=21.165766人=ww=■=0.71p28.頃寸235(yr-c1)28.^/21.1^235/216.4因為人<o.8，所以p=1,即n-n截面全部有效。n-n截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用V=73.8kN<0.5V=0.5htf=0.5x576x6x98.7=\70.5kN1dwwv所以采用以下公式進行強度驗算：Mn=M-NW/A=(f-N/A)W=(215-120.1x103/10656)x2393.3x103=487.6kN-mM=443.7kN-m<Mne經(jīng)驗算n-n截面強度滿足要求。截面利用率M21=冬=0.910Mn487.6匕=73.8kN匕=73.8kN<匕=htf=576x6x98.7=341kNwwv4）整體穩(wěn)定驗算a,平面內(nèi)穩(wěn)定由人=45.5及b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附表C由人=45.5及b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附表C—2得中=0.876N廣蕓=10x2*x4；5；10656=9639KN,°疽1.0'xN、°M_120.1x103兩Yh—0.8('N/N」)]w_0.876x106561.1x45.521.0x443.7x1061.05xf1-0.8x"9639；120.1\x2393.3=12.87+178.35=191.2N/mm2<f=215N/mm2b,平面外穩(wěn)定TOC\o"1-5"\h\z由人=40.1及b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附表C—2得中=0.899下半段柱：柱底彎矩為0,故等效彎矩系數(shù)'P=1-N/N'+0.75(N/N')2=1—^01+0.75x(^0.1)2=0.987骯ExEx，96399639門=1.0因為人<120：胃=120,對于雙軸對稱工字形截面取入240.12、%T07-44000T07一ET03>1所以不需用中’=1.07—0282=1.07—竺2=0.796代替中b中1.03bb且取中=1.0bN+PM=120.1x103+10x0.987x221.9x106兩+—W-0.899x10656+.x1.0x2393.3x103=12.5+91.5=104N/mm2<f=215N/mm2y上半段柱：兩端有彎矩，故等效彎矩系數(shù)cMP=0.65+0.35—=0.65+0.35x0.5=0.8251門=1.0因為人<120：芋=120,對于雙軸對稱工字形截面取人240.12、%T.07一命T07一ET03>1所以不需用中’=1.07—0282=1.07—0282=0.796代替中b中1.03bb且取中=1.0bN+PM=120.1x103+10x0.825x443.7x106兩十n^SW—0.899x10656+?x1.0x2393.3x103=12.5+152.9=165.4N/mm2<f=215N/mm2y故平面外穩(wěn)定滿足要求。(3)剛架橫梁1)截面特性

A=10656mm2,1=7.17977x108mm4,1=5.401x107mm4i=259.5mm,i=71.1mm,W=2393.3x103mm3,W=360.1x103mm3H=3000mm,人=3000=42.2。＞y71.12）局部穩(wěn)定驗算翼緣：女=列*=12.3v15、：棗=15,滿足要求。t12*235腹板：匕=576=96v250：些=250,滿足要求。:6*f3）■L-_3）■L-_強因為梁是等截面，因此高度變化率符合v60mm/m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：V=htf'。梁柱都不設(shè)置橫dwwv向加勁肋。k=5.34，h-576mm，t-6mm57662355766235f—37x*334x\：'235235=1.12因為0.8v人v1?4，所以尸=[1—0.64（人-0.8）]f=0.795f=98.7N/mm2?m-m?面的強度驗算m-m截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進行驗算:M=—443.7kN-m,N=—85.5kN,V=112.1kNa、正應(yīng)力驗算:NM85.5x103443.7x106=193.4N/mm2vf=215N/mm2=一+一=+AW106562393.3x=193.4N/mm2vf=215N/mm2b2=A—W—10656—2393.3x103=—."血e故截面的邊緣正應(yīng)力比值p=^2=—177.4=—0.917氣193.4

因為。1</，用YR。1代替公式式廣云上/中的f:16k°((1+?！?0.112(1-。)+(1+0)16Yr?氣=1.1x193.4=212.7kN/mm2.=21.92偵(1-0.917)2+0.112(1+0.917)2+(1-0.917)、ht5766人=ww-=—=16k°((1+。》+0.112(1-。)+(1+0)16因為人p<0.8，所以p=1,即B-B截面全部有效。m-m截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用V=112.1kN<0.5V=0.5htf'=0.5x576x6x98.7=170.5kN1dwwv所以采用以下公式進行強度驗算:Mn=M-NW/A=(f-N/A)W=(215—85.5x103/10656)x2393.3x103=495.4kN-mM=443.7kN-m<Mne經(jīng)驗算m-m截面強度滿足要求。截面利用率土=坦7=0.896Mn495.4eb、剪應(yīng)力驗算:V=112.1kN<V=htf=576x6x98.7=341kN1dwwv②3?2截面的強度驗算IV-IV截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進行驗算:M=267.1kN-m,N=-73.7kN,V=-7.3kNa、正應(yīng)力驗算：

_N[M_73.7x103[267.1x106_A而—106562393.3x_N[M_73.7x103[267.1x106_A而—106562393.3x103=118.5N/mm2<f=215N/mm273.7x10310656267.1x1062393.3x103=—104.7N/mm2因為b1<f，用yR.七代替公式人「=281j：，235.，f中的fy:Y$=1.1x118.5=130.4kN/mm21^\；(1+P)2+0.112(1-p)2+(1+p)=21.14偵(1—0.884?+0.112(1+=21.14偵(1—0.884?+0.112(1+0.884?+(1—0.884)入=h/t5766p—28.1<匚/23H7因為人「<0.8，所以p=1,即B-B截面全部有效。IV-IV截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用V=7.3kN<0.5V=0.5htf=0.5x576x6x98.7=170.5kN1dwwv所以采用以下公式進行強度驗算:Mn=M—NW/A=(f—N/A)W(215—73.7x103/10656)x2393.3x103=498.0kN-mM=267.1kN?m<Mne經(jīng)驗算IV-IV截面強度滿足要求。截面利用率、=2671=0.536Mn498eb、剪應(yīng)力驗算：V=7.3kN<V=htf=576x6x98.7=341kN1dwwv4）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)定實腹式剛架梁當屋面坡度小于10°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5.7°小于10°，故可不驗算梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性。b,平面外穩(wěn)定由人=42.2及b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附表C—2得中=0.883由于構(gòu)件段內(nèi)有端彎矩和橫向荷載，且使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率，故等效彎矩系數(shù)乳=1.0,門=1.0因為氣＜120Jf9=120,對于雙軸對稱工字形截面取'y人24222%=1.07-440茄=1.07-440茄=1.03>