门式钢架设计.doc

轻型门式钢架设计轻型门式钢架设计 班级 姓名 序号 学好 指导老师 1 一 设计资料一 设计资料 单层厂房采用单跨双坡轻型门式刚架 钢架跨度为 27m 长度 48m 檐口标 高为 9m 共 9 榀钢架 柱距 6m 屋面坡度取 1 10 刚架为等截面的梁 柱 屋面及墙面均采用彩色钢板 檩条及墙梁均采用冷弯薄壁卷边 C 型钢 间距为 1 5m 材料采用 Q235 钢材 焊条采用 E43 型 荷载 恒载 彩色压型钢板 0 40KN m2 檩条 0 08KN m2 活载 层面活载和雪载 0 5KN m2 风荷载 0 5KN m2 二 结构平面柱网及支撑布置二 结构平面柱网及支撑布置 该厂房长度 48m 跨度 30m 柱距 6m 共有 9 榀刚架 由于纵向温度区段 不大于 300m 横向温度区段不大于 150m 因此不用设置伸缩缝 厂房长度 60m 因此在厂房第一开间和中部不用设置屋盖横向水平支撑 在屋盖相应部位设置檩条 斜拉条 拉条和撑杆 檩条间距为 1 5m 同时应该 在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑 布置图详见施工图 图 1 刚架屋面布置草图 2 图 2 刚架形式及几何尺寸 图 3 柱间支撑 三 荷载计算与简图三 荷载计算与简图 一 一 计算模型的选取 计算模型的选取 取一榀刚架进行分析 柱脚采用刚接 刚架梁和柱采用等截面设计 厂房 檐高 8m 屋面坡度为 1 10 二 二 荷载取值计算 荷载取值计算 长度 m 柱距 m 跨度 m 檐高 m 恒载 KN m2 活载 KN m2 基本风压 KN m2 4862790 630 50 5 1 屋盖永久荷载标准值 彩色压型钢板 0 40KN m2 檩条 0 08KN m2 刚架斜梁自重 先估算自重 0 15 KN m2 合计 0 63 KN m2 2 屋面可变荷载标准值 不考虑积灰荷载 3 层面活载和雪载 0 5KN m2 3 轻质墙面自重标准值 0 25 KN m2 4 风荷载标准值 按 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102 2002 附录 A 的规定计 算 基本风压 o 0 50 地面粗糙度类别为 B 类 风荷载高度变化系 2 KN m 数按 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 的规定采用 当高度小于 10m 时 按 10m 高度处的数值采用 z 1 0 风荷载体型系数 s 迎风面柱及屋面分 别为 0 25 和 1 0 背风面柱及屋面分别为 0 55 和 0 65 CECS102 2002 中 间区 三 三 各部分作用荷载及简图 各部分作用荷载及简图 1 屋面荷载 标准值 0 63x6 3 78 KN m 2 屋面活载 屋面雪荷载小于屋面活荷载 取活荷载 0 5x6 3 00 KN m 3 风荷载 0 1 05 101 0 kzs zs hm 以风左吹为例计算 风右吹同理计算 根据公式计算 根据查表 取 根据门式刚架的设计规范 取下图 地面粗糙度类 B 4 风载体形系数示意图 迎风面 侧面 k k 1 05x1 0 x0 25x0 5 0 131 KN m2 q1 1 0 131x6 0 79KN m 屋面 k k 1 05x1 0 x1 0 x0 5 0 525KN m2 q1 1 0 525x6 3 15KN m 背风面 侧面 k k 1 05x1 0 x0 55x0 5 0 289 KN m2 q1 1 0 289x6 1 73KN m 屋面 k k 1 05x1 0 x0 65x0 5 0 341 KN m2 q1 1 0 341x6 2 05KN m 风荷载如下图 0 79 3 152 05 1 73 1 2 3 4 5 1 2 3 4 9 00 13 5713 57 9 00 四 内力计算四 内力计算 1 截面形式及尺寸初选 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 h 一般取 1 30 1 45 L 故 梁的截面高度为 600mm 暂取 H600 x300 x8x10 截面尺寸见图所示 柱的截面 采用与梁相同 5 截 面 截面名称面积 2 mm IX 64 10 mm WX 43 10 mm Iy 64 10 mm Wy 43 10 mm ix mm iy mm 柱 H600 x300 x8x1010640540175382523562 梁 H600 x300 x8x1010640540175382523562 EA 2 06x108x9472x10 6 1 95x106 KN EIX 2 06x108x520 x106 x10 12 1 07X106KN m2 2 截面内力 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 注 剪力图 表示方向 轴力图 拉为正 压为负 A 恒载作用 标准值 下 计算简图及内力值 恒载作用下轴力图 6 恒载作用下剪力图 恒载作用下弯矩图 B 活载作用 标准值 下 计算简图及内力值 1 2 3 4 5 1 2 3 4 40 70 19 96 15 91 15 91 19 96 40 70 活荷载作用下轴力图 7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 15 99 38 91 1 59 1 59 38 91 15 99 活荷载作用下剪力图 1 2 3 4 5 1 2 3 4 143 87 143 87 109 28109 28 143 87 143 87 活荷载作用下弯矩图 C 风荷载作用 标准值 下 计算简图及内力值 1 2 3 4 5 1 2 3 4 42 06 19 1219 22 28 14 风荷载作用下轴力图 8 1 2 3 4 22 12 15 01 40 36 2 38 1 45 26 36 16 50 0 93 风荷载作用下剪力图 1 2 3 4 5 167 11 167 11 90 52 90 85 90 52 78 41 90 61 78 41 风荷载作用下弯矩图 3 内力组合 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 刚架结构构件按承载能力极限状态设计 根据 建筑 结构荷载规范 GB50009 2001 的规定 采用荷载效应的基本组合 0S R 本工程取 0 1 0 按承载能力极限状态进行内力分析 需要进行以下 3 种组合 组合 1 1 2 永久荷载 1 4 max 屋面均布活荷载 雪荷载 1 4 0 7 风荷载 组合 2 1 2 永久荷载 1 4 0 7 max 屋面均布活荷载 雪荷载 1 4 风荷载 组合 3 1 0 永久荷载 1 4 风荷载 其中组合 1 2 用于截面强度和构件稳定性计算 组合 3 用于锚栓抗拉计算 本工程不进行抗震验算 最不利内力组合的计算控制截面取柱底 柱顶 梁端及梁跨中 截面 取四个控制截面 如下图 9 控制截面示意图 各情况作用下的截面内力及内力组合见下表 各情况作用下的控制截面内力 截面内力恒载活载左风 N 85 30 40 7042 06 Q 20 14 15 9922 12 1 1 M0 00 N 51 28 40 7042 06 Q 20 14 15 9915 012 2 M 181 28 143 87167 11 N 25 15 19 9619 12 Q 49 03 38 91 40 36 3 3 M 181 28 143 87167 11 N 20 04 15 9119 12 Q 2 00 1 592 384 4 M137 70 109 28 90 52 控制截面内力组合 截面内力1 2 永久荷载 1 4 max 屋面均布 活荷载 雪荷载 1 4 0 7 风荷载 1 2 永久荷载 1 4 0 7 max 屋面均 布活荷载 雪荷载 1 4 风荷载 1 0 永久荷载 1 4 风荷载 N 118 12 83 36 26 416 Q 24 88 8 8710 83 1 1 M000 N 77 30 42 547 60 Q 31 84 18 820 87 2 2 M 255 19 124 5852 67 N 39 39 22 971 62 10 Q 73 7640 46 7 47 3 3 M 255 19 124 5852 67 N 27 58 12 87 6 73 Q 2 514 17 5 334 4 M229 52 145 61 10 97 五 截面验算五 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 0 KN M 118 12 KN 24 88 KN M NQ 2 2 截面的控制内力为 255 19 KN M 77 30 KN 31 84KN M NQ 3 3 截面的控制内力为 255 19 KN M 39 39 KN 73 76KN M NQ 4 4截面的控制内力为 229 52 KN M 27 58KN 5 33 KN M NQ 构件验算 1 构件宽厚比验算 构件宽厚比验算 翼缘部分 满足要求 15 23515 14 6 146 10 b tf y f 腹板部分 满足要求 250 235250564 82KN x121 73KN580 x8 fth V maxvwwu B 弯剪压共同作用验算 取柱端截面进行验算 N 77 30KN V 24 88KN M 255 19KN m 因 V564 82KN x121 73KN580 x8 fth V maxvwwu B 弯剪压共同作用验算 取梁端截面进行验算 N 39 39KN V 73 76KN M 255 19KN m 因 V 0 5Vu 取 V 0 5Vu 按 钢结构设计规范 GB50017 2003 式 4 4 1 1 验算 满足要求 KNxx WANfNWMMMKN eeee N e 21 260235 10175 10640 1039 39215 19 255 43 C 整体稳定性验算 mKN 255 19 M 39 39KN N a 梁平面内的整体稳定性验算 683 0 4 15081 80 235 189902 0 3 23 19901 135672 1054000 2I k 600009000 1054000 I k mm 27134 x 0 0 2 1 3 4 sb02 33 4 c11 得类截面 查附表 查表得柱的 B i l mm hl k k mmmm mmmm h x x x x 满足要求 215 62 154 47 3008 30 77 683 0 1101750 1019 2550 1 11640683 0 39390 1 0 1 47 3008 81 801 1 1064010206 1 1 22 3 6 0 1 0 2 32 2 0 2 0 mmNfmmN N N W M A N KNKN EA N Ex xe xmx ex mx e Ex b 梁平面外的整体稳定验算 考虑屋面压型钢板与墙梁紧密连接 有蒙皮作用 墙梁可作为横梁平面外的支 承点 但为了安全起见 计算长度按两个墙梁或隅撑间距考虑 13 得类截面 查附录863 0 4 48 62 3000 10 3000mm l y 0 s0y DB i l y y y w 6 083 2 5804 4 104 48 101750 580 10640 4 48 4320235 4 4 4320 2 32 2 0 00 4 0 00 2 0 y y w s xy by fh t W hA 22 2 3 63 10 2 00 y 215 88 176 863 0101750 1019 255987 0 10640863 0 1030 77 987 075 00 1 952 0 282 0 07 1 mmNfmmN mmN W M A N N N N N byE t ey eXeX t by 取 4 钢架在风荷载作用下的侧位移 钢架在风荷载作用下的侧位移 60 150 43 6332 10540010320612 900015 20 2 12 68 2 29 0 1 73 0 79 hw wW 20 1522 680 670 67WH 3 9000 27000 hl II 105400II 5 33 21 cc 5 cb h EI Hh KN KN t c t 5 横梁扰度验算横梁扰度验算 荷载标准值 1 0 x 恒 1 0 x 活载 3 78 3 00 6 78KN m 位移图如下 由矩阵位移法结构力学计算程序计算位移 y x 1 2 3 4 5 1 2 3 4 14 250 1 1542 1 24000 56 15 L 六 节点设计六 节点设计 一 梁柱节点设计 一 梁柱节点设计 梁柱节点形式见下图 a 螺栓强度验算 处传递内力设计值 连接应力为每个高强度螺栓的预拉 mKNMKNVKNN KNP 19 255 76 7339 39 225 45 0 M22 10 9 螺栓抗拉强度验算 满足要求 抗拉承载力验算最外一排螺栓的抗剪 满足要求 螺栓的抗剪承载力验算 176 0 180 1 119 13 91 22 9 22 9 8 76 7313 9122545 0 19 09 0 1802258 0 8 01 119 8 39 39 24 035 04 35 019 255 222 1 1 1 b t t b V V vf b V t b y N N N N KN KNNKNKNPnN KNx PNKNKN n N y M N b 端板厚度验算 满足要求 按二边支承类端板计算 mmmm feeebe Ne wffw tw 67 14 205465050230046 10119 146506 2 6e t 16mm 20mmt 3 f c 梁柱结点域的剪应力验算 15 满足要求 125 28 84 9580580 1019 255 222 6 mmNfmmNmmN tdd M v ccb d 螺栓处腹板强度强度验算 满足要求 215 846 102254 04 0 902254 04 0 1 80 8 39 39 24 0 35 0 4 24 0 19 255 22 3 222 2 2 mmNfmmN te P KNKNPKN KN n N y My N ww i t 二 横梁跨中节点验算 a 螺栓强度验算 处传递内力设计值 连接应力为每个高强度螺栓的预拉 mKNMKNVKNN KN 52 229 33 5 58 27 190 45 0 M22 10 9 螺栓抗拉强度验算 满足要求 抗拉承载力验算最外一排螺栓的抗剪 满足要求 螺栓的抗剪承载力验算 161 0 180 1 108 13 91 67 0 67 0 8 33 5 13 9122545 0 19 09 0 1802258 08 0 1 108 8 58 27 24 0 35 0 4 35 0 52 229y 222 1 1 1 b t t b V V vf b V t b N N N N KN KNNKNKNPnN KNxxPN KNKN n N y M N a 端板厚度验算 满足要求 按二边支承类端板计算 mmmm x feeebe Ne wffw tw 98 13 205465050230046 10 1 10