钢结构课程设计门式钢架.doc

门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，长度150m，檐高H=7.5m，屋面坡度B=1/10，跨度L=15m，柱距S=7.5m。刚架为等截面梁、柱，柱脚为铰接。屋面材料、墙面材料采用单层彩板。檩条与墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。基本风压 ，地面粗糙度B类。二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度150m，跨度12m，柱距7.5m，共有21榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝。厂房长度>60m，因此在厂房第一开间与中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条与撑杆，檩条间距为1.5m；同时应该在及屋盖横向水平支撑相对应柱间设置柱间支撑，由于柱高柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。三、荷载计算（一）计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁与柱采用等截面设计。厂房檐高7.5m，考虑到檩条与梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1：10。因此得到刚架计算模型：（二）荷载取值计算长度（m）柱距（m）跨度（m）檐高（m）恒载（kN/m2）活载（kN/m2）基本风压（kN/m2）1507.5127.50.60.50.351屋盖永久荷载标准值 屋面板 刚架斜梁自重（先估算自重） 合计 0.752屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50，不考虑积灰荷载。3轻质墙面及柱自重标准值 0.254风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002附录A规定计算。基本风压0=1.05×0.45 kN/m2，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处数值采用，z=1.0。风荷载体型系数s：迎风面柱及屋面分别为0.25与1.0，背风面柱及屋面分别为0.55与0.65(CECS102：2002中间区)。（三）各部分作用荷载：（1）屋面恒载：标准值： 柱身恒载：（2）屋面活载 屋面活荷载（3）风荷载（地面粗糙度类） 0.6 0.5风载体形系数示意图风荷载如下图：（四）内力计算：（1）截面形式及尺寸初选梁、柱都采用热轧中翼缘H型钢截面截面名称长度面积（m）mmmm柱HM7200187211128.27388.9590.0960.07247.1569.37梁HM6030187211128.27388.9590.0960.07247.1569.37（2）截面内力根据各个计算简图，用结构力学求解器V2.0计算，得结构在各种荷载作用下内力图如下：注：剪力图：“+”表示方向“”；轴力图：拉为正，压为负。（ A ） 恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值（考虑基础埋深0.8m）：恒载作用下轴力图恒载作用下剪力图恒载作用下弯矩图（ B ）活载作用(标准值)下，计算简图及内力值（考虑基础埋深0.8m）：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（C）风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值（不考虑基础埋深）：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（3）内力组合由于恒载与活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用。刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据建筑结构荷载规范(GB500092001)规定，采用荷载效应基本组合：0SR。本工程结构构件安全等级为二级，0=1.0按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下3种组合：A：1.2×永久荷载+1.4×max屋面均布活荷载 +1.4×0.7风荷载B：1.2×永久荷载+1.4×0.7×max屋面均布活荷载+1.4×风荷载C：1.0×永久荷载+1.4×风荷载组合A、B -用于截面强度与构件稳定性计算，组合C -用于锚栓抗拉计算。本工程不进行抗震验算。最不利内力组合计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，取四个控制截面：如下图：控制截面示意图各情况作用下截面内力及内力组合见下表：各情况作用下控制截面内力截面内力恒载活载左风11-48.64-22.5619.59-5.79-3.899.1700022-9.10-22.5619.59-5.793.894.20-46.31-31.0948.1133-33.60-6.116.1332.8622.06-19.08-46.31-31.09-48.1144-5.76-3.876.130.580.39-2.4351.0234.25-16.74控制截面内力组合截面内力1.2×永久荷载+1.4×max屋面均布活荷载 +1.4×0.7风荷载1.2×永久荷载+1.4×0.7×max屋面均布活荷载+1.4×风荷载1.0×永久荷载+1.4×风荷载11-70.75 -53.05 -21.214-3.412.087.050 0022-23.31-5.6018.332.612.740.09-51.95 -18.6921.0433-42.87-37.73-25.0251.6234.346.15-146.25-135.39-113.6644-6.32-2.122.82-1.14-2.32-2.8292.77 71.3527.58（五）截面验算控制内力组合项目有： Mmax及相应N，V (以最大正弯矩控制) Mmax及相应N，V (以最大负弯矩控制) Nmax及相应M，V (以最大轴力控制) Nmin及相应M，V (以最小轴力控制)所以以上内力组合值，各截面控制内力为：1-1截面控制内力为2-2截面控制内力为3-3截面控制内力为4-4截面控制内力为（1）刚架柱验算：取2-2截面内力 平面内长度计算系数：平面外长度计算系数：（A） 局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件宽厚比来实现。 柱翼缘 （满足要求） 柱腹板 （满足要求）（B）柱有效截面特征（C）抗剪强度验算：（D）稳定性验算： 刚架柱平面内稳定性验算： 刚架柱平面外稳定性验算（2）刚架梁验算：取3-3截面内力；（A） 局部稳定验算 梁翼缘 （满足要求） 梁腹板 （满足要求）（B）梁有效截面特征（C）强度计算 抗剪强度验算： 弯矩作用下验算：（D）稳定性验算 刚架梁平面内稳定验算： 刚架梁平面外稳定验算：四、位移验算（一）柱顶水平位移验算：刚架柱顶等效水平力按下式计算：柱底刚接，均布风荷载：F=0.45W=0.45×16.62=7.48KN其中W=(1+4)·h=(0.86+1.91)×8.0=16.62KN（二）横梁扰度验算：，位移图如下：五、节点设计（一）梁柱节点设计：梁柱节点形式见下图：连接处选用如下组合内力值：（二）梁梁节点设计：梁梁节点形式见下图：连接处选用如下组合内力值：（3）柱脚设计：柱脚节点见下图：设计内力采用：（A）柱脚底板面积确定b=b0+2t+2c=300+2×8+2×(2050)=364416mm，取b=400mm；h=h0+2t+2c=600+2×8+2×(2050)=664714mm，取h=700mm；验算底板下混凝土轴心抗压强度设计值：基础采用C25混凝土，fc=11.9N/mm2，锚栓采用4M20。（B）底板厚度计算：（C）抗剪连接件计算六、施工图设计（详见图纸）第 11 页