门式钢架设计一、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架,跨度24m,长度90m,柱距67.5m,檐高8m,屋面坡度1/10。

刚架为等截面的梁、柱,柱脚为刚接。

屋面材料、墙面材料采用单层彩板。

檩条与墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z 型钢,间距为1.5m,钢材采用Q235钢,焊条采用E43型。

基本风压 20.55/O W KN m ,基本雪压 20.2/KN m ,地面粗糙度B 类。

二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m,跨度24m,柱距67.5m,共有1613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。

厂房长度>60m,因此在厂房第一开间与中部设置屋盖横向水平支撑;并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条与撑杆,檩条间距为1、5m;同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑,由于柱高＞柱距,因此柱间支撑用分层布置,布置图详见施工图。

刚架平面布置见图1,刚架形式及几何尺寸见图2。

图1 刚架平面布置图图2 刚架形式及几何尺寸三、荷载的计算(一)计算模型的选取取一榀刚架进行分析,柱脚采用刚接,刚架梁与柱采用等截面设计。

厂房檐高8m;屋面坡度为1:10。

(二)荷载取值计算长度(m) 柱距(m) 跨度(m) 檐高(m) 恒载(kN/m2) 活载(kN/m2) 基本风压(kN/m2) 90 7、5 30 8 0、3 0、5 0、55907、52480、30、50、551.屋盖永久荷载标准值 屋面板20.30/KN m刚架斜梁自重(先估算自重) 20.15/KN m合计0、45 2/KN m2.屋面可变荷载标准值屋面活荷载:按不上人屋面考虑,取为0、50 2/KN m 。

雪荷载:0、22/KN m取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0、50 2/KN m ,不考虑积灰荷载。

3.轻质墙面自重标准值0、25 2/KN m4.风荷载标准值按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002附录A的规定计算。

基本风压ω0=0、55 2/KN m,地面粗糙度类别为B类;风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用,当高度小于10m时,按10m高度处的数值采用,μz=1、0。

风荷载体型系数μs:迎风面柱及屋面分别为＋0、25与－1、0,背风面柱及屋面分别为＋0、55与－0、65(CECS102:2002中间区)。

(三)各部分作用荷载:(1)屋面荷载:标准值:10.456 2.71/cosKN Mθ⨯⨯=柱身恒载:0.256 1.5/KN M⨯=(2)屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载,取活荷载10.506 3.01/cosKN Mθ⨯⨯=(3)风荷载01.0510 1.0k z s z s h m ωμμωμμ=≤ 以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：(地面粗糙度B 类)风载体形系数示意图2122231.05 1.00.250.550.144/0.14460.86/1.05 1.0 1.00.550.5775/0.57756 3.47/1.05 1.00.550.550.3176/0.31766 1.91/kN m q kN m kN m q kN m kN m q kN m ωωω=⨯⨯⨯==⨯==-⨯⨯⨯=-=-⨯=-=-⨯⨯⨯=-=-⨯=-k k k 迎风面 侧面， 屋顶，背风面 侧面， 241.05 1.00.650.550.3754/0.37546 2.25/kN m q kN m ω=-⨯⨯⨯=-=-⨯=-k 屋顶，风荷载如下图:(四)内力计算:(1)截面形式及尺寸初选梁柱都采用焊接的H 型钢68-⨯⨯⨯梁的截面高度h 一般取(1/301/45)L,故取梁截面高度为600mm ；暂取H600300，截面尺寸见图所示,柱的截面采用与梁相同截面截面名称长度()mm面积2()mmxI64(10)mm ⨯ x W 43(10)mm ⨯ y I 64(10)mm ⨯ yW 43(10)mm ⨯ximm yimm柱 60030068H ⨯⨯⨯ 7200 9472 520 173 36 24 234 61、6 梁60030068H ⨯⨯⨯10552 94725201733624234 61、68668612522.0610947210 1.9510,2.061052010101.0710x EA kn EI kn m--=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯•(2)截面内力根据各个计算简图,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。

( A )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(3)内力组合由于恒载与活载关于结构竖向对称,因而风荷载只要考虑一个方向作用,风荷载只引起剪力不同,而剪力不起控制作用。

刚架结构构件按承载能力极限状态设计,根据《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)的规定,采用荷载效应的基本组合:γ0S≤R。

本工程取γ0=1、0。

按承载能力极限状态进行内力分析,需要进行以下3种组合:组合1:1、2×永久荷载+1、4×max{屋面均布活荷载、雪荷载} +1、4×0、7风荷载组合2:1、2×永久荷载+1、4×0、7×max{屋面均布活荷载、雪荷载}+1、4×风荷载组合3:1、0×永久荷载+1、4×风荷载组合1、2－用于截面强度与构件稳定性计算,组合3 －用于锚栓抗拉计算。

本工程不进行抗震验算。

最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面,取四个控制截面:如下图:控制截面示意图各情况作用下的截面内力及内力组合见下表:各情况作用下的控制截面内力截面内力恒载活载左风1－1 N-44、56 -36、1837、92Q-21、26 -23、6328、36M-65、56 -72、8584、62控制截面内力组合(五)截面验算控制内力组合项目有:① ＋M max 与相应的N,V (以最大正弯矩控制) ② －M max 与相应的N,V (以最大负弯矩控制) ③ N max 与相应的M,V (以最大轴力控制) ④ N min 与相应的M,V (以最小轴力控制) 所以以上内力组合值,各截面的控制内力为:1-1截面的控制内力为180.66m 104.1258.59M kN N KN Q KN =-•=-=-，， 2-2截面的控制内力为288.10M 79.9358.59M KN N KN Q KN =-•=-=，， 3-3截面的控制内力为288.1077.0383.45M KN M N KN Q KN =•=-=，， 4-4截面的控制内力为179.9258.32 5.83M KN M N KN Q KN =-•=-=，，(1)刚架柱验算:取2-2截面内力 平面内长度计算系数:00012.06 1.51 1.11588 1.1158.92R R x l I H H Mμμ===∴===⨯=c I K=，，, 平面外长度计算系数:8000/24000mm==0Y 考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为了安全起见计算长度按两个墙梁间距考虑，即H8920400038.164.923461.6x y λλ∴====， (A) 局部稳定验算构件局部稳定验算就是通过限制板件的宽厚比来实现的。

① 柱翼缘()1503212.17156b t -==<==(满足要求)② 柱腹板600161462504w w h t -==<==(满足要求)(B)柱有效截面特征max 4min 2max min 0max 00288.1079.9358.59947217310174.638.48166.15/157.67174.63157.67 1.90174.6358497480.526.284.16X x w M KN M N KN Q KNN M A W N mm h t σσσσασαλ=-•=-=⎫⨯⨯=±=±⎬⨯⎭⎧=±=⎨-⎩-+=====<+-=36，，79.9310288.1010 因97>70，故可以考虑屈曲后强度。

220.5157.670.90174.63584174.63306.9174.63157.671621.5[(1)0.112(1)]10.560.8,1c p h mmσσβσβββλρ-∴==-=⨯=+==++-++===≤=21由于考虑屈曲后强度：=k 则，截面全部有效。

(C)抗剪强度验算:'2'358.590.850.8 1.4,[10.64(0.8)]0.973125121.63/5848121.6310568.2w w v w v d w w v kNf f N mm V h t f KN λλλ-====<<=--=⨯===⨯⨯⨯=>max max 柱截面的最大剪力为V 则V ,满足要求。

460.5/1731021510371.95/371.9579.93371.95/9472371.95 3.14368.81N d e e e e e e N e e e e V V M M M NW A M W f kN m M M NW A kN m kN m -<≤=-==⨯⨯⨯=⋅=-=-⨯=-=⋅>⋅弯剪压共同作用下的验算:因为，按公式进行验算，其中 288.10，满足要求。

(D)稳定性验算:① 刚架柱平面内稳定性验算:[]225'22'38.1180,38.10.9063.14 2.0610947212048, 1.0,(1.1)(1.138.1)1.0[10.8(/)]1731x Exmx x mx x x x Ex x b EA N kN M N A N N W λλλλϕπβλβϕγ=<====⨯⨯⨯====⨯⨯⨯⨯+=+-⨯⨯⨯x 36类截面，由《钢结构设计规范》附表C-2查得，则79.9310288.10100.9069472 1.054279.930(10.8)120489.31159.45168.76/N mm f ⨯-⨯=+=< 满足要求。

② 刚架柱平面外稳定性验算212236464.90.7810.650.350.650.350.825264.91.07 1.070.97444004400079.93100.825288.10101.00.7894720.9741731010.81tx b tx x b px b M M M A W λλϕβλϕβηϕϕ====+=+⨯==-=-=⨯⨯⨯+=+⨯⨯⨯=y y 类截面，由《钢结构设计规范》查得，N 则 2141.01151.82/N mm f +=<满足要求。