演瘾
范文一：轻型门式钢架
轻型门式钢架在我国的应用、现状及其未来展望
摘要:轻型门式刚架结构是国内外应用广泛的新型建筑结构体系，具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置比较灵活等优点。随着我国经济的快速发展, 轻型门式刚架房屋结构也得到迅速的发。本文先介绍轻型门式钢结构的相关的定义，再主要是结合轻型门式钢结构在我国应用的现状，对其从结构组成、材料选择、结构体系布置、除锈与防腐等几个方面进行了阐述和分析，最后对其未来有何发展，发展的方向如何进行展望。 关键词:轻型门式刚架; 轻型房屋;整体性;蒙皮效应 正文:轻型钢结构体系是指结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的屈曲强度利用的钢结构体系。而门式刚架结构是近年来国内应用和发展最为广泛的轻型房屋钢结构体系，承重结构为单跨或多跨门式刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于200kN的中、轻级工作制桥式吊车或30kN悬挂式起重机的房屋钢结构。目前我国门式刚架结构的分析设计和制作安装技术成熟，初期主要应用于各类工业厂房，并形成多种定型成套体系，随着《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的颁布实施，其应用得到了迅猛的发展，国内大约每年有上千万平方米的轻钢建筑竣工，范围已扩大到体育场馆、娱乐场所、公共建筑、仓库及储运设施，超市、零售和商业服务等领域。
1(结构特点
1(1质量轻
围护结构由于采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等轻质材料组成，恒荷载大幅度减小，地基的处理费用相对较低，基础也可以做得比较小，整体结构自重轻。
1(2工业化程度高，施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量易于保证，构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，工地安装方便。除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员的需要量很少，劳动强度轻。
1(3综合经济效益高门式刚架结构采用了计算机辅助设计， 设计周期短;构件采用先进动化设备制造;原材料的种类较少，易于筹措，便于运输;所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益高。 1(4柱网布置比较灵活门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定，可广泛用于大中小跨度、单多层、工业民用建筑，空间布置灵活，建筑表现能力强。
2(结构组成
门式刚架是以轻型焊接H形钢(等截面或变截面)、热轧H形钢(等截面)或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢(槽形、卷边槽形、z形等)做檩条、墙梁;以压型金属板(压型钢板、压型铝板)做屋面、墙面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑一种轻型房屋结构体系。
3(材料选择
轻型门式刚架所用钢材的板件厚度相对较小，构件的稳定性和变形常起控
制作用。对于以强度控制为主的构件，可采用低合金高强度钢，而以变形为控制因素的构件，则采用碳素结构钢较为经济、合理。一般用于承重的冷弯薄壁型钢、热轧型钢和钢板，应采用Q235钢和Q345钢。门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢，非焊接的檩条和墙梁等可采用Q235A，焊接承重结构和重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。
4(结构体系布置
结构体系布置包括结构平面布置、刚架选型、支撑系统布置、檩条和墙梁的布置等方面的内容。
4(1结构平面布置
结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。刚架的柱距主要根据工艺和建筑要求确定，选择合理与否直接影响结构单元面积的耗钢量，一般宜采用6,9m的柱距，面积大的厂房需要考虑温度区段的控制。纵向温度区段<><150m，当计算有依据时温度区段可适当放大。如果房屋的平面尺寸超过上述规定时，需设置伸缩缝，可通过设置双柱或设置檩条和屋面板的可调节构造来实现。>
4(2刚架选型
刚架的选型包括跨度大小和数量的确定，以及刚架截面形状的选择。门式刚架的结构形式多种多样，可以是单跨、双跨、高低跨和多跨，单脊、多脊，或单坡、双坡、多坡，陡坡、缓坡、平坡等。单跨刚架多用于横向空间要求不太大的建筑，一般跨度为18~36m，多采用焊接工字形截面或轧制H型截面，根据其弯距图和跨度确定变截面梁柱的位置和高度，用钢量较小，具有良好的经济性。多跨刚架适用于大型建筑物，其截面选择类似单跨刚架，但中柱一般采用等截面。目前国内门式刚架的最大跨度已达72m，单体覆盖面积超过了7(5万mz。4(3支撑系统门式刚架结构中，支撑系统分为屋盖水平支撑、柱问支撑及其隅撑 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30~45m;有吊车时不宜大于60m，一般设置在柱列的中部，当有两道柱间支撑时，宜分别设置在纵向1,3处。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置，增强刚架的纵向刚度;当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。同时，在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。实腹式轻型门式刚架中，在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间还会设置单根等边角钢隅撑，对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。 4(4檩条和墙梁
当柱距在lOm以下时，檩条通常采用冷弯薄壁型钢，柱距在10,12m范围内时，需要采用更大截面的构件，如高频焊接H型钢等。屋面檩条一般宜等间距布置。但在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长(一般小于<>
构件和围护材料的要求。当采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距由墙板板型和规格确定，且不大于由计算确定的数值。
5(除锈与防腐
钢结构的锈蚀与建筑物周围的环境，大气中的有害成分(如酸、盐等)，建筑物内的湿度、温度和通风情况有关。轻型钢结构不宜用于高湿、高温及强烈腐蚀介质的环境中。设计时可以考虑采取防腐措施:采用利于自然通风的结构布置方案，隔离有腐蚀介质区域或限制腐蚀介质的来源;节点的构造宜简单，尽量避免采用易于积灰、积水及难于检查、清除、涂漆的截面;杆件为开口截面时，开口宜向下;对构件宜优先采用酸洗磷化处理等方法除锈，并选用防锈性能良好的涂料:尽量避免或减少涂刷油漆后进行焊接，以防止破坏漆膜的完整性，对施工中破坏的应及时补涂油漆;经过一定时期就要对刚架进行维护。
门式刚架工业化程度高，安装方便快速，土建施工量小，近年来被大量采用，因此设计者及施工人员应认真学习相关规范及规程，准确理解相应规定，避免造成工程隐患。
随着我国经济的快速增长改革开放的深入，门式刚架轻型钢结构房屋行业也得到飞速发展，尤其在东南沿海地区，新建工厂仑库的需求增长促使轻型钢结构房屋加工安装的厂家如雨后春笋般的发展起来，从开始的小规模发展到现在的现代化大企业，杭萧钢构、浙江精工、恒达钢构、上海通用、吴泰钢构、四新钢构、宝钢彩板、北方空间钢构、北京福田钢构、北京多维钢构、成都汇源、四川恒升等企业都是专业门式刚架轻型钢结构厂家,每年的销售额都在几亿、十几亿元以上。全国从事门式刚架轻型钢结构加工制作的厂家估计有500个左右，具有一定规模的50多家。门式刚架轻型钢结构房屋的制作安装质量也逐步提高，建筑造型也越来越美观新颖，例如上海通用公司的康桥和月浦工业园厂房，巴特勒承建的摩托罗拉天津工程，上海美建兴建的天津开发区造币局厂房及北京一机床新厂房，湖南六建建设的长沙博世厂房等等都是行业的精品工程。门式刚架轻型钢结构是一项最有发展前途的结构型式和制品，根据有关资料统计，2004年门式刚架轻型房屋及彩色涂层压型钢板用钢量占钢结构建筑总用钢量35.8%，其建筑面积占钢结构建筑总面积的80%以上。2006年轻型钢结构厂家巴特勒的销售额为17亿元，工程建筑面积380万平方米;北京北方空间销售额达12.35亿元，工程建筑面积325万平方米。连接件厂家浙江振成销售额达4亿元，自攻螺丝就买了3个亿。门式刚架轻型房屋在各行各业各种类型的厂房仓库，超市批发市场等商店建筑、办公及学校用房、小型体育馆训练馆健身房、展览馆展示场等各个领域都得到非常广泛的应用。说明其未来发展的美好的。
参考文献:[1]中国工程建设标准化协会(门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002)IS](北京:中国计划出版社，2002(
[2] 中华人民共和国建设部建设部( 钢结构设计规范(GB50017—2003)IS](北京:中国计划出版社，2003(
[3] 湖北省发展计划委员会( 冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB5o0l8—2o02)[S](北京:中国计划出版社，2002(
[4] 钢结构设计规范[ S]?GB50017- 2003?
[5] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[ S]?CECS102: 2002?
[6] 周绥平 钢结构 第2 版? 武汉: 武汉理工大学出版社, 2003?
[7] 刘锡良 门式刚架轻钢结构设计与施工[M]? 济南: 山东科学技术出版社, 2001?
[8] 中国j 程建设标准化协会标准(门式刚架轻型房屋钢结构技术规程
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GB50018—2002北京: 1 罔计划出版礼，2002(
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[12] l1华人民 和 闷家标准建筑抗震设汁舰范 S (GB50011—2001(北京中国建筑工、I 出版礼，2001
[13] 王元清;石永久;陈宏;李少甫;;现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[A];2001年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];
[14] 曹恩志;门式刚架轻钢结构的预应力研究[D];西北工业大学;2003年
[15] 徐兆熙;门式刚架轻型房屋钢结构设计简介(2)[J];钢结构;2000年01期
[16] 刘歌青;石永久;王元清;陈宏;刘正元;张秋月;廖新军;章军;多层轻钢结构工业厂房的设计与应用[A];2001年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];2001年
范文二：轻型门式钢架设计
轻型门式钢架设计
http://www.civilcn.com/jiegou/jglw/lilun/1317353125152263.html
http://tv.civilcn.com/pkpm/sts/视频教程
http://tv.civilcn.com/pkpm/sts/index.html
首先说明的是大多数设计院做轻型钢结构厂房无论从各个方面来说还是比不上专业的钢结构公司,原因很简单--尺有所短寸有所长.
所以在民用院混的话没有太大必要掌握这个，当然，多学会一项本领也不是坏事，炒更的机会也多些，轻型门式钢架设计并不难，静下心把本文推荐的几本书看通，再实际操作几个项目基本能掌握设计要领，不用刻意花时间和金钱去了解。
关于门式钢架的设计,基本上北方用PKPM 南方用3D3S。当然了，两款软件各有好处。想设计首先要知道地质条件。然后是该地区的风荷载雪荷载。然后做一个荷载组合（尤其是雪荷载）。最后用软件 。一步一步的人机交互输入数据就可以了.具体操作和参数定义有几本书讲的很详细.
此外，对于新手，可以用《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》《2008版PKPM结构设计软件入门丛书之PKPM软件钢结构设计入门》这两本书学习理论.实际案例操作则可看《PKPM结构设计软件入门与应用实例(钢结构)》，此外，综合应用可以参考大连理工大学2010年2月出版的《PKPM软件STS钢结构设计-从入门到精通》,当然,要是想完全学好钢结构不能速成或者舍本逐源,必须细看建工社的《钢结构设计手册》上下册，至少看完上册，因为这个是少林长拳。最基本的理论都在里面。
最后就是图集了，图集上的案例是按照檐口高度，刚架跨度，柱距，风荷载和雪荷载，是否带吊车和吊车吨位大小来分类的。图集一般偏于保守，含钢量偏大，个人不建议直接选用。但是其中的节点构造和构件之间的连接处理必须理解。图集目录如下：
02SG518-1 门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/122568267112600.html
02(04)SG518-1 门式刚架轻型房屋钢结构（2004年局部修改版）
http://www.civilcn.com/jianzhu/dftj/129108264669551.html
04SG518-2门式刚架轻型房屋钢结构（有悬挂吊车）
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123591910313767.html
04SG518-3 门式刚架轻型房屋钢结构(有吊车)
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123591933613768.html
07SG518-4多跨门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）
http://www.civilcn.com/jiegou/jgtj/123621914913842.html
门式刚架轻型房屋钢结构(有悬挂吊车)附:构件详图
门式刚架轻型房屋钢结构(有吊车)附:构件详图
这些书都看过以后，个人推荐《轻钢结构设计》当然，看书要理提纲，选重点。对于涉及到软件中所有的参数一定要结合《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》《钢结构设计规范》规范以及规范的条文说明彻底去弄通(以上推荐的书中基本都有)，不能抱着书一通烂读，那是没有任何效果的......
看完了书以后就得在土木工程网上找几份门式钢架的图纸细看了，主要看三个方面：节点绘制（毕竟这类结构有点组装积木的味道，大小构件的连接必须弄清楚），各个构件之间刚接与铰接的区分，以及传力路径在节点式样中的体现，绘图格式和表达技巧。也可以下载几份门式钢架毕业设计手算计算书，仔细查看荷载取值，手算步骤和公式。更好的理解。
钢结构厂房我本人做的也独立设计过几个，单跨跨度最大的36m，三连跨跨度最大的90m。带吊车吨位最大的为20t，主要还是要理解计算模型的简化及构成，传力路径在节点大样图中的体现以及传力路径的整体分析。
钢结构设计简单步骤设计思路
（一）判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
（二）结构选型与结构布置
此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是
范文三：浅谈轻型门式钢架
【摘要】轻型门式刚架结构是国内外应用广泛的新型建筑结构体系，具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置比较灵活等优点。随着我国经济的快速发展， 轻型门式刚架房屋结构也得到迅速的发。本文先介绍轻型门式钢结构的相关的定义，再主要是结合轻型门式钢结构在我国应用的现状，对其从结构组成、材料选择、结构体系布置、除锈与防腐等几个方面进行了阐述和分析，最后对其未来有何发展，发展的方向如何进行展望。
【关键词】轻型门式刚架； 轻型房屋；整体性；蒙皮效应
轻型钢结构体系是指结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的屈曲强度利用的钢结构体系。而门式刚架结构是近年来国内应用和发展最为广泛的轻型房屋钢结构体系，承重结构为单跨或多跨门式刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于200kN的中、轻级工作制桥式吊车或30kN悬挂式起重机的房屋钢结构。目前我国门式刚架结构的分析设计和制作安装技术成熟，初期主要应用于各类工业厂房，并形成多种定型成套体系，随着《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）的颁布实施，其应用得到了迅猛的发展，国内大约每年有上千万平方米的轻钢建筑竣工，范围已扩大到体育场馆、娱乐场所、公共建筑、仓库及储运设施，超市、零售和商业服务等领域。
1.结构特点
1.1质量轻
围护结构由于采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等轻质材料组成，恒荷载大幅度减小，地基的处理费用相对较低，基础也可以做得比较小，整体结构自重轻。
1.2工业化程度高，施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量易于保证，构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，工地安装方便。除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员的需要量很少，劳动强度轻。
1.3综合经济效益高门式刚架结构采用了计算机辅助设计， 设计周期短；构件采用先进动化设备制造；原材料的种类较少，易于筹措，便于运输；所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益高。
2.结构组成
门式刚架是以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、卷边槽形、z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑一种轻型房屋结构体系。
3.材料选择
轻型门式刚架所用钢材的板件厚度相对较小，构件的稳定性和变形常起控制作用。对于以强度控制为主的构件，可采用低合金高强度钢，而以变形为控制因素的构件，则采用碳素结构钢较为经济、合理。一般用于承重的冷弯薄壁型钢、热轧型钢和钢板，应采用Q235钢和Q345钢。门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢，非焊接的檩条和墙梁等可采用Q235A，焊接承重结构和重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。
4.结构体系布置
结构体系布置包括结构平面布置、刚架选型、支撑系统布置、檩条和墙梁的布置等方面的内容。
4.1结构平面布置
结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。刚架的柱距主要根据工艺和建筑要求确定，选择合理与否直接影响结构单元面积的耗钢量，一般宜采用6～9m的柱距，面积大的厂房需要考虑温度区段的控制。纵向温度区段 4.2刚架选型
刚架的选型包括跨度大小和数量的确定，以及刚架截面形状的选择。门式刚架的结构形式多种多样，可以是单跨、双跨、高低跨和多跨，单脊、多脊，或单坡、双坡、多坡，陡坡、缓坡、平坡等。单跨刚架多用于横向空间要求不太大的建筑，一般跨度为18～36m，多采用焊接工字形截面或轧制H型截面，根据其弯距图和跨度确定变截面梁柱的位置和高度，用钢量较小，具有良好的经济性。多跨刚架适用于大型建筑物，其截面选择类似单跨刚架，但中柱一般采用等截面。目前国内门式刚架的最大跨度已达72m，单体覆盖面积超过了7.5万mz。4.3支撑系统门式刚架结构中，支撑系统分为屋盖水平支撑、柱问支撑及其隅撑 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30～45m；有吊车时不宜大于60m，一般设置在柱列的中部，当有两道柱间支撑时，宜分别设置在纵向1/3处。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置，增强刚架的纵向刚度；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。同时，在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。实腹式轻型门式刚架中，在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间还会设置单根等边角钢隅撑，对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。
5.除锈与防腐
钢结构的锈蚀与建筑物周围的环境，大气中的有害成分（如酸、盐等），建筑物内的湿度、温度和通风情况有关。轻型钢结构不宜用于高湿、高温及强烈腐蚀介质的环境中。设计时可以考虑采取防腐措施：采用利于自然通风的结构布置方案，隔离有腐蚀介质区域或限制腐蚀介质的来源；节点的构造宜简单，尽量避免采用易于积灰、积水及难于检查、清除、涂漆的截面；杆件为开口截面时，开口宜向下；对构件宜优先采用酸洗磷化处理等方法除锈，并选用防锈性能良好的涂料：尽量避免或减少涂刷油漆后进行焊接，以防止破坏漆膜的完整性，对施工中破坏的应及时补涂油漆；经过一定时期就要对刚架进行维护。
参考文献：
[1]中国工程建设标准化协会.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）IS].北京：中国计划出版社，2002.
[2] 中华人民共和国建设部建设部. 钢结构设计规范（GB50017―2003）IS].北京：中国计划出版社，2003.
[3] 湖北省发展计划委员会. 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB5o0l8―2o02）[S].北京：中国计划出版社，2002.
[4] 钢结构设计规范[ S]GB50017- 2003
[5] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[ S]CECS102： 2002
[6] 周绥平 钢结构 第2 版 武汉： 武汉理工大学出版社， 2003
[7] 刘锡良 门式刚架轻钢结构设计与施工[M] 济南： 山东科学技术出版社， 2001
[8] 中国j 程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].CECS 102：2002北京：中国计划出版社，2003
[9] 华人民共和嘲旧家标准钢结构设}1 规范lS：.GB50017―2003.北京：中国计划Jl『版社，2003.
[10]- 华人民兵和国闰家标准.玲弯薄擘 钢结构技术规范：S：
GB50018―2002北京： 1 罔计划出版礼，2002.
[11] {l华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范 S].GB50009―2001.北京：f{l闰建筑_r业出版 ，2001.
范文四：轻型门式钢架设计
Huazhong University of Science and Technology
建筑钢结构课程设计 ——————轻型门式钢架设计 班级:土木工程 1202班
姓名:
学号:U2012154
指导老师:聂肃非
2015年 11月 11日
目 录
一、设计资料 ……………………… 3
二、荷载计算 ……………………… 4
三、内力分析 ……………………… 5
四、内力组合 ……………………… 15
五、钢架设计 ……………………… 18
(1)截面设计 ……………………… 18
(2)构件验算 ……………………… 18
(3)节点验算 ……………………… 23
六、其它构件设计 ……………………… 27
(1)隅撑的设计 ……………………… 27
(2)檩条的设计 ……………………… 28
(3)墙梁设计 ……………………… 31
(1)山墙抗风柱设计 …………………… 32
(2)屋面支撑设计 ……………………… 35
(3)雨篷设计 ……………………… 36
1、设计资料
某市某加工厂一厂房,该厂房为单层,采用单跨双坡门式刚架,刚架跨度 24m ,柱高 6m ;共 有 20榀刚架,柱距 6.6m ,屋面坡度 1:10;地震设防列度为 6度,地面粗糙度为 B 类。刚架平 面布置见图 1(a),刚架形式及几何尺寸见图 1(b),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,间距为 1.5m ,钢材采用 Q235钢,焊条采用 E43型。
图 ()
刚架平面布置
2、荷载计算
(一)荷载取值计算
1.有吊顶时屋盖永久荷载标准值:0.45 KN/m2
2.屋面可变荷载标准值
屋面活荷载:按不上人屋面考虑, 取为 0.30 KN/m2(计算刚架时) 、 0.50 KN/m2(计算檩条时) 。 雪荷载:基本雪压 S 0=0.50 KN/m2。对于单跨双坡屋面,屋面坡角 α=5°42′ 36″, μr =1.0,
雪荷载标准值
k
S =μr S 0=0.50KN/m2。
取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0.50 KN/m2,不考虑积灰荷载。
3.风荷载标准值
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 CECS102:2002附录 A 的规定计算。
基本风压 ω0=1.0530.35 =0.37KN/m2,地面粗糙度类别为 B 类;风荷载高度变化系数按《建筑 结构荷载规范》 (GB50009-2001)的规定采用,当高度小于 10m 时,按 10m 高度处的数值采用, μz =1.0。风荷载体型系数 μs :迎风面柱及屋面分别为+0.25和-1.0,背风面柱及屋面分别为 +0.55和-0.65(CECS102:2002中间区 ) 。
4.地震作用
据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第 18.8.1条建议:单层门式刚架轻型房屋钢结 构一般在抗震设防烈度小于等于 7度的地区可不进行抗震计算。本工程结构设计抗震设防烈度 为 7度,故可不考虑地震作用。
(二)各部分作用的荷载标准值计算
屋面:
恒荷载标准值:0.4536=2.70KN/m
活荷载标准值:0.5036=3.00KN/m
柱荷载:
恒荷载标准值:0.536312+2.70312=68.40KN
活荷载标准值:3.00312=36.00KN
风荷载标准值:
迎风面:柱上 q w1=0.373630.25=0.555KN/m
横梁上 q w2=-0.373631.0=-2.22KN/m
背风面:柱上 q w3=-0.373630.55=-1.22KN/m
横梁上 q w4=-0.373630.65=-1.44KN/m
3、内力分析
考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便,刚架采用等截 面,梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法确定刚架内力。引用《钢结 构设计与计算》 (包头钢铁设计研究院编著,机械工业出版社)中表 2-29(铰接柱脚门式刚架 计算公式)计算刚架内力。
1.在恒荷载作用下
λ=l/h=24/9=2.67 ψ=f/h=1.0/9=0.11 k=h/s=9/12.0416=0.7474
μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.7474+0.11×(3+0.11)=4.0895
85850.11
0.5227444.0895
ψμ++?Φ=
==? H A =HE =qlλΦ/8=2.7×24×2.67×0.5227/8=11.30KN
M C =ql2[1-(1+ψ) Φ]/8=2.7×242×[1-(1+0.11)×0.5227]/8=81.61KN2m M B =MD =-ql 2Φ/8=-2.7×242×0.5227/8=-101.61KN 2m
刚架在恒荷载作用下的内力如图。
内力计算的“ +、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,在弯矩图中画在受拉侧;轴力以 杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。
2.在活荷载作用下
V A =VE =36.00KN
H A =HE =3.00×24×2.67×0.5227/8=12.56KN
M C =3.00×242[1-(1+0.11)×0.5227]/8=90.68KN2m M B =MD =-3.00×242×0.5227/8=-112.90KN 2m 刚架在活荷载作用下的内力如图。
3.在风荷载作用下
对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力 q x 和竖向的分力 q y 。 现分别计算, 然后再叠 加。
(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力 q w2y 作用下
11(85) (850.11) 0.130716164.0895
ψμΦ=
+=+?=? 22
2.22126.662224E qa V KN l ?===?
V A =2.22×12-6.66=19.98KN
H A =HE =qlλΦ/4=2.22×24×2.67×0.1307/4=4.65KN M B =MD =4.65×9=41.85KN2m
M C = ql2[α2-(1+ψ) Φ]/4=2.22×242×[0.52-1.15×0.1307]/4=31.87KN2
m
刚架在 q w2y 作用下的内力如图
(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力 q w4y 作用下
22
1.44124.322224
E qa V KN l ?===?
V A =1.44×12-4.32=12.96KN
H A =HE =qlλΦ/4=1.44×24×2.67×0.1307/4=3.02KN M B =MD =3.02×9=27.18KN2m
M C = ql2[α2-(1+ψ) Φ]/4=1.44×242×[0.52-1.11×0.1307]/4=21.76KN2m 刚架在 q w4y 作用下的内力如图。
(3)在迎风面柱上风荷载 q w1作用下
α=1,
221
[6(2) ]41
[6(20.110.7474) 0.74741]1.0044.0895
K K ψαμΦ=
++-=?++-?=? V A =-V E =-qh 12/2L=-0.555×92/(2×24)=-0.94KN
0.555911
(2) (21.00) 3.752222
A qh H KN αα??=-
-Φ=--?=- H E =0.555×9-3.75=1.25KN
22
22
0.55591(2) (21.00) 11.2444
B qh M KN m α??=
-Φ=-=?
M D =1.25×9=11.25KN2m
22220.55591[1(1) ][1(10.11) 1.00)]1.2444
C qh M KN m αψ??=-+Φ=-+?=-?
刚架在 q w1作用下的内力如图。
(4)在背风面柱上风荷载 q w3作用下
V A =-V E =-qh 12/2L=-1.22×92/(2×24)=-2.31KN
1.22911
(2) (21.00) 8.242
2
22
E qh H KN α
α
??=-
-
Φ=
-?=
H A =1.2239-8.24=2.74KN
M D =8.2439-1.22392/2=24.75KN2m M B =2.7439=24.66KN2m
2222
1.2291[1(1) ][1(10.11) 1.00)]2.7244
C
qh M KN m
αψ??=-+Φ=-+?=-?刚架在 q w3作用下的内力如图。
(5) 在迎风面横梁上风荷载水平分力 q w2x 作用下 α=1, β=0
0.11(42.6710.11) 0.014484.0895
Φ=
+??=?
2.221.0
(291.0) 0.88224
A E V V KN ?=-=
?+=?
H A =2.22×1.0(1+0.0144)/2=1.13KN H E =2.22×1.0-1.13=1.09KN
2.221.09
[0.110.51.150.0144]0.382
C M KN m ??=
?-?=?
M B =1.13×9=10.17KN2m M D =1.09×9=9.81KN2m 刚架在 q w2x 作用下的内力如图。
(6) 在背风面横梁上风荷载水平分力 q w4x 作用下
1.441.0
(291.0) 0.57224
A E V V KN ?=-=-
?+=-?
H A =1.44×1.0(1+0.0144)/2=0.73KN H E =1.44×1.0-0.73=0.71KN
1.441.09
[0.110.51.150.0144]0.252
C M KN m ??=
?-?=?
M B =0.73×9=6.57KN2m M D =0.71×9=6.39KN2m 刚架在 q w4x 作用下的内力如图。
(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。
4、内力组合
刚架结构构件按承载能力极限状态设计,根据《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2001) 的规定, 采用荷载效应的基本组合:γ0S ≤ R 。本工程结构构件安全等级为二级, γ0=1.0。
对于基本组合,荷载效应组合的设计值 S 从下列组合值中取最不利值确定:
A . 1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应 +1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
B . 1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应 +1.4×风荷载标准值计算的荷载效应
C . 1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应 +1.4×活荷载标准值计算的荷载效应 +0.6×1.4×风荷载标准 值计算的荷载效应
D . 1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应 +1.4×风荷载标准值计算的荷载效应 +0.7×1.4×活荷载标准 值计算的荷载效应
E . 1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应 +0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应
本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面, 对于刚架梁,截面可能的最不利内力组合有:
梁端截面:(1)Mmax 及相应的 N 、 V ; (2)Mmin 及相应的 N 、 V
梁跨中截面:(1)Mmax 及相应的 N 、 V ; (2)Mmin 及相应的 N 、 V
对于刚架柱,截面可能的最不利内力组合有:
(1)Mmax 及相应的 N 、 V ; (2)Mmin 及相应的 N 、 V
(3)Nmax 及相应的±M max 、 V ; (4)Nmin 及相应的±M max 、 V
内力组合见表 1。
刚架内力组合表(以左半跨为例)表 1
注:内力计算的“ +、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力 以绕杆端顺时针方向旋转为正。
注:内力计算的“ +、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力 以绕杆端顺时针方向旋转为正。
《建筑钢结构设计》大作业
5、刚架设计
(一)截面设计
参考类似工程及相关资料,梁柱截面均选用焊接工字钢 450×200×10×12,截面特性: B=200mm, H=450mm, t w =10.0mm, t f =12.0mm, A=82.1cm2 I x =28181cm4, W x =1252cm3, i x =18.53cm I y =1602cm4, W x =160.2cm3, i x =4.42cm
(二)构件验算
1.构件宽厚比的验算
翼缘部分: 15235/f15896/12b/ty =<>
腹板部分: 250235/f50225. 356/824/th y w 0=<== 2.刚架梁的验算="">
梁截面的最大剪力为 V max =91.20KN 考虑仅有支座加劲肋,
8. 0562. 0235/34
. /0<>
y w s f t h λ
f v =125N/mm2
V u =hw t w f v =426×8×125=426000N=426.0KN V max =77.60KN
N=38.45KN, V=91.20KN, M=240.00KN2m
因 V<0.5vu,取 v="0.5Vu,按规范" gb70017式="">
) )((222211A
N f h A h h A M f f f -+=
221938450
(2001220012219)(215) 2198210
=??+??-
=221.08KN2m
故 2(
1) 10.5f
u
eu f
M M V
V M M --+
<>
(3)整体稳定验算
N=38.45KN, V=91.20KN, M=240.00KN2m A .梁平面内的整体稳定性验算。 计算长度取横梁长度 l x =24090mm,
λx =lx /ix =24090/185.3=130<[λ]=150, b="" 类截面,查表得="" ψx="">
223'
00
22
206108210897.91.11.1130
e EX EA N KN ππλ???===?, βmx =1.0
6
30
1' 0
384501.0240.001038.45
0.3878210
(1)
125210(10.387)
1592
mx x
x e e x
EX M N N A W N
βφφ??+=+?-??-?
=205.6N/mm2
B .横梁平面外的整体稳定验算
考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接,有蒙皮作用,檩条可作为横梁平面外的支承点,但为安全 起见,计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑,即 l y =3015mm。 对于等截面构件 γ=0, μs =μw =1
λy=μs l/iy0=3015/44.2=68.2, b 类截面,查表得 ψy =0.762
6. 0133. 1) 4264. 4122. 68(10125242682102. 6843202
3
2>=??????=
by ψ
取 ψb ’ =1.07-0.282/ψby =0.821
2
' '
EX0EX0
N N 1.0-
0.75() 0.976N N t β=+=362
4
max
min
186.0838.4510240.00102134.68181.40/82102818110176.72
N mm σ
???=±=±=?-
max min
0max
1.95σσασ-=
=
故 0053.25(480.5132.4w h t αλ=<+-=,满足要求。>
36max 2
min
4
178.2931.0410230.88102133.78174.51/82102818110174.51
N mm σ
???=±=±=?- max min
0max
1.98σσασ-=
=
故
0053.25(480.5133.8w h t αλ=<+-=,满足要求。 (5)验算檩条集中荷载下的局部受压承载力="" 檩条传给横梁上翼缘的集中荷载:="" f="(1.2×0.27×6+1.4×3.00)×3=18.43KN" l="" z="a+5hy" +2hr="">
223/215/72. 17130
81043. 180. 1mm N f mm N l t F
z w c =<>
验算腹板上边缘处的折算应力:
取梁端截面处的内力:N=38.45KN, V=91.20KN, M=240.00KN2m
6
214
240.0010213181.40/2818110
n M y N mm I σ?==?=? σc =17.72N/mm2
32
4
91.20102001241940.68/28181108
w VS N mm It τ????===??
=168.07N/mm2<1.2f=258 n/mm2,满足要求。="" 3.刚架柱的验算="">
柱截面的最大剪力为 V max =31.14KN
考虑仅有支座加劲肋,
8. 0562. 0235/34
. /0<>
y w s f t h λ
f v =125N/mm2
V u =hw t w f v =426×8×125=426000N=426.0KN V max =31.14KN
N=89.28KN, V=31.14KN, M=240.00KN2N
因 V<0.5vu,取 v="0.5Vu,按规范" gb70017式="">
) )((222211A
N f h A h h A M f f f -+=
221989280(2001220012219)(215) 2198210
=??+??-
=214.58KN2m
故 2
(
1) 10.5f
u
eu f
M M V
V M M --+
<>
(3)整体稳定验算
构件的最大内力:N=121.68KN, M=240.00KN2m A .刚架柱平面内的整体稳定性验算。 刚架柱高 H=9000mm,梁长 L=24090mm. 柱的线刚度 K 1=Ic1/h=28181×104/9000=31312.2mm3
梁线刚度 K 2=Ib0/(2ψS)=28181×104/(2×12045)=11698.2mm3 K2/K1=0.374,查表得柱的计算长度系数 μ=2.862。 刚架柱的计算长度 l x =μh=25758mm。
λx =lx /ix =25758/185.3=139.00。 0<[λ]=150, b="" 类截面,查表得="" ψx="">
223'
00
22
206108210
785.41.11.1139.0
e EX EA N KN ππλ???===?, βmx =1.0
36
30
1' 0
121.68101.0240.0010121.68
0.3498210
(1)
152510(10.349)
785.4
mx x
x e e x
EX
M N
N
A W N βφφ???+=+?-??-?
=208.84N/mm2
B .刚架柱平面外的整体稳定验算
考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接,起到应力蒙皮作用,与柱连接的墙梁可作为柱平面外 的支承点,但为安全起见,计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑,即 l y =3000mm。 对于等截面构件 γ=0, μs =μw =1
λy=μs l/iy0=3000/44.2=67.9, b 类截面,查表得 ψy
=0.764
23
432082104261.1380.667.9152510by ψ?=
??=>?
取 ψb ’ =1.07-0.282/ψby =0.822
2
' '
EX0EX0
N N 1.0-
0.75() 0.863N N t β=+= 36
223
01121.68100.863240.0010184.63/215/0.76482100.822152510
t y e e br M N N mm f N mm A W βφφ???+=+=<=??? (4)按《钢结构设计规范》="" (gb50017-2003)="" 校核刚架柱腹板容许高厚比="">
36max 2
min
4
192.2789.2810240.001021310.87181.40/82102818110170.53
N mm σ
???=±=±=?- max min
0max
1.89σσασ-=
=
故
0053.25(480.598.32w h t αλ=<+-=,满足要求。>
00=α
故 5. 72235) 255. 016(25. 5300=++<>
w f t h λα,满足要求。
4.验算刚架在风荷载作用下的侧移μ I c =Ib =28181cm4, δt = Ic l/hIb =24000/9000=2.67 刚架柱顶等效水平力按下式计算: H=0.67W=0.67×20.34=13.63KN
其中 W=(ω1+ω4) 2h=(0.71+1.55)×9.0=20.34KN
33334
13.63109000(2) (22.67) 56.6[]/150601212206102818110t c Hh mm h mm
EI μξμ??=+=?+=<>
(三)节点验算
1.梁柱连接节点 (1) 螺栓强度验算
梁柱节点采用 10.9级 M24高强度摩擦型螺栓连接,构件接触面采用喷砂,摩擦面抗滑移系数 μ=0.45, 每个高强度螺栓的预拉力为 225N , 连接处传递内力设计值:N=38.45KN, V=91.20KN, M=240.00KN2m 每个螺栓的拉力:
11222
240.000.26538.45161.120.822518084(0.2650.16) i My N N KN KN n y ?=-=-=<>
240.00.1638.4595.380.82251808
4(0.2650.16) i My N N KN KN n y ?=
-=-=<>
0.90.910.452258729.0091.20b V f N n p KN V KN μ==????=>=,满足要
求。
最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力:
91.20/8161.12
1.01729.0/8180V t b b
V t
N N N N +=+=≤,满足要求。 (2)端板厚度验算 端板厚度取为 t=21mm。
按二边支承类端板计算:
23.2t mm
≥
=
=
(3)梁柱节点域的剪应力验算
2240.00
426426b c c M d d t τ==?(4)螺栓处腹板强度验算
N t2=95.38KN<>
3220.40.422510195.65/215/4610
w w
P
N mm f N mm e t ??==<>
2.横梁跨中节点
横梁跨中节点采用 10.9级 M24高强度摩擦型螺栓连接,构件接触面采用喷砂,摩擦面抗滑移 系数 μ=0.45,每个高强度螺栓的预拉力为 225KN ,连接处传递内力设计值:N=31.04KN, V=2.58KN, M=230.88KN2m 。
每个螺栓的拉力:
11222
230.880.26531.04
155.740.822518084(0.2650.16) i My N N KN KN n y ?=-=-=<>
230.880.1631.0492.490.82252808
4(0.2650.16) i My N N KN KN n y ?=
-=-=<>
0.90.910.452258729.02.58b V f N n p KN V KN μ==????=>=,满足要求。 最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力:
2.58/8155.74
0.871729.0/8180V t b b
V t
N N N N +=+=<,满足要求。 (2)端板厚度验算="" 端板厚度取为="" t="23mm。">
22.83t mm
≥
=
=(3)螺栓处腹板强度验算
N t2=92.49KN<>
3
220.40.422510195.65/215/4610
w w
P
N mm f N mm e t ??==<>
3. 柱脚设计
刚架柱与基础铰接,采用平板式铰接柱脚。
(1)柱脚内力设计值
N max =121.68KN, 相应的 V=31.14KN;
N min =9.17KN,相应的 V=8.71KN。
(2)由于柱底剪力较小,
V max =31.14KN<0.4nmax =48.67kn,="" 故一般跨间不需剪力键;="" 但经计算在设置柱间支撑的开间必="">
另 N min >0, 考虑柱间支撑竖向上拔力后, 锚栓仍不承受拉力, 故仅考虑柱在安装过程中的稳定, 按构造要求设置锚栓即可,采用 4M24。
(3)柱脚底板面积和厚度的计算
A .柱脚底板面积的确定
b=b0+2t+2c=200+2×12+2×(20~50)=264~324mm,取 b=300mm;
h=h0+2t+2c=450+2×12+2×(20~50)=514~574mm,取 h=550mm;
底板布置如图。
验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值: 基础采用 C20混凝土, f c =9.6N/mm2
223
/6. 9/62. 0550
3001082. 102mm N f mm N bh N c c =<>
B .底板厚度的确定
根据柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分别计算底板所承受的最大弯距: 对于三边支承板部分:b 2/b1=96/426=0.225<0.3,按悬伸长度为 b="">
m N a M ?=??==660814662. 02
121224σ
对于悬壁板部分:m N a M ?=??==7755062. 02
1212
24σ
底板厚度 mm f M t 6. 13215/66086/6max =?==,取 t=20mm。
6、其它构件设计
(一)隅撑的设计
隅撑按轴心受压构件设计。轴心力 N 按下式计算: KN N f Af
N y 16. 121009. 1268
. 44cos 60215
12200235
cos 603=?=???=
=
θ
连接螺栓采用普通 C 级螺栓 M12。
隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离:l 0=633mm。 选用 L50×4,截面特性:
A=3.90cm2, I u =14.69cm4, W u =4.16cm3, i u =1.94cm, i v =0.99cm
λu=l0/ iu =633/19.4=32.6<[λ]=200, b="" 类截面,查表得="" ψu="">
单面连接的角钢强度设计值乘以折减系数 αy :λ=633/9.9=63.94, αy =0.6+0.0015λ=0.696
223
/215/0. 48390
927. 0696. 01016. 12mm N f mm N A N
u y =<>
(二)檩条的设计
1. 基本资料
檩条选用冷弯薄壁卷槽形钢,按单跨简支构件设计。屋面坡度 1/10,檩条跨度 6m ,于跨中设 一道拉条,水平檩距 1.5m 。材质为钢材 Q235。 2. 荷载及内力
考虑永久荷载与屋面活荷载的组合为控制效应。 檩条线荷载标准值:P k =(0.27+0.5)×1.5=1.155KN/m 檩条线荷载设计值:P k =(1.2×0.27+1.4×0.5)×1.5=1.536KN/m P x =Psinα=0.153KN/m, P y =Pcosα=1.528KN/m; 弯距设计值:
M x =Py l 2/8=1.528×62/8=6.88KN2m M y =Px l 2/8=0.153×62/32=0.17KN2m 3. 截面选择及截面特性
(1) 选用 C180×70×20×2.2
I x =374.90cm4, W x =41.66cm3, i x =7.06cm;
I y =48.97cm4, W ymax =23.19cm3, W ymin =10.02cm3, i y =2.55cm, χ0=2.11cm; 先按毛截面计算的截面应力为:
23
636max 1/48. 1721019. 231017. 01066. 411088. 6mm N W M W M y y x x =??+??=+=σ(压) 2
3
636min 2/18. 1481002. 101017. 01066. 411088. 6mm N W M W M y y x x =??-??=+=σ(压) 2
3
636max 3/82. 1571019. 231017. 01066. 411088. 6mm
N W M W M y y x x =??-??=+=σ(拉) (2)受压板件的稳定系数 A .腹板
腹板为加劲板件, ψ=σ
min /σmax =-157.82/172.48=-0.915>-1,
k=7.8-6.29ψ+9.78ψ2=21.743
B .上翼缘板
上翼缘板为最大压力作用于部分加劲板件的支承边, ψ=σ
min /σmax =148.18/172.48=0.859>-1,
k c =5.89-11.59ψ+6.68ψ2=0.863 (3)受压板件的有效宽度 A .腹板
k=21.743, k c =0.863, b=180mm, c=70mm, t=2.2mm, σ1=172.48N/mm2
1. 1952. 1863
. 0743
. 21180
70
>===
c k k b c ξ
板组约束系数 k 1=0.11+0.93/(ξ-0.05) 2=0.367
080. 348. 172/743. 21367. 0205/20511=??==σρk k
由于 ψ=σ
min /σmax <0,取>
=1.5,
b c =b/(1-ψ)=180/(1+0.915)=93.99mm b/t=180/2.2=81.82
18αρ=18×1.15×3.080=63.76, 38αρ=38×1.15×3.080=134.60 所以 18αρ<38αρ>
mm b t b b c e 62. 8199. 93) 1. 082
. 81060
. 315. 18. 21) 1. 0/8. 21(
=?-??=-=αρ b e1=0.4be =0.4×81.62=32.65mm, b e2=0.6be =0.6×81.62=48.97mm B .上翼缘板
k=0.863, k c =21.743, b=70mm, c=180mm, σ1=172.48N/mm2
1. 1512. 0743
. 21863
. 070
180<>
c k k b
c ξ
板组约束系数 398. 1512. 0/1/
11===k
197. 148. 172/863. 0398. 1205/20511=??==σρk k
由于 ψ=σ
min /σmax >0,则 α
=1.15-0.15ψ=1.15-0.15×0.859=1.021,
b c =b=70mm, b/t=70/2.2=31.82
18αρ=18×1.021×1.197=22.00, 38αρ=38×1.021×1.197=46.44 所以 18αρ<38αρ>
b t b b c e 05. 5770) 1. 082
. 31197
. 1021. 18. 21) 1. 0/8. 21(
=?-??=-=
b e1=0.4be =0.4×57.05=22.82mm, b e2=0.6be =0.6×57.05=34.23mm
C .下翼缘板
下翼缘板全截面受拉,全部有效。 (4)有效净截面模量
上翼缘板的扣除面积宽度为:70-57.05=12.95mm;腹板的扣除面积宽度为:
93.99-81.62=12.37mm, 同时在腹板的计算截面有一 φ13拉条连接孔 (距上翼缘板边缘 35mm ) , 孔位置与扣除面积位置基本相同。 所以腹板的扣除面积按 φ13计算, 见图。 有效净截面模量为:
3422410813. 390) 3590(2. 213902. 295. 121090. 374mm W enx
?=-??-??-?=
1
. 21) 2/2. 21. 21(2. 213) 1. 2182. 222/95. 12(2. 295. 121097. 48224max
-??--+??-?=
eny W
3410257. 2mm ?=
1
. 2170) 2/2. 21. 21(2. 213) 1. 2182. 222/95. 12(2. 295. 121097. 48224max
--??--+??-?=
eny W
3410974. 0mm ?=
W enx /Wx =0.915, W enymax /Wymax =0.973, W enymin /Wymin =0.972 4.强度计算
按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑:
2
24
646max 1/205/97. 18710
257. 21017. 010813. 31088. 6mm N f mm N W e M W M ny y enx x =<>
2
24
4min 2/205/99. 16210974. 01017. 010813. 31088. 6mm
N f mm N We W M ny y enx x =<=??-??=+=σ>
mm l mm y 30200/][11. 2510
9. 374102066000
34
==<=??????=νν ,满足要求。="">
λx =600/7.06=85.0<[λ]=200,满足要求 λy=""><>
(三)墙梁设计
1.基本资料
本工程为单层厂房,刚架柱距为 6m ;外墙高 7.35m ,标高 1.200m 以上采用彩色压型钢板。墙 梁间距 1.5m ,跨中设一道拉条,钢材为 Q235。
2.荷载计算
(1) 墙梁采用冷弯薄壁卷边 C 型钢 160×60×20×2.5,自重 g=7kg/m; (2) 墙重 0.22KN/m2; (3) 风荷载
基本风压 ω0=1.05×0.45=0.473KN/m2, 风荷载标准值按 CECS102:2002中的围护结构计算:ωk =μs μz ω0, μs =-1.1(+1.0)
本工程外墙为落地墙,计算墙梁时不计墙重,另因墙梁先安装故不计拉条作用。 q x =1.2×0.07=0.084KN/m, q y =-1.1×0.473×1.5×1.4=-1.093KN/m 3.内力计算
M x =0.084×62/8=0.378KN2m , M y =1.093×62/8=4.919KN2m 4.强度计算
墙梁 C160×60×20×2.5,平放,开口朝上
W xmax =19.47cm3, W min =8.66cm3, W y =36.02cm3, Iy =288.13cm4 参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验, 取 W enx =0.9 Wx , W eny =0.9 Wy
2
23
3/205/2. 2001002. 369. 010919. 41066. 89. 010378. 0mm
N f mm N W W M eny y enx x =<>
在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧,并在柱底设斜拉条。此时压型钢板与墙梁外侧牢固相连, 可不验算墙梁的整体稳定性。 5.挠度计算
mm l mm 30200/][3. 221013. 2881020660005. 1473. 01. 138454
34
==<>
(四)山墙抗风柱设计
1. 基本资料
本工程山墙墙板为自承重墙;抗风柱 6274mm ,间距采用 6m ,承受的荷载有自重、墙梁重量及 山墙风荷载。抗风柱与基础铰接,按压弯构件设计。抗风柱视为支承于刚架横梁和基础的简支 构件。
该地区基本风压 ω0=0.45KN/m2,地面粗糙度类别为 B 类,隅撑间距 3.0m 。抗风柱采用 Q235钢。
2. 荷载计算
(1) 抗风柱选用焊接工字钢 300×200×6×10,自重 g 1=44.6kg/m (2) 墙梁及其支撑构件重量取 g 2=7kg/m
(3) 风荷载:按 CECS102:2002中的围护结构计算。 ωk =μs μz ω0, μs =-1.0(+1.0), ω0=1.05×0.45=0.473KN/m2 q z =1.2×(0.07×6×3+44.6×6.274×10-2)=4.87KN q y =1.4×1.0×1.0×0.473×6=3.97KN/m
墙梁自重对抗风柱的偏心力矩为 1.2×0.07×6×3×0.23=0.35KN2m 3. 内力计算
N=4.87KN, M=1/8×3.97×6.2742+0.35=19.88KN2m 4. 验算构件的局部稳定性
翼缘宽厚比 b/t=96/10=9.6
2
3
63max min
/49. 3021. 3210
1. 6341088. 19568001087. 4mm N W M A N x x -=??±?=±=σ
947. 1max
min
max 0=-=
σσσα,因 1.6<><>
l 0=6274mm, λx = l0/ ix =48.5<[λ]=150 故="" 7.="">
280
5. 91235) 2. 265. 048(00==>=-+w y t h f λα,满足要求。 5. 强度验算
截面特性:A=56.8cm2, I x =9511cm4, W x =634.1cm3, i x =12.94cm, I y =1334cm4, W y =133.4cm3, i y =4.85cm
2
23
63/215/7. 3010
1. 63405. 11088. 19568001087. 4mm N f mm N W M A N nx x x n =<=???+?=+γ 6.="" 验算弯矩作用平面内的稳定性="" λ="48.5," b="" 类截面,查表得="" ψx="">
KN EA N
EX
1. 44635
. 481. 15680102061. 12
3222' =????==πλπ, βmx =1.0
)
1
. 446387
. 48. 01(101. 63405. 11088. 190. 156800
863. 01087. 4)
8. 01(36
3' 1?-?????+??=-+EX
x x x
mx x N N
W M A
N γβ?
=30.85N/mm2
7. 验算弯矩作用平面外的稳定性 考虑隅撑为抗风柱平面外的侧向支撑点
l 0y =3000mm, λy = l0y / iy =3000/48.5=61.9<[λ]=150, b="" 类截面,查表得="" ψy="">
983. 0235
4400007. 12=?-
=y
y
b f λψ, ε=1.0, βtx =1.0
3
6
3110
1. 634983. 01088. 190. 10. 156800797. 01087. 4?????+??=+x b x tx y W M A N ?βη?
=32.97N/mm2
8. 挠度验算
抗风柱在水平风荷载作用下,可视为单跨简支梁按下式计算其水平挠度:
mm
l mm EI l x k 7. 15400/][1. 410951110206627497. 3384538454
34
4==<>
9. 柱脚设计
因抗风柱承受的竖向荷载很小,故垫板尺寸 按构造要求确定。采用
-400×300×20;锚栓采用 2M20,平面布置 如图。
(五)柱间支撑的设计
1. 柱间支撑的布置如图
2. 柱间支撑为斜杆,采用带张紧装置
的十字交叉圆钢支撑。直杆用檩条兼用,因檩条留有一定的应力裕量,根据经验及类 似工程,不再作压弯杆件的刚度及承载力验算。 3. 柱间支撑荷载及内力 支撑计算简图如图。
作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为(山墙高度取 7.2m ) :
取 μs =0.8+0.5=1.3, ω1=1.3×1.0×0.45×18×
7.35/2=38.70KN
按
一半山墙面作用风载的 1/3考虑节点荷载标准值为:
F wk =1/3×1/2×38.70=6.45KN
节点荷载设计值 F w =1.4×6.45=9.03KN
斜杆拉力设计值 N=9.03/cos43.9191°=12.54KN
4. 斜杆截面设计及强度验算
斜杆选用 φ12圆钢, A=113.0mm2
强度验算:N/A=12.54×103/113.0=111.0N/mm2
刚度验算:张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求。
但从构造上考虑采用 φ16。
(六)屋面支撑设计
1. 屋面支撑布置
檩条间距 1.5m ,水平支撑间距 3m ,如图。
2. 屋面支撑荷载及内力
屋面支撑斜杆采用张紧的圆钢,支撑计算简图如图。 一侧山墙的风荷载体型系数 μs =1.0,
节点荷载标准值 F wk =0.45×1.0×1.0×3.0×7.35/2=4.96KN; 节点荷载设计值 F w =4.96×1.4=6.94KN;
斜杆拉力设计值 N=2.5×6.94/cos29.0546°=19.85KN;
3.斜杆截面设计及强度验算
斜杆选用 φ12圆钢, A=113.0mm2
强度验算:N/A=19.85×103/113.0=175.7N/mm2
刚度验算:张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求。
但从构造上考虑采用 φ16
(七)雨蓬设计
1.基本资料
雨蓬总长 6000mm ,采用悬伸式,悬伸长度 1500mm 。采用 Q235钢。雨蓬围护结构采用 YX51-380-760型单层彩板,檩条选用 C180×70×20×2.2。
2.荷载计算
(1)永久荷载
YX51-380-760型单层彩板 0.15KN/m2
檩条、雨蓬梁及其它构件 0.10 KN/m2
合计 0.25 KN/m2 则作用于雨蓬梁上的线荷载标准值为:0.25×3=0.75 KN/m2
(2)活荷载
沿板宽每隔 1.0m 取一个施工或检修集中荷载,每个集中荷载取 1.0KN ,作用位置取雨蓬 最外端。则作用于雨蓬梁上的活荷载标准值为 3.5KN 。
(4)风荷载
雨蓬的风荷载体型系数 μs =2.0, ω0=0.45KN/m2
ωk =μs μz ω0=2.0×1.0×0.45=0.90 KN/m2
折算成作用于雨蓬梁上的荷载标准值为:0.90×3=2.70KN/m
3.内力计算及截面设计
雨蓬梁的计算简图如图。
g+q=1.2×0.75+1.4×2.70=4.68KN/m
P=1.4×3.5=4.9KN
梁根部为最不利截面:
M=12.62KN2m , V=11.92KN。
雨蓬梁选用变截面焊接工字型钢 (200~100)×150×6×8。 梁根部截面特性:
A=3504m2, I x =6×1843/12+8×150×962×2=2523×104mm 4, W x =2523×104/96=26.3×104mm 3
2230/125/8. 1018461092. 11mm N f mm N t h V v w =<>
224
6
/215/7. 4510
3. 2605. 11062. 12mm N f mm N W M nx x x =<=???=γ,满足要求。 雨蓬梁与刚架柱采用="" 4m20普通="" c="">
范文五：轻型门式钢架设计计算书
1. 设计资料 . ..................................................................................................................................... 2
2. 门式钢架形式和几何尺寸 . ......................................................................................................... 2
3. 荷载 . ............................................................................................................................................. 3
4. 内力计算 . ..................................................................................................................................... 4 4.1. 初选截面 .......................................................................................................................... 4 4.2. 钢柱 AB 截面验算 ........................................................................................................... 8 4.2.1. 截面几何特性 . ....................................................................................................... 8 4.2.2. 内力 . ....................................................................................................................... 8 4.2.3. 计算长度 . ............................................................................................................... 8 4.2.4. 强度验算 . ............................................................................................................... 8 4.2.4.1. 控制截面的强度验算 . ........................................................................................ 8 4.2.4.2. 抗剪承载力验算 . ................................................................................................ 9 4.2.4.3. 抗弯承载力验算 . ................................................................................................ 9 4.2.5. 整体稳定验算 . ....................................................................................................... 9 4.2.5.1. 平面内整体稳定 . ................................................................................................ 9 4.2.5.2. 平面外整体稳定 . .............................................................................................. 10 4.2.6. 局部稳定验算 . ..................................................................................................... 10 4.3. 钢梁 CD 截面验算 ......................................................................................................... 11 4.3.1. 截面几何性质 . ..................................................................................................... 11 4.3.2. 内力 . ..................................................................................................................... 11 4.3.3. 强度验算 . ............................................................................................................. 11 4.3.3.1. 控制截面的强度验算 . ...................................................................................... 11 4.3.3.2. 抗剪承载力验算 . .............................................................................................. 11 4.3.3.3. 抗弯承载能力验算 . .......................................................................................... 12 4.3.4. 整体稳定验算 . ..................................................................................................... 12 4.3.4.1. 平面内整体稳定 . .............................................................................................. 12 4.3.4.2. 平面外整体稳定性 . .......................................................................................... 12 4.3.4.3. 局部稳定验算 . .................................................................................................. 13 4.4. 节点验算 ........................................................................................................................ 13 4.4.1. 边柱与横梁连接节点 . ......................................................................................... 14 4.4.1.1. 连接节点高强螺栓验算 . .................................................................................. 14 4.4.1.2. 端板厚度验算 . .................................................................................................. 15 4.4.1.3. 梁柱节点域的剪力验算 . .................................................................................. 16 4.4.2. 横梁与横梁拼接节点(屋脊节点) .................................................................. 16 4.4.2.1. 连接节点高强螺栓验算 . .................................................................................. 16 4.4.2.2. 端板厚度验算 . .................................................................................................. 18 4.4.2.3. 螺栓处腹板强度验算 . ...................................................................................... 19 4.4.2.4. 柱脚底板的厚度 t . ............................................................................................ 21 4.4.3. 牛腿节点 . ............................................................................................................. 22 4.4.3.1. 牛腿根部截面强度验算:. .............................................................................. 24
门式刚架厂房设计计算书
1. 设计资料
本项目设计基准期为 50年, 属于丙类建筑, 抗震设防烈度为 6度, 设计地震分组为第一组, 场地类别为 B 类。该厂房采用单跨双坡门式刚架,厂房跨度 18m ,长度 90m ,柱距 9m ,檐 高 10m ,屋面坡度 1/10。刚架为等截面的梁、柱,柱脚为铰接。采用焊接 H 型钢,材料采 用 Q235B 钢材,焊条采用 E43型。
2. 门式钢架形式和几何尺寸
由于钢架跨度不太大, 故梁、 柱截面均采用等截面焊接工字型。 屋面坡度 i=1/10(α=5.71°) , 因此檩条采用镀锌冷弯薄壁卷边 C 型钢。檩条间距为 1.0m 。墙梁也采用冷弯薄壁卷边 c 型 钢。 由于该厂房设有 5t 桥式吊车, 故采用刚接柱脚。 该厂房长度 90m , 跨度 18m , 柱距 9m , 共有 11榀刚架,由于纵向温度区段不大于 300m 、横向温度区段不大于 150m ,因此不用设 置伸缩缝。
厂房长度 >60m,因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑;并在屋盖相应部位设 置檩条、 斜拉条、 拉条和撑杆; 同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑, 由于柱高 >
柱距,因此柱间支撑分层布置。
3. 荷载
永久荷载标准值 0.4KN/m 活荷载
计算刚架时为 0.3KN/m2,计算檩条时为 0.5KN/m2 雪 载
20.2/kN m
风 载
基本风压 200.55/N m ω=,地面粗糙度:B 类
风荷载体形系数
风荷载示意图
基本风压值为 w0=0.55KN/m2,地面粗糙度为 B 类,风荷载高度变化系数按建筑高度小于 10m 部分取 μz=1.0,10m~13.2m部分取 μz=1.09;风振系数取 βz=1.0;风荷载体形系数 μs 根据《门规》附录 A 的封闭式单跨双坡屋面中间区取值,如图。
w1=βz μz μs1w0B=1.0×1.0×0.25×0.55×1.05×9.0=1.3KN/m
w2=βz μz μs2w0B=1.0×1.09×(-1.0)×0.55×1.05×9.0=-5.67KN/m
w3=βz μz μs3w0B=1.0×1.09×(-0.65)×0.55×1.05×9.0=-3.68KN/m
w4=βz μz μs4w0B=1.0×1.09×(-0.55)×0.55×1.05×9.0=-3.12KN/m
吊车荷载
根据电算,吊车作用在牛腿上的最大竖向荷载 Dmax=267.2KN,
横向水平荷载 Tmax=8.92
4. 内力计算
4.1. 初选截面
轻钢梁的截面高度 h 一般取 1/30~1/45倍的梁跨度 L, 暂取梁高 600mm ,选用 H600×160×8×12。柱初选截面为 H550×310×6×12。
截面几何特性:
柱:EA=2.06×105N/mm2×10596mm2=2.183×106KN
EIx=2.06×105N/mm2×61122×104mm4=1.259×105KN ·㎡
梁:EA=2.06×105N/mm2×8448mm2=1.74×106KN
EIx=2.06×105N/mm2×45936×104mm4=9.463×104KN ·㎡
截面内力
4.2. 钢柱 AB 截面验算
4.2.1. 截面几何特性
截 面 参 数 : B1= 310, B2= 310, H= 550, Tw= 6, T1= 12, T2= 12, 截 面 面 积 A=10596mm2, 截 面 惯 性 矩 Ix=611220000mm4, Iy=59591000mm4, 截 面 地 抗 拒 Wx=2222600mm3, Wy=384500mm3,回转半径 ix=240.1mm, iy=75mm,长细比:λx=71.1,λy=100
4.2.2. 内力
根据内力包络图,可得出杆件的最大内力设计值为
A 端:弯矩:MA=-264.1KN.m,剪力:V A=-61.5KN, 轴力:NA=457KN B 端:弯矩:MB=-239.2KN.m,剪力:VB=42.1KN, 轴力:NB=-87KN
4.2.3. 计算长度
平面外计算长度:AC 柱的平面外计算长度取柱间支撑侧向支撑点的间距,即 Loy=7.5m。 平面内的计算长度:17.08m
4.2.4. 强度验算
4.2.4.1. 控制截面的强度验算
2v 23
/125f /5. 19526
6105. 61mm N mm N h t V w w A ==??==<>
226
3/215/3. 1562222600
05. 1101. 2641059610457mm N f mm N W M An N v nx x A A =<=??+?=+γ满足强度>
4.2.4.2. 抗剪承载力验算
由 于 钢 柱 仅 设 有 支 座 加 劲 肋 , 腹 板 不 设 有 横 向 加 劲 肋 , 所 以 K τ=5.34, 则
4. 1, 8. 0025. 1235
/23534. 50. 376
/2350. 37<>===
y w w w f k t h τλ
2' /107125)]8. 0025. 1(64. 00. 1[)]8. 0(64. 00. 1[mm KN f f v w v =?--=--=λ KN KN f h t V v w w d 5. 617. 3371075266' >=??==满足设计要求。 4.2.4.3. 抗弯承载力验算
由于 V<>
KN M m KN A NW M e e e .
6. 267. 6. 45910596/2222600870002152222600/M N
e =≥=?-?=-=满足设计要求。
4.2.5. 整体稳定验算
4.2.5.1. 平面内整体稳定
λx=71.1<>
对于 x 轴,按 b 类截面,材质 Q235, 查表得 745. 0x =?,对有侧移钢架 0. 1m =β
KN EA N
E 2. 38741
. 711. 1105961006. 2πλ1. 1π2
522x 2' 0
x =????== 2
26
30' 0/215/9. 1202222600]745. 0) 2. 3874/87(0. 1[101. 2640. 110596745. 01087) /(1m m N f m m N W N N Mc A N ex x EX mx e x C ==??-??+
??=-+ ?β?
4.2.5.2. 平面外整体稳定
λy=100<>
对于 y 轴,按 b 类截面,材质为 Q235, 查表可得 572. 0y =?,则
2
' 0' 0) /(75. 0/1EX EX t N Nc N Nc +-=β=978. 0) 2. 3874/87(75. 0) 2. 3874
/87(12=?+- 由于钢柱为等截面,故 γ=d1/d0-1=0
0. 1023. 01=+=f s A lh γμ
0. 100385. 010=+=y w i γμ
10075/75000. 1/00=?==y s y i l μλ
6. 026. 1235/235550
4. 4121000. 10. 12222600550105961004320) /235() 4. 4() (4320242
04
20>=??+??=
+=) () () y y w s x y br f h
t W Ah λμμλ?
修正 br ?可得:881. 026. 1/238. 007. 1/238. 007. 1' =-=-=br br ??
=+e
br A t e y A
w M A N ' ?β?226
6
3/215/3. 20710
223. 2881. 0101. 264978. 010596572. 010457mm N f mm N =<=????+??>
4.2.6. 局部稳定验算
15235
2357. 12122/) 6310(1=<=-=t b="" 满足钢柱翼缘局部稳定要求。="">
250235
2357. 8765260=<==w t="" h="">
11 / 24
4.3. 钢梁 CD 截面验算
4.3.1. 截面几何性质
截面参数 : B1= 160, B2= 160, H= 600, Tw= 8, T1= 12, T2= 12
截面面积 A=8448mm2,截面惯性矩 Ix=459360000mm4, Iy=8216600mm4,截面地抗拒 Wx=1531200mm3, Wy=102700mm3,回转半径 ix=233.2mm, iy=31.1mm,平面内计算长度 18.09m ,平面外计算长度 3m ,长细比:λx=81,λy=96.5
4.3.2. 内力
根据内力包络图,可得出杆件的最大内力设计值为:
B 端:弯矩:MB=239.2KN.m,剪力:VB=82.8KN, 轴力:NB=49KN
C 端:弯矩:MC=-143.9KN.m,剪力:VC=-11KN, 轴力:NC=-32KN
4.3.3. 强度验算
4.3.3.1. 控制截面的强度验算
B 端强度
2v 23
/125f /18576
8108. 82mm N mm N h t V w w B ==??==<τ>
3/215/6. 1541531200
05. 1102. 23984481049mm N f mm N W M An N v nx x B B =<=??+?=+γ>
D 端强度
2v 23
/125f /4. 2576
81011mm N mm N h t V w w C ==??==<τ>
3/215/3. 931531200
05. 1109. 14384481032mm N f mm N W M An N v nx x C C =<=??+?=+γ>
4.3.3.2. 抗剪承载力验算
由于钢梁腹板不设横向加劲肋,所以 K τ=5.34
12 / 24 4. 1, 8. 0842. 0235
/23534. 0. 37/2350. 37<>===y w w w f k h τλ 2' /64. 121125)]8. 0842. 0(64. 00. 1[)]8. 0(64. 00. 1[mm KN f f v w v =?--=--=λ KN KN f h t V v w w d 8. 825. 56064. 1215768' >=??==
满足设计要求
4.3.3.3. 抗弯承载能力验算
由于 V<>
m KN M m KN A NW M e e e . 2. 239. 3. 3208448/1531200490002151531200/M N e =≥=?-?=-=满足设计要求
4.3.4. 整体稳定验算
4.3.4.1. 平面内整体稳定
对于 x 轴,按 b 类截面,材质 Q235, 查表得 681. 0x =?对有侧移钢架 0. 1m =β
λx=81<>
KN EA N E 9. 237981
1. 184481006. 2πλ1. 1π2522x 2'
0x =????== 2
26
30' 0/215/1671531200]681. 0) 9. 2379/49(0. 1[102. 2390. 18448681. 01049) /(1m m N f m m N W N N M A N ex x EX B mx e x B ==??-??+??=-+ ?β? 4.3.4.2. 平面外整体稳定性
λy=96.5<>
对于 y 轴,按 b 类截面,材质 Q235, 查表得 578. 0y =?
2' 0' 0) /(75. 0/1EX B EX B t N N N N +-=β=98. 0) 9. 2379/49(75. 0) 9. 2379
/49(12=?+- 由于钢梁为等截面,故 γ=d1/d0-1=0
0. 1023. 01=+=f s A lh γμ
0. 100385. 010=+=y w i γμ
13 / 24
5. 96/00==y s y i l μλ
6. 0677. 1235/235600
4. 4125. 960. 10. 1153120060084485. 964320) /235() 4. 4() (432024220420>=??+??=+=) () () y y w s x y br f h t W Ah μμλ?
修正 br ?可得:928. 0677. 1/238. 007. 1/238. 007. 1' =-=-=br br ??
=+e br B t e y B w M A N ' ?β?22663/215/17510
5312. 1928. 0102. 23998. 08448578. 01049mm N f mm N =<=????+??>
4.3.4.3. 局部稳定验算
15235
23533. 6122/) 8160(1=<=-=t b="" 满足钢柱翼缘局部稳定要求。="">
250235
2357285760=<==w t="" h="" 钢柱腹板满足局部稳定要求。="" 4.4.="">
M
14 / 24
4.4.1. 边柱与横梁连接节点
4.4.1.1. 连接节点高强螺栓验算
梁柱节点采用端板横放的连接方式,采用 M20(10.9级)摩擦型高强度螺栓连接,接触面 积采用喷砂后生赤锈处理,摩擦面抗滑移系数 μ=0.45,每个高强度螺栓的预拉力为 P=155KN。
考虑各种荷载效应的组合后, 根据内力包络图, 可得出边柱与横梁连接节点处的最大内力设 计值为:
弯矩:MB=239.2KN.m,剪力:VB=42.1KN, 轴力:NB=87KN
最不利高强度螺栓杆轴方向受拉验算
KN P KN n N M N 1248. 094. 11810
1087) 320218(4320102. 239-y y 3
2262i 11t ==?-+???==<>
最不利螺栓拉剪承载力验算
由于沿受力方向的连接长度 mm d mm l 33022151564001=?=>=
螺栓的抗剪承载力设计值应乘以折减系数 β
15 / 24 91. 022
1506401. 1150-1. 101=?-==d l β KN KN N p n N t f b V 21. 410
1. 4233. 2) 94. 11825. 1155(45. 00. 19. 091. 0)]25. 1(9. 0[11
=<=?-????=-=μβ不满足 改用公式="" )="" 25.="" 1(9.="" 011∑∑="">
n i ti f n i i b v N nP n N V μ KN N y M N n i i
y n i ti 4. 8584) 320218(4218102. 2394) 320218(4320102. 239226226122
1=?+???+?+???=-=∑∑== KN
V KN N nP n B n i ti f 1. 428. 175) 4. 85825. 115510(45. 00. 19. 0) 25. 1(9. 01=>=?-????=-∑=μ满足抗剪强度
4.4.1.2. 端板厚度验算
端板按构造要求大于 16mm ,并且不小于连接螺栓的直径。
采用 Q235B, 抗拉强度设计值 f=205N/mm2。
不考虑杠杆撬力作用时外伸端板的厚度计算为 :
mm bf e N t b c 6. 29205
31045101558832t =????== 考虑杠杆撬力作用时外伸端板的厚度计算为 :
86. 0310/2221/-10=?-==b nd δ
145
4512===e e ρ 0. 1303. 0194
. 118155111≤=-=???? ??-=t b t N N ρβ 5055. 0303. 0-1303. 086. 01-11=??
? ??=???? ??=ββδα, 435. 186. 05055. 011=?+=+=δαψ,
mm bf e N t t p 67. 21435
. 1205310451094. 11888321=?????==ψ 因为螺栓直径为 20mm, 按构造要求外伸端板的厚度不宜小于连接螺栓的直径, 所以考虑撬力
16 / 24
及构造要求后,端板厚度取 22mm 。
考虑撬力影响时,高强度螺栓的轴向受拉承载力还需按如下公式验算
335. 01226. 2915594. 11886. 0111221=????????-??? ???=???
?????-???? ??=tp tc N N b t t δα 67. 246. 29220. 1335. 086. 015522=???
???????? ?????=??????????? ??=tc tp N Q b t δαρKN KN 75. 193
15525. 11.25N 143.61KN 24.67118.94Q Nt1b t =?=<=+=+>
4.4.1.3. 梁柱节点域的剪力验算
KN fv KN t d d M c c b 1256. 1316
526576102. 2396
=>=???==τ不满足抗剪承载力。 采取局部加宽腹板厚度,将柱腹板由 6mm 改为 8mm 。 则 KN fv KN t d d M c c b 1257. 988
526576102. 2396
=<=???==τ调整后满足设计要求。 kn="" p="" kn="" n="" n="" m="" n="" 624.="" 03.="">
1087) 320218(4218102. 239-y y 3
2262i 12t =>=?-+???== 223
2/215/2. 2088
47103. 78mm N f mm N t e N w w t =<=??=满足设计要求 4.4.2.="">
4.4.2.1. 连接节点高强螺栓验算
屋脊节点采用端板外伸的连接方式, 采用 M20(10.9级) 摩擦型高强 度螺栓连接,接触面采用喷砂后生赤锈处理,摩擦面抗滑移系数 μ=0.45,每个高强度螺栓的预拉力为 P=155KN.
17 / 24
取内力组合
弯矩:M C =143.9KN.m,剪力:V C =-11KN, 轴力:N C =-32KN 最不利高强度螺栓杆轴方向受拉验算
KN P KN n N M N 1248. 024. 6610
1032) 346244(4346109. 143-y y 3
2262i 11t ==?-+???==<>
最不利螺栓拉剪承载力验算
由于沿受力方向的连接长度 mm d mm l 33022151569301=?=>=
螺栓的抗剪承载力设计值应乘以折减系数 β
18 / 24 89. 022
1506931. 1150-1. 101=?-==d l β KN KN N p n N t f b V 1. 110
1126) 24. 6625. 1155(45. 00. 19. 089. 0)]25. 1(9. 0[11
=>=?-????=-=μβ 满足抗剪强度
4.4.2.2. 端板厚度验算 端板按构造要求大于 16mm ,并且不小于连接螺栓的直径。
采用 Q235B, 抗拉强度设计值 f=205N/mm2。
不考虑杠杆撬力作用时外伸端板的厚度计算为 :
mm bf e N t b c 40205
17045101558832t =????== 考虑杠杆撬力作用时外伸端板的厚度计算为 :
74. 0170/2221/-10=?-==b nd δ
145
4512===e e ρ 0. 134. 1124
. 66155111>=-=???? ??-=t b t N N ρβ 0. 1=, α
74. 174. 011=+=+=δαψ,
mm bf e N t t p 8. 1974
. 1205170451024. 6688321=?????==ψ 因为螺栓直径为 20mm, 按构造要求外伸端板的厚度不宜小于连接螺 栓的直径,所以考虑撬力及构造要求后,端板厚度取 22mm 。
考虑撬力影响时, 高强度螺栓的轴向受拉承载力还需按如下公式验算
19 / 24 558. 01224015524. 6674. 0111221=????????-??? ???=???
?????-???? ??=tp tc N N b t t δα 36. 1940220. 1558. 074. 015522=???????
???? ?????=??????????? ??=tc tp N Q b t δαρKN KN 75. 193
15525. 11.25N 85.6KN 19.3666.24Q Nt1b t =?=<=+=+>
4.4.2.3. 螺栓处腹板强度验算
KN P KN n N M N 624. 077. 45101032) 346244(4244109. 143-y y 3
2262i
12t =<=?-+???==>
/215/5. 1688
4610624. 0mm N f mm N t e p w w =<=??==σ满足设计要求>
本工程由于有起重量为 5t 和 10t 的吊车, 故采用刚接方式与基础相连, 地脚螺栓采用 Q235B, 直径为 M36的螺栓,有效面积 A e =817mm2, 抗 拉强度 2/140mm N f a t =。基础采用独立基础,混凝土强度等级为 C30, 基础尺寸采用 700mm ×1000mm ,混 凝土轴心抗压强 度设计值 fc=14.3N/mm2弹性模量 E C =3.0×104N/㎜ 2. 根据内力包络图可得出最 大内力组合为:
弯矩:M A =-264.1KN.m,剪力:V A =-61.5KN, 轴力:N A =457KN 柱脚尺寸如图
20 / 24
()()mm a b b B mm a l h L t t 49020702310228507080255022=+?+=++==+?+=++=
21 / 24 mm l L mm N M e t 16536578457101. 2643=??
? ??+>=?== 根据《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)新规范此项规定仍采 用 2002版 的 规 定 , 混 凝 土 局 部 受 压 时 的 高 度 提 高 系 数 为 :3. 1490
850/70010001=??==A A c b β,钢材与混凝土的弹性模量之比 87. 60. 3/6. 20==c α,受拉侧锚栓的总有效面积 224518173mm A t e =?=,总 拉力 KN T 14. 3431402451=?=, 受拉底板边缘到受拉螺栓中心的距离 mm l t 70=, 则底板受压区的长度 mm x n 8. 330=(用 matlab 计算得出) ()()2
23/6. 183. 143. 1/93. 73/8. 330-70-8508. 330490705878505. 01045723/5. 02m m N f m m N x l L Bx l e L N c n t n t c =?=<=??-+???=---+=?βσ)>
受拉螺栓的总拉力为
KN
T KN x l L x L e N T n t n a 14. 3438. 1853
/8. 33070850) 3/8. 3308505. 0587(104573/) 3/5. 0(3=<=--+?-??=--+-= 4.4.2.4.="" 柱脚底板的厚度="">
两相邻边支承板:5. 0215/4. 107/22==a b ,查表得 06. 0=α
mm N a M c . 2199421593. 706. 02222=??==ασ
三边支承板一:9. 0166/150/' 2' 2==a b ,查表得 105. 0' =α
mm N a M c . 5. 22944
16693. 7105. 0' ' 222' 2=??==σα 三边支承板二:2121/242/' ' 2' ' 2==a b ,查表得 132. 0' ' =α
mm N a M c . 15326
12193. 7132. 0' ' ' ' 222' ' 2=??==σα 则 mm N M M i ?==5. 22944' 2max , mm f M t i 9. 25205
5. 2294466max =?=≥
22 / 24
取底板厚 t=30mm即可满足设计要求。
钢柱与柱脚底板的连接焊缝计算
本工程钢柱与底板间的焊接形式采用完全融透的坡口对接焊缝, 可以 认为焊缝与柱截面是等强的,不必进行焊缝强度验算。
柱脚水平抗剪验算
()()KN V KN T N V a sc fb 5. 6112. 2578. 1854574. 0=>=+=+=μ
满足抗剪要求, 可以不设抗剪键, 但按构造要求还是在柱脚底部设了 抗剪键,如图。
4.4.3. 牛腿节点
23 / 24
牛腿根部截面如图所示,
截面积 2112cm A =, 惯性矩
432440cm I x =,截面抵抗
矩 31622cm W x =, 腹板最高
点的面积矩 34. 898cm S x =。
钢牛腿承担吊车系统传
来的竖向荷载最大值为
267.2KN 。则
m
KN D M ?=?=?=12. 60225
. 0267.2e max KN V 2. 267=
24 / 24
4.4.3.1. 牛腿根部截面强度验算 :
2236
/215/1. 3710
16221012. 60mm N f mm N W M x =<=??==σ>
3/125/7410
1032440104. 898102. 267mm N f mm N It VS v w =<=?????==τ>
222222/215/4. 1337431. 373mm N f mm N c =<>
牛腿上、 下翼缘与钢柱采用完全焊透的对接 v 形焊缝, 焊缝与钢柱等 强,因此不必进行焊缝验算。
所有验算项目完毕。
