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1、轻型单跨双坡门式刚架结构设计计算书1、设计资料1. 车间柱网布置：A. 长度： 90m 柱距分别为： 6m B. 跨度： 12m C. 柱高： 4.5m 2. 屋面坡度： 1:10 3. 屋面材料： 夹芯板4. 墙面材料： 夹芯板5. 檩条墙梁： 薄壁卷边 C型钢6. 荷载 . 静载（永久荷载） . 活载（可变荷载） . 风载： 基本风压（ 0.4KN/m 2） ，地面粗糙度： B类，风载体型系数如下图 . 雪载： 0.25kN/m 27. 材质： 钢材采用 Q235钢，焊条 E43 型2、荷载（ 1）永久荷载标准值（对水平投影面）岩棉夹芯彩色钢板 20.25 /kN m檩条 20.05 /k
2、N m悬挂设备 20.15 /kN m20.45 /kN m墙板、 墙梁等墙面荷载标准值为 20.45 /kN m ， 钢架梁以及刚架自重在设计软件计算内力时已经计入。（ 2）可变荷载标准值由于刚架的受荷水平投影面积为 12 4.5=54 2m ,故按建筑结构荷载规范取屋面活荷载（按不伤人屋面）标准值为 0.5kN/ 2m ,雪荷载为 0.25kN/ 2m ,取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0.3kN/ 2m 。（ 3）风荷载标准值基本风压 0.4kN/ 2m ； 地面侧草系数按 B 类取； 风荷载高度变化系数按现行国家标准 建筑结构荷载规范 （ GB50009-2001 ）的规定采用，当高度
3、小于 10m 时，按 10m 高度处的数值采用， z =1.0。风荷载体型系数 s 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。（ 4）刚架承受的荷载设计值屋面恒荷载111.2 0.45 6 3.26cosgKN m 柱身恒荷载2 1.2 0.45 6 3.24g KN m 屋面活荷载1.4 0.5 6 4.2q KN m 屋面风荷载迎风面： 2 1.4 1.0 1.06 0.4 6 3.56 KN m 背风面： 3 1.4 0.65 1.06 0.4 6 2.28 KN m 墙面风荷载迎风面： 1 1.4 0.25 1.06 0.4 6
4、0.89 KN m 背风面： 4 1.4 0.55 1.06 0.4 6 1.96 KN m 以上各种荷载的分布如图所示3.屋面构件（ 1）夹芯板夹芯板型号可以采用 JXB42-333-1000, 芯板面板厚度为 0.50mm，板厚为 80mm。（ 2）檩条领条合一采用冷弯薄壁卷变槽钢 180 70 20 3.0，跨中设拉条一道。领条布置见图 7.82。4屋面支撑附图示中的节点大样，给出了柱间支撑及屋面支撑的位置。（ 1） 屋面支撑布置檩条支撑布置 1.5m，水平支撑节距 3m，见图下所示。（ 2） 屋面支撑及内力屋面支撑斜杆采用张紧的圆钢。屋面支撑计算简图见图 7.84（ a） 。一侧山墙支
5、撑取 s =1.0 。节点标准荷载值 0.4 1.0 1.06 3.0 4.5 0.3 0.6 / 2 3.43wkF KN 。节点荷载设计值 3.43 1.4 4.80wF KN 。斜拉杆力设计值 4.80/ cos26.6=5.37N KN。（ 3） 斜杆斜杆选用 12 的圆钢，截面面积 A=113.0 2mm强度校核： 25370 47.52 /113N N mm fA刚度校核：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求，但从构造上考虑宜采用 16 为宜。5. 柱间支撑柱间支撑直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力余量，可不再验算。（ 1) 柱间支撑布置柱间支撑布置见图（ 2） . 柱间支撑荷载及内
6、力作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取 5.4m）取 0.8 0.5 1.3s15.41.3 1.06 0.4 12 17.862KN 按一半山墙作用风荷载的 13考虑节点荷载标准值为：1 1 17.86 2.983 2wkF节点荷载设计值： 2.98 1.4 4.17wF KN ；斜杆反力设计值： 4.17/ cos36.87 5.21N KN 。（ 3） . 斜杆校核斜杆选用 12 的圆钢，截面面积 A=113.0 2mm强度校核： 25210 46.1 /113N N mm fA刚度校核：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求，但从构造考虑采用 16 为宜。6. 杆件内力计算各种荷载作
7、用下的门式钢架内力，并经最不利组合得出内力图。计算结果显示钢架内力一般由恒荷载加活荷载组合控制。活载：弯矩图（ KN m） 轴力图（ KN）剪力图（ KN ）恒载：弯矩图（ KN m） 轴力图（ KN）剪力图（ KN ）风荷载：弯矩图（ KN m） 轴力图（ KN）剪力图（ KN ）截面内力组合计算：截面 内力 1.2恒 +0.9 1.4(屋活 +风 ) 1.0恒 +1.4风1-1 N -45.583 -3.9882 V -5.1099 8.2574 M 0 0 2-2 N -12.9003 3.6918 V 26.9364 -10.2766 M -34.34718 24.5448 3-3 N
8、 -7.45038 5.5874 V 0.5205 -0.8084 M 43.95558 -5.4904 4-4 N -55.70622 -15.2358 V 9.18852 -3.72358 M -66.35118 -11.0152 1-1 控制截面内力： M= 0 KN m， N= -45.583 KN ， V= -5.1099 KN 。2-2 控制截面内力： M= -34.34718 KN m， N= -12.9003 KN ， V= 26.9364 KN 。3-3 控制截面内力： M= 43.95558 KN m， N= -7.45038 KN ， V= 0.5205 KN 。4-4
9、控制截面内力： M= -66.35118 KN m， N= -55.70622 KN ， V= 9.18852 KN 。7.构件截面几何参数1）构件截面几何参数梁柱均为高频焊接轻型 H 型钢（ mm） 300 150 4.5 8， 45976.11xI cm ， 4450.22yI cm ，3398.4xW cm ，360.03yW cm ， 12.75xi cm ， 3.50yi cm，236.78A cm 。（ 2）构件宽厚比的验算翼缘部分： 1 150 4.5 1 2359.09 15 152 8 ybt f腹板部分： 300 2 8 23563.1 250 2504.5ww yht f
10、(3) 刚架梁的验算 1 强度刚架梁端部为最不利截面， N=-12.9kN ， V=26.94kN ， M=43.96KN m。a梁截面的最大剪力为 maxV =26.94kN 考虑仅有支座加劲肋，即按wah1 或者 wha=0 计算，因不设中间加劲肋，所以 k =5.34，w =/23537w wyh tkf= 6.31 0.74 0.823537 5.34235则： 2125 /v vf f N mmdV = w w vh t f =（ 300-2 8） 4.5 125=159.75KN maxV =26.94KN dV =159.75KN, 满足要求。b梁抗弯承载力设计值 eM先计算梁的
11、有效截面：腹板的最大应力 max 和最小应力 min ：maxmin =yxM yNA I =3 6 24 212.9 10 43.96 10 142 107.96 / ( )3.51 104.45 3678 5976.11 10 100.94 / ( )N mmN mm受压受拉腹板的受压区高度：ch =107.96 284 146.8107.96 100.94mm= min / max =-100.94/107.96=-0.935 2 2 2 216 16 22.35(1 ) 0.112 (1 ) (1 ) 1 0.935 0.112 (1 0.935) (1 0.935)k由于 max =
12、 107.96 2/N mm 23516f,因此需计算刚架梁平面外整体稳定。对于等截面构件 =0，有y z =1.0 y =3015/35= 86.1 根据试验，轻型 H 型钢课按 b 类截面，查附表 4.2 得 y =0.647。计算：4 20 00 020 0 0224320 2354.44320 36.78 28.4 86.1 0.8 2351 1.745 0.686.1 398.4 4.4 28.4 235y ybyy x z ytA hW h f0.282 1.07 0.911.745b又有：20 01.0 0.75 1.0 tEx ExN NN N6230 112900 1.0 4
13、3.96 10 5.4 121.25 126.65 /0.647 3678 0.91 398.4 10tY e b eMN N mm fA W ,满足要求 . （ 4）刚架柱的验算 1 强度刚架柱的强度也需按弯剪压共同作用下的弯压构件计算，并取最不利的柱顶截面。 N=-55.71kN ，V=9.19kN ， M=-66.35KN m。a 柱抗剪承载力设计值 dV柱截面的最大剪力为 maxV = 9.19kN 考虑仅有支座加劲肋，则 k =5.34，即按wah 1 或者wha =0 计算：/ 0.74 0.823537 5.34yw wwfh tv vf f =125 2/N mmdV = 28
14、4 4.5 125 159.75w w vh t f KNmaxV dV 满足要求b 柱抗弯承载力设计值 eM先计算柱的有效截面：腹板的最大应力 max 和最小应力 min 为：maxmin =3 6 24 255.71 10 43.96 10 142 119.6 / ( )15.15 104.45 3678 5976.11 10 89.3 / ( )yxM yN N mmA I N mm受压受拉腹板的受压区高度：119.6 284 162.60119.6 89.3ch mm89.3 0.75119.6得：2 2 2 216 16 18.04(1 ) 0.112 (1 ) (1 ) (1 0.
15、75) 0.112 (1 0.75) (1 0.75)k由于 max =119.6 2/N mm f=215 2/N mm ,故取 maxR =1.1 119.6=131.56 2/N mm 代替 yf ，即：/ 63.1 131.56 0.29 0.8235 23528.1 28.1 18.04yw w fh tk得 =1，即柱腹板全部有效，故同样可得：3398.4 10 215 85.66e xM W f KN mc 弯压剪共同作用下的验算由于 V=9.19KN0.5 dV = 79.88 kN ，即：NeM =3 36 55.71 10 398.4 1085.66 10 79.63 43
16、.963678eeeN WM KN m M KN mA 2 整体稳定性验算构件的最大内力 N= -55.71 kN ， M= -66.35 KN m。a 刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高 H= 4500 mm ，梁长 L= 12060 mm 。可计算得梁柱线刚度比：2 114500 0.37312060k I H Hk IL L由于柱为等截面，根据柱的计算长度系数为 =2.85 刚架柱的计算长度 0l = H = 2.85 4500=12825，则 0 12825 100.59127.5yxx xl li ib 类截面，查附表 4.2 得 x =0.518 2 2 300 2 2206 10 3678 671.861.1 1.1 100.59eExxEAN KN另外，对有侧翼刚架取 mx =1.0，有
