輕型門式剛架鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(共30頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)輕型門式剛架廠房主體結(jié)構(gòu)1、設(shè)計條件1.1、設(shè)計資料某單層工業(yè)廠房，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度 27m，柱距 6m，長度48m。一側(cè)墻上兩個開間設(shè) 3.6m3.6m 門一扇，兩縱墻軸線位置上，各開間均設(shè)窗 3.6m1.2m。剛架柱柱腳標高設(shè)為0.000m，剛架檐口高度為 9.0m，從而剛架柱柱高為 h=9.0m。屋面坡度 1/10。屋面及墻面板均為彩色壓型鋼板，考慮經(jīng)濟、制造和安裝方便，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊 C 型鋼，間距為 1.5 米，鋼材采用 Q345 鋼，焊條采用 E50 型。1.2、設(shè)計參數(shù)地面粗糙度：B 類地震設(shè)防烈度：6 度設(shè)計

2、使用年限：50 年結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：0=1.0基本風壓：0=0.50kN/m2屋面活載和雪壓:0=0.50kN/m22、布置形式剛架平面布置如圖所示，剛架形式及幾何尺寸如圖所示。3、初選截面鋼柱采用等截面 H 型鋼，梁柱初選截面均為 H450200812。截面特性：Ix=28181cm4Iy=1602cm4Wx=1252cm3Wy=160.2cm3ix=18.53cmiy=4.42cmSx=707.07cm3A=8210cm24、荷載計算4.1 屋蓋永久荷載標準值（對水平投影面）彩色型鋼板檁條及支撐剛架斜梁自重合計0.25 kN m20.05 kN m 20.15 kN m 20.45 kN m

3、 24.2 屋面可變荷載標準值基本風壓：0=0.5kN/m24.3 輕質(zhì)墻面及柱自重標準值（包括柱、墻骨架等）0.5 kN m 24.4 風荷載標準值基本風壓：w 0 =1.050.50 kN m 2 =0.53 kN m 2 ；根據(jù)地面粗糙度列別為 B 類，查得風荷載高度變化系數(shù)：當高度小于 10 m 時，按 10 m 高度處的數(shù)值采用，m z =1.0。風荷載體型系數(shù) ms ：迎風柱及屋面分別為0.25 和1.0，背風面柱及屋面分別為0.55 和0.65。4.5 地震作用荊州地區(qū)抗震設(shè)防烈度為 6 度，根據(jù)全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)中第 18.8.1 條的建議，所以不考慮地震作用。

4、4.6 荷載標準值計算A、屋面恒荷載標準值：0.456/cos=2.72 kN m活荷載標準值：0.506=3.00 kN mB、柱荷載柱自重標準值：0.456=2.70 kN mC、風荷載標準值迎風面：柱上 qw1k=0.536（+0.25）=0.80kN/m橫梁上 qw2k=0.536（-1.0）=3.18kN/m背風面：柱上 qw3k=0.536（-0.55）=1.75kN/m橫梁上 qw4k=0.536（-0.65）=2.07kN/m4.7 荷載設(shè)計值計算屋面恒載 g1=Ggk1=1.22.72=3.26kN/m柱身恒載 g2=Ggk2=1.22.70=3.24kN/m屋面活載 q=Q

5、Qk=1.43.0=4.2kN/m風載迎風面：柱上 qw1=Qqw1k=1.40.80=1.12kN/m橫梁上 qw2=Qqw2k=1.43.18=-4.45kN/m背風面：柱上 qw3=Qqw3k=1.41.75=-2.45kN/m橫梁上 qw4=Qqw4k=1.42.07=-2.90kN/m5、內(nèi)力分析（用結(jié)構(gòu)力學求解器計算求得內(nèi)力,用 AutoCAD 繪制）q =3.00kN/mg1 =2.70kN/mqw2=-3.18kN/mqw4=-2.07kN/m1g2 =2.70kN/m119.60kNm荷載圖g2 =2.70kN/m243.45kNm142.45kNmM圖39.23kN1.85

6、kN18.33kN0.60kNQ圖59.02kN16.24kN8.25kN38.29kNqw3=-1.75kN/mqw1=0.80kN/m41.26kN22.34kN70.42kN12.20kN 12.32kNN圖60.93kN22.22kN90.09kN6、構(gòu)件設(shè)計和驗算及節(jié)點設(shè)計和驗算6.1、截面驗算構(gòu)件寬厚比的驗算翼緣部分： b / t f = 96 / 12 = 8 96 / 12 = 8 15 235 f y = 12腹板部分： h0 / t w = 426 / 8 = 53.25 250 235 f y = 206滿足要求。6.2、剛架梁的驗算6.2.1 抗剪驗算梁截面最大剪力為

7、Vmax=39.23kNVu = hwt w f v =4268180N=N=613.44kNVmax=39.23kN滿足要求。6.2.2 抗彎驗算取梁端截面進行驗算，N=-22.22kN，V=-59.02kN，M=-243.45kNm由于 V0.5VuM eN = M e - NWe / Ae = Wx f - NWx / A3 3 3=Nmm=384.88kNmM=-243.45kNm滿足要求。6.2.3 平面內(nèi)的穩(wěn)定N=-22.22kN，M=-243.45kNm，梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗算：計算長度取橫梁長度l0 x = + 13502 = 27135mmlx = l0 x / ix = 27

8、135 / 185.3 = 146.44 l = 150b 類截面，查附表可知， j x = 0.986=125210 310-22.2210 125310 /8210N Ex 0 =p 2 EAe02=p 2 206 103 82101.1146.442kN = 707.6kNb mx = 1.0Nj x Ae0+ N b mx M x N Ex 0 =222200.986 8210+1.0 243.45 10622.22 707.6 22滿足要求。6.2.4 平面外的穩(wěn)定橫梁平面外的穩(wěn)定性驗算：考慮屋面壓型鋼板與檁條緊密相連，有蒙皮效應(yīng)，檁條可以作為橫梁平面外的支承點，但為安全起見，計算長

9、度按兩個檁距或隅撐間距考慮，即 l0 y = 3015mm 對于等截面構(gòu)件，=0，m s = m w = 1, l y = l0 y i y = 3015 / 44.2 = 68.2,b 類截面，查附表得， j y = 0.668 。jby =4320 A0h0l2y Wx 0 m w 4.4h 0 42 y =4320 8210 4262 3 14 + 2=1.9250.6取 j y = 1.07 - 0.283 / jby = 1.07-0.283/1.925=0.923b t = 1.0 -NN Ex 0 N Exo 2=1.0-22.22/707.6+0.75(22.22/707.6)

10、2=0.969Nj y Ae0+b t MWe1jby 22220 0.668 8210+22滿足要求。6.2.5 按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）校核橫梁腹板容許高厚比。梁端截面：1.1lxWex 1 - j x 1252 103 1 - 0.986 =200.66kN/mm f=310N/mm l yt0 m s + 235 f 1252 1068.2 68.2 12 235 4.4 426 345 + 0.75 N = 0.969 243.45 106 1252 103 1.925 =98.29N/mm f=310N/mmmaxNAEoMyI x=222208210243.4

11、5 106 21328181104= 2.71 184.01 =186.72-181.30N / mm 2a 0 =s max - s mins max= 1.97故h0t w= 53.25 (48a 0 + 0.5lx - 26.2)235f y= 84.60 ，滿足要求。梁跨中截面：maxNAEoMyI x=12320 142 .45 106 2138210 28181104=1.50 107.67 =109.17-106.17N / mm 2a 0 =s max - s mins max= 1.97故h0t w= 53.25 (48a 0 + 0.5lx - 26.2)235f y= 8

12、4.60 ，滿足要求。6.2.6 檁條集中荷載下的局部受壓承載力。檁條傳給橫梁上翼緣的集中荷載F=（1.20.276+1.43.0）1.5kN=9.21kNlz=a+5hy+2hR=（70+512+0）mm=130mms c=YFt wl z=1.0 9.211038 130= 8.86N / mm 2 f = 310N / mm 2滿足要求。驗算腹板上邊緣的折算應(yīng)力取梁端截面處的應(yīng)力N=-22.22kN，V=-59.02kN，M=-243.45kNms =My1I n=243. 35 106 2134N / mm 2 = 183.9N / mm 2t =VSItw=59.02 103 200

13、 12 4194N / mm 2 = 34.00N / mm 2s 2 + s c2 + ss c + 3t 2 = 183.92 + 8.862 + 183.9 8.86 + 3 34.002281811021818 10 822滿足要求。6.3 剛架柱的驗算6.3.1 抗剪驗算柱截面最大剪力為 Vmax=38.29kN,考慮僅有支座加勁肋ls =h0 / t w41 5.34 235 f y=53.2541 5.34 235 / 345= 0.681 Vmax = 38.29kN滿足要求。6.3.2 抗彎驗算取梁端截面進行驗算，N=-60.93kN，V=16.24kN，M=-243.45k

14、Nm由于 V0.5Vu ，故M eN = M e - NWe / Ae = Wx f - NWx / A3 3 3=Nmm=378.83kNmM=-243.45kNm滿足要求。6.3.3 剛架柱平面內(nèi)整體穩(wěn)定性驗算。構(gòu)件最大內(nèi)力：N=-90.09kN，M=-243.45kNm剛架柱高 H=9000mm，梁長 L=27135mm，柱的線剛度為：k2 = I c1 / h = 28181104 / 9000mm3 = 31312mm3梁的線剛度為：k1 = I b0 / 2Ys = 28181104 / 27135mm3 = 10385mm3k1 / k2 = 10385 / 31312 = 0.

15、332查表得柱的計算長度系數(shù)=2.934.剛架柱的計算長度l0 x = mh = 2.934 9000mm = 26406mmlx = l0 x / ix = 26406 / 185.3 = 142.5 l = 150b 類截面，查附表得， j x = 0.333N Ex 0 =p 2 EAe02=p 2 206 103 82101.1142.52N = 747.3kNb mx = 1.0=197.47N/mm 1.2f=372N/mm=125210 310-60.9310 1252.4810 /82101.1lxNj x Ae0+ N b mx M x N Ex 0 =900900.333

16、8210+1.0 243.45 10690.09 747.3 226.3.3 剛架柱平面外整體穩(wěn)定性驗算?？紤]屋面壓型鋼板與檁條緊密相連，有蒙皮效應(yīng)，與柱連接的墻梁可以作為橫梁平面外的支承點，但為安全起見，計算長度按兩個墻梁距離或隅撐間距考慮，即 l0 y = 3015mm 對于等截面構(gòu)件，=0，m s = m w = 1, l y = l0 y i y = 3015 / 44.2 = 68.2,b 類截面，查附表得， j y = 0.668 。jby =4320 A0h0l2y Wx 0 m w 4.4h 0 42 y =4320 8210 4262 3 14 + 2=1.9250.6取 j

17、 y = 1.07 - 0.283 / jby = 1.07-0.283/1.925=0.923b t = 1.0 -NN Ex 0 N Exo 2=1.0-90.09/707.6+0.75(90.09/747.3)2=0.890Nj y Ae0+b t MWe1jby 90090 0.668 8210+22滿足要求。6.3.4 按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）校核橫梁腹板容許高厚比。柱頂截面：smaxmin=NAEoMyI x=609308210243.45 106 21328181104= 7.42 107.67 =109.17-106.17N / mm 2a 0 =s max

18、 - s mins max= 1.97Wex 1 - j x 1252 103 1 - 0.333=235.83kN/mm f=310N/mm l yt0 m s + 235 f 1252 1068.2 68.2 12 235 4.4 426 345 + 0.75 N = 0.890 243.45 106 1252 103 1.925 =106.35/mm f=310N/mm故h0t w= 53.25 (48a 0 + 0.5lx - 26.2)235f y= 113.34，滿足要求。柱底截面：a 0 = 0故h0t w= 53.25 N v =Vn=16.248kN = 2.03kN滿足要求

19、。最外排一個螺栓的抗剪、抗拉承載力驗算：NVb+N tb=2.0391.125+160.70180= 0.915 1滿足要求。6.4.1.2 端板厚度驗算端板厚度取為 t=30mm，按照兩邊支承類端板計算t wb + 2e f ( f + ew f6e f ew N t=6 40 46 160.70 10346 200 + 2 40 (40 + 46) 295= 29.5mm6.4.1.3 梁柱節(jié)點域的剪力驗算t =Mdbd ctc=243.45 106426 426 10= 134.16N / mm 2 fV = 180N / mm 2滿足要求。y1= 4 ( .265 + 0.16)kN

20、= 160.70kN 0.4P = 0.4 225 = 90kNN t 2ewt w=94.0110346 8= 255.45N / mm 2 N v =Vn=1.858kN = 0.23kN滿足要求。最外排一個螺栓的抗剪、抗拉承載力驗算：NVb+N tb=0.2362.775+96.44124= 0.781 1滿足要求。6.4.2.2 端板厚度驗算端板厚度取為 t=24mm，按照兩邊支承類端板計算t wb + 2e f ( f + ew f6e f ew N t=6 40 46 96.44 10346 200 + 2 40 (40 + 46) 295= 22.9mm6.4.2.3 螺栓處腹板

21、強度驗算N t 2 =My22-Nn=142.45 0.1622-12 .328= 57.92kN 0.4P = 0.4 155 = 62kN yi4 ( .265 + 0.16)= - y1 n 4 ( .265 + 0.16)kN = 96.94kN N tb = 124kNNVN te e ) yi4 ( .265 + 0.16)0.4Pewt w=0.4 155 10346 8= 168.48N / mm 2 f = 310N / mm 2滿足要求。6.5 柱腳設(shè)計剛架柱與基礎(chǔ)鉸接，采用平板式鉸接柱腳。6.5.1 柱腳內(nèi)力設(shè)計值N max = 90.09kN ,V = 38.29kN6

22、.5.2 由于柱底剪力較小，故而一般跨間不需要設(shè)置剪力鍵，但經(jīng)過計算在設(shè)置柱間支撐的開間必須設(shè)置剪力鍵。考慮柱間支撐抗拔力之后，錨栓不承受拉力，因此僅考慮柱在安裝過程中的穩(wěn)定，按構(gòu)造要求設(shè)置錨栓即可，采用 4M24。6.5.3 柱腳底板面積和厚度計算。6.5.3.1 柱腳底板面積確定b = b0 + 2t + 2c = 200+212+2（2050）=264mm324mm，取 b=300mm；h = h0 + 2t + 2c = 450+212+2（2050）=514mm574mm，取 h=550mm；基礎(chǔ)采用 C20 混凝土， f c = 9.6kN / mm 2 ，驗算底板下混凝土軸心抗壓

23、強度設(shè)計值：s =Nbh=90.09 103300 550N / mm 2 = 0.55N / mm 2 b c f c = 9.6N / mm 2滿足要求。6.5.3.2 底板厚度確定根據(jù)柱底板被柱腹板和翼緣所分割的區(qū)段分別計算板底所承受的最大彎矩。三邊支承板：b2 b1 = 96 / 426 = 0.225 -1k = 7.8 - 6.29j + 9.78j 2 = 7.8 + 6.29 0.695 + 9.78 0.6952 = 16.889上翼緣板：上翼緣板為最大壓力作用于部分加勁肋板間的支承邊，j = s min s max = s 2 / s 1 = 96.28 194.90 =

24、0.494 -1kc = 5.89 -11.59j + 6.68j 2 = 5.89 -11.59 0.494 + 6.68 0.4942 = 1.795Wy1=23.19cm Wy2=10.02cm41.66 1023.19 1041.66 1023.19 106.6.2.3 受壓板件的有效寬度腹板：k = 16.889, kc = 1.795, b = 180mm, c = 70mm, t = 2.2mm,s 1 = 194.90N / mm 2x =c kb k c=7018016.8891.795= 1.19 1.1板組約束系數(shù)：k1 = 0.11 + 0.93 /(x - 0.05)

25、 2 = 0.01 + 0.93 /(1.19 - 0.05) 2 = 0.726r = 205k1k / s 1 = 205 0.726 16.889 / 194.90 = 3.590由于 j = s min / s max 0, 取a = 1.5, bc = b /(1 - j ) = 180 /(1 + 0.695) = 106.2mmb / t = 180 / 2.2 = 81.8218ar = 18 1.5 3.590 = 96.93mm 38ar = 38 1.5 3.590 = 204.63mm則取有效寬度： 21.8arb / t 21.8 1. 5 3.59081.82 bc

26、 = 106.2mm ，取， be = bc = 106.2mmbe1 = 0.4be = 0.4 106.2mm = 42.48mmbe 2 = 0.6be = 0.6 106.2mm = 63.72mm上翼緣板：k = 1.795, kc = 16.889, b = 70mm, c = 180mm,s 1 = 194.90kN / m 2x =c kb k c=180701.79516.889= 0.838 0, 故而，a = 1.15 - 0.15j = 1.15 - 0.15 0.494 = 1.076bc = b = 70mmbe = - 0.1bc = - 0.1 106.2mm

27、= 116.6mmb / t = 70 / 2.2 = 31.8218ar = 18 1.076 1.436 = 27.8138ar = 38 1.076 1.436 = 58.72所以18ar b / t 38ar則截面有效寬度為： 21.8arb / t 21.8 1. 076 1. 43631.82be1 = 0.4be = 0.4 65.02mm = 26.01mmbe 2 = 0.6be = 0.6 65.02mm = 39.01mm下翼緣板：下翼緣板全截面受拉，全部有效。6.6.3 有效凈截面模量上翼緣板的扣除面積寬度為（70-65.02）mm=4.98mm；腹板的扣除面積為 0，

28、同時在腹板的計算截面有一直徑 13mm 的拉條連接孔（據(jù)上翼緣板邊緣 35mm），孔位置與扣除面積位置基本相同。所以腹板的扣除面積按直徑 13mm 拉條連接孔計算。有效凈截面模量為：= 22638mm39021.122 2mm3W eny min=70 - 21.12 2mm3= 9768mm3Wenx / Wx = 39780 / 41660 = 0.955Weny max / Wy1 = 22638 / 23190 = 0.976Weny min / Wy 2 = 9768 / 10020 = 0.9756.6.4 強度驗算按屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)考慮s 1 =M xWenx+M y

29、Weny max=6.88 10639708+0.69 10622638= 203.74N / mm 2 f = 295N / mm 2be = - 0.1bc = - 0.1 70mm = 65.02mm374.9 104 - 4.98 2.2 902 -13 2.2 (90 - 35)Wenx = mm3 = 39708mm348.97 104 - 4.98 2.2 (4.98 / 2 + 26.01 - 21.1) -13 2.2 (21.1 - 2.2 / 2)W eny max=48.97 104 - 4.98 2.2 (4.98 / 2 + 26.01 - 21.1) -13 2.

30、2 (21.1 - 2.2 / 2)s 1 =M xWenx+M yWeny min=6.88 10639708-0.69 1069768= 102.63N / mm 2 f = 295N / mm 2滿足要求。6.6.5 撓度驗算v y =5 ql 4384 EI=53841.155 cos 54238 60004206 103 374.9 104mm = 25.11mm v= l / 200 = 6000 / 200 = 30mm滿足要求。6.6.6 構(gòu)造要求lx = 600 / 7.06 = 85.0 l = 200 ，滿足要求；l y = 300 / 2.55 = 117.6 l = 200 ，滿足要求。6.7 墻梁設(shè)計本工程為單層廠房，剛架柱距為 6m，外墻高