门式钢架设计实例带计算书

1、门式刚架厂房设计计算书门式刚架厂房设计计算书一、设计资料该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度21m,长度90m,柱距9m,檐高7.5m,屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为较接。材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。屋面和墙面采用75mm厚EPS夹芯板，底面和外面二层采用0.6mm厚镀锌彩板,锌板厚度为275/gm2;柳条采用高强镀车¥冷弯薄壁卷边Z形钢柳条，屈服强度fy之450N/mm2,镀锌厚度为160g/mm2。（不考虑墙面自重）自然条件：基本风压：WO=0.5KN/m2,基本雪压0.3KN/m2地面粗糙度B类二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m,跨度21m,

2、柱距9m,共有11根刚架，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。楝条间距为1.5m。厂房长度60m,因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置楝条、斜拉条、拉条和撑杆；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，由于柱高柱距，因此柱间支撑不用分层布置。（布置图详见施工图）三、荷载的计算1、计算模型选取取一幅刚架进行分析，柱脚采用较接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高7.5m,考虑到楝条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1:10。因此得到刚架计算模型：2 .荷载取值屋面自重：屋面板：0.18KN/m2楝

3、条支撑：0.15KN/m2横梁自重：0.15KN/m2总计：0.48KN/m2屋面雪荷载：0.3KN/m2屋面活荷载：0.5KN/m2(与雪荷载不同时考虑)柱自重：0.35KN/m2风载：基本风压W0=0.5kN/m23 .各部分作用荷载：(1)屋面荷载：1标准化0.4879=4.30KN/Mcos二柱身包载：0.359=3.15KN/M二二kn/m七kn/m11(2)屋面活载1屋面雪何载小于屋面活何载，取活何载0.50x-父9=4.50KN/Mcos-(3)风荷载l,mkn/m门III门I"I口II以风左吹为例计算，风右吹同理计算:根据公式0k=巴也与计算：丹根据查表hM10m,取

4、1.0,也根据门式刚架的设计规范,(地面粗糙度B类)取下图:-.0LDLT风载体形系数示意图，迎风面侧面0k=1.0M0.25M0.5=0.125kN/m；q1=0.125父9=1.125kN/m屋顶k=-1.01.00.5=-0.50kN/m2,q?=-0.509=-4.5kN/m背风面侧面0k=1.0父0.55父0.5=-0.275kN/m2,q3=-0.2759=-2.475kN/m屋顶k二-1.00.650.5=-0.325kN/m：q4=-0.3259=-2.925kN/m荷载如下图:-kn/mkn/m4.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h一般取

5、(1/30：1/45)1,故取梁截面高度为600mm暂取H60030068,截面尺寸见图所示柱的截面采用与梁相同截回截卸名称长度(mm)面积(mm2)Ix(x106mm4WX)(x104mm3Iy)(x106mm4Wy)(x104mm3ixmm)iymm柱H600x300x6x872009472520173362423461.6梁H600x300x6x8105529472520173362423461.6EA=2.06108947210上=1.95106kn,EIx=2.0610852010610-12=1.07105kn.m2（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

6、种荷载作用下的内力图如下：计算项目计算简图及内力值（M、N、Q）备注包载作用-12454-L24.7413474(1)恒载下弯矩弯矩图4X1恒载下剪力-21.75.36恒载下轴力（忽略柱自重）剪力图“+”轴力图（拉为正，压为负）弯矩图活荷载（标准值）弯矩图活荷载作用活荷载作用活荷载（标准值）剪力图剪力图活荷载（标准值）轴力图轴力图（拉为正，压为负）风荷载（标准值）弯矩图弯矩图风荷载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

7、下的截面内力截回内力恒载左风I一IM000N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0524.55M-127.84-129.94147.59n一nN-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45m-mM-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.08w-wM92.8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81内力组合值截回内力1.2恒+1.4活1.2恒+1.4风1.2恒+1.4M0.85M（风+活）I一IM000N-120.5811.30-54.8

8、5Q-48.4511.19-15.45n一nM-335.3353.22-132.40N-120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09m-mM-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93w-wM246.782.79134.16N-57.82-3.36-28.03Q5.790.083.164.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）一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

9、的控制内力为：1-1截面的控制内力为M=0,N=-120.58KN,Q=-48.45KN2-2截面的控制内力为3-3截面的控制内力为4-4截面的控制内力为=135.33KNM,N=120.58KN,Q=48.45KNM=135.33KNM,N=-64.30KN,Q=115.40KNM=246.78KNM,N=57.82KN,Q=5.79KNA:刚架柱当算：取2-2截面内力平面内长度计算系数：IJ105均=2+0.45K,其中K=q=0=1.46,，=2+0.45x1.46=2.66,IrH7.2H=7.22.66=19.1M0x平面外计算长度：考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，

10、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间距考虑,即乩丫=7200/2=3600mm19100234-81.6,-y:360061.6-58.4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150-422352351=12.17<15=15j"=15（潴足要求）6-fy.235柱腹板5竽=146<250再=250倒=250（满足要求）(2)柱有效截面特征M=-335.33KN*M,N=-120.58KN,Q=-48.45KN二maxNM120.58103335.33106>=土=土二minA-WX94721731042

11、06.562=12.73-193.83N/mm2-181.10£m:206.56181.10:1.88二max206.56h584也=97二48:00.5x-26.2=105.28tw60x因97>70,故可以考虑屈曲后强度。由于考虑屈曲后强度:-02-181.1=0.88二1206.56hc=206.56c584二311.2mm206.56181.11621.28(1)0.112(1-).1-hw/tw584/828.1.k235/fy28.121.28<0.8,则。=1,截面全部有效。(3)抗剪强度验算：柱截面的最大剪力为/l.whw/tw37.k.;235/fyVm

12、ax=48.45kN584/80.8537x5.341(-20.8<K<1.4，则fv=10.64(九w-0.8)fv=0.973父125=121.63N/mmVd=hwtwfv'=584M8M121.63M103ARax，满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V<0.5Vd,按公式M<MeN=Me-NWUA进行验算，其中Me=W4f=371.95kNmMeN=Me-NWe/Ae=371.95-120.58371.95/9472=371.95-22.59=367.2kNm335.33kNm,满足要求。(4)稳定性验算刚架柱平面内稳定性验

13、算x=81.6.1-180，小,fy/235=81.6b类截面，由钢结构设计规范附表C-2查得，中x=0.681Nex二2EA2(1.1x)5_3.142.06109472一一2(1.181.6)=2388kN,Pmx=1.0，则NmxMx120.581031.0335.33106-mxx-'-QA，x1-0.8(N/NEx)Wx0.681父9472105X173X104X(1-08X120.58)2388=18.69+192.39=211.08N/mm2<f满足要求。刚架柱平面外稳定性验算丁二y.77235=58.4b类截面，由钢结构设计规范查得，y=0.818tx=0.650

14、.35也=0.650.351=0.825M122-258.42b=1.07-=1.07=0.99440044000N七乂*120.58103,八0.825335.33106贝1X=1.0T一yAbWpx0.81894720.99173104=15.56161.52=177N/mm2:二f满足要求。B:刚架梁当算：取3-3截面内力M=335.33KNM,N=-64.30KN,Q=115.40KN局部稳定验算梁翼缘b=12.17<15彦=15产=15（满足要求）t6fy.235梁腹板hw600-16235235=146<250I=250J=250（#两足要求）tw4-fy，235(2)

15、梁有效截面特征门式刚架坡度为1/10<1/5,可以不考虑横梁轴梁的影响，按受弯构件验算二iM335.331062=193.83N/mm二2WX17310=二2=一1二1,1hc=584=292mm21616(1-)20.112(1-)20.5-1-.0.1124=23.91hw/tw28.1K：235/fy584/8：:0.53<0.8,28.1.23.91则P=1,截面全部有效。(3)强度验算抗剪强度验算：柱截面的最大剪力为k.5.34Sr_hw/tww37T235/fVmax-115.4kN584/8y37,5341-0.850.8<儿<1.4，则fv'=1

16、0.64(儿-0.8)fv=0.973x125=121.63N/mm2Vd=hwtwfv'=584父8M121.63父10工=568.25kN满足要求。弯矩作用下的验算：Md=M=371.95kNm335.33kNm,满足要求。(4)稳定性验算刚架梁平面内稳定验算验算方法与柱平面内的稳定验算相同，由于N梁<N柱，叫=M主，因而可以满足要求。刚架梁平面外稳定验算一般刚架平面外稳定靠支撑来保证，考虑檀条处设置隅撑以保证屋脊负弯矩使下翼缘受压时有支撑，在支撑点处设置隅撑以保证横梁全截面受支承，则横梁成为平面外3m支撑的压弯构件，取其中一段计算。由?3000=4

17、8.7及b类截面查钢结构设计规范得，%=0.865y61.6y,2由于有端弯矩与横梁荷载，取f=1.0,则b=1.07-一=1.0244000由于内力沿杆件线性变化，取较大值64.3kNNMx64.31031.0335.33106从而'-二1.0yAbWpx0.86594721.03173104=7.85188.19=196.04N/mm2:二f满足要求。5.位移验算：(1)柱顶水平位移验算：由矩阵位移法结构力学计算程序计算位移，位移验算为正常使用极限状态下的承载力验算，荷载应选用标准值。构件截面参数：EA=2.06108947210上=1.95106kn,EIx=2.06108520

18、10610,2=1.07105kn*m2荷载标准值即风载，位移图如下：二18.11H-72003971“I<满足要求200(2)横梁扰度验算:荷载标准值=1.0M恒载+1.0M活载=4.3+4.5=8.8kN/m,位移图如下:L21000330250四、节点设计：(1)梁柱节点设计:梁柱节点形式见下图:连接处选用如下组合内力值:M=-335.33KNM,N=-64.30KN(使螺栓受压)，Q-115.40KN采用摩擦型高强螺栓，采用摩擦面采用喷砂的处理方法,螺栓承受拉力为：10.9级M241栓，预压力摩擦系数N=0.45,P=225kN,第一排:MyN335.330.372第二排:N&g

19、t;=第三排:2222'Vn4(0.132+0.2120.372jMyN335.330.2127V-n-4(0.1322+0.21220.3722)MyN335.33x0.132十n-4(0.1322+0.21220.3722)64.30=155.37-6.43=148.94kN1064.30=88.54-6.43=82.11kN1064.30,=55.13-6.43=48.70kN10,其抗拉承载力为:bb_一一Nt=0.8P=0.8x225=180kN、产于由卡1b2b2>148.94kN,酒足要求。Nt=nd；工ftb/4=n父21.182父500/4=176.2kN螺栓群

20、的抗剪力(M24螺栓)(下面三排不计外加压力，只考虑预压力)Vb="0.9sf(P-1.25Nt)=20.90.45(225-1.25148.94)0.90.45(225-1.2582.11)0.90.45(225-1.2548.70)0.90.452256=810.26kN115.40kN端板厚确定:第一排螺栓端板厚第二排螺栓端板厚第三排螺栓端板厚6efNtbf668148.9410327.2mm,400205,6efeNt6-68-97-82.1110:t>JU=-16.1mm,ewb2efew)f-97400268(6897)2053ewNt一(0.5aew)f39748.70103:22.5mm,(0.58097)205采用端板厚t=28mm。端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图(2)梁梁节点设计：梁梁节点形式见下图:连接处选用如下组合内力值:Q=5.79KNM=246.78KNM,N=57.82KN(使螺栓受压)，采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M2鬻栓，预压力P=225kN,摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数N=0.45,螺栓承受拉力为:第一排:第二排:MyN_246.780.372“y2-n=4(0.21220.3722)My2N246.780.212可"7=4(0.21220