门式框钢结构设计任务书.doc

门式框钢结构设计任务书1：计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高6.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为6.0m；屋面坡度为1：18。2.荷载取值屋面自重：彩色钢板聚苯乙烯夹心版：0.15 kN/m2檩条支撑：0.2 kN/m2 总计：0.35kN/m2柱自重：0.25 kN/m2 横梁自重：0.2 kN/m2屋面雪荷载：0.4 kN/m2屋面活荷载：0.3 kN/m2（与雪荷载不同时考虑）柱自重：0.25 kN/m2风载：基本风压W0=0.35 kN/m2一：荷载的计算（1）屋面荷载：标准值： 0.351/cos8=2.80 kN/m柱身恒载：0.258=2 kN/m2.80kn/m2kn/m2kn/m绘图：08012635吴健（2）屋面活载 屋面雪荷载大于屋面活荷载，取雪荷载0.41/cos8=3.2 KN/M23.2kn/m绘图：08012635吴健（3）风荷载（地面粗糙度类）绘图：08012635吴健风载体形系数示意图迎风面 侧面k=1.00.80.35=0.28kN/m2，q1=0.288=2.24 kN/m 屋顶k=-1.00.50.35=0.175 kN/m2，q1=-0.1758=-1.4kN/m背风面 侧面k=-1.00.50.35=0.175 kN/m2，q1=-0.1758=-1.4kN/m 屋顶k=-1.00.50.35=0.175 kN/m2，q1=-0.1758=-1.4 kN/m荷载如下图：-1.4kn/m-1.4kn/m2.24kn/m-1.4kn/m绘图：08012635吴健二：内力计算：（1）截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度一般取（1/30-1/45），故取梁截面高度为500mm；暂取H500250810柱采用 H500250810250480108xy绘图：08012635吴健截面截面名称长度面积 mmmm柱H50025081060008840373149262120654梁H50025081075008840373149262120654EA=2.06108884010-6=1.821106EIx=2.0610813510610-12=2.78104 knm2（2）截面内力：根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健用结构力学求解器求出 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 14.8680000 15.5048542 0.00000000 14.8680000 2.06485424 53.9091254 2 2.88640334 -14.7305710 53.9091254 2.88640334 -4.21437981 -18.4439908（3）内力组合由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合： 1.2*恒载效应+1.4*活载效应 1.2*恒载效应+1.4*风载效应 1.2*恒载效应+1.4*0.85*活载效应+风载效应取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力截面内力恒载活载左风00025.718.014.87-7.0-6.115.5-41.9-36.653.925.718014.87-7.0-6.12.0641.936.653.98.17.1-14.720.217.7-45.08-32.6-28.517.18.17.12.90.44.7-4.2内力组合值截面内力00056.0451.6667.13-16.9413.32.8-101.5225.18-29.69356.0451.6670.0-16.94-5.5-13.21101.5225.1815797519.24-10.86-1.03649.02-38.9-8.34-79.02-15.18-52.69-19.2413.7821.623.64-5.41.075三：梁柱截面验算控制内力组合项目有： Mmax与相应的N，V(以最大正弯矩控制) Mmax与相应的N，V(以最大负弯矩控制) Nmax与相应的M，V(以最大轴力控制) Nmin与相应的M，V(以最小轴力控制)所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1截面的控制内力为M=0 kmm,N=67.13 kn,Q=13.3 kn2-2截面的控制内力为Mm=-101.52 kmm，N=70.0 kn，Q=-16.94 kn3-3截面的控制内力为M=197.975 kmm,N=19.24 kn，Q=49.02 kn4-4截面的控制内力为M=-79.02 kmm，N=21.62 kn，Q=3.64 knA：刚架柱验算：取2-2截面内力 平面内长度计算系数：0=2+0.45K,K=IClR/IRH=7.5/6.0=1.25，0=3.25H0=63.25=19.5m平面外考虑到蒙皮效应，按半跨计算即H0y=4Mx = 45.184 = 150.000柱构件平面内稳定计算最大应力(N/mm2):135.891 f=310.000故平面内稳定y=62.604 = 150.000柱构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):147.415 f=310.000故平面外稳定 局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。 柱翼缘 （满足要求） 柱腹板 （满足要求）（2）柱的有效截面特征 2-2截面的控制内力为Mm=-101.52 kmm，N=70.0 kn，Q=-16.94 knmax=N/A+M/WX=70103/8840+101.52106/149104=76.06N/mm2min= N/A+M/WX=70103/8840-101.52106/149104=-60.22N/mm20=（max-min）/max=1.79h0/tw=480/8=60480+0.5x-26.2= 82.312因为6070，故不考虑屈服后强度B：刚架梁验算：取3-3截面内力3-3截面的控制内力为M=197.975 kmm,N=19.24 kn，Q=49.02 kn 局部稳定验算 梁翼缘（满足要求） 梁腹板（满足要求）（2）梁有效界面特征本设计中门式框架坡度为1/18，可以不考虑衡量轴梁的影响梁平面外计算长度：4.000强度计算净截面系数：1.0001=M/WX=197.975106/173104=114.442=-1=-114.44=2/1=-1hc=4800.5=240k=20/(1+)2+0.112(1-)20.5+1+=20/(0.1124)0.5=29.88p=(hw/tw)/28.1ka0.5(235/fy)0.5=0.3120.8则P=1，界面全部有效强度验算抗剪强度验算梁截面最大剪力VMAX=45.08 Kn强度计算不利截面：左端截面有效截面特性计算： 腹板受压区高度：238.000 (mm) 正应力作用下的凸曲系数 k：23.905 正应力作用通用高厚比p：0.414 有效宽度系数：1.0 (全截面有效)考虑屈曲后强度，抗剪承载力设计值计算： 加劲肋设置间距：不设置 剪切凸曲系数k: 5.340 抗剪切通用高厚比w：1.124 抗剪承载力设计值 Vd(KN): 407.401 M,N,V 共同作用下,强度计算截面抗弯承载能力(KN.M): 509.904 考虑屈曲后强度，在M,N,V 共同作用下强度计算应力比: 0.376 1.0 梁构件左端作用剪力: V=50.000 Vd=407.401 梁构件右端作用剪力: V=30.000 Vd=407.401 梁构件强度验算满足。3、梁构件平面外稳定验算结果 平面外计算长度(m)：4.000 平面外长细比y：67 轴心受压稳定系数y：0.568 受弯整体稳定系数bx：0.934 等效弯矩系数 t：1.000 有效截面面积 Ae0：8.856010-3 有效截面受压纤维的截面模量 We1：1.644910-3 梁构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):124.971 f=310.000 梁构件平面外稳定验算满足。4、局部稳定验算 翼缘宽厚比 B/T=10.17 门规CECS102:2002容许宽厚比 B/T =12.4 腹板计算高厚比 H0/Tw=79.33 门规CECS102:2002容许高厚比H0/Tw=206.35.位移验算：（1）柱顶水平位移验算：用PMPK 计算位移结构构建参数EA=2.06108884010-6=1.821106EIx=2.0610813510610-12=2.78104 knm2绘图：08012635吴健/H=13.0/6000=0.002166670.005（满足要求）（2）绘图：08012635吴健/L=20.5/15000=0.001366670.004（满足要求）四：节点设计 1：梁柱节点设计绘图：08012635吴健 梁 1 左(下)端与柱 1 连接节点 (1) :设计满足 梁端节点设计弯矩 M ( kN*m ) :100.0 梁端节点设计剪力 V ( kN ) :241.7 (剪力V 取 梁腹板净截面抗剪承载力设计值的1/2) 工字形梁与工字形柱(0度)刚接连接 连接类型为:一 柱边刚接，单连接板高强螺栓连接（翼缘用对接焊缝，对接焊缝质量级别:2级，腹板用高强螺栓） 梁翼缘塑性截面模量/全截面塑性截面模量: 0.727 算法：翼缘承担全部弯矩，腹板只承担剪力 梁端部连接验算： 钢材信息：梁采用Q345钢，抗拉强度设计值 f= 310N/mm2，抗剪强度设计值 fv= 180N/mm2 角焊缝抗剪强度设计值 Ffw = 200N/mm2 梁腹板净截面最大正应力 0.00N/mm2 = f= 310.00，设计满足 梁腹板净截面最大剪应力 94.43N/mm2 = fv= 180.00，设计满足 梁翼缘对接焊缝最大应力 81.63N/mm2 = f，设计满足 采用 单连接板 连接 连接件验算： 连接板尺寸 B x H x T = 120 x 410 x 10 连接板与柱角焊缝焊脚尺寸 Hf = 6mm 连接件净截面最大正应力 0.00N/mm2 = f= 310.00，设计满足 连接件净截面最大剪应力 88.44N/mm2 = fv= 180.00，设计满足 连接件(或梁腹板)与柱之间的角焊缝最大应力 79.94N/mm2 = Ffw，设计满足 螺栓连接验算： 采用 10.9级 高强度螺栓 摩擦型连接 螺栓直径 D = 20mm 高强度螺栓连接处构件接触面 喷砂 接触面抗滑移系数 u = 0.50 高强螺栓预拉力 P = 155.00kN 高强螺栓单面抗剪承载力设计值 Nvb = 69.75kN 高强螺栓所受最大剪力 Ns = 60.44kN 3.64kN满足剪力要求端板厚确定第一排螺栓端板厚：t=14.77mm第二排螺栓板厚：t=10.6mm采用板厚t=16mm端板腹部采用加筋肋，加强腹板强度（3）柱脚设计：柱脚节点见下图：绘图：08012635吴健设计内力采用： N=67.13 kn（螺栓受拉）,Q=13.3 kn基础采用C20混凝土 基础混凝土抗压承载力fc=9.6N /mm2，锚栓采用4M20螺栓孔取r=25mm设局部受压提高系数=1.1fc=1.19.6=10.56N/mm2螺栓孔面积为A0=4（252）=7850mm2需要底板面积为 A=LB=N/FC+A0=1.4912105mm2