门式刚架荷载计算及内力组合.doc

（一）荷载分析及受力简图： 1、永久荷载永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。恒载标准值（对水平投影面）： 板及保温层 0.30kN/ 檩条 0.10kN/ 悬挂设备 0.10kN/ 0.50kN/换算为线荷载：2、可变荷载标准值门式刚架结构设计的主要依据为钢结构设计规范（GB50017-2003）和冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）。对于屋面结构，钢结构设计规范规定活荷载为0.5KN/，但构件的荷载面积大于60的可乘折减系数0.6，门式刚架符合此条件，故活荷载标准值取0.3KN/。由荷载规范查得，大连地区雪荷载标准值为0.40kN/。 屋面活荷载取为 0.30kN/ 雪荷载为 0.40kN/ 取二者较大值 0.40kN/换算为线荷载：3、风荷载标准值 ：（1） 基本风压值 （2） 高度Z处的风振系数 取1.0（门式刚架高度没有超过30m，高宽比不大于1.5，不考虑风振系数）（3） 风压高度变化系数 由地面粗糙度类别为B类，查表得：h=10m，1.00；h=15m，1.14内插：低跨刚架，h=10.5m，1.014；高跨刚架，h=15.7m，1.155。（4） 风荷载体型系数其中，各部分风荷载标准值计算：w=7.51.00.81.0140.6825=4.15 kN/mw=7.51.00.0321.0140.6825=0.17kN/mw=7.51.0（-0.6）1.0140.6825=-3.11kN/m w= 7.51.00.3691.0140.6825=1.91 kN/mw= 7.51.0（-0.2）1.0140.6825=-1.04 kN/mw= ww7.51.0（-0.5）1.0140.6825=-2.60 kN/mw= w7.51.0（-0.4）1.0140. 6825=-2.08 kN/m用PKPM计算门式刚架风荷载结果如下：其中，4.2KN/m=4.15 kN/m；0.2KN/m=0.17 kN/m； -3.1N/m=-3.11 kN/m；2.2KN/m=1.91 kN/m； -1.2KN/m=-1.04kN/m；-3.0KN/m=-2.60kN/m； -3.0KN/m=-2.60kN/m；-2.6KN/m； -2.1KN/m=-2.08kN/m；-2.1KN/m=-2.08kN/m。手算与电算对比，相差不是很大，可视为均正确，计算符合要求。4.地震作用 一般而言，在轻屋面门式刚架中，竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作用，它对门式刚架的整体受力影响不大，故不作考虑。吊车荷载1）吊车设计数据：（1）设计要求两边低跨使用中级工作制吊车（大连重工起重集团有限公司DQQD型）,吊车起重量为5t，工作制度为A5级，跨度为22.5m，起升高度：主钩16m,轨道型号为43，总重量为20.977t，小车重2.126t，最大轮压为98KN，最小轮压为46.7KN。（2）设计要求中间高跨使用重级工作制吊车（大连重工起重集团有限公司DQQD型）,吊车最大起重量为32t，工作制度为A6级，跨度为22.5m，起升高度：主钩16m；副钩18m，轨道型号为QU70，总重量为42.832t，小车重11.652t，最大轮压为299KN，最小轮压为81.7KN。2）根据建筑荷载规范（GB50009-2001）计算吊车荷载。两边低跨吊车荷载：（1） 吊车竖向荷载标准值采用吊车最大轮压98KN； （2） 吊车纵向水平荷载标准值为作用在一边轨道上的所有刹车轮的最大轮压之和的10，即 ：2981019.6KN； （3） 吊车横向水平荷载标准值，取横向小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度，即由于额定起重量Q=5t，H=KN；（4） 吊车的动力系数当计算吊车梁及其连接强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数，对工作级别为A5的软钩吊车，动力系数1.05；（5） 吊车的荷载增大系数 由吊车梁系统承担的各种自重荷载包括吊车梁的自重以及轨道、制动结构和支撑体系的自重，可近似地通过将轮压乘以荷载增大系数。该低跨吊车梁选用钢材Q345，跨度为24m，查表得1.09。（6） 计算吊车梁的强度、稳定以及连接的强度时，应采用荷载设计值（荷载分项系数取=1.4）；计算疲劳和正常使用状态的变形时，应采用荷载标准值。（7） 荷载设计值吊车最大轮压设计值：P=1.091.051.498157.03KN横向水平荷载设计值：H2.101.42.93KN。 中间高跨吊车荷载计算：（1） 吊车竖向荷载标准值采用吊车最大轮压322KN；（2） 吊车纵向水平荷载标准值为作用在一边轨道上的所有刹车轮的最大轮压之和的10，即 ：23221064.4KN； （3） 吊车横向水平荷载标准值取横向小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度。由于额定最大起重量Q=32t，H=KN；（4） 吊车的动力系数当计算吊车梁及其连接强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数，对工作级别为A6的软钩吊车，动力系数1.10；（5） 吊车的荷载增大系数 由吊车梁系统承担的各种自重荷载包括吊车梁的自重以及轨道、制动结构和支撑体系的自重，可近似地通过将轮压乘以荷载增大系数。该中间高跨吊车梁选用钢材Q345，跨度为30m，查表得1.11。（6） 计算吊车梁的强度、稳定以及连接的强度时，应采用荷载设计值（荷载分项系数取=1.4）；计算疲劳和正常使用状态的变形时，应采用荷载标准值。（7） 荷载设计值吊车最大轮压设计值：P=1.111.11.4322550.43KN横向水平荷载设计值：H10.691.414.97KN。3）吊车荷载作用下的内力计算 由于吊车荷载为动力荷载，首先应确定求各内力所需吊车荷载得最不利位置，再按此求梁的最大弯矩及相应剪力、支座最大剪力，以及横向水平荷载作用下在水平方向所产生的最大弯矩。两侧低跨：（1） 竖向轮压作用根据结构力学知识，用影响线进行吊车荷载对吊车梁的最不利位置布置：吊车一侧两轮的合力作用点恰好在吊车梁中点：此时，梁中点B处的弯矩标准值982193.55 KN.m梁的支座处剪力标准值98（）98KN吊车一侧的一个轮恰好在吊车梁中点处：此时，支座B处的弯矩标准值98()193.55KN.m梁的支座处剪力标准值98(+)144.39KN梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分此时，梁D处的弯矩标准值KN.m吊车梁支座处剪力标准值131.97KN由这三种不利位置布置的弯矩和剪力标准值对比知，布置中梁D处弯矩为最不利弯矩，即214.06KN.m；布置时，梁的支座处剪力为梁的最不利剪力，即144.39KN。（2）横向水平力作用其作用位置与竖向轮压相同，因此，横向水平力作用下产生的最大弯矩与支座的水平反力可直接按荷载比例关系求得： 用PKPM计算的吊车荷载图如下所示：算得：吊车最大轮压(标准值)产生的最大竖向弯矩214.287 KN.m；吊车横向水平荷载(标准值)产生的最大水平弯矩4.584 KN.m；吊车横向水平荷载H=2.098 KN；计算结果与手算近乎完全相等，因而手算与PKPM计算均可视为正确。中间高跨： 所选用吊车如下图所示与两边低跨类似，进行荷载的最不利布置：吊车一侧两轮的合力作用点恰好在吊车梁中点：此时，梁此时的弯矩标准值3222402.5 KN.m梁的支座处剪力标准值322（）322KN吊车一侧的一个轮恰好在吊车梁中点处：此时，支座B处的弯矩标准值322603.75KN.m梁的支座处剪力标准值322161KN梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分此时，梁D处的弯矩标准值402.5KN.m吊车梁支座处剪力标准值214.67KN由这三种不利位置布置的弯矩和剪力标准值对比知，布置中梁的最大弯矩为最不利弯矩，即603.75KN.m；布置时，梁的支座处剪力为梁的最不利剪力，即322KN。（2）横向水平力作用其作用位置与竖向轮压相同，因此，横向水平力作用下产生的最大弯矩与支座的水平反力可直接按荷载比例关系求得： 用PKPM计算的吊车荷载图同低跨所示，算得：吊车最大轮压(标准值)产生的最大竖向弯矩604.234 KN.m；吊车横向水平荷载(标准值)产生的最大水平弯矩20.066 KN.m；吊车横向水平荷载H= 10.702KN；计算结果与手算近乎完全相等，因而手算与PKPM计算均可视为正确，可以利用以上荷载进行内力组合和计算。（二）内力计算：用pkpm软件对以上的荷载标准值及受力简图进行分析和计算，得到恒载、活载、风荷载标准值的荷载效应图，如下：1、 恒载作用内力图：2、活载作用内力图：3、风荷载作用下内力：4、弯矩包络图：（三）荷载组合（设计值）荷载组合一般应遵从建筑结构荷载设计规范GB50009-2001的规定，针对门式刚架的特点，选用下列组合原则：(a)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。(b)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。(c)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。(d)多台吊车的组合应符合建筑结构荷载设计规范的规定。(e)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。(f)对于自重较轻的屋盖，应验算在风吸力作用下屋架杆件、檩条等在永久荷载与风荷载组合下杆件截面应力反号的影响，此时永久荷载的分项系数取1.0。根据建筑结构荷载设计规范的规定：当恒载效应对结构不利时，永久荷载的分项系数取1.2，活载的分项系数取1.4，荷载效应组合的设计值S应取为由可变荷载效应控制的组合：当恒载效应对结构有利时，永久荷载的分项系数取1.35，活载的分项系数取1.0。风荷载的组合系数取0.6，活载和吊车荷载的组合系数均取0.7。因此，对门式刚架的各控制点进行以下工况的荷载组合：1、工况一：恒载活载(恒载效应对结构不利)2、工况二：恒载风载3、工况三：恒载风载活载4、工况四：恒载吊车荷载+（活载风载）5、工况五：恒载活载吊车荷载6、工况六：恒载活载(恒载效应对结构有利)首先，验算各关键结点在荷载组合下的弯矩：（1）验算低跨檐口处斜梁与柱交点：179.9 KN.m，137.2 KN.m，71.6 KN.m，74.4KN.m，54.48KN.m。由于风荷载作用下产生的弯矩与恒载、活载产生的弯矩方向相反，故风荷载参加的组合不可能是最不利组合，只需进行以下组合：工况一：1.2恒载1.4活载1.2（179.9）1.4（137.2）407.96 KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.2（179.9）1.4（137.2）+1.40.7(54.48)434.34KN.m；工况六：1.35恒载1.0活载1.35（179.9）1.0（137.2）380.07 KN.m由以上组合知，434.34KN.m，与PKPM的计算结果437.6 KN.m相差不多，差值可能是由于手算没有考虑活载的不利布置和地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。低跨檐口斜梁与柱交点处最大弯矩由工况五控制。（2）验算高跨檐口处斜梁与柱交点：256.9KN.m，206.1KN.m，151.7KN.m，125.6KN.m，26.53KN.m。由于风荷载作用下产生的弯矩与恒载、活载产生的弯矩方向相反，故风荷载参加的组合不可能是最不利组合，只需进行以下组合：工况一：1.2恒载1.4活载1.2(256.9)1.4(206.1)596.82KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.2(256.9)1.4(206.1)1.40.7(26.53)622.82KN.m；工况六：1.35恒载1.0活载1.35(256.9)1.0(206.1)552.92由以上组合知，622.82KN.m，与PKPM的计算结果623.7 KN.m相差不多，差值可能是由于手算没有考虑活载的不利布置和地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。高跨檐口斜梁与柱交点处最大弯矩由工况五控制。由以上两个结点验算工况六的情况知：工况一的控制作用大于工况六，由理论分析也可知恒载并非对结构有利，故以下不再验算工况六，仅验算工况一。（3）验算高跨屋脊处：113.2KN.m，90.7KN.m，70.6KN.m，64KN.m，18.35KN.m。由于风荷载作用下产生的弯矩与恒载、活载产生的弯矩方向相反，故风荷载参加的组合不可能是最不利组合，只需进行以下组合：工况一：恒载活载1.2113.21.490.7262.82KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.2113.21.490.7+0.9818.35280.80KN.m；由以上组合知，280.80KN.m，与PKPM的计算结果275.8KN.m相差不多，差值可能是由于手算没有考虑地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。高跨屋脊处最大弯矩由工况五控制。（4）验算低跨屋脊处：60.6KN.m，48.5KN.m，25.1KN.m，42.3KN.m，14.29KN.m。由于风荷载作用下产生的弯矩与恒载、活载产生的弯矩方向相反，故风荷载参加的组合不可能是最不利组合，只需进行以下组合：工况一：恒载活载1.260.61.448.5140.62KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.260.61.448.51.40.714.29154.62KN.m；由以上组合知，154.62KN.m，与PKPM的计算结果158.1KN.m相差不多，差值可能是由于手算没有考虑活载的不利布置和地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。低跨屋脊处最大弯矩由工况五控制。（5）验算低跨柱脚处：213.6KN.m，134.9KN.m，291.3KN.m，62.8KN.m，181.46KN.m。进行以下组合：工况一：1.2恒载1.4活载1.2（213.6）1.4（134.9）445.18KN.m；工况二：1.2恒载1.4风载左风右风：1.2（213.6）1.4（291.362.8）576.22KN.m；仅左风：1.2（213.6）1.4291.3151.5KN.m；仅右风：1.2（213.6）1.4（62.8）344.24KN.m；工况三：1.2恒载1.4风载1.40.7活载1.2（213.6）1.4（62.8）0.98（134.9）476.44KN.m；工况四：1.2恒载1.4吊车荷载1.40.7活载1.40.6风载1.2（213.6）1.4（181.46）1.40.7（134.9）1.40.6（62.8）695.32KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.2（213.6）1.4（134.9）0.98(181.46）623.01KN.m；由以上组合知，695.32KN.m，与PKPM的计算结果710.2KN.m相差不太多，差值可能是由于手算没有考虑活载的不利布置和地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。低跨柱脚处最大弯矩由工况四控制。（6）验算高跨柱脚处：19.1KN.m，23.6KN.m，143.9KN.m，110.1KN.m，136.34KN.m。工况一：1.2恒载1.4活载1.2（19.1）1.4（23.6）55.96KN.m；工况二：1.2恒载1.4风载仅右风：1.2（19.1）1.4（110.1）177.06KN.m；工况三：1.2恒载1.4风载1.40.7活载1.2（19.1）1.4（110.1）+0.98（23.6）200.19KN.m；工况四：1.2恒载1.4吊车荷载1.40.7活载1.40.6风载1.2（19.1）1.4（136.34）0.98（23.6）0.84（110.1）419.96KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.2（19.1）1.4（23.6）1.40.7（136.34）189.57KN.m；由以上组合知，419.96KN.m，与PKPM的计算结果416.7KN.m相差不大，差值可能是由于而手算没有考虑地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。高跨柱脚处最大弯矩由工况四控制。（7）验算高跨与低跨相交处（低跨斜梁）：142.1KN.m，139.1KN.m，56.8KN.m，139.6KN.m，57.99KN.m。由于风荷载作用下产生的弯矩与恒载、活载产生的弯矩方向相反，故风荷载参加的组合不可能是最不利组合，只需进行以下组合：工况一：1.2恒载1.4活载1.2（142.1）1.4（139.1）365.26KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.2（142.1）1.4（139.1）0.98（57.99）422.09KN.m；由以上组合知，422.09KN.m，与PKPM的计算结果464.3KN.m基本相等，差值可能是由于手算没有考虑地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。高跨与低跨相交处的最大弯矩由工况五控制。（8）验算低跨吊车梁牛腿处（低跨柱）：56.2KN.m，51.7KN.m，6.8KN.m，46KN.m，43.45KN.m。由于风荷载作用下产生的弯矩与恒载、活载产生的弯矩方向相反，故风荷载参加的组合不可能是最不利组合，只需进行以下组合：工况一：1.2恒载1.4活载1.256.21.451.7139.82KN.m；工况五：1.2恒载1.4活载1.40.7吊车荷载1.256.21.451.70.9843.45182.4KN.m；由以上组合知，182.4KN.m，与PKPM的计算结果179.6KN.m相差不太大，差值可能是由于手算没有考虑地震作用的影响引起的，故可视为手算与电算结果均正确。低跨吊车梁牛腿处的最大弯矩由工况五控制。验算各结点在荷载组合下的轴力、剪力过程同上，在此不一一列举，验算结果见下表：刚架各控制结点的内力组合值手算与电算对比表：结 点 位 置弯矩（KN.m）轴力（KN）剪力（KN）手 算电 算手 算电 算手 算电 算低跨檐口处斜梁与柱交点434.3437.6-110.3-112104.02108.2高跨檐口处斜梁与柱交点622.8623.7-129.59-13592.3494.0高跨屋脊处280.80257.873.47115.4915.6低跨屋脊处154.62158.180.388915.5816.2低跨柱脚处-695.32-710.2302.5306-115.58-118.9高跨柱脚处-419.96-416.71001.6101357.1559.2高跨与低跨相交处-422.09-422.6798.1804-51.55-54.0低跨吊车梁牛腿处-182.4-179.6302.5306110.26110.7由上表的对比知：门式刚架柱各结点的弯矩、轴力、剪力值手算与电算相差不大，差值可能是由于没考虑活载的不利布置和地震作用引起的，故可视为手算与电算结果相同，可以进行下述设计。（四）主刚架设计门式刚架结构的边柱和梁以受弯为主，主结构是平面承载体系，平面内荷载在构件设计中起控制作用。下面进行刚架的设计和验算。 1、刚架柱的验算取低跨檐口截面进行强度验算A.方法一 按钢结构设计规范验算 截面惯性矩 截面面积 由弯矩产生的边缘正应力由轴力产生的应力弯矩和轴力共同作用下产生的边缘正应力构件有效净截面最大受压纤维的截面模量构件有效净截面所承担的弯矩有效截面面积 应力比 (电算结果为0.57)手算与电算相差不大，在误差允许范围之内，可视为均计算准确满足要求。B.方法二 为了进行类比，按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002进行验算 截面惯性矩 截面面积 由弯矩产生的边缘正应力由轴力产生的应力弯矩和轴力共同作用下产生的边缘正应力截面边缘正应力比值杆件在正应力作用下的凸曲系数与板件受弯、受压有关的参数 即全截面有效由于不设横向加劲肋，则受剪板件的凸曲系数与板件受剪有关的参数0.8腹板高度 抗剪承载力设计值 (满足要求)截面受到剪力V、弯矩M和轴力N共同作用构件有效净截面最大受压纤维的截面模量构件有效净截面所承担的弯矩有效截面面积 应力比 (电算结果为0.57)手算与电算相差不大，在误差允许范围之内，可视为均计算准确满足要求。低跨檐口截面的强度满足要求。取低跨柱脚截面进行验算强度验算：A.方法一 按钢结构设计规范验算强度计算最不利内力组合： 截面惯性矩： 截面面积 ：由弯矩产生的边缘正应力由轴力产生的应力弯矩和轴力共同作用下产生的边缘正应力构件有效净截面最大受压纤维的截面模量构件有效净截面所承担的弯矩有效截面面积 应力比 (电算结果为0.95)手算与电算相差是不大，属于误差允许范围之内，可视为均计算准确。B.方法二 为进行类比，按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002进行验算强度计算最不利内力组合： 截面惯性矩： 截面面积 ：由弯矩产生的边缘正应力由轴力产生的应力弯矩和轴力共同作用下产生的边缘正应力截面边缘正应力比值杆件在正应力作用下的凸曲系数与板件受弯、受压有关的参数 即全截面有效由于不设横向加劲肋，则受剪板件的凸曲系数与板件受剪有关的参数0.8腹板高度 抗剪承载力设计值 (满足要求)截面受到剪力V、弯矩M和轴力N共同作用构件有效净截面最大受压纤维的截面模量构件有效净截面所承担的弯矩有效截面面积 应力比 (电算结果为0.95)手算与电算相差是不大，属于误差允许范围之内，可视为均计算准确。低跨柱脚截面的强度满足要求。低跨柱的整体稳定验算构件的最大内力组合为 ，。A.刚架低跨柱平面内整体稳定验算为了与电算的结果做比较，取低跨吊车梁到柱脚间的柱段为验算对象。低跨刚架柱高H10000mm，梁长L24000mm。柱的线刚度梁的线刚度其中，为梁最小截面惯性矩，S为半跨梁的长度，取S12000mm；为横梁换算长度系数，由门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002附录D中曲线查得。由于附录D只提供了两段楔形梁的换算长度系数，故将本设计的三段楔形梁简化为两段，进行近似取值：第一楔形段的楔率；第二楔形段的楔率；取0.75，查曲线得0.75。故梁柱线刚度比，查表得柱的计算长度系数。刚架柱吊车梁到柱脚间的柱段的长度为7200mm，回转半径 B类截面查表得0.781，10703KN，1。电算结果为，手算与电算的差值可能是由楔形梁的简化计算引起的，差值不大，可视为满足要求。B.刚架低跨柱平面外整体稳定验算考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮的作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为了安全起见，计算长度按两个墙梁或隅撑间距考虑，即4500mm。所取柱段截面尺寸如图：；构件的截面模量；，B类截面，查表钢结构（中国建筑工业出版社，陈绍藩 主编）附表16.5，得； 截面影响系数1.0；等效弯矩系数； 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数： ； 平面外稳定计算最大应力对应组合：M= -696.27, N= 197.54 。电算结果为279Mpa，手算与电算差值不大，可能是由系数的选取略有不同引起的，可视为满足要求，手算与电算均正确。2、刚架横梁的验算（以低跨斜梁为研究对象）抗剪验算梁截面的最大剪力为考虑仅有支座加劲肋，故抗剪满足要求。剪应力比0.15（电算结果为0.18），手算与电算差值不大，可视为均正确。弯、剪、压共同作用下的验算取横梁端截面进行验算： 因为，取，取=437.6KN.m，故 ，满足要求。整体稳定验算A.横梁平面内的整体稳定验算计算长度取横梁长度24000mm，截面特性如下：A47682501229808，b类截面，查表得，1。低跨横梁的平面内稳定满足要求。电算结果为285.62MPa,与手算结果相差很小，均计算准确。B.横梁平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，起到应力蒙皮的作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为了安全起见，计算长度按两个檩条或隅撑间距考虑，即3000mm。受压区由受压翼缘与腹板1/3高度组成，其截面及尺寸如图：该截面的回转半径：构件的楔率 构件小头的截面面积 构件小头的截面高度 构件小头的截面模量构件小头的受压翼缘截面厚度，b类截面，查表得均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数查表钢结构（中国建筑工业出版社，陈绍藩 主编）表5-3，得，用来代替低跨横梁的平面外稳定满足要求。 3、横梁与柱连接的节点验算 以低跨檐口横梁与柱连接的节点为研究对象，该梁柱节点采用10.9级M30高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷沙处理，摩擦面的抗滑移系数高强度螺栓的设计预拉力。 连接处传递内力设计值： 由PKPM设计如下节点详图：螺栓强度验算：边缘处螺栓所承受的拉力 单个螺栓的抗剪承载力设计值为螺栓强度满足要求。端板厚度验算端板厚度 ，一个高强螺栓的受拉承载力设计值 螺栓中心至腹板表面的距离 螺栓中心至翼缘表面的距离 端板的宽度 螺栓的间距 端板钢材的抗拉强度设计值 设计的端板为两边支承外伸端板，用如下公式进行验算：端板厚度满足要求构件腹板强度验算翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值 刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，坡口形式应符合现行国家标准手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸GB985的规定。在端板设置螺栓处，应按下述公式验算构件腹板强度： 当时，应满足 腹板厚度 ，采用Q235B级钢，则=腹板强度满足要求，不需设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。4、梁柱节点域的剪应力验算 节点域是指弯剪共同作用的应力情况比较复杂的节点区域。节点域板件的过度变形会影响节点刚度，从而降低计算模型的准确性，对构件强度和结构变形造成不利影响；未经加强的节点域板件在复杂应力下甚至会发生破坏。一般通过增加节点域加劲板或额外增加该区域板件厚度来加强节点域承载能力。仍以低跨梁柱相交的节点域为验算对象，进行如下验算：节点域的宽度 节点域的厚度 节点域的高度 节点承受的弯矩 节点域钢材Q345的抗剪强度设计值 低跨梁柱节点域抗剪满足要求5、刚架柱脚底板的计算仍以低跨柱脚为研究对象， 用PKPM设计及计算结果如下：A.底板的宽度B600230660mmB.底板的长度L应按底板下混凝土的最大受压应力不超过其轴心抗压强度设计值乘以局部承压时的提高系数（为保证一定的安全储备，此处不考虑提高系数）： 满足要求C.底板的厚度 应满足，其中， ，查表得系数， ， ，故t取25mm厚，可以满足要求。6、刚架牛腿设计 在门式刚架柱上设置牛腿以支承吊车梁、平台梁或墙梁，牛腿构造如下：（a）边列柱牛腿 （b）中列柱牛腿 实腹柱牛腿构造仍以低跨牛腿为研究对象，用PKPM设计及计算结果如下：牛腿的内力计算作用于牛腿根部的剪力；作用于牛腿根部的弯矩其中，为吊车梁及轨道重，此处取；为吊车最大轮压通过吊车梁传递给一根柱的最大反力，此处取；， 牛腿与柱连接处截面强度计算抗弯强度：抗剪强度：牛腿与柱连接截面的强度满足要求。折算应力计算 验算牛腿根部腹板与翼板相交点折算应力。 该点以上截面面积矩 ；该点剪应力 该点拉应力； 该点折算应力 f = , 满足要求。焊缝连接计算 连接采用沿全周施焊的角焊缝连接，转角处连续施焊，没有起弧和灭弧所引起的焊口缺陷，并假定全部剪力由支承托座腹板的连接焊缝承担，不考虑翼缘端部绕转部分焊缝的作用。设角焊缝的焊脚尺寸为10mm，则腹板连接焊缝有效面积：，全部焊缝对x轴的惯性矩近似地取：，在偏心弯矩作用下，焊缝最外边缘的角焊缝的最大应力：翼缘和腹板交接的角焊缝在弯矩和剪力共同作用下的应力为：，焊缝设计满足要求（五）刚架附属结构设计1、檩条设计1）设计资料封闭式建筑，屋面材料为压型钢板，屋面坡度1/12，檩条跨度7.5m，檩距1.5m，于处分别设两道拉条。钢材选用Q345。2）荷载标准值（对水平投影面） （1）永久荷载标准值： （2）可变荷载标准值：屋面均布活荷载，雪荷载，计算时取两者的较大值，基本风压。 3）内力计算 （1）永久荷载与屋面活载组合檩条线荷载：弯矩设计值：（2）永久荷载与风荷载吸力组合 风荷载高度变化系数取，按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，风荷载体型系数取边缘带（风吸力）。垂直屋面的风荷载标准值：檩条线荷载：弯矩设计值：验算强度时应该采用恒载和活载组合控制。4）截面选择及强度验算 选用。查门式刚架轻型房屋钢结构技术规程附表C:查轻型钢结构设计指南（实例与图集）附录附表15、16 近似取200，截面上翼缘有效宽度比，应考虑有效截面。同时三分点处有孔洞削弱，统一考虑0.9的折减系数，则有效净截面抵抗矩为：屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，计算、点的强度为：强度满足要求。 5）稳定计算屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，在风吸力作用下计算檩条的稳定性。查钢结构设计手册表7-1得 受弯构件的整体稳定系数采用代替0.90考虑有效截面乘以0.95（不计孔洞削弱）的折减系数以上计算表明该檩条主要由永久荷载与屋面活荷载组合控制。 6）挠度计算，变形满足要求。 7）构造要求故此檩条在平面内、外均满足要求。2、墙梁设计1）设计资料 本设计屋面材料为压型钢板，房屋维护墙采用中间夹保温层的压型钢板，山墙墙梁跨度为7.5m ，墙梁间距为1.5m。2）荷载标准值根据建筑结构荷载规范（GB500092001），地面粗糙度系数按B类，风压高度变化系数，风荷载体形系数：1.1、1.0，垂直于房屋山墙的风荷载标准值3）内力计算均布风荷载设计值：，墙梁间距1.5m，风荷载设计值为1.05，作用于墙梁上的水平风荷载设计值。设压型钢板落地并与基础相连，板与板间有可靠连接，为此，墙梁只承受自重。取墙梁自重设计值为。墙梁按简支计算：4）强度验算选用.5墙梁，截面特性如下： 全截面有效，但取用有效截面系数0.9进行验算：墙梁截面强度满足要求。电算结果为237.047MPa，手算与电算相差不大，可视为均准确。5）整体稳定在风吸力作用下拉条位置应设在墙梁内侧，并在柱底设斜拉条。此时夹芯板与墙梁外侧牢固相连，通过构造保证了风吸力作用墙梁内翼缘受压的稳定性，且墙板能阻止墙梁侧向失稳，故墙梁的整体稳定不需要验算。6）挠度计算风荷载作用下挠度计算： 风荷载标准值 电算结果为29.093mm，电算与手算相差不大，可视为均准确。墙梁设计满足要求。3、抗风柱设计：以低跨抗风柱为验算对象，计算简图如下： 均布风荷载设计值：作用于柱的均布风荷载为：选用H型钢，钢材用Q345钢忽略墙架垂直荷载的偏心距，取柱重为墙架柱的最大弯矩 墙架柱的最大轴力 1）抗风柱强度计算： 查表钢结构（中国建筑工业出版社，陈绍藩 主编）附表16.5，得 如不考虑轴力截面强度满足要求。电算结果为218.203，与手算相差不大，可视为均准确。2）弯矩作用平面内、外的稳定性 由于墙梁和墙板的支撑作用，手算可不验算其稳定性。用PKPM电算进行验算：抗风柱平面内稳定计算最大应力219.302 f=310.000 满足要求；抗风柱平面外稳定计算最大应力296.159 f=310.000 满足要求。3）挠度验算 由于柱为上端铰接，下端固接，一般手算可不验算其在水平风荷载的挠度。用PKPM电算进行验算：计算最大挠度: 21.304mm 容许挠度: 26.250mm，满足要求。4、吊车梁设计以两边低跨吊车梁为设计对象1) 吊车设计资料：设计要求两边低跨使用中级工作制吊车（大连重工起重集团有限公司DQQD型）,吊车起重量为5t，工作制度为A5级，跨度为22.5m，起升高度：主钩16m,轨道型号为43，总重量为20.977t，小车重2.126t，最大轮压为98KN，最小轮压为46.7KN。2) 吊车梁设计资料：钢材选用Q345，手工焊焊条采用E5015，E5016或E5018型焊条；翼缘与腹板连接焊缝采用自动焊。3）吊车荷载计算根据建筑荷载规范（GB50009-2001）计算吊车荷载，计算吊车梁的强度、稳定性及吊车梁在竖向的刚度时，应考虑吊车满载时的作用，但验算竖向的刚度时，取用荷载标准值。（1）吊车竖向荷载标准值采用吊车最大轮压98KN； （2）吊车纵向水平荷载标准值为作用在一边轨道上的所有刹车轮的最大轮压之和的10，即 ：2981019.6KN； （3）吊车横向水平荷载标准值，取横向小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度，即由于额定起重量Q=5t，H=KN；（4） 吊车的动力系数当计算吊车梁及其连接强度时，吊车竖向荷载应乘以动力系数，对工作级别为A5的软钩吊车，动力系数1.05；（5） 吊车的荷载增大系数 由吊车梁系统承担的各种自重荷载包括吊车梁的自重以及轨道、制动结构和支撑体系的自重，可近似地通过将轮压乘以荷载增大系数。该低跨吊车梁选用钢材Q345，跨度为24m，查表得1.09。（6） 计算吊车梁的强度、稳定以及连接的强度时，应采用荷载设计值（荷载分项系数取=1.4）；计算疲劳和正常使用状态的变形时，应采用荷载标准值。（7） 荷载设计值吊车最大轮压设计值：P=1.091.051.498157.03KN横向水平荷载设计值：H2.101.42.93KN。4）吊车荷载作用下的内力计算 由于吊车荷载为动力荷载，首先应确定求各内力所需吊车荷载得最不利位置，再按此求梁的最大弯矩及相应剪力、支座最大剪力，以及横向水平荷载作用下在水平方向所产生的最大弯矩。两侧低跨：（1） 竖向轮压作用根据结构力学知识，用影响线进行吊车荷载对吊车梁的最不利位置布置：吊车一侧两轮的合力作用点恰好在吊车梁中点：此时，梁中点B处的弯矩标准值982193.55 KN.m梁的支座处剪力标准值98（）98KN吊车一侧的一个轮恰好在吊车梁中点处：此时，支座B处的弯矩标准值98()193.55KN.m梁的支座处剪力标准值98(+)144.39KN梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分此时，梁D处的弯矩标准值KN.m吊