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,fc=14.3N/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。■3 ® ■3 ® ® ⑥ ⑦ ⑥刚架平面布置图屋面檩条布置图柱间支撑布置草图（3）轻质墙面及柱自重标准值柱间支撑布置草图（3）轻质墙面及柱自重标准值0.50KN/m2计算模型及风荷载体形系数二、荷载计算2.1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。2.2荷载取值计算：（1） 屋盖永久荷载标准值彩色钢板 0.40 kNm合计 1.23 kNm合计 1.23 kNm2屋面活载和雪载 0.30 KN/m2。保温层 0.60 kN.'m2檩条 0.08 kNm2钢架梁自重 0.15 kNm2轻型门式钢架课程设计计算书(4)风荷载标准值基本风压：-.0=1.050.50=0.525kN/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，4=1.0。风荷载体型系数 :迎风柱及屋面分别为+0.25和—1.0，背风面柱及屋面分别为—0.55和—0.65。2.3各部分作用的荷载标准值计算(1)屋面荷载：(2)屋面活载屋面活载雪载Hi0.306(2)屋面活载屋面活载雪载Hi0.3061COST=1.81kN/m标准值：11236 7.42kN/mcosB柱身恒载：0.506=3.00kN/m(3)风荷载以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式 -■'■^^■0计算，」z查表h乞10m，取1.0s取值如图1.2所示。(地面粗糙度B类)迎风面侧面-k=0.251.01.050.50=0.131kN/m2,q1=0.1316=0.79kN/m2屋顶k=-1.001.01.050.50=-0.525kN/m2,q^-0.5256--3.15kN/m

背风面侧面--0.551.01.050.50--0.289kN/m2,q^-0.2896=-1.73kN/m2屋顶--0.651.01.050.50--0.341kN/m,q4=-0.3416=-2.05kN/m77^777^7三、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“T”；轴力图：拉为正，压为负。3.1恒载作用（标准值）下，计算简图及内力值：恒载作用下弯矩图3.2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弯矩图3.3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四、内力组合选取荷载组合（1.2x恒载+1.4x活载+1.4x0.6x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APM0p0n00N-122.04-21.7240.21-143.08Q-24.27-5.9219.15-21.33柱端Brm-266.98:-65.12 :162.86-274.74N-89.04-21.7240.21-103.48Q-24.27-5.9210.46-25.63梁端B:M-266.98:-65.12 :14.41-399.44N-33.01-8.05-38.97-83.62Q86.1821.02162.86269.65梁端C:M232.8056.79-78.09293.27N-33.01-8.0514.41-38.78Q-3.30-0.81-0.99-5.93

五、刚架设计5.1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。截面截面名称面积(mmIx106mrhWX104mrmIY106mmWY104mrmixmmiymm柱H800X300x10X14161201681420634232363梁H800X300x10X14161201681420634232363EA=2.061081612010^=3.32106kNElx=2.06108168110610」2=3.46105kN・m25.2构件验算：构件宽厚比验算翼缘部分：b二(300-10)/2=10.36:::15235/f「=12.4tf 14 *y腹板部分：晋冒皿迥235…206平面内计算长度7.5K47.5K1,其中K二I7.5K47.5K1,其中K二IclR12.06IrH11=1.10,%7.51.104.7.51.101=1.15H0x=111.15=12.66m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 H0y=11000/2=5500mm12660323二39.2,■y12660323二39.2,■y550063-87.3刚架柱的验算柱有效截面特征M二-274.74kN・m,N二-103.48kN,Q二-25.63kN--max-■minN亠M=a-WX103.48103--max-■minN亠M=a-WX103.48103274.74106_161204201046^-654^滎曲max一--min“0-■max由于考虑屈曲后强度71・8358.叭1.8271.83772，「能“82772hc=71.8371.8358.9厂絵⑷亦k 19.63Jk 19.63J(1+R)2+0.112(1J)2+1+P. hw/tw 772/10-0.17一0.828.1k二235/fy 28.1、19.63、235/18.15则「=1,截面全部有效。抗剪验算柱截面的最大剪力是Vmax=25.63kN,考虑到仅有支座加劲肋,ho/ho/tw37.5.34/J。80.8「s=1.08<1.4，所以fj二[1一0.64(〔一0.8)]f^0.8208,梁的抗剪承载力设计值Vu=0.8208hwtwfv=0.820877210180=1140.58kNVmax，满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V::0.5Vu，按公式MZM；=Me-NWe/Ae进行验算，其中Me=Wef=42010421510 =903kNmM；二Me-NWe/Ae=903-103.48903/16120=897.2kN*m274.74kN・m,满足要求。整体稳定验算构件的最大内力：N=143.08kN,M=274.74kN-m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％=1.05。刚架柱的计算长度®=lox/ix=39.2<[>]=150,b类截面，查表得®x=0.901。

NEx0二2ea二22061612021.1NEx0二2ea二22061612021.139.22kN=19389.5kNBmxMxNEx01430800.901161201.0274.74106420103(1-0.901143.08)19389.5)=289.38N/mm2:：:f-310N/mm*143.08"03*143.08"03 0.975汇274.74"06、刚架柱作用平面外的整体稳定性验算计算长度l°y=5500mm。对等截面构件，=0,•乂="w，y=87.3，b类截面，查表得y=0.643by4320Aih。『巴丫+(入yot。Y「235]_432016120*772.+(87314f(235)可兀丿両h0丿帀丿一87于420S02.64306120 420x10".73丿「12.4N/mm2by2.64306120 420x10".73丿「12.4N/mm2：：f=310N/mm2，满足要求d.验算刚架在风荷载作用下的侧移 J=1.73>0.6N\Mt'YAe0 We<by..一….N\Mt'YAe0 We<by..一….22N/mmHh312EI(2 t)18.5710311000312206103168100104(22.18)=24.86mm[i]二h/60=183mm刚架梁的验算梁有效截面特征M二-399.44kN・m,N二-83.62kN,Q=269.65kN--maxNM83.62103 399.44106= ±"-'--maxNM83.62103 399.44106= ±"-'min16120420104=5.19士95.10=«皿N/rW-89.91—min100-29 89-91-■max由于考虑屈曲后强度100.29=1.90，「?0需“90he772406.32mm1.90kc16 =21.51(1 J2he772406.32mm1.90kc16 =21.51(1 J20.112(1-J2T1hw/tw 772/10 0.16乞0.828.1k二235/fy 28.1 21.5.235/18.15则「=1,截面全部有效。B.抗剪验算梁截面的最大剪力是Vmax=83.62kN,考虑到仅有支座加劲肋，由于是等截面，同理得Vu=0.8208hwtwfv=0.820877210180=1140.58kNVmax，满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V:::0.5Vu，按公式M辽M：=Me-NWe/Ae进行验算，其中Me-Wef=42010421510 -903kNmM；二Me-NWe/Ae=903-103.48903/16120=897.2kN*m399.44kN・m，满足要求。C.整体稳定验算构件的最大内力：N=-83.62kN，M=-399.44kN-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 l°x=12060mm拟=.亿=37.34<[-]=150，b类截面，查表得；-0.908oNEx0二2EA1.1\2二2061612021.137.34N\AFxMx83620 +N\AFxMx83620 +0.908161201.0399.44106420103(1-0.90883.62)21369.3)2二297.64N/mm:::f=310N/mm2，满足要求。b.刚架梁作用平面外的整体稳定性验算计算长度lo^5500mm。对等截面构件，^'7,•\=%日，^-87.3，b类截面，查by表得y=0.643obyf87^^(235),4.4x772丿345=1.73>0.6\MWe<by143・08103 °.975钧.74106N/mm2\MWe<by0.90616120 42010 0.906=80.2N/mm2：：f=310N/mm2，满足要求

六、节点设计：梁柱连接节点设计A.螺栓强度验算梁柱节点采用10.9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J=0.50，每个高强螺栓的预拉力是355kN,连接处传递内力设计值：N=-83.62kN,V=269.65kN,M=399.44kN・m3007080807014-M301414t1503007080807014-M301414t150150(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=284kNNtMy1NtMy1N 399.440.55一222n4(0.31 0.46 0.55)qqP^.CMkN汕”284kN螺栓抗剪承载力验算：N：=0.9nf」P=0.910.50355=159.75kN>Nv=—=5.97kN，满足要求。14最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：先.典竺乙.里型=0.33<1,满足要求。N；Ntb159.75 284端板厚度验算端板厚度取t=20mm，按二边支撑端板外伸计算

6ef6efewNt:6b2ef(ef ew)]f6x60x73x84.04x10[73300260(6073)]310=13.7imm,满足要求。Md=13.7imm,满足要求。Mdbd£c399.4410677677610=66.33N/mm2:：:180N/mm2,节点域剪应力满足要求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:1421031421037310=194.5N/mm2：：310N/mm2，满足要求。Nt2=^』=Zyi n 399如律46 8362Kn=69.3KNC0.4P=142kN.4汉(0.312+0.462+0.552) 14丿取Nt2=142kN梁梁连接节点设计A.螺栓强度验算梁梁连接节点采用10.9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J=0.50，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=-38.78kN,V=-5.93kN,M=293.27kN•N=-38.78kN,V=-5.93kN,M=293.27kN•mH800X300X10X1470F80*80701【f130010-M300 42•14卡 “004 ir4+T'0「 5h 十--14+5150, 150”(a)(b(a)梁梁连接节点

螺栓抗拉承载力验算:Ntb=0.8P=284kNN「徑亠观弓0.462一空8皿亦厂Nt284kN、yn4(0.312 0.462) 10螺栓抗剪承载力验算：3878N：=0.9nf=0.910.50355=159.75kN>Nv二3878=3.88kN，满足要求。10最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：尘冀 10573=0.40,1,满足要求。N：Ntb159.75 284B.端板厚度验算端板厚度取t=20mm，按二边支撑端板外伸计算6efQw6efQwNtt-：[ewb2ef(efew)]fC.梁柱节点域的剪应力验算66073105.73103一[[73300260(6073)]310_15.39mm，满足要求。M293.27x10M293.27x106T= = dbdctc776776101421037310=194.5N/mm：310N/mm，满足要求。=48.7N/mm2：：：180N/mm2,节点域剪应力满足要求。螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一