门式刚架轻型钢结构手算设计.doc
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1、1钢结构厂房设计钢结构厂房设计计算书计算书1、工程情况: 厂房刚架跨度 18m,刚架两端间距 5m,中间间距 6m,共 10 榀。钢架柱高 5.2 m,屋面坡度 1/5,屋面及墙板采用加 760 压型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板,芯板面板 厚为 0.50mm,板厚为 80mm,自重 0.25 kN/m2,檩条为薄壁 Z 型钢,间距为 1.5m,自重 0.05kN/m2。钢材采用 Q345 钢,焊条为 E50 型。抗震设防烈度为 6度。 静载:为 0.2 kN/m2;屋面活载:0.5 kN/m2 ;楼面活载:3 kN/m2 ;雪载:0.5 kN/m2;风载:基本风压 W0=0.3 kN/m2,地面粗糙
2、度 B 类图图 1.刚架简图刚架简图2、钢架的布置及类型2.1 钢架的布置 柱网及平面布置如图 2:2图图 2.刚架平面布置图刚架平面布置图3、屋面构件与支撑设置3.1 屋面板 根据保温隔热的要求及建筑外形设计要求,考虑施工方便选用 760 压型岩棉夹芯彩色钢制夹 芯板, 芯板面板厚为 0.50mm,板厚为 80mm.。3.2 檩条 根据屋面板对檩条的要求,檩条间距采用 1.5m.按荷载采用冷弯薄壁 C 型钢 C180x70x20x3 ,跨中设拉条一道. 3.3 屋面支撑与柱间支撑 为了保证厂房的强度,空间结构的稳定性,在厂房两端设置上弦横向水平支撑和下弦 纵向水平支撑。 4、荷载计算4.1
3、荷载取值计算(标准值):(1)屋面荷载 恒载: 屋面板(760 压型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板) ; 0.252/kN m檩条及支撑: 0.152/kN m钢架横梁: 0.15静载: 0.220.75/kN m 墙面及柱的自重 : 0.52/kN m(2)活载:雪载: 0.52/kN m不上人屋面: 0.52/kN m3不上人屋面活载可不与雪荷载和风荷载同时组合,因此屋面活载取 0.52/kN m(2)楼面荷载 恒载: 屋面板(760 压型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板) ; 0.252/kN m檩条及支撑: 0.152/kN m钢架横梁: 0.15静载: 0.220.75/kN m 墙面及柱的自重 :
4、0.52/kN m(2)活载:雪载: 0.52/kN m不上人屋面: 0.52/kN m(3)风荷载:0.8-0.5-0.5-0.67.43-2.02-2.43-4.65ABCDE 图图 5 风荷载体形系数与风荷载作用风荷载体形系数与风荷载作用基本风压 地面粗糙类别 B 类,按 CECS102:2002 的规定,基本风20.55/owkN m压乘以 1.05 的系数。即21.05 0.550.5775/owkN m以柱顶为标准风压高度变化系数:1.0,1.0zz4.2 各部分作用荷载: (1)屋面恒载:标准值:0.75 5/cos3.80/kN m设计值:1.2 3.84.56/kN m 柱身
5、恒载:0.55=2.5kN设计值:2.51.2=3kN(2) 屋面活荷载:标准值:0.3 5/cos1.52/kN m4设计值:1.4 1.522.13/kN m(3)风荷载: 仅以左风为例,右风相反。 屋面风压设计值;1.4 1.0 1.00.60.55 1.05 52.43/w bcqkN m 1.4 1.0 1.00.50.55 1.05 52.02/w cdqkN m 柱顶集中风载设计值(对于铰接变截面柱按简化取上半段风载为集中风载作用于 柱顶计算)1.4 1.0 1.0 0.8 0.55 1.05 5 2.37.43bwpkN 1.4 1.0 1.00.50.55 1.05 5 2.
6、34.65DwpkN 则风荷载作用如图 6:7.084-4.43ABC DEq1q2q3q4图图 6.风荷载作用图风荷载作用图122.43/qqkN m 342.02/qqkN m 5、 截面初择 截面初选按以下的方法进行,单跨双坡对称实腹式变截面刚架的几何尺寸如图 7 所示 :1113100437327.530403040 =400mm 4600460306.710151015ccLmmhhHmm :取511807215025chbmmbmm取:1 000200133200mm=250mm23c ccchhmmmmhh且取:ABhc1hc0hb1hb0H(250400)x150x8x10H(
7、400200)x150x8x10H200x150x8x10图图 7.刚架截面初选刚架截面初选,由于一般情况下取,故取11310043737430353035bLhmm:1c1bhh1400bh 115060b=15025bhbmm,取:0013100238200=200mm55655565bbLhmmh,取: 选取截面的特性如表 1 所示:表表 1.截面特性截面特性截面 2Ammx4I mmy 4I mmx3mmWy 3mmWxmmiy mmi柱梁大头小头大头小头604048406040444081.51 105.1371081.51 1073.10 105.646105.636105.646
8、105.636104.115107.535107.535103.1051075216751307521675102157.9103.0157.983.530.634.130.635.6柱截面的平均惯性矩: 884 01101.51 0.5131.01 102cccIIImm梁截面的平均惯性矩:60127741 2 22103.1015.113.102337.09 10bbb bIIIImm6、内力和侧移计算6.1 内力计算 内力计算采用弹性分析法。用梁,柱平均刚度将梁,柱简化为等截面刚梁,然后采用 结构力学求解器进行求解。6.1.1 屋面恒荷载作用 1)输入文件 结点,1,0,0 结点,2,0
9、,4.6 结点,3,4.37,5.33 结点,4,6.55,5.69 结点,5,8.73,5.33 结点,6,18,4.6 结点,7,18,0 单元,1,2,1,1,0,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 单元,4,5,1,1,1,1,1,1 单元,5,6,1,1,1,1,1,1 单元,6,7,1,1,1,1,1,0 结点支承,7,4,0,0,0 结点支承,1,4,0,0,0 单元荷载,2,3,4.56,0,1,90 单元荷载,3,3,4.56,0,1,90 单元荷载,4,3,4.56,0,1,90 单元荷载,5,3,4.56,0,1,90
10、单元荷载,6,3,0.5,0,1,180 单元荷载,1,3,0.5,0,1,0 单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1 单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1 单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12)输出文件杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-71 -32.1680567 -11.1679836 0.00000000 -29.8680567 -11.1679836 -51.37272472 -15.9364929 27.6197595 -51.3727247 -15.9364929
11、7.41643782 26.24214013 -15.9226684 7.44605745 26.2421401 -15.9226684 -2.62937580 31.56342904 -15.9226684 2.62947240 31.5634290 -15.9226684 -7.44596085 26.24235355 -15.9363403 -7.41634107 26.2423535 -15.9363403 -27.6196628 -51.37208276 -29.8679369 11.1678440 -51.3720827 -32.1679369 11.1678440 0.00000
12、000-3)内力图(设计值)yx12345 67( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 )-51.37-51.3726.2426.2431.5632.3031.5626.2432.3026.24-51.37-51.37a.M 图(kNm)yx12345 67( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 ) -11.1727.627.427.45-2.632.63-7.45-7.42-27.6211.1711.17b.V 图(kN)yx12345 67( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 )-32.17-29.87-15.94-15.92-
13、15.92 -15.94-29.87-32.17c.N 图(kN)图图 8.刚架在恒荷载作用下的内力图刚架在恒荷载作用下的内力图6.1.2 屋面活荷载作用: 1)输入文件8结点,1,0,0 结点,2,0,4.6 结点,3,4.37,5.33 结点,4,6.55,5.69 结点,5,8.73,5.33 结点,6,18,4.6 结点,7,18,0 单元,1,2,1,1,0,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 单元,4,5,1,1,1,1,1,1 单元,5,6,1,1,1,1,1,1 单元,6,7,1,1,1,1,1,0 结点支承,7,4,0,0,
14、0 结点支承,1,4,0,0,0 单元荷载,2,3,2.13,0,1,90 单元荷载,3,3,2.13,0,1,90 单元荷载,4,3,2.13,0,1,90 单元荷载,5,3,2.13,0,1,90 单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1 单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1 单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-12)输出文件内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)-杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-1 -13.9515265 -5.21662394 0.00000000 -13.9515265 -5.216623
15、94 -23.99647012 -7.44404602 12.9013350 -23.9964701 -7.44404602 3.46425714 12.25784173 -7.43756104 3.47809262 12.2578417 -7.43756104 -1.22819528 14.74344384 -7.43753052 1.22824040 14.7434438 -7.43753052 -3.47804750 12.25794145 -7.44393921 -3.46421195 12.2579414 -7.44393921 -12.9012898 -23.99617026 -1
16、3.9514705 5.21655874 -23.9961702 -13.9514705 5.21655874 0.00000000-3)内力图9yx12345 67( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 )-24.00-24.0012.2612.2614.7415.0914.7412.2615.0912.26-24.00-24.00a.M 图(kNm)yx12345 67( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 ) -5.2212.903.463.48 -1.231.23-3.48-3.46-12.905.22b.V 图(kN)yx12345 67( 1
17、 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 ) -13.95-7.44-7.44-7.44 -7.44-13.95c.N 图(kN)图图 9.刚架在活荷载作用下的内力图刚架在活荷载作用下的内力图6.1.3 风荷载作用: 1)输入文件 结点,1,0,0 结点,2,0,4.6 结点,3,4.37,5.33 结点,4,6.55,5.69 结点,5,8.73,5.33 结点,6,18,4.6 结点,7,18,010单元,1,2,1,1,0,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,1 单元,3,4,1,1,1,1,1,1 单元,4,5,1,1,1,1,1,1 单元,5,6,1,1,1,1
18、,1,1 单元,6,7,1,1,1,1,1,0 结点支承,7,4,0,0,0 结点支承,1,4,0,0,0 结点荷载,2,1,7.43,0 结点荷载,6,-1,4.65,180 单元荷载,2,-3,2.43,0,1,90 单元荷载,3,-3,2.43,0,1,90 单元荷载,4,-3,2.02,0,1,90 单元荷载,5,-3,2.02,0,1,90 单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,-1,-1 单元材料性质,2,5,-1,7.9,1,-1,-1 单元材料性质,6,6,-1,10.1,1,-1,-1 2)输出文件内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)-杆端 1 杆端 2 - - 单元码
19、 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-1 19.3114637 11.3988963 0.00000000 19.3114637 11.3988963 52.43492342 7.09643555 -18.3936411 52.4349234 7.09643555 -7.62739736 -5.208871973 7.08251953 -7.64048352 -5.20887197 7.08251953 -2.27133817 -16.15908004 5.97656250 -4.42773271 -16.1590800 5.97656250 0.03550746 -21.01144545 5
20、.97607422 0.02441674 -21.0114454 5.97607422 8.97413382 -1.077167806 9.83613824 0.23416691 -1.07716780 9.83613824 0.23416691 0.00000000-3)内力图yx1234567( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 )52.4352.43-5.21-5.21-16.16-16.16-21.01-21.01-1.08 -1.0811a.M 图(kNm)yx1234567( 1 )( 2 )( 3 )( 4 ) ( 5 )( 6 )11.40-18.39-7
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