门式刚架计算模板...doc

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一、设计资料
某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，长度48m，柱距6m，檐口标高11m，屋面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，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，钢材采用Q345钢，，，基础混凝土标号C30，，焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面檩条布置图，柱间支撑布置草图，钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。

刚架平面布置图

屋面檩条布置图

柱间支撑布置草图

计算模型及风荷载体形系数
二、荷载计算
2.1 计算模型的选取
取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。
2.2 荷载取值计算：
（1） 屋盖永久荷载标准值
彩色钢板 0.40
保温层 0.60
檩条 0.08
钢架梁自重 0.15
合计 1.23
（2） 屋面活载和雪载 0.30 。
（3） 轻质墙面及柱自重标准值 0.50
（4） 风荷载标准值
基本风压：。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10时，按10高度处的数值采用，=1.0。风荷载体型系数：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。
2.3 各部分作用的荷载标准值计算
（1） 屋面荷载：
标 准 值：
柱身恒载：

（2） 屋面活载
屋面活载雪载

（3） 风荷载
以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式计算，查表，取1.0，取值如图1.2所示。（地面粗糙度B类）
迎风面 侧面，
屋顶，

背风面 侧面，
屋顶，

三、内力计算
根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：
注：剪力图：“+”表示方向“→”；
轴力图：拉为正，压为负。
3.1 恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值：

恒载作用下轴力图

恒载作用下剪力图

恒载作用下弯矩图
3.2 活载作用(标准值)下，计算简图及内力值：

活荷载作用下轴力图

活荷载作用下剪力图

活荷载作用下弯矩图
3.3 风荷载作用(标准值) 下，计算简图及内力值：

风荷载作用下轴力图

风荷载作用下剪力图

风荷载作用下弯矩图
由对称性可知，右风作用下，钢架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。

四、内力组合
选取荷载组合（1.2x恒载+1.4x活载+1.4x0.6x风载）对构件内力值进行验算，如下表所示
截面
内力
恒载
活载
左风
组合值
柱端A
M
0
0
0
0
N
-122.04
-21.72
40.21
-143.08
Q
-24.27
-5.92
19.15
-21.33
柱端B
M
-266.98
-65.12
162.86
-274.74
N
-89.04
-21.72
40.21
-103.48
Q
-24.27
-5.92
10.46
-25.63
梁端B
M
-266.98
-65.12
14.41
-399.44
N

-33.01
-8.05
-38.97
-83.62
Q
86.18
21.02
162.86
269.65
梁端C
M
232.80
56.79
-78.09
293.27
N
-33.01
-8.05
14.41
-38.78
Q
-3.30
-0.81
-0.99
-5.93
五、刚架设计
5.1 截面形式及尺寸初选
梁柱都采用焊接的工字型钢，梁截面高度h一般取（1/30—1/45）L，故取梁截面高度为800mm；暂取梁截面尺寸为H800x300x10x14，如下图所示，柱的截面采用与梁相同。
截面
截面名称
面积（mm2）

IX
106mm4
WX
104mm3
IY
106mm4
WY
104mm3
iX
mm
iY
mm
柱
H800×300×10×14
16120
1681
420
63
42
323
63
梁
H800×300×10×14
16120
1681
420
63
42
323
63

5.2构件验算：
（1）构件宽厚比验算

(2) 平面内计算长度

平面外长度计算系数：
考虑压型钢板墙面与强梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的强梁可作为柱平面外的支撑点，但为了安全起见计算长度按两个强梁间距考虑，即

（3）刚架柱的验算
A．柱有效截面特征

B.抗剪验算
柱截面的最大剪力是=25.63kN，考虑到仅有支座加劲肋，
，，所以，梁的抗剪承载力设计值，满足要求。
弯剪压共同作用下的验算：
因为，按公式进行验算，
其中

C.整体稳定验算
构件的最大内力：N=143.08kN，M=274.74kN·m
a.刚架柱平面内的整体稳定性验算
刚架柱高H=11000mm，柱的计算长度系数。刚架柱的计算长度39.2 <[]=150，b类截面，查表得。
,
，满足要求。
b.刚架柱作用平面外的整体稳定性验算
计算长度。
对等截面构件，，b类截面，查表得=0.643。

=1.73>0.6

d．验算刚架在风荷载作用下的侧移
，
刚架柱顶等效水平力：

（4）刚架梁的验算
A．梁有效截面特征

B.抗剪验算
梁截面的最大剪力是=83.62kN，考虑到仅有支座加劲肋，由于是等截面，同理得
，满足要求。
弯剪压共同作用下的验算：
因为，按公式进行验算，
其中

C.整体稳定验算
构件的最大内力：N=-83.62kN，M=-399.44kN·m
a.刚架梁平面内的整体稳定性验算
梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度=12060mm，37.34
<[]=150，b类截面，查表得。
,
，满足要求。
b.刚架梁作用平面外的整体稳定性验算
计算长度。对等截面构件，，b类截面，查表得=0.643。

=1.73>0.6

六、节点设计：
（1）梁柱连接节点设计
A.螺栓强度验算
梁柱节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接，如下图所示。构件截面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.50，每个高强螺栓的预拉力是355kN，连接处传递内力设计值：N=-83.62kN，V=269.65kN，M=399.44kN·m。

（a） （b）
刚架柱与刚架梁的连接节点
螺栓抗拉承载力验算：

螺栓抗剪承载力验算：
>，满足要求。
最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：

B.端板厚度验算
端板厚度取，按二边支撑端板外伸计算:
C.梁柱节点域的剪应力验算

D.螺栓处腹板强度验算
翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值：

取

（2）梁梁连接节点设计
A.螺栓强度验算
梁梁连接节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接，如下图所示。构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.50，每个高强螺栓的预拉力是355kN，连接处传递内力设计值如下：
N=-38.78kN，V=-5.93kN，M=293.27kN·m

（a） （b）
梁梁连接节点

螺栓抗拉承载力验算：

螺栓抗剪承载力验算：
>，满足要求。
最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：

B.端板厚度验算
端板厚度取，按二边支撑端板外伸计算:
C.梁柱节点域的剪应力验算

D.螺栓处腹板强度验算
翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值：

取

（3）柱脚设计
刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。基础采用C20混凝土，=9.6.
a.柱脚内力设计值如下：
b. 柱脚底板尺寸确定

=340~400mm，取B=360mm。
底板反力为，满足要求。

刚架柱柱脚构造

c. 底板厚度确定

，按构造取t=20mm。
d. 抗剪连接计算：
由于柱脚铰接，柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底的水平剪力，此水平剪力可由柱脚与混凝土基础间的摩擦力来抵抗。
此时摩擦力，满足要求。

参考文献
[1] 中华人民共和国建设部，钢结构设计规范GB50017—2003. 北京：中国建设工业出版社，2003.
[2] 陈树华，刚结构设计[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2007.
[3] 陈志华，刚结构原理[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2007.
[4] CECS102：2002.门式刚架轻型房屋刚结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
[5] GB50018—2002.冷弯薄壁型刚结构技术规范[S]. 北京：中国计划出版社，2003.

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