24m跨门式刚架计算书

钢结构课程设计计算书姓名学号班级指导教师常州工学院成教学院二〇一五年十二月1轻型门式刚架刚架计算书1.1设计资料本设计为北京市某郊外（B类地区）一汽车展厅—轻型门式刚架结构，该展厅为单跨双坡门式刚架结构，见图1.所示。屋面坡度为1:15，刚架为变截面梁、柱，柱脚铰接，柱距6m，展厅总长54m，跨度为24m。材料采用Q345B钢材，焊条采用E50型。屋面和墙面采用75mm厚及100mm厚双层彩色压型钢板荚芯板，彩板均为0.6mm厚镀锌彩板，镀锌层厚为275g/㎡；屋面檩条及墙面檩条均采用镀锌冷弯薄壁型钢檩条，镀锌层厚为160g/㎡。荚芯板厚根据展厅所在当地温度计算确定，保温材料可选聚胺脂、玻璃棉或岩棉等。自然条件：基本雪压：0.40kN/㎡；基本风压：0.45kN/㎡。本工程地面粗糙度为B类，场地为三类场地，地下水位为-5m，基础持力层为密实中砂，地基承载力特征值为fa=160kN/㎡。本工程不考虑地震作用。结构平面布置图如图2所示。柱间支撑布置图如图3所示。屋面梁和屋面支撑平面布置图如图4所示。屋面檩条和隅撑布置图如图5所示。240002图2结构平面布置图图3柱间支撑布置图3图4结构平面布置图图5屋面檩条和隅撑布置图41.2构件截面初选刚架简图见图6.构件截面尺寸及特性见表1.图6构件简图表1构件截面信息表单元号截面名称长度(mm)面积(mm2)绕强轴惯性矩(x104mm4)绕弱轴惯性矩(x104mm4)绕强轴计算长度系数绕弱轴计算长度系数柱1H400~800x300x8x127000102081340830650142931540254032.1971.000柱8H400~800x300x8x127000102081340830650142931540254032.1971.000梁2H500~700x200x8x104510784094403138668575133513365.3330.665梁3H500x200x8x10501178403138613354.8000.599梁4H500~700x200x8x102506784094403138668575133513369.6001.197梁5H500~700x200x8x102506784094403138668575133513369.6001.197梁6H500x200x8x10501178403138613354.8000.599梁7H500~700x200x8x104510784094403138668575133513365.3330.66551.3刚架受力分析1）荷载取值计算屋面自重（标准值，沿坡向）：彩色压型钢板复合板0.18kN/㎡檩条及其支撑0.15kN/㎡刚架横梁0.10kN/㎡总计0.43kN/㎡屋面雪荷载（标准值）0.40kN/㎡屋面均布活荷载（标准值）0.50kN/㎡（不与雪荷载同时考虑）墙面及柱自重（标准值）（包括墙面材料、墙梁及刚架柱）0.55kN/㎡风载基本风压w0=0.45kN/㎡，地面粗糙度为B类，按封闭式建筑选取中间区单元，刚架风载体型系数按《规程》附录A取定，如图7所示：BCDAE+0.25-0.55风向-1.00-0.65图7风载体型系数2）分项荷载作用计算0tan1/153.184①屋面永久荷载作用：标准值10.4362.59kN/mcos62.593.3ACB3.3ED图8刚架上恒载作用图（单位：kN/m）②屋面可变荷载作用：标准值10.563.007kN/mcosBCDAE3.007图9刚架上活载作用图（单位：kN/m）③柱身永久荷载：标准值0.5563.3kN/m④风载（如图10所示）：墙面风荷载变化系数按柱顶标高计算取为1.0，w=1.0×0.45=0.45kN/㎡墙面风压标准值0.45(0.25)60.675kN/mwABq0.45(0.55)61.485kN/mwDEq屋面风荷载变化系数按屋顶标高计算取为1.0，w=1.0×0.45=0.45kN/㎡屋面负风压标准值0.45(1.0)62.7kN/mwABq70.45(0.65)61.755kN/mwCDq-2.7ACB-1.485ED-1.755风向+0.675图10刚架上风载作用图（单位：kN/m）3）内力计算及组合（1）刚架内力计算本结构为柱脚铰接单层单跨刚架体系，在力学上为一次超静定结构，采用力法可以较方便的求解结构在各种荷载作用下的内力。变截面构件的截面特性可分段计算，每段近似取平均值作为构件截面特性代表值。荷载组合考虑以下几种情况1)1.20恒载+1.40活载2)1.20恒载+1.40左风3)1.20恒载+1.40活载+1.40x0.60左风4)1.20恒载+1.40左风+1.40x0.60右风5)1.00恒载+1.40右风定义工况0为恒载，工况1为活载，工况2为左风，工况2为右风。(1)各工况下荷载内力图见图11所示。a)工况0_恒载轴力N图(单位：kN)8b)工况0_恒载剪力V图(单位：kN)c)工况0_恒载弯矩M图(单位：kN.m)d)工况1_活载轴力N图(单位：kN)9e)工况1_活载剪力V图(单位：kN)f)工况1_活载弯矩M图(单位：kN.m)g)工况2_左风轴力N图(单位：kN)10h)工况2_左风剪力V图(单位：kN)i)工况2_左风弯矩M图(单位：kN.m)j)工况3_右风轴力N图(单位：kN)11k)工况3_右风剪力V图(单位：kN)l)工况3_右风弯矩M图(单位：kN.m)图11各工况下内力图（2）刚架内力组合见表2。表2刚架内力组合见表组合号单元号小节点N(kN)小节点V(kN)小节点M(kN.m)大节点N(kN)大节点V(kN)大节点M(kN.m)1-129.449.60.0-95.049.6-347.82-58.5-89.7-346.4-56.2-55.1-33.83-56.2-56.8-33.8-53.5-16.6149.414-53.5-18.7149.4-52.21.4170.75-52.2-1.7170.7-53.518.4149.46-53.516.6149.4-56.256.8-33.87-56.255.4-33.8-58.589.9-346.48-95.0-49.6-347.8-129.4-49.60.01-35.6-4.40.0-1.22.56.622-2.7-1.07.3-2.6-0.811.012续表23-2.6-0.811.0-2.6-0.614.524-2.6-0.714.5-2.6-0.516.05-2.5-0.715.9-2.82.713.46-2.82.713.4-3.29.5-17.17-3.29.5-17.1-3.615.4-70.58-15.7-2.1-68.6-50.0-17.40.01-102.932.70.0-68.536.9-244.32-43.3-64.6-242.8-41.7-39.8-17.43-41.7-41.0-17.4-39.8-12.2115.334-39.8-13.7115.3-38.80.7131.55-38.8-1.6131.4-39.914.8114.76-39.913.4114.7-42.046.2-34.37-42.045.2-34.3-43.973.4-289.58-77.2-36.7-289.4-111.6-45.90.01-111.645.90.0-77.236.7-289.42-43.9-73.2-289.5-42.0-45.0-34.33-42.0-46.2-34.3-39.9-13.4114.744-39.9-15.0114.7-38.81.4131.45-38.8-0.9131.5-39.813.5115.36-39.812.2115.3-41.741.0-17.47-41.740.0-17.4-43.364.8-242.88-68.5-36.9-244.3-102.9-32.70.01-36.813.50.0-8.1-1.8-40.921.0-8.2-42.91.3-5.0-14.431.3-5.0-14.41.5-1.31.5541.5-1.31.51.60.62.451.50.72.41.6-0.82.661.6-0.82.61.8-3.713.771.8-3.613.72.0-6.234.886.31.434.3-22.38.40.013（3）最不利组合荷载作用下刚架M、N、V图见图12。a)轴力N包络图(单位：kN)b)剪力V包络图(单位：kN)c）弯矩M包络图(单位：kN.m)图12最不利内力图141.4刚架构件设计梁、柱截面及截面特性见表3.表3梁、柱截面及截面特性部位截面简图截面特性刚架横梁1-1剖面2—200×10—700×8截面积A=94.4cm2惯性矩Ix=6857.5cm4Iy=1336.2cm4截面模量Wx=1959.3cm3Wy=1336.2cm3回转半径ix=26.59cmiy=37cm2-23-3剖面2—200×10—500×8截面积A=90.08cm2惯性矩Ix=26132.6cm4Iy=3126.6cm4截面模量Wx=1306.63cm3Wy=250.13cm3回转半径ix=17.03cmiy=5.89cm4-4剖面2—200×10—700×8截面积A=106.08cm2惯性矩Ix=64609cm4Iy=3127.5cm4截面模量Wx=2153.6cm3Wy=250.2cm3回转半径ix=24.68cmiy=5.43cm15刚架柱5-5剖面2—300×12—800×8截面积A=135.76cm2惯性矩Ix=159345.7cm4Iy=3649.3cm4截面模量Wx=3749.3cm3Wy=291.944cm3回转半径ix=34.3cmiy=5.2cm6-6剖面2—300×12—400×8截面积A=91.76m2惯性矩Ix=15667.3cm4Iy=3646.9cm4截面模量Wx=1044.5cm3Wy=291.752cm3回转半径ix=13.1cmiy=6.3cm1）构件宽厚比验算（1）梁翼缘4.1234523515235156.9102/)8200(yftb（满足要求）（2）柱翼缘4.1234523515235151.12122/)8300(yftb（满足要求）（3）梁腹板1-1截面2063452352505.838668wwth（满足要求）2-2截面、3-3截面2063452352505.588468wwth（满足要求）4-4截面2063452352505.838668wwth（满足要求）16（4）柱腹板柱底6-6截面206345235250468368wwth（满足要求）柱顶5-5截面206345235250968768wwth（满足要求）2）有效截面特性（1）柱有效截面特性翼缘：柱受压翼缘为一边支承、一边自由的均匀受压板件，当其自由外伸宽厚比不超过规范所规定的允许宽厚比时，柱受压翼缘全截面有效。3621n10810511.510137.89N/mm135761.053749300xxxMNAW由α=（σ1-σ2）/σ1=0，查得ξ=52N/mm89.137510010064.8142/)8250(1tbtb=19.04（满足要求）腹板：柱腹板为两边支承非均匀受压板件，其有效宽度按规范计算。柱顶5-5截面腹板最大、最小应力36214210810511.510411139.89N/mm13576159345.710123.97xxMyNAI腹板受压区高度c139.89822435.8mm139.89123.97h221139.89N/mm215N/mmf故取2R11.1139.89153.9N/mmyfγσ9.089.139/97.123/12