钢结构课程设计-门式钢架

门式刚架计算书1、设计资料(1)厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架（见图1－1）。长度90m，柱距6m，跨度18m，门式刚架檐高9m，屋面坡度为1：10。AB图1－1门式刚架简图(2)材料选用屋面材料：单层彩板。墙面材料：单层彩板。天沟：钢板天沟(3)结构材料材质钢材：235Q，22215/,125/vfNmmfNmm基础混凝土：225,12.5/cCfNmm(4)荷载（标准值）Ⅰ静载：有吊顶（含附加荷载）0.52kNmⅡ活载：20.5/kNmⅢ风载：基本风压200.35/WkNm，地面粗糙度为B类，风载体型系数按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。确定Z值：①180.11.8,2z3.6mm②0.40.493.6,2z7.2Hmm1取较小值为3.6m，根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》表A.0.2-1注3，因柱距63.6mm，故风荷载取中间值。详见图1－2所示图1－2风荷载体型系数示意图（左风）Ⅳ雪荷载：20.2/kNm(5)其它本课程设计不考虑地震作用2、荷载计算(1)荷载取值屋面静载：20.5/kNm屋面活载：20.5/kNm轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）：20.5/kNmm风荷载：基本风压201.050.350.37/WkNm＝＝，按地面粗糙度为B类；以柱顶为准风压高度变化系数211.0,0.37/zwkNm；以屋顶为准风压高度变化系数221.0,0.37/zwkNm(2)各部分作用荷载1)屋面静载标准值：0.563.0/kNm活载标准值：0.563.0/kNm2)柱荷载静载标准值：0.563.0/kNm3)风荷载迎风面：柱上0.3760.250.555/wqkNm横梁上0.3761.02.22/wqkNm背风面：柱上0.3760.551.22/wqkNm横梁上0.3760.651.44/wqkNm23、内力分析采用结构力学求解器求解内力，计算简图及结果如下：(1)静载作用下的内力计算图3-1-1静载内力计算简图（单位：KN/m）图3-1-2静载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-1-3静载作用下剪力图（单位：KN）3图3-1-4静载作用下轴力图（单位：KN）(2)活载作用下的内力计算图3-2-1活载内力计算简图（单位：KN/m）图3-2-2活载作用下弯矩图（单位：KN·m）4图3-2-3活载作用下剪力图（单位：KN）图3-2-4活载作用下轴力图（单位：KN）(3)风载作用下的内力计算1)左风情况下：图3-3-1左风载内力计算简图（单位：KN/m）5图3-3-2左风载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-3-3左风载作用下剪力图（单位：KN）图3-3-4左风载作用下轴力图（单位：KN）2)右风情况下：右风荷载作用下，个内力图与左风荷载作用下的内力图刚好对称，不再画出。4、内力组合(1)计算刚架内力组合时，按照如下四种荷载组合进行：①1.2恒载+1.4活载；②1.2恒载+1.4活载+1.40.6风载；③1.20.7恒载+1.4活载+1.4风载；④1.0恒载+1.4风载。6图4－1门式刚架计算截面各工况作用下的截面内力见下表4.1。各荷载作用下的截面内力表4.1截面内力静载活载左风右风1－1M-59.36-59.3669.063.86N-9.25-9.257.356.95Q26.2126.21-21.0810.42－2M56.2056.2031.5031.50N-6.56-6.566.957.35Q-0.66-0.661.14-2.573－3M-59.36-59.3669.063.86N-27.00-27.0021.7111.04Q-6.60-6.605.19-5.834－4M0000N-54.00-36.0021.7111.04Q-6.60-6.6010.155.037由以上计算内力，按照荷载组合规则进行计算，内力组合值如下表4.2所示。内力组合值表4.2截面内力1.21.4静＋活1.21.41.40.6静＋活风1.21.4静＋0.7活+1.4风1.0静+1.4风左风右风左风右风左风右风1－1M-154.3-96.41-151.5-32.72-124.037.32-53.96N-24.05-17.91-18.22-9.87-10.431.040.48Q68.1550.3276.8827.6371.70-3.340.772－2M146.12119.7119.778.4278.4212.112.1N-17.06-10.92-10.88-9.73-9.173.173.73Q-1.72-2.68-3.88-3.03-5.04-2.26-4.263－3M-154.3-96.42-151.1-32.7-124.037.32-54.0N-70.2-51.85-60.9-28.47-43.416.81.89Q-17.1-12.76-21.3-7.12-21.433.39-11.54－4M0000000N-115.2-96.85-105.9-69.7-84.62-23.6-38.54Q-17.1-8.57-12.87-0.178-7.347.610.445、截面选择与强度验算(1)截面形式及尺寸初选h(1/30~1/45)(1/30~1/45)18000600~400h9000lmmmm采用实腹式门式刚架，梁的截面高度一般取，柱的截面高度一般取（1/12～1/28）H=（1/12～1/28）=750～321，门式刚架梁柱截面选用工字型截面，具体尺寸及截面特性见下表5.1截面参数表表5.1截面尺寸长度()mm面积2()mmyI44(10)mmyW33(10)mmxI44(10)mmxW33(10)mm1－1L420×180×6×1090006000972.76108.0818332872.952－290006000972.76108.0818332872.953－3Z420×180×6×1090456000972.76108.0818332872.954－490456000972.76108.0818332872.958图5－1梁、柱截面形式和尺寸(2)刚架横梁1)截面特性2444433336000,1833210,972.7610174.8,40.3,872.9510,108.081030003000,74.4440.3xyxyxyoyyAmmImmImmimmimmWmmWmmHmm2)局部稳定验算翼缘：(1806)/22352358.715151510235ybtf，满足要求。腹板：42010223523566.7250250250,6235wwyhtf满足要求。3）强度验算因为梁是等截面，因此高度变化率符合60/mmm的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：dVwwvhtf。梁柱都不设置横向加劲肋。5.42k，400whmm，6wtmm40060.7740.837235375.42235235所以2125/vvffNmm9①1－1截面的强度验算因为1－1截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：154.3,-24.05,68.15MkNmNkNVkNa、正应力验算：36221324.0510154.310180.7/215/6000872.9510deNMNmmfNmmAW36222324.0510154.310172.7/215/6000872.9510deNMNmmfNmmAW故截面的边缘正应力比值21172.70.956180.7用1R代替公式28.1235wwpyhtkf中的yf：211.1180.7198.77/RNmm221622.8510.11211k140060.4728.1235()28.122.85235/198.77wwpRhtk因为0.470.8p＝，所以1，即1－1截面全部有效。1－1截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用137.90.50.50.54006125150dwwvVkNVhtfkN所以采用以下公式进行强度验算：33//21524.0510/6000872.9510184.18NeeeeeeMMNWAfNAWkNm154.3NeMkNmM经验算2－2截面强度满足要求。截面利用率21154.30.84184.18NeMMb、剪应力验算：10168.154006125300dwwvVkNVhtfkN经验算1－1截面强度满足要求。②2－2截面的强度验算2－2截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：146.12,17.06,MkNmNkNVkN－1.72a、正应力验算：36221317.0610146.1210170.2/215/6000872.9510eNMNmmfNmmAW3622317.0610146.1210164.5/6000872.9510eNMNmmAW故截面的边缘正应力比值21164.50.97170.2因为1f，用1R代替公式28.1235wwpyhtkf中的yf：211.1170.2187.2/RkNmm222211610.112111623.1910.970.11210.9710.9740060.1328.1235()28.123.19235/187.2wwpRkhtk因为0.8p，所以1，即2－2截面全部有效。2－2截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用15.040.50.50.54006125150dwwvVkNVhtfkN所以采用以下公式进行强度验算：33//2159.1710/6000872.9510186.35NeeeeeeMMNWAfNAWkNm78.42NeMkNmM11经验算2－2截面强度满足要求。截面利用率278.420.42186.35NeMMb、剪应力验算：15.044006125300dwwvVkNVhtfkN4）整体稳定验算a、平面内稳定根据协会规程第6.1.6条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于10°时，在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度。屋面坡度为5.7°小于10°，故可不验算梁平面内的稳定性。b、平面外稳定yyy22yb20.7231.01.0235120120,74.41.071.070.9444400044000txybCf由＝74.4及类截面查《钢结构设计规范》附表－得＝由于构件段内有端弯矩和横向荷载，且使构件产生同向曲率，故等效弯矩系数，因为对于双轴对称工字形截面取363y229.17101.078.42101.00.72360000.944872.951097.28/215/txxbxyMNAWNmmfNmm＝故平面外稳定满足要求。(3)刚架柱1)截面特性122444433336000,1833210,972.7610174.8,40.3,872.9510,108.081018.092.01()9.00()19532.17900019530,xyxyxycBcbbxAmmImmImmimmimmWmmWmmILIIIHmm120x平面内有效长度K＝K柱脚与基础混凝土铰接查《钢结构设计规范》表D－2得＝2.17H0111.