某27m跨門式剛架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、門式剛架課程設(shè)計(jì)學(xué)校名稱河海大學(xué)姓名唐堯?qū)W號 06046124任課教師張莉日期 2009/06/18門式剛架計(jì)算書1、設(shè)計(jì)資料(1)、廠房柱網(wǎng)布置廠房為單跨雙坡門式剛架(見圖 11)。 長度 90m,柱距 7.5m,跨度 27m,門式剛架檐高 6m,屋面坡度為 1:10。圖 11 門式剛架簡圖(2)、材料選用屋面材料：單層彩板墻面材料：單層彩板大溝：鋼板大溝結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)鋼材選用Q235-B,f=215N/mm2,fv=125N/mm2基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號：C25,fc=12.5N/mm2荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)I恒載：0.4KN/m2II活載:0.5KN/m2田風(fēng)載：基本風(fēng)壓W。=0.35KN/m2,地面粗糙

2、度為 B 類，風(fēng)載體型系數(shù)按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS102:2002)封閉式建筑類型中間區(qū)的風(fēng)荷載體型系數(shù)采用。確定 Z 值：1)27M0.1=2.7m,2z=5.4m2)0.4H=0.46=2.4m,2z=4.8m取較小值為 4.8m,根據(jù)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程表 A.0.2-1注 3,因柱距7.5m4.8m,故風(fēng)荷載取中間值。詳見圖 12 所示、圖 12 風(fēng)荷載體型系數(shù)示意圖（左風(fēng)）IV雪荷載：0.2KN/m2（5）、其它本課程設(shè)計(jì)不考慮地震作用2、荷載計(jì)算（1）、荷載取值屋面包載：0.4KN/m2屋面活載：0.5KN/m2輕質(zhì)墻面及柱自重（包括柱、墻骨架）：0.5

3、KN/mm2風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓風(fēng)=1.05父0.35=0.37KN/m2,按地面粗糙度為 B 類;以柱頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)4=1Qwi=0.37KN/m2;以屋頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)Jz=1.0,W2-0.37KN/m2（2）、各部分作用荷載1）、屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)化0.4M7.5=3.0KN/m活載標(biāo)準(zhǔn)化0.5M7.5=3.75KN/mID0J2）、柱荷載恒載標(biāo)準(zhǔn)化0.5M7.5=3.75KN/m3）、風(fēng)荷載迎風(fēng)面柱上qW=0.37M7.5M0.25=0.69KN/m橫梁上qw=-0.377.51.02.78KN/m背風(fēng)面柱上qw=-0.37父7.5父0.55=1.53KN/m橫梁上qw-9.37

4、7.50.65-1.80KN/m3、內(nèi)力分析采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器 V2.0 版求解內(nèi)力，計(jì)算簡圖及結(jié)果如下:圖 31 恒載內(nèi)力計(jì)算簡圖桿端 1桿端 2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)(1)63.2025.060.00-40.70-25.06-150.38-28.9938.01-150.3824.95-2.4990.52-24.952.4990.52-28.99-38.01-150.3740.7025.06-150.3763.2025.060.00內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下:表 3.1(2)、活載作用下的內(nèi)力計(jì)算(1)、恒載作用下的內(nèi)力計(jì)算.3T5； S.T

5、QN1)、左風(fēng)情況下:桿端 1桿端 2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)(1)-50.88-31.330.0050.88-31.33-187.97-36.2447.51-187.97-31.18-3.12113.16-31.183.12113.1636.24-47.51-187.97-50.8831.33-187.9750.8831.330.00內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下:表 3.2(3)、風(fēng)載作用下的內(nèi)力計(jì)算oflofltlX1341-(17 78 8三三三圖 3-2 活載內(nèi)力計(jì)算簡圖圖 33 左風(fēng)載內(nèi)力計(jì)算簡圖內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下:表 3.3桿端 1桿端

6、2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)(1)34.5522.670.0034.5518.53123.6221.8832.54123.6221.885.18-61.9822.470.74-61.9822.4721.5088.9223.63-20.0088.9223.63-9.420.002）、右風(fēng)情況下:桿端 1桿端 2單元碼軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)軸力(KN)剪力(KN)彎矩(KNm)(1)23.639.420.0023.6320.2288.92內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下:表 3.4圖 34 右風(fēng)載內(nèi)力計(jì)算簡圖22.47-21.5088.922

7、2.47-0.74-61.9821.88-5.18-61.9821.8832.54123.6234.55-18.53123.6234.55-22.670.00(4)內(nèi)力計(jì)算匯總見下表等截面剛架在各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表 3.5計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算簡圖及內(nèi)力圖(M、N、Q)備注恒荷載作用恒荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）彎矩圖/KNm恒荷載 （標(biāo)準(zhǔn)值） 軸力圖/KN恒荷載 （標(biāo)準(zhǔn)值） 剪力圖/KN彎矩圖軸力圖（拉為正,壓為負(fù)）剪力圖活荷載作用一4、內(nèi)力組合(1)計(jì)算剛架內(nèi)力組合時(shí)，按照如下四種荷載組合進(jìn)行:1.2恒載+1.4活載；1.2恒載+1.4活載+1.4父0.6風(fēng)載;1.2恒載+1.4M0.7M活載+1

8、.4風(fēng)載；1.0恒載+1.4風(fēng)載。各工況作用下的截面內(nèi)力見下表 4.1。各荷載作用下的截面內(nèi)力表 4.1截面內(nèi)力沼我左風(fēng)右風(fēng)I一IM0.00.00.00.0N-63.2-50.934.623.6Q-25.0-31.322.79.4n-nM-150.4-188.0123.688.9N-40.7-50.934.623.6Q-25.0-31.318.520.2m-mM-150.4-188.0123.688.9N-29.0-36.221.922.5Q38.047.5-32.5-21.5IVIVM90.5113.2-62.0-62.0N-25.0-31.221.922.5Q-2.5-3.15.2-0.7

9、由以上計(jì)算內(nèi)力，按照荷載組合規(guī)則進(jìn)行計(jì)算，內(nèi)力組合值如下表 4.2 所示內(nèi)力組合值表 4.2截面內(nèi)力1.2 恒+1.4活1.2恒+1.4活力.4父0.6風(fēng)1.2恒+1.4M0.7活+1.4風(fēng)1.0 恒+1.4 風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)I一IM0.00.00.00.00.00.00.0N-147.1-118.0-127.3-77.3-92.7-14.8-30.2Q-73.8-54.8-65.9-28.9-47.56.8-11.8n-nM-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9N-120.1-91.0-100.3-50.3-65.77.7-7.7Q-73.8

10、-58.3-56.9-34.8-32.40.93.3m-mM-443.7-339.9-369.0-191.7-240.322.6-25.9N-85.5-67.1-66.6-39.6-38.81.72.5Q112.184.894.046.762.1-7.57.9IVIVM267.1215.0215.0132.7132.73.73.7N-73.7-55.3-54.8-29.9-29.15.76.5Q-7.3-3.0-7.91.2-7.04.8-3.55、截面選擇與強(qiáng)度驗(yàn)算(1)截面形式及尺寸初選采用實(shí)腹式門式剛架，梁的截面高度h一般取(1/301/45)l=(1/30-1/45)x27000=90

11、0600mm,柱的截面高度h一般取(1/121/28)H=(1/12-1/28)x5700二475204mm,門式剛架梁柱截面選用工字型截面,具體尺寸及截面特性見下表5.1截面信息表表 5.1截面截面名稱長度(mm)(mm2)繞弱軸慣矩(M104mm4)繞弱軸截面33(父10mm)繞強(qiáng)軸慣性矩44(父10mm)繞強(qiáng)軸截面33(父10mm)I一IZ600M006X125700106565401360.171797.72393.3n-n5700106565401360.171797.72393.3m-mL600M006X1213567106565401360.171797.72393.3IVIV1

12、356710655401360.171797.72393.36（2）剛架柱1）截面特性A=10656mm2,Ix=7.17977108mm4,1y=5.401107mm4_33_33ix=259.5mm,iy=71.1mm,Wx=2393.3103mm3,Wy=360.1103mm3平面內(nèi)有效長度K2=0（柱腳與基礎(chǔ)混凝土較接）查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表D2得2.07.11799Hx=2.075700=11799mm,-x=45.5259.5平面外計(jì)算長度（考慮在柱的中點(diǎn)設(shè)置隅撐）2850d=40.171.12）局部穩(wěn)定驗(yàn)算3）強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)橹堑冉孛?，因此高度變化率符?0mm/m 的條件，所以考慮板

13、件的屈曲后強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按照下式計(jì)算：Vd=hwtwf。梁柱都不設(shè)置橫向加K1=ICLBIbH27.1345.7=4.76(Ic=Ib)H0y=2850mm,1y12=12.315,235=15,滿足要求。235牛=250,滿足要求。圖 51 梁、柱截面形式和尺寸腹板：=96:250tw6用巧代替公式九phwtw28.1k；=235fy中的fy：R 二 1 二1.113.80=15.2kN/mm2kc161+P)2+0.112(1-P2+(1+P)hw/tw5766p28.1,235(RS)28.1.4.235/15.2=0.43因?yàn)閄p=0.430.8，所以P=1,即II截面全部有效。

14、N2.2二 113.80N/mm：f=215N/mmAb、剪應(yīng)力驗(yàn)算M=73.8kN：Vd=hwtwfv=576698.7=341kN經(jīng)驗(yàn)算I-I截面強(qiáng)度滿足要求k=5.34,hw=576mm,tw=6mm因?yàn)?.8九w1.4,所以f=00.64(h0.8)九=0.795fv=98.7N/mm2II截面的強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)镮I截面只存在軸力和剪力，分別驗(yàn)算截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力正應(yīng)力驗(yàn)算采用荷載組合：M=0.0kNm,N=-147.1kN,V=73.8kN剪應(yīng)力驗(yàn)算采用荷載組合：M=0.0kNm,N=-147.1kN,V=73.8kNa、正應(yīng)力驗(yàn)算：N147.11032.2二 1-13.80N/mm2

15、二f=215N/mm2A10656彎矩為0,故截面的邊緣正應(yīng)力比值P=1.0勁肋:tw37k235y5766375.341.12235235HII截面的強(qiáng)度驗(yàn)算n-n截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：M=M43.7kNm,N=120.1kN,V=73.8kNa、正應(yīng)力驗(yàn)算:NM120.1103443.7106+106562393.3103=196.7N/mm2：二f=215N/mm2NM120.1103443.71062AWe106562393.3103=-174.1N/mm2故截面的邊緣正應(yīng)力比值:=上-174.1二-0.885196.7因?yàn)樨?f,用？R9代替公式九p28.1 k

16、j235fy中的fy：2RC1=1.1196.7=216.4kN/mm2kc16-2-211-0.1121T)+(1：16=21.16-0.8850.11210.8851-0.885hw/tw5766p28.1235(R0.71二 1)28.1.21.16、235/216.4因以不需用Q=1.07亨=1.07喳2=0.796代替中bb1.03b且取b=1.0N：txMx120.1103(八0.987221.9106二 xx=1.0yAbWx0.899106561.02393.3103_2_2=12.591.5=104N/mmfy=215N/mm截面利用率M21443.

17、7487.6=0.910C2得巴=0.876Ex二2EA1.1X2_5_102.061051065621.145.52=9639KN,Pmx=1.0-tx=1-N/NEX0.75(N/NEX)2=1120.196390.75(120.19639)2=0.987因?yàn)?、y120竿=120,對于雙軸對稱工字形截面取b=1.07上半段柱：兩端有彎矩，故等效彎矩系數(shù)-tx=0.65+0.35膽=0.65+0.350.5=0.825=1.0因?yàn)橐圆恍栌肣=1.07空82=1.07絲跑=0.796代替中b;：b1.03且取b=1.0N-txMx120.11030.825443.71

18、06x=1.0七yAbWx0.899106561.02393.310322-12.5152.9=165.4N/mmfy=215N/mm故平面外穩(wěn)定滿足要求(3)剛架橫梁1)截面特性A=1065n6m2Ix,=7.17978mm140v=,5.rr4m)1410 xyix=259.n5miy,=7mm1Wx=,23933n3Wp=,3Bir6i031103000Hoy=3000mm,y=42.2y71.12)局部穩(wěn)定驗(yàn)算普b(300-6)/2235累緣：=1一=12.3；15,=15,滿足要求。t12235腹板：hw=576=962501咨=250，滿足要求。tw6fy3)強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)榱菏堑冉孛?/p>

19、，因此高度變化率符合60mm/m 的條件，所以考慮板件的屈曲后強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按照下式計(jì)算：Vd=hwtw/。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋M(jìn)1亙=120,對于雙軸對稱工字形截面取fy2ok=5.34,hw=576mm,tw=6mmhwtw5766w=1.1237k235y375.34235235因?yàn)?.8-w1.4,所以fv=10.64(h0.8fv=0.795fv=98.7N/mm2m-in 截面的強(qiáng)度驗(yàn)算田-田截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：M=M43.7kNm,N=-85.5kN,V=112.1kNa、正應(yīng)力驗(yàn)算:443.71062.一 2”193.4N/mm二f=215N/m

20、m2393.3103443.71062=-177.4N/mm22393.3103_NM85.5103一AWe-10656_N_JM_85.5103-2一A一雙一10656故截面的邊緣正應(yīng)力比值一：H0.917193.4因?yàn)椤?f,用YR。1代替公式九phwttw28.1k;235fy中的fy：R二 1 二1.1193.4=212.7kN/mm2kc16J(1Mj+0.112(1/)2+(1+P)16221-0.917-0.11210.9171-0.917=21.92hwtw二576628.1,k0235(R二1)28.1.21.92、235/212.7=0.69因?yàn)樵?.8,所以P=1,即 m

21、-田截面全部有效。田-田截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用M=112.1kN0.5Vd=0.5，twfv=0.5576698.7=170.5kN所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算:M；=MeNWe/公=f-N/AeWe33=215-85.510/106562393.310=495.4kNmNM=443.7kNm:二Me經(jīng)驗(yàn)算m-m截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率M4=44紅=0.896MeN495.4b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：VI=112.1kN 二 Vd=hwtwt=576698.7=341kNIVIV截面的強(qiáng)度驗(yàn)算IV-IV截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算:M=267.1kNm,N-73.7kN,V

22、=-7.3kNa、正應(yīng)力驗(yàn)算:AWe73.7103267.11063106562393.310，一,2=118.5N/mm一一2二 f=215N/mmNM73.7103267.11062二23=-104.7N/mmAW106562393.3103故截面的邊緣正應(yīng)力比值=衛(wèi)/=-0.884二1118.5因?yàn)椤?f,用為 5 代替公式=星中的fy：28.1&；235fyR01二1.1118.5=130.4kN/mm2kc16J(1”f+0.112(1-1f+(1+P)16=21.141-0.8840.11210.884i11-0.884hwtw5766p28.1.1235(R)28.1.2

23、1.14、.235/130.4=0.55因?yàn)殓?.8,所以P=1,即田-田截面全部有效。IVIV截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用M=7.3kN：0.5Vd=0.5hwtwfv=0.5576698.7=170.5kN所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：M；=Me-NWe/Ae=f-N/AeWeh2i5-73.7103/106562393.3103=498.0kNmM=267.1kNmMeN經(jīng)驗(yàn)算IV-IV截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率%=2671=0.536Me498b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：VI=7.3kN 二 Vd=hwtwfv=576698.7=341kN4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算a、平面內(nèi)穩(wěn)定根據(jù)協(xié)會(huì)規(guī)程第 6.1.6 條第一款的規(guī)定，實(shí)腹式剛架梁當(dāng)屋面坡度小于 10時(shí),在剛架平面內(nèi)可可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度。屋面坡度為 5.7小于 10,故可不驗(yàn)算梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性。b、平面外穩(wěn)定由-y=42.2 及 b 類截面查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附表 C2 得y=0.883由于構(gòu)件段內(nèi)有端彎矩和橫向荷載，且使構(gòu)件產(chǎn)生同向曲率，故等效彎矩系數(shù)力=1.0,=1.0因?yàn)橐?,查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范4400044000得不需用%,=1.07-呼82=1.07a82：0.796 弋替匕b1.03且取b=1.0N-txMx85.51031.0443.7106+n_tx_x=+1