鋼結構課程設計—門式鋼架設計

1、門式鋼架設計一、設計資料某廠房為單跨雙坡門式剛架，長度150m，檐高h=7.5m，屋面坡度b=1/10，跨度l=15m，柱距s=7.5m。剛架為等截面的梁、柱，柱腳為鉸接。屋面材料、墻面材料采用單層彩板。檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊z型鋼，間距為1.5m，鋼材采用q235鋼，焊條采用e43型?；撅L壓 ，地面粗糙度b類。二、結構平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房長度150m，跨度12m，柱距7.5m，共有21榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于300m、橫向溫度區(qū)段不大于150m，因此不用設置伸縮縫。廠房長度60m，因此在廠房第一開間和中部設置屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應部位設置檁條、斜拉條、拉條和撐桿，檁

2、條間距為1.5m；同時應該在與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間設置柱間支撐，由于柱高柱距，因此柱間支撐用分層布置，布置圖詳見施工圖。三、荷載的計算（一）計算模型的選取取一榀剛架進行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設計。廠房檐高7.5m，考慮到檁條和梁截面自身高度，近似取柱高為7.2m；屋面坡度為1：10。因此得到剛架計算模型：（二）荷載取值計算長度（m）柱距（m）跨度（m）檐高（m）恒載（kn/m2）活載（kn/m2）基本風壓（kn/m2）1507.5127.50.60.50.351屋蓋永久荷載標準值 屋面板 剛架斜梁自重（先估算自重） 合計 0.752屋面可變荷載標準值屋面活荷載：按不上

3、人屋面考慮，取為0.50，不考慮積灰荷載。3輕質墻面及柱自重標準值 0.254風荷載標準值按門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程cecs102：2002附錄a的規(guī)定計算?；撅L壓0=1.050.45 kn/m2，地面粗糙度類別為b類；風荷載高度變化系數(shù)按建筑結構荷載規(guī)范(gb50009-2001)的規(guī)定采用，當高度小于10m時，按10m高度處的數(shù)值采用，z=1.0。風荷載體型系數(shù)s：迎風面柱及屋面分別為0.25和1.0，背風面柱及屋面分別為0.55和0.65(cecs102：2002中間區(qū))。（三）各部分作用荷載：（1）屋面恒載：標準值： 柱身恒載：（2）屋面活載 屋面活荷載（3）風荷載（地面粗糙度

4、類） 0.6 0.5風載體形系數(shù)示意圖風荷載如下圖：（四）內(nèi)力計算：（1）截面形式及尺寸初選梁、柱都采用熱軋中翼緣h型鋼截面截面名稱長度面積（m）mmmm柱hm7200187211128.27388.9590.0960.07247.1569.37梁hm6030187211128.27388.9590.0960.07247.1569.37（2）截面內(nèi)力根據(jù)各個計算簡圖，用結構力學求解器v2.0計算，得結構在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下：注：剪力圖：“+”表示方向“”；軸力圖：拉為正，壓為負。（ a ） 恒載作用(標準值)下，計算簡圖及內(nèi)力值（考慮基礎埋深0.8m）： 恒載作用下軸力圖 恒載作用下剪

5、力圖恒載作用下彎矩圖（ b ）活載作用(標準值)下，計算簡圖及內(nèi)力值（考慮基礎埋深0.8m）：活荷載作用下軸力圖 活荷載作用下剪力圖活荷載作用下彎矩圖（c）風荷載作用(標準值) 下，計算簡圖及內(nèi)力值（不考慮基礎埋深）： 風荷載作用下軸力圖 風荷載作用下剪力圖風荷載作用下彎矩圖（3）內(nèi)力組合由于恒載和活載關于結構豎向對稱，因而風荷載只要考慮一個方向作用，風荷載只引起剪力不同，而剪力不起控制作用。剛架結構構件按承載能力極限狀態(tài)設計，根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范(gb500092001)的規(guī)定，采用荷載效應的基本組合：0sr。本工程結構構件安全等級為二級，0=1.0按承載能力極限狀態(tài)進行內(nèi)力分析，需要進行以

6、下3種組合：a：1.2永久荷載+1.4max屋面均布活荷載 +1.40.7風荷載b：1.2永久荷載+1.40.7max屋面均布活荷載+1.4風荷載c：1.0永久荷載+1.4風荷載組合a、b -用于截面強度和構件穩(wěn)定性計算，組合c -用于錨栓抗拉計算。本工程不進行抗震驗算。最不利內(nèi)力組合的計算控制截面取柱底、柱頂、梁端及梁跨中截面，取四個控制截面：如下圖： 控制截面示意圖各情況作用下的截面內(nèi)力及內(nèi)力組合見下表：各情況作用下的控制截面內(nèi)力截面內(nèi)力恒載活載左風11-48.64-22.5619.59-5.79-3.899.1700022-9.10-22.5619.59-5.793.894.20-46.

7、31-31.0948.1133-33.60-6.116.1332.8622.06-19.08-46.31-31.09-48.1144-5.76-3.876.130.580.39-2.4351.0234.25-16.74控制截面內(nèi)力組合截面內(nèi)力1.2永久荷載+1.4max屋面均布活荷載 +1.40.7風荷載1.2永久荷載+1.40.7max屋面均布活荷載+1.4風荷載1.0永久荷載+1.4風荷載11-70.75 -53.05 -21.214-3.412.087.050 0022-23.31-5.6018.332.612.740.09-51.95 -18.6921.0433-42.87-37.73

8、-25.0251.6234.346.15-146.25-135.39-113.6644-6.32-2.122.82-1.14-2.32-2.8292.77 71.3527.58（五）截面驗算控制內(nèi)力組合項目有： mmax與相應的n，v (以最大正彎矩控制) mmax與相應的n，v (以最大負彎矩控制) nmax與相應的m，v (以最大軸力控制) nmin與相應的m，v (以最小軸力控制)所以以上內(nèi)力組合值，各截面的控制內(nèi)力為：1-1截面的控制內(nèi)力為2-2截面的控制內(nèi)力為3-3截面的控制內(nèi)力為4-4截面的控制內(nèi)力為（1）剛架柱驗算：取2-2截面內(nèi)力 平面內(nèi)長度計算系數(shù)：， 平面外長度計算系數(shù)：（

9、a） 局部穩(wěn)定驗算構件局部穩(wěn)定驗算是通過限制板件的寬厚比來實現(xiàn)的。 柱翼緣 （滿足要求） 柱腹板 （滿足要求）（b）柱有效截面特征（c）抗剪強度驗算：（d）穩(wěn)定性驗算： 剛架柱平面內(nèi)穩(wěn)定性驗算： 剛架柱平面外穩(wěn)定性驗算（2）剛架梁驗算：取3-3截面內(nèi)力；（a） 局部穩(wěn)定驗算 梁翼緣 （滿足要求） 梁腹板 （滿足要求）（b）梁有效截面特征（c）強度計算 抗剪強度驗算： 彎矩作用下的驗算：（d）穩(wěn)定性驗算 剛架梁平面內(nèi)穩(wěn)定驗算： 剛架梁平面外穩(wěn)定驗算： 四、位移驗算（一）柱頂水平位移驗算：剛架柱頂?shù)刃搅Π聪率接嬎悖褐讋偨?，均布風荷載：f=0.45w=0.4516.62=7.48kn其中w=(1+4)h=(0.86+1.91)8.0=16.62kn（二）橫梁擾度驗算：，位移圖如下：五、節(jié)點設計（一）梁柱節(jié)點設計：梁柱節(jié)點形式見下圖：連接處選用如下組合內(nèi)力值：（二）梁梁節(jié)點設計：梁梁節(jié)點形式見下圖：連接處選用如下組合內(nèi)力值：（3）柱腳設計：柱腳節(jié)點見下圖：設計內(nèi)力采用：（a）柱腳底板面積的確定b=b0+2t+2c=300+28+2(2050