24m跨門式剛架計算書

24m跨門式剛架計算書鋼結構課程設計計算書姓名學號班級指導教師常州工學院成教學院二〇一五年十二月輕型門式剛架剛架計算書1.1設計資料本設計為北京市某郊外（B類地區(qū)）一汽車展廳—輕型門式剛架結構，該展廳為單跨雙坡門式剛架結構，見圖1.所示。屋面坡度為1:15，剛架為變截面梁、柱，柱腳鉸接，柱距6m，展廳總長54m，跨度為24m。2400024000材料采用Q345B鋼材，焊條采用E50型。屋面和墻面采用75mm厚及100mm厚雙層彩色壓型鋼板莢芯板，彩板均為0.6mm厚鍍鋅彩板，鍍鋅層厚為275g/㎡；屋面檁條及墻面檁條均采用鍍鋅冷彎薄壁型鋼檁條，鍍鋅層厚為160g/㎡。莢芯板厚根據(jù)展廳所在當?shù)販囟扔嬎愦_定，保溫材料可選聚胺脂、玻璃棉或巖棉等。自然條件： 基本雪壓：0.40kN/㎡；基本風壓：0.45kN/㎡。本工程地面粗糙度為B類，場地為三類場地，地下水位為-5m，基礎持力層為密實中砂，地基承載力特征值為fa=160kN/㎡。本工程不考慮地震作用。結構平面布置圖如圖2所示。柱間支撐布置圖如圖3所示。屋面梁和屋面支撐平面布置圖如圖4所示。屋面檁條和隅撐布置圖如圖5所示。圖2結構平面布置圖圖3柱間支撐布置圖圖4結構平面布置圖圖5屋面檁條和隅撐布置圖1.2構件截面初選剛架簡圖見圖6.構件截面尺寸及特性見表1.圖6構件簡圖表1構件截面信息表單元號截面名稱長度(mm)面積(mm2)繞強軸慣性矩(x104mm4)繞弱軸慣性矩(x104mm4)繞強軸計算長度系數(shù)繞弱軸計算長度系數(shù)柱1H400~800x300x8x127000102081340830650142931540254032.1971.000柱8H400~800x300x8x127000102081340830650142931540254032.1971.000梁2H500~700x200x8x104510784094403138668575133513365.3330.665梁3H500x200x8x10501178403138613354.8000.599梁4H500~700x200x8x102506784094403138668575133513369.6001.197梁5H500~700x200x8x102506784094403138668575133513369.6001.197梁6H500x200x8x10501178403138613354.8000.599梁7H500~700x200x8x104510784094403138668575133513365.3330.6651.3剛架受力分析1）荷載取值計算屋面自重（標準值，沿坡向）：彩色壓型鋼板復合板0.18kN/㎡檁條及其支撐0.15kN/㎡剛架橫梁0.10kN/㎡總計0.43kN/㎡屋面雪荷載（標準值）0.40kN/㎡屋面均布活荷載（標準值）0.50kN/㎡（不與雪荷載同時考慮）墻面及柱自重（標準值）（包括墻面材料、墻梁及剛架柱）0.55kN/㎡風載基本風壓w0=0.45kN/㎡，地面粗糙度為B類，按封閉式建筑選取中間區(qū)單元，剛架風載體型系數(shù)按《規(guī)程》附錄A取定，如圖7所示：圖7風載體型系數(shù)2）分項荷載作用計算①屋面永久荷載作用：標準值圖8剛架上恒載作用圖（單位：kN/m）②屋面可變荷載作用：標準值圖9剛架上活載作用圖（單位：kN/m）③柱身永久荷載：標準值④風載（如圖10所示）：墻面風荷載變化系數(shù)按柱頂標高計算取為1.0，w=1.0×0.45=0.45kN/㎡墻面風壓標準值屋面風荷載變化系數(shù)按屋頂標高計算取為1.0，w=1.0×0.45=0.45kN/㎡屋面負風壓標準值圖10剛架上風載作用圖（單位：kN/m）3）內力計算及組合（1）剛架內力計算本結構為柱腳鉸接單層單跨剛架體系，在力學上為一次超靜定結構，采用力法可以較方便的求解結構在各種荷載作用下的內力。變截面構件的截面特性可分段計算，每段近似取平均值作為構件截面特性代表值。荷載組合考慮以下幾種情況1)1.20恒載+1.40活載2)1.20恒載+1.40左風3)1.20恒載+1.40活載+1.40x0.60左風4)1.20恒載+1.40左風+1.40x0.60右風5)1.00恒載+1.40右風定義工況0為恒載，工況1為活載，工況2為左風，工況2為右風。(1)各工況下荷載內力圖見圖11所示。a)工況0_恒載軸力N圖(單位：kN)b)工況0_恒載剪力V圖(單位：kN)c)工況0_恒載彎矩M圖(單位：kN.m)d)工況1_活載軸力N圖(單位：kN)e)工況1_活載剪力V圖(單位：kN)f)工況1_活載彎矩M圖(單位：kN.m)g)工況2_左風軸力N圖(單位：kN)h)工況2_左風剪力V圖(單位：kN)i)工況2_左風彎矩M圖(單位：kN.m)j)工況3_右風軸力N圖(單位：kN)k)工況3_右風剪力V圖(單位：kN)l)工況3_右風彎矩M圖(單位：kN.m)圖11各工況下內力圖剛架內力組合見表2。表2剛架內力組合見表組合號單元號小節(jié)點N(kN)小節(jié)點V(kN)小節(jié)點M(kN.m)大節(jié)點N(kN)大節(jié)點V(kN)大節(jié)點M(kN.m)1-129.449.60.0-95.049.6-347.82-58.5-89.7-346.4-56.2-55.1-33.83-56.2-56.8-33.8-53.5-16.6149.414-53.5-18.7149.4-52.21.4170.75-52.2-1.7170.7-53.518.4149.46-53.516.6149.4-56.256.8-33.87-56.255.4-33.8-58.589.9-346.48-95.0-49.6-347.8-129.4-49.60.01-35.6-4.40.0-1.22.56.622-2.7-1.07.3-2.6-0.811.0

續(xù)表23-2.6-0.811.0-2.6-0.614.524-2.6-0.714.5-2.6-0.516.05-2.5-0.715.9-2.82.713.46-2.82.713.4-3.29.5-17.17-3.29.5-17.1-3.615.4-70.58-15.7-2.1-68.6-50.0-17.40.01-102.932.70.0-68.536.9-244.32-43.3-64.6-242.8-41.7-39.8-17.43-41.7-41.0-17.4-39.8-12.2115.334-39.8-13.7115.3-38.80.7131.55-38.8-1.6131.4-39.914.8114.76-39.913.4114.7-42.046.2-34.37-42.045.2-34.3-43.973.4-289.58-77.2-36.7-289.4-111.6-45.90.01-111.645.90.0-77.236.7-289.42-43.9-73.2-289.5-42.0-45.0-34.33-42.0-46.2-34.3-39.9-13.4114.744-39.9-15.0114.7-38.81.4131.45-38.8-0.9131.5-39.813.5115.36-39.812.2115.3-41.741.0-17.47-41.740.0-17.4-43.364.8-242.88-68.5-36.9-244.3-102.9-32.70.01-36.813.50.0-8.1-1.8-40.921.0-8.2-42.91.3-5.0-14.431.3-5.0-14.41.5-1.31.5541.5-1.31.51.60.62.451.50.72.41.6-0.82.661.6-0.82.61.8-3.713.771.8-3.613.72.0-6.234.886.31.434.3-22.38.40.0（3）最不利組合荷載作用下剛架M、N、V圖見圖12。a)軸力N包絡圖(單位：kN)b)剪力V包絡圖(單位：kN)c）彎矩M包絡圖(單位：kN.m)圖12最不利內力圖1.4剛架構件設計梁、柱截面及截面特性見表3.表3梁、柱截面及截面特性部位截面簡圖截面特性剛架橫梁1-1剖面2—200×10—700×8截面積A=94.4cm2慣性矩Ix=6857.5cm4Iy=1336.2cm4截面模量Wx=1959.3cm3Wy=1336.2cm3回轉半徑ix=26.59cmiy=37cm2-23-3剖面2—200×10—500×8截面積A=90.08cm2慣性矩Ix=26132.6cm4Iy=3126.6cm4截面模量Wx=1306.63cm3Wy=250.13cm3回轉半徑ix=17.03cmiy=5.89cm4-4剖面2—200×10—700×8截面積A=106.08cm2慣性矩Ix=64609cm4Iy=3127.5cm4截面模量Wx=2153.6cm3Wy=250.2cm3回轉半徑ix=24.68cmiy=5.43cm剛架柱5-5剖面2—300×12—800×8截面積A=135.76cm2慣性矩Ix=159345.7cm4Iy=3649.3cm4截面模量Wx=3749.3cm3Wy=291.944cm3回轉半徑ix=34.3cmiy=5.2cm6-6剖面2—300×12—400×8截面積A=91.76m2慣性矩Ix=15667.3cm4Iy=3646.9cm4截面模量Wx=1044.5cm3Wy=291.752cm3回轉半徑ix=13.1cmiy=6.3cm1）構件寬厚比驗算（1）梁翼緣（滿足要求）柱翼緣（滿足要求）（3）梁腹板1-1截面（滿足要求）2-2截面、3-3截面（滿足要求）4-4截面（滿足要求）（4）柱腹板柱底6-6截面（滿足要求）柱頂5-5截面（滿足要求）2）有效截面特性（1）柱有效截面特性翼緣：柱受壓翼緣為一邊支承、一邊自由的均勻受壓板件，當其自由外伸寬厚比不超過規(guī)范所規(guī)定的允許寬厚比時，柱受壓翼緣全截面有效。由α=（σ1-σ2）/σ1=0，查得ξ=5=19.04（滿足要求）腹板：柱腹板為兩邊支承非均勻受壓板件，其有效寬度按規(guī)范計算。柱頂5-5截面腹板最大、最小應力腹板受壓區(qū)高度故取故取=1.0，即柱頂腹板全截面有效。柱底6-6截面：故取由得，則故取，即柱底腹板全截面有效。（2）梁有效截面特性翼緣：梁受壓翼緣為一邊支承，一邊自由的均勻受壓板件，當其自由外伸寬厚比不超過規(guī)范所規(guī)定允許寬厚比時，梁受壓翼緣全截面有效。1-1截面：（滿足要求）3-3截面：（滿足要求）4-4截面：（滿足要求）腹板：梁腹板為兩邊支承非均勻受壓板件，其有效寬度按規(guī)范計算。1-1截面：腹板最大、最小應力腹板受壓區(qū)高度故取故取=1.0，即腹板全截面有效。3-3截面：腹板最大、最小應力腹板有效寬度故取故取ρ=1.0，即3-3截面梁腹板全截面有效。4-4截面腹板最大、最小應力腹板有效寬度故取故取=1.0，即4-4截面梁腹板全截面有效。3）剛架梁的驗算（1）抗剪承載力驗算梁截面的最大剪力Vmax=102.98kN考慮僅有支座加勁肋，取=5.34,且1.4。（滿足要求）（2）彎剪壓共同作用下的強度驗算1-1截面驗算M=511.5，N=72.938kN，V=110.24kN由3-3截面M=189.95，N=67.1kN，V=21.19kN4-4截面M=220.76kNm，N=65.39kN，V=－11.69kN4）剛架柱的驗算（1）抗剪承載力驗算柱截面的最大剪力Vmax=64.5kN考慮僅有支座加勁肋，取=5.34（滿足要求）（2）彎剪壓共同作用下的強度驗算（滿足要求）（3）平面內整體穩(wěn)定驗算柱的計算長度，=0.543（注：上式中20.25mm見后文位移計算部分）則,查表得：=0.632，取βmx=1.0kN=215（滿足要求）（4）平面外整體穩(wěn)定性驗算楔率：，取,查表（滿足要求）5）位移計算（1）柱頂水平位移的驗算梁柱平均慣性矩為：（滿足規(guī)范要求）（2）梁跨中最大撓度的驗算由結構力學力法求解得梁跨中最大撓度為139.8mm（滿足《規(guī)程》要求）。1.5剛架節(jié)點設計1）梁柱節(jié)點設計梁柱連接節(jié)點詳圖見圖12.圖12梁柱連接節(jié)點詳圖（1）梁柱連接節(jié)點計算見表4.節(jié)點控制內力為M=346.4kNm，N=58.5kN，V=89.7kN表4梁柱連接節(jié)點計算（一）輸入信息1）梁柱幾何尺寸梁端柱端截面高度Hmm700800截面寬度Bmm200300腹板厚度Twmm88翼緣厚度Tfmm10122）高強螺栓信息高強螺栓數(shù)量14高強螺栓的直徑mm22高強螺栓強度等級10.9摩擦面抗滑移系數(shù)μ0.45最外排螺栓到翼緣邊的距離efmm50.0高強螺栓到腹板邊的距離ewmm55.0第2排螺栓和第3排螺栓間距amm75.0高強螺栓排列參數(shù)xixi^2第1排高強螺栓到螺栓群形心的距離x1mm203.041209.0第2排高強螺栓到螺栓群形心的距離x2mm278.077284.0第3排高強螺栓到螺栓群形心的距離x3mm388.0150544.03）端板尺寸信息端板厚度t18端板寬度bmm300.04）材料特性材料牌號Q345Q345屈服強度fyMPa345.0345.0抗拉強度設計值fMPa310.0310.0抗剪強度設計值fvMPa180.0180.0彈性模量EMPa206000.0206000.05）內力設計值控制組合1.2恒+1.4活軸力設計值（壓力為負）kN58.50剪力設計值kN89.70彎矩設計值kN*m346.40（二）高強螺栓群承載力驗算1）高強螺栓承載力設計值高強螺栓預拉力PkN190.0《鋼結構設計規(guī)范》表7.2.2-2摩擦面抗滑移系數(shù)0.45《鋼結構設計規(guī)范》表7.2.2-1高強螺栓抗拉承載力設計值Ntb=0.8PkN152.0《鋼結構設計規(guī)范》第7.2.2條高強螺栓抗剪承載力設計值Nvb=0.9*nf*μPkN77.0《鋼結構設計規(guī)范》式（7.2.2-1）2）高強螺栓群內力驗算彎矩M作用下高強螺栓的拉力設計值假設螺栓群在彎矩作用下繞形心轉動第1排螺栓拉力Nt1kN65.34第2排螺栓拉力Nt2kN89.49第3排螺栓拉力Nt3kN124.89軸力N作用下高強螺栓的拉力設計值kN4.18高強螺栓最大拉力NtkN129.07翼緣內第2排螺栓的拉力Nt2kN93.66每個高強螺栓所受的剪力設計值NvkN6.413）高強螺栓群承載力驗算Nv/Nvb0.083Nt/Ntb0.849高強螺栓群承載力驗算應力比Nv/Nvb+Nt/Ntb0.932《鋼結構設計規(guī)范》式（7.2.2-2）（三）端板厚度驗算最不利位置出現(xiàn)在最外側螺栓處端板類型兩邊支承類端板端板外伸最外排高強螺栓到翼緣邊的距離efmm50.0高強螺栓到腹板邊線的距離ewmm55.0端板寬度bmm300.00端板厚度tmm18.00端板強度設計值fMPa310.00高強螺栓抗拉承載力設計值Nt=0.8PkN152.0端板所需厚度tmm17.31《門鋼規(guī)程》式（7.2.9-3a）端板厚度驗算應力比0.9617（四）腹板抗拉驗算翼緣內第2排一個螺栓的拉力設計值Nt2kN93.660.4PkN76.00腹板抗拉驗算σ=max(0.4P,Nt2)/ew/twMPa212.87腹板強度設計值fMPa310.00腹板抗拉強度驗算應力比0.6867《門鋼規(guī)程》式（7.2.11）（五）節(jié)點域抗剪驗算節(jié)點域不平衡彎矩設計值MkN*m346.40節(jié)點域寬度dcmm776節(jié)點域高度dbmm680節(jié)點域厚度tcmm8.00《門鋼規(guī)程》式（7.2.10-2）節(jié)點域剪應力τ=M/(db*dc*tc)MPa82.1節(jié)點域抗剪強度設計值fvMPa180.0節(jié)點域抗剪強度驗算應力比0.4559《門鋼規(guī)程》式（7.2.10-1）（六）驗算結果匯總驗算內容計算值容許值螺栓群承載力驗算應力比0.93241.0000端板厚度驗算應力比0.96171.0000腹板抗拉驗算應力比0.68671.0000節(jié)點域抗剪驗算應力比0.45591.00002）梁—梁節(jié)點設計（1）2-2梁梁節(jié)點連接詳圖見圖13.圖132-2梁梁連接節(jié)點詳圖2-2梁梁連接節(jié)點計算見表5.表52-2梁梁節(jié)點計算（一）信息1）梁梁幾何尺寸梁端截面高度Hmm500截面寬度Bmm200腹板厚度Twmm8翼緣厚度Tfmm102）高強螺栓信息高強螺栓數(shù)量12高強螺栓的直徑mm16高強螺栓強度等級10.9摩擦面抗滑移系數(shù)μ0.45最外排螺栓到翼緣邊的距離efmm40.0高強螺栓到腹板邊的距離ewmm45.0高強螺栓排列參數(shù)xixi^2第1排高強螺栓到螺栓群形心的距離x1mm145.521170.3第2排高強螺栓到螺栓群形心的距離x2mm301.090601.03）端板尺寸信息端板厚度tmm16端板寬度bmm200.04）材料特性材料牌號Q345屈服強度fyMPa345.0抗拉強度設計值fMPa310.0抗剪強度設計值fvMPa180.0彈性模量EMPa206000.05）內力設計值控制組合1.2恒+1.4*0.9活+1.4*0.9吊車第四種軸力設計值（壓力為負）kN56.52剪力設計值kN55.10彎矩設計值kN*m34.30（二）高強螺栓群承載力驗算1）高強螺栓承載力設計值高強螺栓預拉力PkN100.0《鋼結構設計規(guī)范》表7.2.2-2摩擦面抗滑移系數(shù)0.45《鋼結構設計規(guī)范》表7.2.2-1高強螺栓抗拉承載力設計值Ntb=0.8PkN80.0《鋼結構設計規(guī)范》第7.2.2條高強螺栓抗剪承載力設計值Nvb=0.9*nf*μPkN40.5《鋼結構設計規(guī)范》式（7.2.2-1）2）高強螺栓群內力驗算彎矩M作用下高強螺栓的拉力設計值假設螺栓群在彎矩作用下繞形心轉動第1排螺栓拉力Nt1kN11.16第2排螺栓拉力Nt2kN23.09軸力N作用下高強螺栓的拉力設計值kN7.07高強螺栓最大拉力NtkN30.16每個高強螺栓所受的剪力設計值NvkN4.593）高強螺栓群承載力驗算Nv/Nvb0.113Nt/Ntb0.377高強螺栓群承載力驗算應力比Nv/Nvb+Nt/Ntb0.490《鋼結構設計規(guī)范》式（7.2.2-2）（三）端板厚度驗算最不利位置出現(xiàn)在最外側螺栓處端板類型兩邊支撐端板，端板外伸最外排高強螺栓到翼緣邊的距離efmm40.0高強螺栓到腹板邊線的距離ewmm45.0端板寬度bmm200.00端板厚度tmm16.00端板強度設計值fMPa310.00高強螺栓抗拉承載力設計值Nt=0.8PkN80.0端板所需厚度tmm13.28《門鋼規(guī)程》式（7.2.9-3a）端板厚度驗算應力比0.8301（四）腹板抗拉驗算翼緣內第2排一個螺栓的拉力設計值Nt2kN18.230.4PkN40.00腹板抗拉驗算σ=max(0.4P,Nt2)/ew/twMPa125.00腹板強度設計值fMPa310.00腹板抗拉強度驗算應力比0.4032《門鋼規(guī)程》式（7.2.11）（六）驗算結果匯總驗算內容計算值容許值螺栓群承載力驗算應力比0.49031.0000端板厚度驗算應力比0.83011.0000腹板抗拉驗算應力比0.40321.0（2）3-3梁梁節(jié)點連接詳圖見圖14。.圖143-3梁梁連接節(jié)點詳圖2-2梁梁連接節(jié)點計算見表6.表63-3梁梁節(jié)點計算（一）信息1）梁梁幾何尺寸梁端截面高度Hmm500截面寬度Bmm200腹板厚度Twmm8翼緣厚度Tfmm102）高強螺栓信息高強螺栓數(shù)量10高強螺栓的直徑mm16高強螺栓強度等級10.9摩擦面抗滑移系數(shù)μ0.45最外排螺栓到翼緣邊的距離efmm40.0高強螺栓到腹板邊的距離ewmm45.0高強螺栓排列參數(shù)xixi^2第1排高強螺栓到螺栓群形心的距離x1mm200.040000.0第2排高強螺栓到螺栓群形心的距離x2mm290.084100.03）端板尺寸信息端板厚度tmm16端板寬度bmm200.04）材料特性材料牌號Q345屈服強度fyMPa345.0抗拉強度設計值fMPa310.0抗剪強度設計值fvMPa180.0彈性模量EMPa206000.05）內力設計值控制組合1.2恒+1.4活軸力設計值（壓力為負）kN53.50剪力設計值kN16.60彎矩設計值kN*m1.50（二）高強螺栓群承載力驗算1）高強螺