2022年门式框架设计[借 .pdf

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1、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

2、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

3、 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/m2

4、kn/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 0.3

5、5=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

6、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： 080

7、12635 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

8、.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 - - - - - - - - - - - - -

9、 - - - - - 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

10、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

11、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

12、-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.

13、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

14、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 - - - - - - - -

15、 - - - - - - - - - - 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

16、 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 - - - - - - - - - - - - - -

17、 - - - - 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/ )

18、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

19、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

20、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 Ae

21、0：8.856010-3 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=

22、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

23、=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=22.0M2045H500X250X8X10H500X250X

24、8X10-2 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

25、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

26、，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

27、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 -

28、 - -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

29、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

30、/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 - - - - - - - - -