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1、钢结构课程设计书门式钢架 班 级 姓 名 学 号 指导老师 日 期 2016/1/22门式刚架计算书1、设计资料(1)厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架（见图11）。长度90m，柱距6m，跨度18m，门式刚架檐高9m，屋面坡度为1：10。 图11 门式刚架简图(2)材料选用屋面材料：单层彩板。墙面材料：单层彩板。天沟：钢板天沟(3)结构材料材质 钢材：， 基础混凝土：(4)荷载（标准值）静载：有吊顶（含附加荷载）0.5 活载： 风载：基本风压，地面粗糙度为B类，风载体型系数按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。 确定Z值： 取较小
2、值为3.6m，根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程表A.0.2-1注3，因柱距，故风荷载取中间值。 详见图12所示 图12 风荷载体型系数示意图（左风） 雪荷载：(5)其它 本课程设计不考虑地震作用2、荷载计算(1)荷载取值屋面静载： 屋面活载：轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）：风荷载：基本风压，按地面粗糙度为B类；以柱顶为准风压高度变化系数；以屋顶为准风压高度变化系数(2)各部分作用荷载1)屋面静载 标准值：活载 标准值：2)柱荷载静载 标准值：3)风荷载迎风面：柱上 横梁上背风面：柱上 横梁上3、内力分析采用结构力学求解器求解内力，计算简图及结果如下：(1)静载作用下的内力计算图3-1-1
3、 静载内力计算简图（单位：KN/m）图3-1-2 静载作用下弯矩图（单位：KNm）图3-1-3 静载作用下剪力图（单位：KN）图3-1-4 静载作用下轴力图（单位：KN） (2)活载作用下的内力计算图3-2-1 活载内力计算简图（单位：KN/m）图3-2-2 活载作用下弯矩图（单位：KNm）图3-2-3 活载作用下剪力图（单位：KN）图3-2-4 活载作用下轴力图（单位：KN）(3)风载作用下的内力计算 1)左风情况下：图3-3-1 左风载内力计算简图（单位：KN/m） 图3-3-2 左风载作用下弯矩图（单位：KNm）图3-3-3 左风载作用下剪力图（单位：KN）图3-3-4 左风载作用下轴力
4、图（单位：KN） 2)右风情况下：右风荷载作用下，个内力图与左风荷载作用下的内力图刚好对称，不再画出。4、内力组合(1)计算刚架内力组合时，按照如下四种荷载组合进行： ； ； ； 。图41 门式刚架计算截面各工况作用下的截面内力见下表4.1。各荷载作用下的截面内力 表4.1截面内力静载活载左风右风11-59.36-59.3669.063.86-9.25-9.257.356.9526.2126.21-21.0810.42256.2056.2031.5031.50-6.56-6.566.957.35-0.66-0.661.14-2.5733-59.36-59.3669.063.86-27.00-2
5、7.0021.7111.04-6.60-6.605.19-5.83440000-54.00-36.0021.7111.04-6.60-6.6010.155.03由以上计算内力，按照荷载组合规则进行计算，内力组合值如下表4.2所示。 内力组合值 表4.2截面内力 左风右风左风右风左风右风11-154.3-96.41-151.5-32.72-124.037.32-53.96-24.05-17.91-18.22-9.87-10.431.040.4868.1550.3276.8827.6371.70-3.340.7722146.12119.7119.778.4278.4212.112.1-17.06-
6、10.92-10.88-9.73-9.173.173.73-1.72-2.68-3.88-3.03-5.04-2.26-4.2633-154.3-96.42-151.1-32.7-124.037.32-54.0-70.2-51.85-60.9-28.47-43.416.81.89-17.1-12.76-21.3-7.12-21.433.39-11.5440000000-115.2-96.85-105.9-69.7-84.62-23.6-38.54-17.1-8.57-12.87-0.178-7.347.610.445、截面选择与强度验算(1)截面形式及尺寸初选 截面参数表 表5.1截面尺寸长度
7、面积11L42018061090006000972.76108.0818332872.952290006000972.76108.0818332872.9533Z42018061090456000972.76108.0818332872.954490456000972.76108.0818332872.95图51 梁、柱截面形式和尺寸(2) 刚架横梁 1)截面特性 2)局部稳定验算翼缘：腹板： 3）强度验算 因为梁是等截面，因此高度变化率符合的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。 ， 所以11截面的强度验算 因为11截面受到压弯作用，采用以下荷
8、载组合进行验算： a、正应力验算：故截面的边缘正应力比值用代替公式中的：因为，所以，即11截面全部有效。11截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行强度验算：经验算22截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：经验算11截面强度满足要求。22截面的强度验算22截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、 正应力验算：故截面的边缘正应力比值因为，用代替公式中的： 因为，所以，即22截面全部有效。22截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行强度验算：经验算22截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算： 4）整体稳定验算a、平面内稳定根据协会规程第6.1.6条
9、第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于 时，在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度。屋面坡度为小于，故可不验算梁平面内的稳定性。b、平面外稳定 故平面外稳定满足要求。 (3) 刚架柱1)截面特性 2)局部稳定验算翼缘：腹板：3）强度验算因为柱是等截面，因此高度变化率符合的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。 ， 所以 3-3截面的强度验算3-3截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、正应力验算：故截面的边缘正应力比值因为，用代替公式中的： 因为，所以，即3-3截面全部有效。3-3截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行
10、强度验算：经验算3-3截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：44截面的强度验算因为44截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力。 验算采用荷载组合： a、正应力验算：弯矩为0，故截面的边缘正应力比值。因为，用代替公式中的： 因为，所以，即3-3截面全部有效。b、剪应力验算：4）整体稳定验算a、平面内稳定b、平面外稳定 故平面外稳定满足要求。故平面外稳定满足要求。6、位移计算（荷载采用标准值）(1)柱顶侧移计算 图61 刚架柱顶侧移荷载计算简图 杆端位移值 表6.1单元码杆端1杆端2 u v u v 10.0000.000-0.00857.8210.0000.003257.821
11、0.0000.00357.950-1.2870.001357.950-1.2870.00158.0790.0000.003458.0790.0000.0030.0000.000-0.009图62 柱顶侧向位移图（单位：mm）因此柱顶水平位移满足要求。 (2)横梁挠度计算 竖向荷载标准值作用下横梁挠度（取1.0静载1.0活载），用结构力学求解器求解得杆端位移值见下表6.2图63 1.0静载与1.0活载作用下挠度计算简图 杆端位移值 表6.2单元码杆端1杆端2 u v u v 10.0000.0000.003-4.4420.0000.0052-4.4420.0000.0050.000-44.417
12、0.00030.000-44.4170.0004.4420.0000.00544.4420.0000.0050.0000.000-0.003 图64 1.0静载和1.0活载作用下的竖向位移（单位：mm） 横梁挠度满足要求。7、构件连接节点设计(1)梁柱节点设计梁柱节点连接采用端板竖放的连接形式，如图71所示，连接处内力采用以下组合： 图71 梁柱连接节点示意图 图72 螺栓布置图(1-1)采用10.9级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用个高强度螺栓。螺栓群的布置如图7-2所示。螺栓验算顶排螺栓的拉力最大抗拉满足要求
13、第二排螺栓： 第三排螺栓：因为，所以取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承载力端板厚度端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型：两边支承类端板（端板平齐）以及无加劲肋端板，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值。a、两边支承类端板（端板平齐）：b、 无加肋端板：综上所得结果可取端板厚度为t20mm。(1)梁梁节点设计 梁梁拼接节点连接形式如图73所示，连接处选用如下组合内力值： 采用级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用8个高强度螺栓。螺栓群的布置如图74所示。图73 梁梁
14、连接节点示意图图74 螺栓布置图(2-2)螺栓验算底排螺栓的拉力最大 抗拉满足要求。 因为剪力很小，所以无需验算剪力。端板厚度 端板厚度的取值与梁柱节点端板一致，取t20mm。8、柱脚设计按照计算假定，柱脚的形式为铰接，不能抵抗弯矩。剪力由底板与混凝土之间的摩擦力承担（若经过验算不满足，则需设置抗剪键）。柱脚的形式如图81所示，采用四个锚栓与基础连接。锚栓为，。基础砼标号。基础底板设计采用如下荷载组合进行：，。 图81 柱脚详图(1)柱脚底板尺寸的确定假定底板宽度底板长度取(2)柱脚底板厚度的确定底板压力底板按三边支承板一边自由板计算 ，查表得。 因此，底板厚度底板的厚度不小16，所以实际取用底板厚度。(3)柱脚抗剪承载力验算 柱底组合内力均为受压，基础混凝土与柱脚底板间的摩擦系数为0.4，由于，故无需设置抗剪键。9、 抗风柱设计(1)、结构的计算模型抗风柱在风荷载作用下计算模型为一简支梁，如图91所示。计算高度。(2)、截面选择选用，(3)、内力验算 q=4.34KN/m9m 图91 抗风柱计算模型风载标准值： 风载设计值： 弯矩设计值： 剪力设计值： 所以，经验算，强度满足要求。
