门式刚架计算模板精选.docx
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门式刚架计算模板精选.docx
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门式刚架计算模板精选
一、设计资料
某单层工业厂房,采用单跨双坡门式刚架,刚架跨度24m,长度48m,柱距6m,檐口标高11m,屋面坡度1/10。
屋面及墙面板均为彩色钢板,内填充保温层,考虑经济、制造和安装方便,檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢,钢材采用Q345钢,,,基础混凝土标号C30,,焊条采用E50型。
刚架平面布置图,屋面檩条布置图,柱间支撑布置草图,钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。
刚架平面布置图
屋面檩条布置图
柱间支撑布置草图
计算模型及风荷载体形系数
二、荷载计算
2.1计算模型的选取
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。
2.2荷载取值计算:
(1)屋盖永久荷载标准值
彩色钢板0.40
保温层0.60
檩条0.08
钢架梁自重0.15
合计1.23
(2)屋面活载和雪载0.30。
(3)轻质墙面及柱自重标准值0.50
(4)风荷载标准值
基本风压:
。
根据地面粗糙度类别为B类,查得风荷载高度变化系数:
当高度小于10时,按10高度处的数值采用,=1.0。
风荷载体型系数:
迎风柱及屋面分别为+0.25和-1.0,背风面柱及屋面分别为-0.55和-0.65。
2.3各部分作用的荷载标准值计算
(1)屋面荷载:
标准值:
柱身恒载:
(2)屋面活载
屋面活载雪载
(3)风荷载
以左吹风为例计算,右吹风同理计算,根据公式计算,查表,取1.0,取值如图1.2所示。
(地面粗糙度B类)
迎风面侧面,
屋顶,
背风面侧面,
屋顶,
三、内力计算
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:
注:
剪力图:
“+”表示方向“→”;
轴力图:
拉为正,压为负。
3.1恒载作用(标准值)下,计算简图及内力值:
恒载作用下轴力图
恒载作用下剪力图
恒载作用下弯矩图
3.2活载作用(标准值)下,计算简图及内力值:
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
3.3风荷载作用(标准值)下,计算简图及内力值:
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
由对称性可知,右风作用下,钢架的内力图与上述各图分别对称,可不做分析。
四、内力组合
选取荷载组合(1.2x恒载+1.4x活载+1.4x0.6x风载)对构件内力值进行验算,如下表所示
截面
内力
恒载
活载
左风
组合值
柱端A
M
0
0
0
0
N
-122.04
-21.72
40.21
-143.08
Q
-24.27
-5.92
19.15
-21.33
柱端B
M
-266.98
-65.12
162.86
-274.74
N
-89.04
-21.72
40.21
-103.48
Q
-24.27
-5.92
10.46
-25.63
梁端B
M
-266.98
-65.12
14.41
-399.44
N
-33.01
-8.05
-38.97
-83.62
Q
86.18
21.02
162.86
269.65
梁端C
M
232.80
56.79
-78.09
293.27
N
-33.01
-8.05
14.41
-38.78
Q
-3.30
-0.81
-0.99
-5.93
五、刚架设计
5.1截面形式及尺寸初选
梁柱都采用焊接的工字型钢,梁截面高度h一般取(1/30—1/45)L,故取梁截面高度为800mm;暂取梁截面尺寸为H800x300x10x14,如下图所示,柱的截面采用与梁相同。
截面
截面名称
面积(mm2)
IX
106mm4
WX
104mm3
IY
106mm4
WY
104mm3
iX
mm
iY
mm
柱
H800×300×10×14
16120
1681
420
63
42
323
63
梁
H800×300×10×14
16120
1681
420
63
42
323
63
5.2构件验算:
(1)构件宽厚比验算
(2)平面内计算长度
平面外长度计算系数:
考虑压型钢板墙面与强梁紧密连接,起到应力蒙皮作用,与柱连接的强梁可作为柱平面外的支撑点,但为了安全起见计算长度按两个强梁间距考虑,即
(3)刚架柱的验算
A.柱有效截面特征
B.抗剪验算
柱截面的最大剪力是=25.63kN,考虑到仅有支座加劲肋,
,,所以,梁的抗剪承载力设计值,满足要求。
弯剪压共同作用下的验算:
因为,按公式进行验算,
其中
C.整体稳定验算
构件的最大内力:
N=143.08kN,M=274.74kN·m
a.刚架柱平面内的整体稳定性验算
刚架柱高H=11000mm,柱的计算长度系数。
刚架柱的计算长度39.2<[]=150,b类截面,查表得。
,满足要求。
b.刚架柱作用平面外的整体稳定性验算
计算长度。
对等截面构件,,b类截面,查表得=0.643。
=1.73>0.6
d.验算刚架在风荷载作用下的侧移
,
刚架柱顶等效水平力:
(4)刚架梁的验算
A.梁有效截面特征
B.抗剪验算
梁截面的最大剪力是=83.62kN,考虑到仅有支座加劲肋,由于是等截面,同理得
,满足要求。
弯剪压共同作用下的验算:
因为,按公式进行验算,
其中
C.整体稳定验算
构件的最大内力:
N=-83.62kN,M=-399.44kN·m
a.刚架梁平面内的整体稳定性验算
梁平面内的整体稳定性验算:
计算长度取横梁长度=12060mm,37.34
<[]=150,b类截面,查表得。
,满足要求。
b.刚架梁作用平面外的整体稳定性验算
计算长度。
对等截面构件,,b类截面,查表得=0.643。
=1.73>0.6
六、节点设计:
(1)梁柱连接节点设计
A.螺栓强度验算
梁柱节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接,如下图所示。
构件截面采用喷砂,摩擦面抗滑移系数=0.50,每个高强螺栓的预拉力是355kN,连接处传递内力设计值:
N=-83.62kN,V=269.65kN,M=399.44kN·m。
(a)(b)
刚架柱与刚架梁的连接节点
螺栓抗拉承载力验算:
螺栓抗剪承载力验算:
>,满足要求。
最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算:
B.端板厚度验算
端板厚度取,按二边支撑端板外伸计算:
C.梁柱节点域的剪应力验算
D.螺栓处腹板强度验算
翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值:
取
(2)梁梁连接节点设计
A.螺栓强度验算
梁梁连接节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接,如下图所示。
构件接触面采用喷砂,摩擦面抗滑移系数=0.50,每个高强螺栓的预拉力是355kN,连接处传递内力设计值如下:
N=-38.78kN,V=-5.93kN,M=293.27kN·m
(a)(b)
梁梁连接节点
螺栓抗拉承载力验算:
螺栓抗剪承载力验算:
>,满足要求。
最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算:
B.端板厚度验算
端板厚度取,按二边支撑端板外伸计算:
C.梁柱节点域的剪应力验算
D.螺栓处腹板强度验算
翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值:
取
(3)柱脚设计
刚架柱与基础铰接,采用平板式铰接柱脚。
基础采用C20混凝土,=9.6.
a.柱脚内力设计值如下:
b.柱脚底板尺寸确定
=340~400mm,取B=360mm。
底板反力为,满足要求。
刚架柱柱脚构造
c.底板厚度确定
,按构造取t=20mm。
d.抗剪连接计算:
由于柱脚铰接,柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底的水平剪力,此水平剪力可由柱脚与混凝土基础间的摩擦力来抵抗。
此时摩擦力,满足要求。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部,钢结构设计规范GB50017—2003.北京:
中国建设工业出版社,2003.
[2]陈树华,刚结构设计[M].武汉:
华中科技大学出版社,2007.
[3]陈志华,刚结构原理[M].武汉:
华中科技大学出版社,2007.
[4]CECS102:
2002.门式刚架轻型房屋刚结构技术规程[S].北京:
中国建筑工业出版社,2003.
[5]GB50018—2002.冷弯薄壁型刚结构技术规范[S].北京:
中国计划出版社,2003.
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