鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)-門(mén)式剛架計(jì)算書(shū)

hhhhhh門(mén)式剛架計(jì)算書(shū)1、設(shè)計(jì)資料(1)廠房柱網(wǎng)布置廠房為單跨雙坡門(mén)式剛架（見(jiàn)圖1－1）。長(zhǎng)度90m，柱距6m，跨度18m，門(mén)式剛架檐高9m，屋面坡度為1：10。圖1－1門(mén)式剛架簡(jiǎn)圖(2)材料選用屋面材料：?jiǎn)螌硬拾?。墻面材料：?jiǎn)螌硬拾濉Ｌ鞙希轰摪逄鞙?3)結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)鋼材：，基礎(chǔ)混凝土：(4)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）Ⅰ靜載：有吊頂（含附加荷載）0.5Ⅱ活載：Ⅲ風(fēng)載：基本風(fēng)壓，地面粗糙度為B類(lèi)，風(fēng)載體型系數(shù)按《門(mén)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(lèi)型中間區(qū)的風(fēng)荷載體型系數(shù)采用。確定Z值：①②取較小值為3.6m，根據(jù)《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》表hhhhhhA.0.2-1注3，因柱距，故風(fēng)荷載取中間值。詳見(jiàn)圖1－2所示圖1－2風(fēng)荷載體型系數(shù)示意圖（左風(fēng)）Ⅳ雪荷載：(5)其它本課程設(shè)計(jì)不考慮地震作用2、荷載計(jì)算(1)荷載取值屋面靜載：屋面活載：輕質(zhì)墻面及柱自重（包括柱、墻骨架）：風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓，按地面粗糙度為B類(lèi)；以柱頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)；以屋頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)(2)各部分作用荷載1)屋面靜載標(biāo)準(zhǔn)值：活載標(biāo)準(zhǔn)值：2)柱荷載靜載標(biāo)準(zhǔn)值：3)風(fēng)荷載迎風(fēng)面：柱上橫梁上背風(fēng)面：柱上橫梁上3、內(nèi)力分析hhhhhh采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解內(nèi)力，計(jì)算簡(jiǎn)圖及結(jié)果如下：(1)靜載作用下的內(nèi)力計(jì)算圖3-1-1靜載內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：KN/m）圖3-1-2靜載作用下彎矩圖（單位：KN·m）圖3-1-3靜載作用下剪力圖（單位：KN）hhhhhh圖3-1-4靜載作用下軸力圖（單位：KN）(2)活載作用下的內(nèi)力計(jì)算圖3-2-1活載內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：KN/m）圖3-2-2活載作用下彎矩圖（單位：KN·m）hhhhhh圖3-2-3活載作用下剪力圖（單位：KN）圖3-2-4活載作用下軸力圖（單位：KN）(3)風(fēng)載作用下的內(nèi)力計(jì)算1)左風(fēng)情況下： 圖3-3-1左風(fēng)載內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：KN/m）hhhhhh圖3-3-2左風(fēng)載作用下彎矩圖（單位：KN·m）圖3-3-3左風(fēng)載作用下剪力圖（單位：KN）圖3-3-4左風(fēng)載作用下軸力圖（單位：KN）2)右風(fēng)情況下：右風(fēng)荷載作用下，個(gè)內(nèi)力圖與左風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖剛好對(duì)稱(chēng)，不再畫(huà)出。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；③；④。hhhhhh圖4－1門(mén)式剛架計(jì)算截面各工況作用下的截面內(nèi)力見(jiàn)下表4.1。各荷載作用下的截面內(nèi)力表4.1截面內(nèi)力靜載活載左風(fēng)右風(fēng)1－1-59.36-59.3669.063.86-9.25-9.257.356.9526.2126.21-21.0810.42－256.2056.2031.5031.50-6.56-6.566.957.35-0.66-0.661.14-2.573－3-59.36-59.3669.063.86-27.00-27.0021.7111.04-6.60-6.605.19-5.834－40000-54.00-36.0021.7111.04-6.60-6.6010.155.03hhhhhh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)力左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)1－1-154.3-96.41-151.5-32.72-124.037.32-53.96-24.05-17.91-18.22-9.87-10.431.040.4868.1550.3276.8827.6371.70-3.340.772－2146.12119.7119.778.4278.4212.112.1-17.06-10.92-10.88-9.73-9.173.173.73-1.72-2.68-3.88-3.03-5.04-2.26-4.263－3-154.3-96.42-151.1-32.7-124.037.32-54.0-70.2-51.85-60.9-28.47-43.416.81.89-17.1-12.76-21.3-7.12-21.433.39-11.54－40000000-115.2-96.85-105.9-69.7-84.62-23.6-38.54-17.1-8.57-12.87-0.178-7.347.610.445、截面選擇與強(qiáng)度驗(yàn)算(1)截面形式及尺寸初選截面參數(shù)表表5.1截面尺寸長(zhǎng)度面積1－1L420×180×6×1090006000972.76108.0818332872.952－290006000972.76108.0818332872.953－3Z420×180×6×1090456000972.76108.0818332872.954－490456000972.76108.0818332872.95hhhhhh圖5－1梁、柱截面形式和尺寸(2)剛架橫梁1)截面特性2)局部穩(wěn)定驗(yàn)算翼緣：腹板：3）強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)榱菏堑冉孛妫虼烁叨茸兓史系臈l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：。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。，，所以hhhhhh①1－1截面的強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)?－1截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值用代替公式中的：因?yàn)?，所以，?－1截面全部有效。1－1截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算2－2截面強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：hhhhhh經(jīng)驗(yàn)算1－1截面強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。②2－2截面的強(qiáng)度驗(yàn)算2－2截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)?，用代替公式中的：因?yàn)椋?，?－2截面全部有效。2－2截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：hhhhhh經(jīng)驗(yàn)算2－2截面強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：4）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。屋面坡度為小于，故可不驗(yàn)算梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性。b、平面外穩(wěn)定故平面外穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。(3)剛架柱1)截面特性hhhhhh2)局部穩(wěn)定驗(yàn)算翼緣：腹板：3）強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)橹堑冉孛?，因此高度變化率符合的條件，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：。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。，，所以①3-3截面的強(qiáng)度驗(yàn)算3-3截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、正應(yīng)力驗(yàn)算：hhhhhh故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)?，用代替公式中的：因?yàn)?，所以，?-3截面全部有效。3-3截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算3-3截面強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：②4－4截面的強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)?－4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。驗(yàn)算采用荷載組合：hhhhhha、正應(yīng)力驗(yàn)算：彎矩為0，故截面的邊緣正應(yīng)力比值。因?yàn)?，用代替公式中的：因?yàn)?，所以，?-3截面全部有效。b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算a、平面內(nèi)穩(wěn)定b、平面外穩(wěn)定hhhhhh故平面外穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。故平面外穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。6、位移計(jì)算（荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值）(1)柱頂側(cè)移計(jì)算hhhhhh圖6－1剛架柱頂側(cè)移荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖桿端位移值表6.1單元碼桿端1桿端2uvθuvθ10.0000.000-0.00857.8210.000－0.003257.8210.000－0.00357.950-1.2870.001357.950-1.2870.00158.0790.000－0.003458.0790.000－0.0030.0000.000-0.009圖6－2柱頂側(cè)向位移圖（單位：mm）因此柱頂水平位移滿(mǎn)足要求。(2)橫梁撓度計(jì)算豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下橫梁撓度（取1.0靜載＋1.0活載），用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解得桿端位移值見(jiàn)下表6.2hhhhhh圖6－31.0靜載與1.0活載作用下?lián)隙扔?jì)算簡(jiǎn)圖桿端位移值表6.2單元碼桿端1桿端2uvθuvθ10.0000.0000.003-4.4420.000－0.0052-4.4420.000－0.0050.000-44.4170.00030.000-44.4170.0004.4420.0000.00544.4420.0000.0050.0000.000-0.003圖6－41.0靜載和1.0活載作用下的豎向位移（單位：mm）橫梁撓度滿(mǎn)足要求。7、構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(1)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)連接采用端板豎放的連接形式，如圖7－1所示，連接處內(nèi)力采用以下組合：hhhhhh圖7－1梁柱連接節(jié)點(diǎn)示意圖圖7－2螺栓布置圖(1-1)采用10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力，則每個(gè)螺栓的抗剪承載力為：初步采用個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖7-2所示。①螺栓驗(yàn)算頂排螺栓的拉力最大抗拉滿(mǎn)足要求第二排螺栓：第三排螺栓：因?yàn)椋匀〉谒呐怕菟ǎ?，取螺栓群的抗剪承載力hhhhhh②端板厚度端板厚度t根據(jù)支承條件計(jì)算確定。在本例中有兩種計(jì)算類(lèi)型：兩邊支承類(lèi)端板（端板平齊）以及無(wú)加勁肋端板，分別按照協(xié)會(huì)規(guī)程中相應(yīng)的公式計(jì)算各個(gè)板區(qū)的厚度值，然后取最大的板厚作為最終值。a、兩邊支承類(lèi)端板（端板平齊）：無(wú)加肋端板：綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t＝20mm。(1)梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁梁拼接節(jié)點(diǎn)連接形式如圖7－3所示，連接處選用如下組合內(nèi)力值：采用級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力，則每個(gè)螺栓的抗剪承載力為：初步采用8個(gè)高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖7－4所示。圖7－3梁梁連接節(jié)點(diǎn)示意圖hhhhhh圖7－4螺栓布置圖(2-2)①螺栓驗(yàn)算底排螺栓的拉力最大抗拉滿(mǎn)足要求。因?yàn)榧袅苄?，所以無(wú)需驗(yàn)算剪力。②端板厚度端板厚度的取值與梁柱節(jié)點(diǎn)端板一致，取t＝20mm。8、柱腳設(shè)計(jì)按照計(jì)算假定，柱腳的形式為鉸接，不能抵抗彎矩。剪力由底板與混凝土之間的摩擦力承擔(dān)（若經(jīng)過(guò)驗(yàn)算不滿(mǎn)足，則需設(shè)置抗剪鍵）。柱腳的形式如圖8－1所示，采用四個(gè)錨栓與基礎(chǔ)連接。錨栓為，，。基礎(chǔ)砼標(biāo)號(hào)。基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)采用如下荷載組合進(jìn)行：，。圖8－1柱腳詳圖hhhhhh(1)柱腳底板尺寸的確定假定底板寬度底板長(zhǎng)度取(2)柱腳底板厚度的確定底板壓力底板按三邊支承板一邊自由板計(jì)算，，，查表得。因此