2022年门式框架设计 .pdf

钢结构设计书班级：学号：姓名：指导老师：邮箱：电话：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 21 页 -2 目录已知条件3 一：荷载的计算4 1：屋面荷载4 2：屋面活载4 3:风荷载5二：内力计算6 1：截面形式及尺寸初选6 2：截面内力：7 3：内力组合8 三：梁柱截面验算12 1：柱验算12 2：梁验算14四：节点设计16 1：柱梁节点设计16 2：梁梁节点设计18 3：柱脚设计20 五：参考文献21 六：施工图附录名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 21 页 -3 已知条件1：计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高6.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为6.0m；屋面坡度为 1：18。2.荷载取值屋面自重：彩色钢板聚苯乙烯夹心版：0.15 kN/m2檩条支撑：0.2 kN/m2总计：0.35kN/m2柱自重：0.25 kN/m2横梁自重：0.2 kN/m2屋面雪荷载：0.4 kN/m2 屋面活荷载：0.3 kN/m2（与雪荷载不同时考虑）柱自重：0.25 kN/m2 风载：基本风压 W0=0.35 kN/m2名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 21 页 -4 一：荷载的计算（1）屋面荷载：标准值：0.35 1/cos8=2.80 kN/m柱身恒载：0.258=2 kN/m（2）屋面活载屋面雪荷载大于屋面活荷载，取雪荷载0.4 1/cos8=3.2 KN/M2（3）风荷载2.80kn/m2kn/m2kn/m绘图：08012635 吴健3.2kn/m绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 21 页 -5 0101.0kzszshm以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：（地面粗糙度B类）风载体形系数示意图迎风面侧面k=1.00.8 0.35=0.28 kN/m2，q1=0.288=2.24 kN/m屋顶k=-1.0 0.5 0.35=0.175 kN/m2，q1=-0.175 8=-1.4 kN/m背风面侧面k=-1.0 0.5 0.35=0.175 kN/m2，q1=-0.175 8=-1.4 kN/m屋顶k=-1.0 0.5 0.35=0.175 kN/m2，q1=-0.175 8=-1.4 kN/m荷载如下图：-1.4kn/m-1.4kn/m2.24kn/m-1.4kn/m 绘图：08012635 吴健绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 21 页 -6 二：内力计算：（1）截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度一般取（1/30-1/45），故取梁截面高度为500mm；暂取 H500 250810 柱采用 H500250810 截面截面名称长度()mm面积2()mmxI64(10)mmxW43(10)mmyI64(10)mmyW43(10)mmximm yimm 柱H500 250810 6000 8840 373 149 26 21 206 54 梁H500250810 7500 8840 373 149 26 21 206 54 250480108xy绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 21 页 -7 EA=2.06108884010-6=1.821106 EIx=2.0610813510610-12=2.78104 kn m2（2）截面内力：根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：恒载弯矩图(kNm)0.0-41.9 0.041.941.932.6-32.6-41.9-32.6恒载轴力图(kN)25.725.78.17.0绘图：08012635 吴健绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 21 页 -8 恒载剪力图(kN)-7.07.07.0-7.020.20.40.420.2活载弯矩包络图(kNm)0.0 0.0 0.36.6 0.036.6 0.0.036.6-28.5-36.6绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 21 页 -9 活载轴力包络图(kN)18.0 0.18.0 0.7.1-6.16.1-7.1活载剪力包络图(kN)0.06.1-6.0.06.1 0.0 0.6.117.7-4.34.7绘图：08012635 吴健绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 21 页 -10 左风载弯矩图(kNm)0.053.9 0.011.6-53.9-17.1-53.917.1-11.6风 荷载 轴力 包络(k N)14.9 0.14.9 0.2.92.92.92.9用结构力学求解器求出单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-1 14.8680000 15.5048542 0.00000000 14.8680000 2.06485424 53.9091254 2 2.88640334 -14.7305710 53.9091254 2.88640334 -4.21437981 -18.4439908（3）内力组合由于恒载和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绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 21 页 -11 按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合：1.2*恒载效应+1.4*活载效应 1.2*恒载效应+1.4*风载效应 1.2*恒载效应+1.4*0.85*活载效应+风载效应 取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力截面内力恒载活载左风M0 0 0 N25.7 18.0 14.87 Q-7.0-6.1 15.5 M-41.9-36.6 53.9 N25.7 180 14.87 Q-7.0-6.1 2.06 M41.9 36.6 53.9 N8.1 7.1-14.7 Q20.2 17.7-45.08 M-32.6-28.5 17.1 N8.1 7.1 2.9 Q0.4 4.7-4.2 内力组合值名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 21 页 -12 截面内力1.21.4恒活1.2恒+1.4风1.2恒+1.40.85(风+活）M0 0 0 N56.04 51.66 67.13 Q-16.94 13.3 2.8 M-101.52 25.18-29.693 N56.04 51.66 70.0 Q-16.94-5.5-13.21 M101.52 25.18 157975 N19.24-10.86-1.036 Q49.02-38.9-8.34 M-79.02-15.18-52.69 N-19.24 13.78 21.62 Q3.64-5.4 1.075 三：梁柱截面验算控制内力组合项目有：Mmax与相应的 N，V(以最大正弯矩控制)Mmax与相应的 N，V(以最大负弯矩控制)Nmax与相应的 M，V(以最大轴力控制)Nmin与相应的 M，V(以最小轴力控制)所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1 截面的控制内力为M=0 km m,N=67.13 kn,Q=13.3 kn 2-2 截面的控制内力为Mm=-101.52 km m，N=70.0 kn，Q=-16.94 kn 3-3 截面的控制内力为M=197.975 km m,N=19.24 kn，Q=49.02 kn 4-4 截面的控制内力为M=-79.02 kmm，N=21.62 kn，Q=3.64 kn 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 21 页 -13 A：刚架柱验算：取2-2 截面内力平面内长度计算系数：0=2+0.45K,K=IClR/IRH=7.5/6.0=1.25，0=3.25 H0=63.25=19.5m 平面外考虑到蒙皮效应，按半跨计算即H0y=4M x=45.184 =150.000 柱构件平面内稳定计算最大应力(N/mm2):135.891 f=310.000 故平面内稳定y=62.604 =150.000 柱构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):147.415 f=310.000 故平面外稳定 局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。柱翼缘3799.1234523515235151082/)5125(fytb（满足要求）柱腹板20634523525023525096520500fytwbw（满足要求）（2）柱的有效截面特征 2-2 截面的控制内力为Mm=-101.52 kmm，N=70.0 kn，Q=-16.94 kn max=N/A+M/WX=70103/8840+101.52 106/149 104=76.06N/mm2 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 21 页 -14 min=N/A+M/WX=70103/8840-101.52 106/149104=-60.22N/mm2 0=（max-min）/max=1.79 h0/tw=480/8=60480+0.5 x-26.2=82.312 因为 6070，故不考虑屈服后强度B：刚架梁验算：取3-3 截面内力3-3 截面的控制内力为M=197.975 km m,N=19.24 kn，Q=49.02 kn 局部稳定验算 梁翼缘3799.1234523515235151082/)5125(fytb（满足要求）梁腹板20634523525023525096520500fytwbw（满足要求）（2）梁有效界面特征本设计中门式框架坡度为1/18，可以不考虑衡量轴梁的影响梁平面外计算长度：4.000 强度计算净截面系数：1.000 1=M/WX=197.975106/173 104=114.44 2=-1=-114.44=2/1=-1 hc=4800.5=240 k=20/(1+)2+0.112(1-)20.5+1+=20/(0.112 4)0.5=29.88 p=(hw/tw)/28.1ka0.5(235/fy)0.5=0.3120.8 则 P=1，界面全部有效强度验算抗剪强度验算梁截面最大剪力 VMAX=45.08 Kn 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 21 页 -15 强度计算不利截面：左端截面有效截面特性计算：腹板受压区高度：238.000(mm)正应力作用下的凸曲系数 k：23.905 正应力作用通用高厚比 p：0.414 有效宽度系数：1.0(全截面有效)考虑屈曲后强度，抗剪承载力设计值计算：加劲肋设置间距：不设置剪切凸曲系数 k:5.340 抗剪切通用高厚比 w：1.124 抗剪承载力设计值 Vd(KN):407.401 M,N,V 共同作用下,强度计算截面抗弯承载能力(KN.M):509.904 考虑屈曲后强度，在M,N,V 共同作用下强度计算应力比:0.376 1.0 梁构件左端作用剪力:V=50.000 Vd=407.401 梁构件右端作用剪力:V=30.000 Vd=407.401 梁构件强度验算满足。3、梁构件平面外稳定验算结果平面外计算长度(m)：4.000 平面外长细比 y：67 轴心受压稳定系数 y：0.568 受弯整体稳定系数 bx：0.934 等效弯矩系数t：1.000 有效截面面积 Ae0：8.856010-3 有效截面受压纤维的截面模量 We1：1.644910-3梁构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):124.971 f=310.000 梁构件平面外稳定验算满足。4、局部稳定验算翼缘宽厚比 B/T=10.17 门规 CECS102:2002 容许宽厚比 B/T=12.4 腹 板 计 算 高 厚 比H0/Tw=79.33 门 规CECS102:2002 容 许 高 厚 比H0/Tw=206.3 5.位移验算：（1）柱顶水平位移验算：用 PMPK 计算位移结构构建参数EA=2.06108884010-6=1.821106 EIx=2.0610813510610-12=2.78104 kn m2 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 21 页 -16 0.00.013.0(1/461)0.0 0.00.012.6(1/478)0.012.8-4.4左风(标准值)节点位移图(mm)/H=13.0/6000=0.002166670.005（满足要求）（2）0.00.0-1.10.1 0.00.01.10.1 0.020.5恒载(标准值)+活载 节点位移图(mm)/L=20.5/15000=0.001366674mm21-1 21X10480H500X250X8X10孔d=22.0M20-8 5X10120孔d=22.0M20H500X250X8X10H500X250X8X10-250X10491-121X10480211221-85X1012077-85X1012055455539050 501251251-119050089-250X207807-85X1012077-85X101204555孔d=22.0M20455539050501251252-29050089-250X2068071:2.54mm2孔d=22.0M2045H500X250X8X10H500X250X8X10-2 50X10491-1 21X10480211221-8 5X1012 077-8 5X101204555孔d=22.0M204555390505012512 52-29050089-2 50X206807梁 1 左(下)端与柱 1 连接节点 (1):设计满足梁端节点设计弯矩 M(kN*m):100.0 梁端节点设计剪力 V(kN):241.7 (剪力 V 取 梁腹板净截面抗剪承载力设计值的1/2)工字形梁与工字形柱(0 度)刚接连接连接类型为:一 柱边刚接，单连接板高强螺栓连接（翼缘用对接焊缝，对接焊缝质量级别:2 级，腹板用高强螺栓）梁翼缘塑性截面模量/全截面塑性截面模量:0.727 算法：翼缘承担全部弯矩，腹板只承担剪力梁端部连接验算：钢材信息：梁采用 Q345钢，抗拉强度设计值 f=310N/mm2，抗剪强度设计值 fv=180N/mm2 绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 21 页 -18 角焊缝抗剪强度设计值 Ffw=200N/mm2 梁腹板净截面最大正应力 0.00N/mm2=f=310.00，设计满足梁腹板净截面最大剪应力 94.43N/mm2=fv=180.00，设计满足梁翼缘对接焊缝最大应力 81.63N/mm2=f，设计满足采用 单连接板连接连接件验算：连接板尺寸 B x H x T=120 x 410 x 10 连接板与柱角焊缝焊脚尺寸 Hf=6mm 连接件净截面最大正应力 0.00N/mm2=f=310.00，设计满足连接件净截面最大剪应力 88.44N/mm2=fv=180.00，设计满足连接件(或梁腹板)与柱之间的角焊缝最大应力 79.94N/mm2=Ffw，设计满足螺栓连接验算：采用 10.9 级 高强度螺栓摩擦型连接螺栓直径 D=20mm 高强度螺栓连接处构件接触面喷砂接触面抗滑移系数 u=0.50 高强螺栓预拉力 P=155.00kN 高强螺栓单面抗剪承载力设计值 Nvb=69.75kN 高强螺栓所受最大剪力 Ns=60.44kN 3.64kN 满足剪力要求端板厚确定第一排螺栓端板厚：tbfefNt6=205400100043.9686=14.77mm 第二排螺栓板厚：t20597)(6868240097100035.3397686)(26fewefefewbefewNt=10.6mm 采用板厚 t=16mm 端板腹部采用加筋肋，加强腹板强度绘图：08012635 吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 21 页 -20（3）柱脚设计：柱脚节点见下图：11811827027014514555-10-290X20540孔d=25.0M20245孔d=22.0M20-80X2080-102454010510540设计内力采用：N=67.13 kn（螺栓受拉）,Q=13.3 kn 基础采用 C20混凝土基础混凝土抗压承载力fc=9.6N/mm2，锚栓采用 4M20 螺栓孔取 r=25mm 设局部受压提高系数=1.1 fc=1.19.6=10.56N/mm2螺栓孔面积为 A0=4（252）=7850mm2 需要底板面积为 A=LB=N/FC+A0=1.4912105mm2绘图：08012635吴健名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 21 页 -21 取地板面积为 540mm 290mm 基础对底板的压应力为q=N/(LB-A0)=67.13 kN/（156600-7850）mm2=0.45N/mm2f=13.2kn/mm2按一边支撑计算M=1/2fc2=0.50.4N/mm21452=4205nmm t=1205420566fM1.09mm 12mm 抗剪连接件计算Vfb=0.4N=26.853 kNQ=13.3 kN 抗剪条件满足不需要额外设置抗剪连接件。五、参考文献工具钢结构钢结构设计例题集轻型钢结构设计手册Auto CAD 2004 PKPM 2005 结构力学求解器施工图见图纸名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 21 页 -