钢结构课程设计——门式刚架设计班级: B1143 学号: 23 姓名:彭洪波目录1 设计资料 (1)2钢架布置简图 (1)3荷载计算与荷载简图 (2)3.1荷载计算 (2)3.2荷载简图 (3)3.3内力分析 (4)3.3.1内力计算 (4)3.3.2控制截面内力组合 (7)4钢架设计 (7)4.1截面设计 (7)4.2构件验算 (8)4.2.1构件宽厚比验算 (8)4.2.2钢架柱验算 (8)4.2.3刚架梁的验算 (10)4.2.4刚架在风荷载作用下的侧位移: (12)4.3节点验算 (12)4.3.1梁柱连接节点 (12)4.3.2屋脊节点验算 (13)4.3.3 柱脚设计 (14)1 设计资料单跨双坡轻型门式刚架,钢架跨度为 12 m,高度为 7 m,柱距 9 m,屋面坡度 5 %。
刚架为等截面的梁、柱。
材料采用Q 235-B 钢材,焊条采用 E 型。
风振系数和风压高度变化系数均取1.0。
荷载:恒载横梁(含上方屋面板及檩条重) 0.50 KN/m2立柱(含墙重) 0.45 KN/m2活载风荷载 0. 35 KN/m2屋面活荷载 0.30 KN/m2雪荷载 0. 40 KN/m22钢架布置简图该厂房长度60m,跨度27m,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,檩条间距为1.5m。
1: 20CBA12000图2.1 刚架立面3荷载计算与荷载简图3.1荷载计算将各项面荷载值乘以柱距得出分布于刚架上的各项线荷载。
风荷载还需考虑刚架的体型系数。
活载标准值在屋面活载与雪载中选较大值。
图3.1 风荷载体型系数荷载计算如下表:表1.1 各线荷载标准值/kN/m3.2荷载简图(1)恒载:(2)屋面活载(3)风荷载(以左风为例)荷载如下图:3.3内力分析3.3.1内力计算根据各个计算简图,求得结构在各种荷载作用下的内力图如下:表格4.1 计算简图及内力值(M、N、Q)3.3.2控制截面内力组合取控制截面为下图中的A、B、C三处共四个截面:柱A、柱B、梁B、梁C。
图4.10 控制截面示意图考虑以下三种可能的组合方式:组合①:1.35×恒载+1.4×0.7活载组合②:1.2×恒载+1.4×活载组合③:1.2×恒载+1.4×0.9×(活载+风载)表4.2 各种情况下控制截面的内力截面内力恒载活载左风组合①值组合②值组合③值柱A M 0 0 0 0 0 0 N -55.35 -16.20 22.31 -90.5985 -89.04 -58.7214Q -5.44 -3.27 10.53 -10.5486 -11.106 2.6196 柱B M -38.11 -22.87 59.44 -74.9276 -54.88 0.3462 N -27.00 -16.20 22.31 -54.326 -49.68 -24.7014Q -5.44 -3.27 5.02 -10.97 -11.106 -4.953 梁B M -38.11 -22.87 54.44 -73.8611 -77.75 -5.9538 N -6.7 -4.0 6.13 -12.965 -13.64 -5.3562Q 26.69 16.02 -22.03 51.6096 54.456 24.4554 梁C M -38.11 24.75 -21.07 -27.1935 -11.082 -41.0952 N 6.79 -3.26 6.13 5.9717 3.584 11.7642Q -26.69 0.16 -3.70 -39.5595 -31.804 -36.4884 4钢架设计4.1截面设计初选梁柱截面均采用焊接工字钢 500 × 200 ×10× 16,截面特征值如下表示:4.2构件验算 4.2.1构件宽厚比验算翼缘部分:15/23515< 5.94 =1695=b/t f =y f 腹板部分:250/235250< 46.8 = 10468=/t h w w =y f 4.2.2钢架梁验算①抗剪验算梁截面的最大剪力为V max =54.46KN 考虑仅有支座架劲肋8.049.034.541/10468235/34.541/0<===y w s f t h λ f v =125N/mm 2 V u =h w t w f v =468×10×125=585000N=585KN V max =86.92KN<V u ,满足要求。
②弯、剪、压共同作用下的验算取梁端截面进行验算,N =13.64KN ; V =54.46KN ;M =77.75KN ·m因V<0.5Vu ,取V=0.5Vu ,))((222211ANf h A h h A M f f f -+=)112251364215)(2421620024224216200(2-⨯⨯+⨯⨯==332.80KN ·m>M=77.75KN ·m ,取M=M f故10)15.0(2<=--+-feu f u M M M M V V,满足要求。
③整体稳定性验算m KN · 77.75 =MK N 13.64 =Na) 柱平面内的整体稳定性验算:计算长度取横梁长度l x =12000mm ,λx =l x /i x =12000/201.7=119.14<[λ]=150,b 类截面,查表得ψx =0.441KN EA Ne EX 71.146114.1191.111225102061.1232202'0=⨯⨯⨯⨯==πλπ,βmx =1.0 )7.146164.13441.01(1018271075.770.111225441.013640)1(36'010⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯=-+EX x e xmx e x N NW M A N ϕβϕ=42.38N/mm 2<f=215 N/mm 2,满足要求。
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 =1λy=μs l/i y0=3015/43.6=69.15,b 类截面,查表得ψy =0.7566.0396.1)4684.41615.69(1018274681122515.694320232>=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=by ψ 取ψb ’=1.07-0.282/ψby =0.868976.0)N N (75.0N N -1.02'EX0'EX0=+=t β223610/215/31.159101827868.01055.77976.011225756.035180mm N f mm N W M A N br e t e y =<=⨯⨯⨯⨯+⨯=+ϕβϕ4.2.3刚架柱的验算①抗剪验算柱截面的最大剪力为V max =11.106KN 考虑仅有支座加劲肋,8.049.0235/34.541/0<==y w s f t h λf v =125N/mm 2 V u =h w t w f v =468×10×125=585000N=585KN V max =30.80N<V u ,满足要求。
②弯、剪、压共同作用下的验算取梁端截面进行验算N=49.68KN ,V=11.10KN ,M=54.88KN ·N 因V<0.5Vu ,取V=0.5Vu ,))((222211ANf h A h h A M f f f -+=)1122549680215)(2421620024224216200(2-⨯⨯+⨯⨯==163.84KN ·m>M=54.88KN ·m ,取M=M f故10)15.0(2<=--+-f eu f u M M M M V V ,满足要求。
③整体稳定性验算m KN · 54.88 =MK N 49.68 =Na) 柱平面内的整体稳定性验算:刚架柱高H=7000mm ,梁长L=12030mm.柱的线刚度K 1=I c1/h=28181×104/6000=46968.3mm 3 梁线刚度K 2=I b0/(2ψS)=28181×104/(2×9045)=15578.2mm 3 K2/K1=0.375,查表得柱的计算长度系数μ=2.838。
刚架柱的计算长度l x =μh=25542mm 。
λx =l x /i x =25542/201.7=126.6。
0<[λ]=150,b 类截面,查表得ψx =0.404KN EA Ne EX 5.12946.1261.111225102061.1232202'0=⨯⨯⨯⨯==πλπ,βmx =1.0 )5.129456.88404.01(1018271022.2770.111225404.088560)1(36'010⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯=-+EX x e xmx e x N NW M A N ϕβϕ=175.6N/mm 2<f=215 N/mm 2,满足要求。
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 =3000mm 。
对于等截面构件γ=0,μs =μw =1λy=μs l/i y0=3000/43.6=68.8,b 类截面,查表得ψy =0.7586.0433.1)4684.4168.68(101827468112258.684320232>=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=by ψ取ψb ’=1.07-0.282/ψby =0.873935.0)N N (75.0N N -1.02'EX0'EX0=+=t β2236310/215/92.172101827873.01022.277935.011225758.01056.88mm N f mm N W M A N br e t e y =<=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=+ϕβϕ4.2.4刚架在风荷载作用下的侧位移:I c =I b =45685cm 4,ζt = I c l/hI b =24000/9000=2.67 刚架柱顶等效水平力按下式计算: H=0.67W=0.67×15.84=10.61KN 其中W=(ω1+ω4)·h=(0.55+1.21)×9.0=15.84KNmm h mm EI Hh t c 60150/][98.31)67.22(1045685102061290001061.10)2(1243333==<=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=μξμ4.3节点验算 4.3.1梁柱连接节点(1) 螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M22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290KN ,连接处传递内力设计值:N=13.64KN ,V=54.46KN ,M=77.75KN ·m 。