轻型门式钢架课程设计计算书

一、设计资料某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度 24m，长度48m，柱距6m，檐口标高 11m，屋面坡度 1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边 C型钢，钢材采用 Q345钢，f 310N/mm2，fv 180N/mm2，基础混凝土标号C30，fc14.3N/mm2，焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面檩条布置图，柱间支撑布置草图，钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。刚架平面布置图屋面檩条布置图柱间支撑布置草图计算模型及风荷载体形系数二、荷载计算计算模型的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。荷载取值计算：（1）屋盖永久荷载标准值彩色钢板kNm2保温层kNm2檩条kNm2钢架梁自重kNm2合计kNm2（2）屋面活载和雪载KN/m2。（3）轻质墙面及柱自重标准值KN/m2（4）风荷载标准值基本风压：01.050.500.525kN/m。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，z=。风荷载体型系数s：迎风柱及屋面分别为＋和－，背风面柱及屋面分别为－和－。各部分作用的荷载标准值计算（1）屋面荷载：标准值：1.23617.42kN/mcos柱身恒载： 0.50 6 3.00kN/m（2）屋面活载屋面活载雪载0.30611.81kN/mcos3）风荷载以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式

k z s 0计算， z查表h 10m，取， s取值如图所示。（地面粗糙度B类）迎风面侧面k0.251.01.050.500.131kN/m2，q10.13160.79kN/m屋顶k1.001.01.050.500.525kN/m2，q20.52563.15kN/m背风面 侧面屋顶

kk

0.551.01.050.500.289kN/m2，q30.28961.73kN/m0.651.01.050.500.341kN/m2，q40.34162.05kN/m三、内力计算根据各个计算简图，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。恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值：恒载作用下轴力图恒载作用下剪力图恒载作用下弯矩图活载作用(标准值)下，计算简图及内力值：活荷载作用下轴力图活荷载作用下剪力图活荷载作用下弯矩图风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值：风荷载作用下轴力图风荷载作用下剪力图风荷载作用下弯矩图由对称性可知，右风作用下，钢架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。四、内力组合选取荷载组合（恒载 +活载+风载）对构件内力值进行验算，如下表所示截面内力恒载活载左风组合值柱端AM0000NQM柱端B NQM梁端B NQM梁端C NQ五、刚架设计截面形式及尺寸初选梁柱都采用焊接的工字型钢，梁截面高度 h一般取（1/30—1/45）L，故取梁截面高度为 800mm；暂取梁截面尺寸为 H800x300x10x14，如下图所示，柱的截面采用与梁相同。截面积IXWIYWiXiYXY截面名称2106443641043面（）mm10mm10mmmmmmmmmm柱H800×300×10×14161201681420634232363梁H800×300×10×14161201681420634232363EA2.06108161201063.32106kNEIx2.06108168110610123.46105kN?m2构件验算：（1）构件宽厚比验算翼缘部分：b(30010)/210.3615235/fy12.4tf14腹板部分：h080021477.2250235/fy206tw10平面内计算长度07.5K4,其中KIclR12.061.10,07.51.1041.157.5K1IRH117.51.101H0x111.1512.66m平面外长度计算系数：考虑压型钢板墙面与强梁紧密连接， 起到应力蒙皮作用，与柱连接的强梁可作为柱平面外的支撑点，但为了安全起见计算长度按两个强梁间距考虑，即H0Y11000/25500mm1266039.2,y5500x87.332363（3）刚架柱的验算A．柱有效截面特征M274.74kN?m,N103.48kN,Q25.63kNmaxNM103.48103274.741066.4265.4171.83N/mm2minAWX1612042010458.990maxmin71.8358.991.8271.83max由于考虑屈曲后强度21

58.9971.83

0.82hc71.83772424.17mm71.8358.99k1619.63)2)2(10.112(11hw/tw772/10pk235/fy28.119.630.170.828.1235/18.15则1，截面全部有效。B.抗剪验算柱截面的最大剪力是 Vmax=，考虑到仅有支座加劲肋，ho/twfy1.08，0.8s1.081.4，所以'[10.64(s0.8)]fv0.8208，s5.34235fv37梁的抗剪承载力设计值Vu0.8208hwtwfv0.8208772101801140.58kNVmax，满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V0.5Vu，按公式MMeNMeNWe/Ae进行验算，其中MeWef420104215106903kNmMeNMeNWe/Ae903103.48903/16120897.2kN?m274.74kN?m，满足要求。整体稳定验算构件的最大内力：N=，M=·ma.刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高H=11000mm，柱的计算长度系数01.05。刚架柱的计算长度xlox/ix<[]=150，b类截面，查表得x0.901。NEx'02EA220616120kN19389.5kN,mx1.01.12x1.139.22NmxMx1430801.0274.741062xAN0.90116120420103(10.901143.08)289.38N/mmW1x(1x)NEx'019389.5f310N/mm2，满足要求。刚架柱作用平面外的整体稳定性验算计算长度loy5500mm。对等截面构件，0，sw1，y87.3，b类截面，查表得y=。4y0t0224320A0h0s235432016120*772187.314235by224()Wx04.4h0fy104.4772345y0w87.3420=>取y1.070.282by0.9061.0NN2t1.00.750.975NeX0NeX0NtM143.081030.975274.74106N/mm2YAe0WE1by0.643161204201041.73112.4N/mm2f310N/mm2，满足要求d．验算刚架在风荷载作用下的侧移IcIb，tIcl/Ibh24000/110002.18刚架柱顶等效水平力：H0.67(qw1qw3)h0.67(0.791.73)1118.57kNHh3(2t)18.57103110003(22.18)24.86mm[]h/60183mm12EIc20610316810010412（4）刚架梁的验算A．梁有效截面特征M399.44kN?m,N83.62kN,Q269.65kNmaxNM83.62103399.441065.1995.10100.29N/mm2minAWX1612042010489.910maxmin100.2989.911.90max100.29由于考虑屈曲后强度21

89.910.90100.29772406.32mmhc1.90k1621.51)2)2(10.112(11hw/tw772/10pk235/fy28.121.50.160.828.1235/18.15则1，截面全部有效。B.抗剪验算梁截面的最大剪力是 Vmax=，考虑到仅有支座加劲肋，由于是等截面，同理得Vu 0.8208hwtwfv 0.8208 772 10 180 1140.58kN Vmax，满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V0.5Vu，按公式MMeNMeNWe/Ae进行验算，其中MeWef420104215106903kNmMeNMeNWe/Ae903103.48903/16120897.2kN?m399.44kN?m，满足要求。整体稳定验算构件的最大内力：N=，M=·ma.刚架梁平面内的整体稳定性验算梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度l0x=12060mm，xlox/ix<[]=150，b类截面，查表得x0.908。NEx'02EA220616120kN21369.3kN,mx1.01.12x1.137.342NmxMx836201.0399.441062xAN0.90816120383.62297.64N/mmW1x(1)42010(10.908)xNEx'021369.3f310N/mm2，满足要求。刚架梁作用平面外的整体稳定性验算计算长度loy 5500mm。对等截面构件， 0， s w 1， y 87.3，b类截面，查表得 y=。4y0t0224320A0h0s235432016120*772187.314235by224()4.4h0fy420104.4772345y0Wx0w87.3=>取y1.070.2820.9061.0byN2N0.975t1.00.75NeX0NeX0NtM143.081030.975274.741062YAe0WE1by0.906161204201040.906N/mm80.2N/mm2f310N/mm2，满足要求六、节点设计：（1）梁柱连接节点设计螺栓强度验算梁柱节点采用级M30高强摩擦型螺栓连接，如下图所示。构件截面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数 =，每个高强螺栓的预拉力是 355kN，连接处传递内力设计值：N=，V=，M=·m。（a） （b）刚架柱与刚架梁的连接节点螺栓抗拉承载力验算： Ntb 0.8P 284kNNtMy1N399.440.550.552)83.6284.04kNNtb284kNyi2n4(0.3120.46214螺栓抗剪承载力验算：b0.9nfP0.910.50355159.75kN>Nv83.62，满足要求。Nv5.97kN14最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：NvNt5.9784.040.331，满足要求。NvbNtb159.75284端板厚度验算端板厚度取t 20mm，按二边支撑端板外伸计算 :6efewNt6607384.04103t13.71mm，满足要求。[ewb2ef(efew)]f[73300260(6073)]310梁柱节点域的剪应力验算M399.4410666.33/2180/2,节点域剪应力满足要求。dbdctc77677610NmmNmmD.螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值：Nt2My2N399.440.4683.62KN69.3KN0.4P142kNyi2n40.3120.4620.55214取Nt2142kNNt2142103194.5N/mm2310N/mm2，满足要求。ewtw7310（2）梁梁连接节点设计螺栓强度验算梁梁连接节点采用级 M30高强摩擦型螺栓连接，如下图所示。构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数 =，每个高强螺栓的预拉力是 355kN，连接处传递内力设计值如下：N=，V=，M=·m（a） （b）梁梁连接节点螺栓抗拉承载力验算：Ntb 0.8P 284kNNtMy1N293.270.4638.78105.73kNNtb284kNyi2n4(0.3120.462)10螺栓抗剪承载力验算：Nvb0.9nfP0.910.50355159.75kN>Nv38.783.88kN，满足要求。10最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：NvNt3.88105.730.401，满足要求。NvbNtb159.75284端板厚度验算端板厚度取t 20mm，按二边支撑端板外伸计算 :6efewNt66073105.73103t15.39mm，满足要求。[ewb2ef(efew)]f[73300260(6073)]310梁柱节点域的剪应力验算M293.2710648.7/mm2180/2,节点域