詳細(xì) 輕型門式鋼架設(shè)計(jì)計(jì)算書

輕型門式剛架廠房主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書目錄設(shè)計(jì)資料…………..3鋼架布置簡(jiǎn)圖…………………..3荷載簡(jiǎn)圖和計(jì)算………………4荷載簡(jiǎn)圖……………………4荷載計(jì)算……………………5內(nèi)力分析與組合………………6內(nèi)力計(jì)算和組合………6控制截面的確定………12鋼架設(shè)計(jì)…………12（1）截面設(shè)計(jì)……………………12（2）構(gòu)件驗(yàn)算……………………13構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算鋼架柱驗(yàn)算鋼架梁驗(yàn)算4.鋼架位移計(jì)算（3）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)……………………..22梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)橫梁跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（4）柱腳設(shè)計(jì)………29（5）柱間支撐設(shè)計(jì)………………32后附柱間支撐布置圖和屋面結(jié)構(gòu)檁條布置圖設(shè)計(jì)資料一單層廠房采用單跨雙坡輕型門式鋼架，柱距6m,長度48m,鋼架檐口高度H=5m,鋼架跨度為33m,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，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距均為1.5m，材料采用Q235鋼材，焊條采用E43型。一側(cè)縱墻上兩個(gè)開間設(shè)3.6X3.6m門一扇，兩縱墻軸線位置上，各開間均設(shè)窗3.6X1.2m，窗下標(biāo)高由學(xué)生自己決定。恒載：彩色鋼板0.25KN/m2保溫層0.4KN/m2檁條0.05KN/m2活載：屋面活載和雪載0.5KN/m2風(fēng)荷載0.35KN/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(yīng)一般很小，本建筑為一般性建筑，不考慮地震作用。鋼架布置簡(jiǎn)圖該廠房長度48m,跨度33m，共有9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(shè)置伸縮縫，檁條間距為1.5m,墻梁間距1.5m1:10ABC1:10ABC鋼架立面簡(jiǎn)圖荷載簡(jiǎn)圖和計(jì)算（1），荷載簡(jiǎn)圖恒載作用2700027000活荷載作用風(fēng)荷載作用取左風(fēng)為例計(jì)算，右風(fēng)同理計(jì)算(地面粗糙度為B類)（2）荷載計(jì)算已知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(fēng)荷載0.5KN/m20.35KN/m2各荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.2KN/m2活荷載標(biāo)準(zhǔn)值3.0KN/m2柱荷載柱身荷載（墻重）4.2KN/m2風(fēng)荷載迎風(fēng)面柱上qw10.555KN/m2橫梁上qw22.22KN/m2背風(fēng)面柱上qw31.221KN/m2橫梁上qw41.443KN/m2附風(fēng)載體型系數(shù)迎風(fēng)柱0.25迎風(fēng)屋面-1.00背風(fēng)屋面-0.65背風(fēng)柱-0.55內(nèi)力分析與組合內(nèi)力計(jì)算與組合根據(jù)各個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖，使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)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KN?m）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KN?m）活載下剪力圖（單位KN）活載下軸力圖（單位KN）風(fēng)荷載下彎矩圖（單位KN?m風(fēng)荷載下剪力圖（單位KN）風(fēng)荷載下軸力圖（單位KN）此設(shè)計(jì)只考慮全部荷載同時(shí)作用的一種情況，即：1.2×恒載+1.4×0.9×（活載+風(fēng)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(fēng)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-67.86-48.4929.71-105.09梁上CM167.20119.46-70.67262.12Q-6.09-4.355.74-5.56N-60.94-43.5429.71-90.55（2）控制截面確定CBACBAA取控制截面為上圖的A，B，C三處共四個(gè)截面：柱上A，柱上B，梁上B，梁上C。A鋼架設(shè)計(jì)截面設(shè)計(jì)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下圖表：梁、柱截面形式和尺寸截面名稱面積IxIyWxWyixiymm2mm4mm4mm3mm3mmmmH600×300×6×121065671797.7×1045401×1042393.3×103360.1×103259.671.2（2構(gòu)件驗(yàn)算構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算翼緣部分b腹板部分h滿足要求鋼架柱驗(yàn)算因?yàn)榱海堑冉孛娴?，因此高度變化?lt;60mm/m的條件。所以考慮板件屈曲后的強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按下式計(jì)算V梁柱都不設(shè)橫向加勁肋kλ因?yàn)?.8<f=eq\o\ac(○,1)柱上A截面強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)橹螦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M=0KN?mV=-91.76KNN=-128.76KN正應(yīng)力驗(yàn)算σ彎矩為0，故截面邊緣正應(yīng)力比值β=1.0用γRσγk=4.0λ因?yàn)棣酥螦截面全部有效σ剪應(yīng)力驗(yàn)算V經(jīng)驗(yàn)算柱上A截面強(qiáng)度滿足要求eq\o\ac(○,2)柱上B截面柱上B截面受到壓彎作用M=-467.56KN?mV=-95.26KNN=-103.56KN正應(yīng)力驗(yàn)算σσ故截面邊緣正應(yīng)力比值β=因?yàn)棣?<f用γγkλ因?yàn)棣甩阎螧截受剪力，彎矩，軸力共同作用V所以采用下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算M經(jīng)驗(yàn)算柱上B截面強(qiáng)度滿足要求剪應(yīng)力驗(yàn)算Veq\o\ac(○,3)整體穩(wěn)定驗(yàn)算平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算鋼架柱高5000mm,梁長2X16582=33164柱線剛度k1=IK2查表得μ=2.635lλ平面內(nèi)穩(wěn)定λx=N故N滿足要求平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算考慮到墻面壓型鋼板與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱相連的墻梁可作為柱平面外的支撐點(diǎn)，計(jì)算時(shí)，為了安全起見，計(jì)算長度按兩個(gè)墻梁間距或隅撐間距考慮。lλy=對(duì)等截面構(gòu)件γ=0φ=3.13>0.6用φβN鋼架梁驗(yàn)算因?yàn)榱?，柱是等截面的，因此高度變化?lt;60mm/m的條件。所以考慮板件屈曲后的強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按下式計(jì)算V梁柱都不設(shè)橫向加勁肋kλ因?yàn)?.8<f=eq\o\ac(○,1)梁上B截面強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)榱荷螧截面存在軸力，剪力，彎矩M=467.56KN?mV=93.57KNN=105.09KNa.正應(yīng)力驗(yàn)算σσ故截面邊緣正應(yīng)力比值β=因?yàn)棣?<f用γγkλ因?yàn)棣甩?lt;0.8梁上B截受剪力，彎矩，軸力共同作用V所以采用下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算M經(jīng)驗(yàn)算梁上B截面強(qiáng)度滿足要求b.剪應(yīng)力驗(yàn)算Veq\o\ac(○,2)梁上C截面強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)榱荷螩截面存在軸力，剪力，彎矩M=262.12KN?mV=-5.56KNN=-90.55KNa.正應(yīng)力驗(yàn)算σσ故截面邊緣正應(yīng)力比值β=因?yàn)棣?<f用γγkλ因?yàn)棣甩蚜荷螩截面受剪力，彎矩，軸力共同作用V所以采用下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算M經(jīng)驗(yàn)算梁上C截面強(qiáng)度滿足要求b.剪應(yīng)力驗(yàn)算Veq\o\ac(○,3)鋼架梁整體穩(wěn)定驗(yàn)算根據(jù)規(guī)定，在鋼架梁平面內(nèi)可按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度，平面內(nèi)無需驗(yàn)算穩(wěn)定平面外的穩(wěn)定驗(yàn)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(diǎn)，計(jì)算時(shí)為安全考慮，取λy=λyφφN滿足要求鋼架位移驗(yàn)算鋼架在風(fēng)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μ=計(jì)算。受力簡(jiǎn)圖見下圖w=H=0.67×8.88=5.95KNεμ=滿足要求(3)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱連接節(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，連接處內(nèi)力M=467.56KN?mV=93.57KNN=105.09KN連接如圖梁柱連接節(jié)點(diǎn)示意圖(1)螺栓布置圖(2)采用10.9級(jí)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8個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖eq\o\ac(○,1)螺栓驗(yàn)算假定中和軸位于節(jié)點(diǎn)板中心處，不考慮壓力的有利作用，計(jì)算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，則頂排螺栓的拉力最大N抗拉滿足要求。第二排螺栓：N第三排螺栓：，取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力N=0.9×1.0×0.45×2×=868.35KN>V=93.57KN抗剪滿足要求eq\o\ac(○,2)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（端板外伸）和兩邊支承類端板（端板平齊），分別按照協(xié)會(huì)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。兩邊支承類端板（端板外伸）：et≥b、兩邊支承類端板（端板平齊）：et≥綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t＝32mmeq\o\ac(○,3)節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算斜梁與柱相交的節(jié)點(diǎn)域的剪力驗(yàn)算：節(jié)點(diǎn)域是指彎剪共同作用下應(yīng)力情況比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)區(qū)域。節(jié)點(diǎn)域板件的國度變形會(huì)影響節(jié)點(diǎn)剛度，從而降低計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)變形造成不利的影響；未經(jīng)加強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)域板件在復(fù)雜應(yīng)力下甚至?xí)l(fā)生破壞。一般通過增加節(jié)點(diǎn)域加勁板或額外增加該區(qū)域板件厚度來加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)域承載能力，輕鋼規(guī)程CECS102推薦采用下面公式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算：τ=節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力不滿足輕鋼規(guī)程CECS102要求，應(yīng)設(shè)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(shè)置螺栓處，應(yīng)按照輕鋼規(guī)程CECS102第7.2.11條的規(guī)定驗(yàn)算構(gòu)件腹板的強(qiáng)度。采用翼緣內(nèi)第二排一個(gè)螺栓的拉力設(shè)計(jì)值：因?yàn)椋砸虼?，?gòu)件腹板的強(qiáng)度滿足要求。eq\o\ac(○,4)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(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，坡口形式應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《手工電弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸》GB985的規(guī)定。2.梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁梁拼接節(jié)點(diǎn)連接形式如圖(3)所示，連接處選用如下組合內(nèi)力值：M=262.12KN?mV=5.56KNN=90.55KN采用級(jí)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8個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖(4)所示。梁梁連接節(jié)點(diǎn)示意圖(3)螺栓布置圖(4)eq\o\ac(○,1)螺栓驗(yàn)算假定中和軸位于節(jié)點(diǎn)板中心處，不考慮壓力的有利作用，計(jì)算最大拉力，并按照此拉力配置螺栓，則頂排螺栓的拉力最大N抗拉滿足要求。第二排螺栓：N第三排螺栓：，取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承載力N=0.9×1.0×0.45×2×=452.32KN>V=5.56KN抗剪滿足要求eq\o\ac(○,2)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（端板外伸）和兩邊支承類端板（端板平齊），分別按照協(xié)會(huì)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。兩邊支承類端板（端板外伸）：et≥b、兩邊支承類端板（端板平齊）：et≥綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t＝22mmeq\o\ac(○,3)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(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，坡口形式應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《手工電弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸》GB985的規(guī)定。(4)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（5）所示，采用四個(gè)錨栓與基礎(chǔ)連接。錨栓為，，?；A(chǔ)砼標(biāo)號(hào)?；A(chǔ)底板設(shè)計(jì)采用如下荷載組合進(jìn)行：N=128.76KN，V=91.76KN1.柱腳混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算受壓混凝土面積為則其單位應(yīng)力σ=柱腳詳圖(5)2.柱腳底板尺寸的確定假定底板寬度底板長度L=取3.柱腳底板厚度的確定底板壓力q=底板按三邊支承板一邊自由板計(jì)算，，，查表得。因此,M=0.058×0.56×底板厚度t=底板的厚度不小16mm，所以實(shí)際取用底板厚度t=20mm。4.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f=0.4×128.76=51.50KN<V采用20a號(hào)槽鋼作為其抗剪鍵，其截面特性為2-2剖面圖槽鋼與端板的連接，應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，坡口形式應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《手工電弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸》GB985的規(guī)定，截面無削弱其設(shè)置如圖采用槽鋼抵抗全部剪力，則槽鋼與混凝土接觸面所抵抗最大剪力為N=91760驗(yàn)算槽鋼與端板的對(duì)接焊縫受力，假定剪力所用于槽鋼的中部，及端板往下50mm，則f=，焊縫強(qiáng)度滿足。(5)柱間支撐設(shè)計(jì)柱間支撐采用柔性支撐體系，每側(cè)邊列柱均設(shè)有兩道柱間支撐,計(jì)算簡(jiǎn)圖見下圖柱支撐計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載及內(nèi)力計(jì)算風(fēng)壓設(shè)計(jì)值：w=1.4單片柱間支撐柱所受荷載為：F風(fēng)載作用下軸力