轻型门式钢架课程设计计算书

1、轻钢门式刚架课程设计姓名：学号：目 录一、设计资料3二、荷载计算32.1 计算模型的选取32.2 荷载取值计算42.3 各部分作用的荷载标准值计算4三、内力计算63.1 恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值73.2 活载作用(标准值)下，计算简图及内力值83.3 雪载作用(标准值)下，计算简图及内力值93.4 风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值10四、内力组合11五、刚架设计115.1 截面形式及尺寸初选115.2构件宽厚比验算125.3刚架柱验算125.4刚架梁验算165.5刚架位移验算19六、柱脚设计206.1设计内力206.2底板下混凝土最大受压应力计算206.3底板厚度的验算

2、216.4柱与底板连接焊缝计算21一、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18m，长度64m，柱距8m，檐口标高8.1m，屋面坡度1/20。屋面及墙面板均为单层彩色钢板，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Q235钢，基础混凝土标号C25，焊条采用E43型。屋面及刚架布置图，如下图所示。屋面及刚架布置图二、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。2.2 荷载取值计算：（1） 屋盖/墙面永久荷载标准值彩色钢板 0.50 保温层 0.60 檩条 0.08 钢梁/柱自重 0.15 合计 1.33 （2） 屋面活载 0.30

3、（3） 雪载 0.40 （4） 风荷载标准值 基本风压：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10时，按10高度处的数值采用，=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： 10.64kN/m10.64kN/m10.64kN/m（2）屋面活载：2.40kN/m（3） 屋面雪载：3.20kN/m（4） 风荷载以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式计算。取，查表，取1.0，取值下图所示。（地面粗糙度B类）0.25-0.55-1.0-0.65迎风面侧面迎风面屋顶背风面

4、侧面，背风面屋顶，3.784kN/m2.081kN/m2.460kN/m0.946kN/m三、内力计算根据各个计算简图，得出结构在各种荷载作用下的内力图如下：3.1 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剪力图活荷载作用下弯矩图3.3 雪载作用(标准值)下，计算简图及内力值：雪荷载作用下轴力图雪荷载作用下剪力图雪荷载作用下弯矩图3.4 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，刚架的内

5、力图与上述各图分别对称。四、内力组合根据荷载规范5.3.3条，不上人的屋面均布活载可不与雪荷载和风荷载同时组合。选取两个荷载组合对构件内力值进行验算1.组合 1（1.2x恒载+1.4x活载+1.4x0.6x左风）2.组合 2（1.2x恒载+1.4x活载+1.4x0.6x右风）内力组合如下表所示：内力组合表截面内力恒载活载左风右风组合值1组合值2柱AM0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 N-195.00 -21.60 35.90 20.20 -234.08 -247.27 Q30.90 6.40 -17.60 -5.40 31.26 41.50 柱BM-240.90 -4

6、9.90 108.80 21.50 -267.55 -340.88 N-104.50 -21.60 35.90 20.20 -125.48 -138.67 Q30.90 6.40 -10.30 10.90 37.39 55.20 梁AM-240.90 -49.90 108.80 21.50 -267.55 -340.88 N-36.10 -7.50 12.00 11.90 -43.74 -43.82 Q-102.80 -21.30 35.30 -19.70 -123.53 -169.73 梁BM215.50 44.60 -56.10 -56.10 273.92 273.92 N-30.90 -

7、6.40 12.00 11.90 -35.96 -36.04 Q1.50 0.30 1.30 2.50 3.31 4.32 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（1/301/45）L，故取梁截面高度为650mm；暂取梁截面尺寸为H650x250x12x14，如下图所示，柱的截面采用与梁相同。截面截面名称面积mm2IX106mm4WX104mm3IY106mm4WY104mm3iXmmiYmm柱H650250121414463948291.83629.325650梁H650250121414463948291.83629.3256505.2构件宽厚比

8、验算满足要求5.3刚架柱验算因为梁，柱是等截面的，因此高度变化率60mm/m的条件。所以考虑板件屈曲后的强度，腹板抗剪承载力按下式计算Vd=hwtwfv梁柱都不设横向加劲肋k=5.34 hw=622mm tw=12mmw=hwtw37235fyk =.=0.61因为w0.8,剪应力不折减。（1）柱上A截面因为柱上A截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力M=0KNm V=41.50KN N=-247.27KN a.正应力验算1=NA=-=-17.10Nmm2弯矩为0，故截面边缘正应力比值=1.0用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.117.10=18.81Nmm2k=

9、161+2+0.1121-2+1+=4.0=hwtw28.1k2351=.1.81=0.25因为0.8，=1柱上A截面全部有效1=NA=17.10Nmm2f=215Nmm2 满足b.剪应力验算V1=41.50KNVd=hwtwfv=62212125=933.0KN经验算柱上A截面强度满足要求（2）柱上B截面柱上B截面受到压弯作用M=-340.88KNm V=55.20KN N=-138.67KN a.正应力验算1=NA+MW=+340.88.8104=126.41Nmm2f=215Nmm22=NA-MW=-340.88.8104=-107.23Nmm2故截面边缘正应力比值=21=-107.23

10、126.41=-0.85因为1f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1126.41=129.07KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=20.29=hwtw28.1k235fy=.120.07=0.32因为0.8，=1，所以柱上B截面全部有效柱上B截受剪力，弯矩，轴力共同作用V1=55.20M=340.88KNm经验算柱上B截面强度满足要求b.剪应力验算V1=55.20Vd=hwtwfv=62212125=933.0KN（3）整体稳定验算a.平面内稳定验算刚架柱高8100mm,梁长2x9006=18012mm柱线刚度k1=Ich梁线刚度k2=Ib2sIc=Ib K1

11、=k2k1=810029006=0.45K2=0.1(采用平板支座)查表得=2.14lox=h=81002.14=17334mmx=67.71=150x=67.71查表b类截面得x=0.813NEx=2EA1.12=22.06105.167.712=5824.71KN,有侧移故mx=1.0NxA+mxM1-NNExxWe=131.12Nmm20.6用by代替by，by=1.07-0.2824.8=1.00t=1-NNEx0+0.75NNEx02=1-138.71+0.75138.712=0.93N0yAe0+tM1bywe1=171.311030.80714463+0.93340.881061

12、.0291.8104=142.39Nmm2f=215Nmm25.4刚架梁验算（1）梁上B截面因为梁上B截面存在轴力，剪力，弯矩M=-340.88KNm V=-169.73KN N=-43.82KN a.正应力验算1=NA+MW=+340.88103=119.85Nmm2f=215Nmm22=NA-MW=-340.88103=-113.79Nmm2故截面边缘正应力比值=21=-113.79119.85=-0.95因为1f用R1代替公式=hwtw28.1k235fyR1=1.1119.85=122.51KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=22.70=hwtw28.1k235fy=.1

13、22.51=0.29因为0.8，=1，所以梁上B截面全部有效梁上B截受剪力，弯矩，轴力共同作用V1=169.73M=340.88KNm经验算梁上B截面强度满足要求b.剪应力验算V1=169.73KNVd=hwtwfv=62212125=933KN（2）梁上C截面因为梁上C截面存在轴力，剪力，弯矩M=273.92KNm V=4.32KN N=-36.04KN a.正应力验算1=NA+MW=+273.92103=96.36Nmm2f=215Nmm22=NA-MW=-273.92103=-91.38Nmm2故截面边缘正应力比值=21=-91.3896.36=-0.95因为1f用R1代替公式=hwtw

14、28.1k235fyR1=1.196.36=99.68KNmm2k=161+2+0.1121-2+1+=22.67=hwtw28.1k235=622/1428.122.68=0.26因为0.8，=1，所以梁上C截面全部有效梁上C截面受剪力，弯矩，轴力共同作用V1=4.32KNM=273.92KNm经验算梁上C截面强度满足要求b.剪应力验算V1=4.32KNVd=hwtwfv=62212125=933KN（3）刚架梁整体稳定验算a. 根据规定，在刚架梁平面内可按压弯构件计算其强度，平面内无需验算稳定b. 平面外的稳定验算考虑到屋面压型钢板与檩条紧密连接，檩条可作为刚架梁平面外的支撑点，计算时为安

15、全考虑，取ly=3000mmy=loyiy=60，查表B类截面y=0.807y0.6by代替by，by=1.07-0.2821.00=0.791N0yAe0+tM1bywe1=36.041030.80714463+0.93273.921060.792918103=156.32Nmm2f=215Nmm2满足要求5.5刚架位移验算刚架在风荷载作用下的侧位移，由于刚架坡度不大于1:5，刚架侧位移可按=Hh312EIc2+1计算。w=0.946+2.4608.1=27.25KN H=0.6727.59=18.48KN1=IcLIbh=Lh=188.1=2.22=Hh312EIc2+1=26.4mmh6

16、0=135mm位移满足要求六、柱脚设计端部设计类型: 铰接柱脚截面名称： 宽翼缘工字钢 H650x250x12x14;底板尺寸: 690mm x 290 mm, 厚度 20 mm锚栓直径d0(mm): 20锚栓排列: 1 行 2 列列间距: 210.00底板抗拉强度设计值(N/mm2):205.00锚栓抗拉强度设计值(N/mm2):140.00砼轴心抗压强度设计值(N/mm2):11.906.1设计内力轴力: N=247.27kN剪力: V=41.50kN弯矩: M= 0.00kN*m6.2底板下混凝土最大受压应力计算柱脚底板的尺寸 长度L=690 mm, 宽度B=290 mm受拉侧底板边缘到受拉锚栓中心的距离Lt=345.00 mm按轴心受压计算底板下混凝土压应力 c=.61/290.00/690.00=1.25 N/mm2混凝土局部受压的计算底面积 Al=690.00x290.00=.00 mm2混凝土局部受压面积 Ab=(690.00+300)x(290.00+300)=.00 mm2混凝土局部受压时的轴心抗压强度设计值提高系数为l=sqrt(Ab/Al)=1.71混凝土局部受压时的轴心抗压强度设计值为l*fc=1.71x11.90=20.33 N/mm2底板下