变截面单跨门式刚架设计指导书(教学实践环节16学时使用)

轻型门式刚架结构设计指导书(仅供参考)1、屋架选型由题目条件，选取变截面门式刚架的形式，根据刚架跨度确定梁变截面的位置，绘出刚架几何尺寸图。初步选定截面几何尺寸，计算截面几何特性。2、结构平面及支撑布置在每个温度区段或分期建筑的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距根据安装条件确定，一般取30-40m，不大于60m。房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段部的第二个区间，这种情况下，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆。刚架转折处也宜设置刚性系杆。3、荷载计算（一）荷载取值计算根据屋盖的构造层次，分别计算其自重（kN/m2），最后总计在一起，即得屋面的基本恒载。并依厂房设计资料，确定屋面雪荷载、活荷载、墙面及柱自重和风载的基本值。（二）各部分作用荷载①屋面恒载标准值:基本恒载（kN/m2）×柱距（m）;（/）②屋面均布活载标准值：基本活载（kN/m2）×柱距（m）×cos;（）③柱身恒载标准值：柱身基本恒载（kN/m2）×柱距（m）；④风载标准值：依公式kzsz0分别计算屋面、墙面的风压标准值，其中z---高度z处的风振系数；s---风荷载体型系数；z---风压高度变化系数。4、内力计算及组合（一）刚架内力计算由结构矩阵分析计算得到刚架在各种荷载作用下的弯矩（M）、剪力（V）、轴力（N），并分别画出内力图。（二）内力组合对刚架结构进行荷载和内力组合，以求得刚架梁、柱各控制载面的最不利内力用为构件设计验算的依据。计算刚架梁控制性截面的内力组合时一般应计算以下3种最不利内力组合：①maxM及相应的V；②minM及相应的V；③maxV及相应的M。计算刚架柱控制性截面的内力组合时一般应计算以下4种最不利内力组合：①maxN及相应的M、V；②minN及相应的M、V；③maxM及相应的N、V；④minM及相应的N、V；5、刚架荷载组合刚架内力根据其使用过程中可能同时作用的荷载,按最不利的原则组合。依厂房设计资料，不必考虑地震作用，荷载应考虑如下几种组合：①1.2×永久荷载标准值；②1.2×永久荷载标准值+1.4×屋面活荷载标准值；③1.2×永久荷载标准值+1.4×风荷载标准值；④1.2×永久荷载标准值+1.4×0.9×（屋面活荷载标准值+风荷载标准值）。当永久荷载效应有利时，其分项系数取1.0。6、刚架梁、柱截面验算（1）构件宽厚比验算工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比：yb/t15235/f工字形截面构件腹板的计算高度0h与其厚度wt之比：0wyh/t250235/f依上述公式分别验算梁和柱的截面。（2）有效截面特性（对梁而言，设计时，可以考虑使用弹性设计理论，设置加劲肋方案解决腹板局部稳定问题；也可采用考虑屈曲后强度理论设计。设计时任选方案均可）①翼缘：对于一边支承、一边卷边的非均匀受压板以及一边支承、一边自由的（均匀与非均匀）受压板件，通常不进行有效宽度的计算，而以下式给定容许宽厚比加以限制：maxb[]100t，式中---系数，与maxminmax()/有关，参见有关书籍如果2.0,=2.0取的值。②腹板：梁、柱腹板为两边支承非均匀受压板件，其有效宽度按下两式计算。截面全部受压时：ewhh，截面部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：echh，式中ch为腹板受压区宽度；为有效宽度系数，计算公式参见有关书籍。（3）刚架梁的验算①抗剪强度验算刚架梁抗剪承载力设计值应符合下式：dwwv'Vhtf，式中v'f的定义见有关书籍。②弯剪压共同作用下的验算刚架梁抗弯剪压承载力设计值应符合下列要求：NeeeednNn2fefdddMMNW/A(V0.5V)MVM(MM)[1(1)](0.5VVV)0.5V（4）刚架柱的验算①抗剪强度验算（同梁）；②弯剪压共同作用下的验算（同梁）；③平面内整体稳定验算变截面柱在刚架平面内的稳定性应按下列公式计算：0mx10xe0xe1eNMfNA(1)WN，各量的意义见有关书籍。④平面外整体稳定验算变截面柱在刚架平面外的稳定计算，应符合下列规定：011xe0be1NMfAW，各量的意义见有关书籍。7、位移验算（1）柱顶水平位移验算柱顶水平位移应满足：3tcHhu(2)h/5012EI，各量的意义见有关书籍。（2）梁跨中最大挠度验算梁跨中最大挠度应小于1180。8、节点设计（1）梁柱节点、梁梁节点设计在确定梁柱节点形式后，须进行如下计算：①高强摩擦型剪拉螺栓连接计算：抗剪承载力应满足：VfiN0.9n(P1.25N)V，其中Ni为螺栓受到的压力，计算方法见有关书籍。②端板计算端板的厚度t可根据支承条件按相应公式计算，但不宜小于12mm。计算公式详细情况参见相关书籍。在门式刚架斜梁与柱相交的交点域，应验算剪应力；刚架构件的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，坡口形式应符合现行国家标准《手工电忽焊焊接接头的基本型式与尺寸》的规定。在端板设置螺栓处，应验算构件腹板的强度。（2）铰接柱脚节点设计柱脚底板应力应满足下式：cc0NfAA，柱脚底板厚度max6Mf；（详细计算情况参见相关书籍。）当抗剪承载力不满足要求时，应设置抗剪连接件。9、刚架施工图（1）施工图中，应特别注意把所有杆件和零件的定位尺寸注全。必须包括梁柱、梁梁节点连接的大样图。注明梁、柱截面的变化位置和截面的变化情况。（2）设计说明：包括所选用的钢号（Q345—B.F），焊条（E43xx）和质量要求及加工精度，热处理及施工要；，螺栓连接的类型；图中应注明焊缝及螺栓尺寸、油漆（包扩底漆、面漆和防火漆）运输要求以及其他应说明的内容。参考资料1、教材2、周绥平主编，《钢结构》，武汉理工大学出版社，第二版3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003)，中国计划出版社，20034、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS1022002）