钢结构课程设计(门式钢架)

1、门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，跨度24m，长度90m，柱距67.5m，檐高8m，屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为刚接。屋面材料、墙面材料采用单层彩板。檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。基本风压 ，基本雪压 ，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24m，柱距67.5m，共有1613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设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间

2、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，由于柱高柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。刚架平面布置见图1，刚架形式及几何尺寸见图2。图1 刚架平面布置图图2 刚架形式及几何尺寸三、荷载的计算（一）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）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）907.53080.30.50.55907.52480.30.50.551屋盖永久荷载标准值 屋面板 刚架斜梁自重（先估算自重） 合计 0.4

3、5 2屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50 。雪荷载：0.2取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 ，不考虑积灰荷载。3轻质墙面自重标准值0.25 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0=0.55 ，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系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）各部分作用荷载：（1）屋

4、面荷载：标准值： 柱身恒载：（2）屋面活载 屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载（3）风荷载（地面粗糙度类）风载体形系数示意图风荷载如下图：（四）内力计算：（1）截面形式及尺寸初选梁柱都采用焊接的H型钢截面截面名称长度面积 mmmm柱23461.6梁23461.6（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 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：活荷载作用下轴力图 活荷载作用下剪力图

5、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： 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（3）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(GB500092001)的规定，采用荷载效应的基本组合：0SR。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+1.4max屋面均布活荷载、雪荷载 +1.40.7风荷载组合2：1.2永久荷载+1.40.7max屋面均布活荷载、雪荷载+1.4风荷载

6、组合3：1.0永久荷载+1.4风荷载组合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： 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11-44.56-36.1837.92-21.26-23.6328.36-65.56-72.8584.6222-24.40-36.1837.9221.2623.63-21.48-104.55-116.17114.7433-32.56-27.1125.1530.2833.65-35.5910

7、4.55116.17-114.7444-21.16-23.5225.152.122.35-6.2565.2972.55-62.16控制截面内力组合截面内力1.2永久荷载+1.4max屋面均布活荷载、雪荷载 +1.40.7风荷载1.2永久荷载+1.40.7max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11-66.96 -35.84 -104.12 -30.80 -8.97 -58.59 -97.73 -31.60 -180.66 22-42.77 -11.65 -79.93 37.54 18.60 58.59 -175.65 -78.67 -288.10 33-52.38

8、 -30.43 -77.03 48.57 19.49 83.45 175.65 78.67 288.10 44-33.67 -13.23 -58.32 -0.29 -3.90 5.83 119.00 62.42 179.92 （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2-2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（1）刚架柱验算：取2-2截面内

9、力 平面内长度计算系数：， 平面外长度计算系数：（A） 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 （满足要求） 柱腹板 （满足要求）（B）柱有效截面特征（C）抗剪强度验算：（D）稳定性验算： 刚架柱平面内稳定性验算： 刚架柱平面外稳定性验算（2）刚架梁验算：取3-3截面内力；（A） 局部稳定验算 梁翼缘 （满足要求） 梁腹板 （满足要求）（B）梁有效截面特征（C）强度计算 抗剪强度验算： 弯矩作用下的验算：（D）稳定性验算 刚架梁平面内稳定验算： 刚架梁平面外稳定验算： 四、位移验算（一）柱顶水平位移验算：刚架柱顶等效水平力按下式计算：柱底刚接，均布风荷载：F=0.45W=0.4516.62=7.48KN其中W=(1+4)h=(0.86+1.91)8.0=16.62KN（二）横梁扰度验算：，位移图如下：五、节点设计（一）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：（二）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：（3）柱脚设计：柱脚节点见下图：设计内力采用：（A）柱脚底板面积的确定b=b0+2t+2c