钢结构课程设计门式钢架.docx
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钢结构课程设计门式钢架
钢结构课程设计—门式钢架
门式钢架设计
一、设计资料
某厂房为单跨双坡门式刚架,长度150m,檐高H=7.5m,屋面坡度B=1/10,跨度L=15m,柱距S=7.5m。
刚架为等截面的梁、柱,柱脚为铰接。
屋面材料、墙面材料采用单层彩板。
檩条和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,地面粗糙度B类。
二、结构平面柱网及支撑布置
该厂房长度150m,跨度12m,柱距7.5m,共有21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和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、拉条和撑杆,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。
三、荷载的计算
(一)计算模型的选取
取一榀刚架进行分析,柱脚采用铰接,刚架梁和柱采用等截面设计。
厂房檐高7.5m,考虑到檩条和梁截面自身高度,近似取柱高为7.2m;屋面坡度为1:
10。
因此得到刚架计算模型:
(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)
150
7.5
12
7.5
0.6
0.5
0.35
1.屋盖永久荷载标准值
屋面板
刚架斜梁自重(先估算自重)
合计0.75
2.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,不考虑积灰荷载。
3.轻质墙面及柱自重标准值0.25
4.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=1.05×0.45kN/m2,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和-1.0,背风面柱及屋面分别为-0.55和-0.65(CECS102:
2002中间区)。
(三)各部分作用荷载:
(1)屋面恒载:
标准值:
柱身恒载:
(2)屋面活载
屋面活荷载
(3)风荷载
(地面粗糙度类)
—0.6—0.5
风载体形系数示意图
风荷载如下图:
(四)内力计算:
(1)截面形式及尺寸初选
梁、柱都采用热轧中翼缘H型钢
截面
截面名称
长度
面积
(m㎡)
mm
mm
柱
HM
7200
18721
1128.27
388.95
90.09
60.07
247.15
69.37
梁
HM
6030
18721
1128.27
388.95
90.09
60.07
247.15
69.37
(2)截面内力
根据各个计算简图,用《结构力学求解器V2.0》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(考虑基础埋深0.8m):
恒载作用下轴力图
恒载作用下剪力图
恒载作用下弯矩图
(B)活载作用(标准值)下,计算简图及内力值(考虑基础埋深0.8m):
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
(C)风荷载作用(标准值)下,计算简图及内力值(不考虑基础埋深):
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
由于恒载和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。
本工程结构构件安全等级为二级,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:
A:
1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载}+1.4×0.7风荷载
B:
1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载}+1.4×风荷载
C:
1.0×永久荷载+1.4×风荷载
组合A、B--用于截面强度和构件稳定性计算,
组合C--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
-48.64
-22.56
19.59
-5.79
-3.89
9.17
0
0
0
2-2
-9.10
-22.56
19.59
-5.79
3.89
4.20
-46.31
-31.09
48.11
3-3
-33.60
-6.11
6.13
32.86
22.06
-19.08
-46.31
-31.09
-48.11
4-4
-5.76
-3.87
6.13
0.58
0.39
-2.43
51.02
34.25
-16.74
控制截面内力组合
截面
内力
1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载}+1.4×0.7风荷载
1.2×永久荷载+1.4×0.7×max{屋面均布活荷载}+1.4×风荷载
1.0×永久荷载+1.4×风荷载
1-1
-70.75
-53.05
-21.214
-3.41
2.08
7.05
0
0
0
2-2
-23.31
-5.60
18.33
2.61
2.74
0.09
-51.95
-18.69
21.04
3-3
-42.87
-37.73
-25.02
51.62
34.34
6.15
-146.25
-135.39
-113.66
4-4
-6.32
-2.12
2.82
-1.14
-2.32
-2.82
92.77
71.35
27.58
(五)截面验算
控制内力组合项目有:
①+Mmax与相应的N,V(以最大正弯矩控制)
②-Mmax与相应的N,V(以最大负弯矩控制)
③Nmax与相应的M,V(以最大轴力控制)
④Nmin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
2-2截面的控制内力为
3-3截面的控制内力为
4-4截面的控制内力为
(1)刚架柱验算:
取2-2截面内力
平面内长度计算系数:
,
平面外长度计算系数:
(A)局部稳定验算
构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。
1柱翼缘
(满足要求)
2柱腹板
(满足要求)
(B)柱有效截面特征
(C)抗剪强度验算:
(D)稳定性验算:
①刚架柱平面内稳定性验算:
②刚架柱平面外稳定性验算
(2)刚架梁验算:
取3-3截面内力;
(A)局部稳定验算
①梁翼缘
(满足要求)
2梁腹板
(满足要求)
(B)梁有效截面特征
(C)强度计算
①抗剪强度验算:
②弯矩作用下的验算:
(D)稳定性验算
①刚架梁平面内稳定验算:
②刚架梁平面外稳定验算:
四、位移验算
(一)柱顶水平位移验算:
刚架柱顶等效水平力按下式计算:
柱底刚接,均布风荷载:
F=0.45W=0.45×16.62=7.48KN
其中W=(ω1+ω4)·h=(0.86+1.91)×8.0=16.62KN
(二)横梁扰度验算:
,位移图如下:
五、节点设计
(一)梁柱节点设计:
梁柱节点形式见下图:
连接处选用如下组合内力值:
(二)梁梁节点设计:
梁梁节点形式见下图:
连接处选用如下组合内力值:
(3)柱脚设计:
柱脚节点见下图:
设计内力采用:
(A)柱脚底板面积的确定
b=b0+2t+2c=300+2×8+2×(20~50)=364~416mm,取b=400mm;
h=h0+2t+2c=600+2×8+2×(20~50)=664~714mm,取h=700mm;
验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值:
基础采用C25混凝土,fc=11.9N/mm2,锚栓采用4M20。
(B)底板厚度计算:
(C)抗剪连接件计算
六、施工图设计(详见图纸)