轻型门式刚架――计算原理和设计实例<9>来源：发布时间：06-06编辑：段文雁二、设计实例一1设计资料门式刚架车间柱网布置：长度60m;柱距6m;跨度18m刚架檐高：6m;屋面坡度1:10;屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25，c=12.5N/mm2;材质选用：Q235-Bf=215N/mm2f=125N/mm22荷载取值静载：为0.2kN/m2;活载：0.5kN/m2;雪载：0.2kN/m2;风载：基本风压W0=0.55kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数如下图：图3-41风载体型系数示意图3荷载组合.1.2恒载+1.4活载.1.0恒载+1.4风载.1.2恒载+1.4活载+1.4@6风载.1.2恒载+1.4>0.7活载+1.4风载4内力计算(1)计算模型图3-42计算模型示意图(2)工况荷载取用恒载活载左风右风图3-43刚架上的恒载、活载、风载示意图各单元信息如下表:表3-5单兀信息表图3-45恒载作用时的刚架M、N、Q图图3-46活载作用时的刚架M、N、Q图图3-47（左风）风载作用时的刚架M、N、Q图选取荷载效应组合：（1.20恒载+1.40活载）情况下的构件内力值进行验算。
组合内力数值如下表所示：表3-6组合内力表单元号小节点轴力N(kN)小节点剪力Q2(kN)小节点弯距M(kN.m)大节点轴力N(kN)大节点剪力Q2(kN)大节点弯距5构件截面验算根据协会规程第（6.1.1）条进行板件最大宽厚比验算翼缘板自由外伸宽厚比：（180-8）/（2X10）=8.6<15，满足协会规程得限值要求；腹板宽厚比：（450-2X10）/8=54<250，满足协会规程的限值要求腹板屈曲后强度的抗剪承载力设计值按如下考虑：腹板高度变化率：（450-250）/5.7=35mm/m<60mm/m，故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度加劲肋间距取为2hw，则其抗剪承载力设计值为：I. 其中，因为，所以）1号单元（柱）的截面验算组合内力值如下：1 号节点端M12=0.00kN.mN12=—67.97kNQ12=23.16kN号节点端M21=132.03kN.mN21=—56.89kNQ21=23.16kNII. 强度验算先计算1号节点端67.97X03/5440=12.49N/mm2用代替式（6.1.1-7）中的fy1.087X12.49=13.58N/mm2，弯矩为0，故截面边缘正应力比值1.0。
根据规程中式（6.1.1-8）求得=4.0，进而得到=29/（28.1X2X4.2）=0.12因为=0.12，所以有效宽度系数=1，即此时1号节点端截面全部有效QAB1号节点端截面强度满足要求再验算2号节点端：=138.79N/mm2=—122.62N/mm2用代替规程中式（6.1.1-7）中的fy1.087X133.15=150.86N/mm2，截面边缘正应力比值一0.8883根据规程中式（6.1.1-8）求得=51.310，进而得到=0.215因为=0.215，所以有效宽度系数=1，即此时2号节点端截面全部有效2号节点端同时受到压弯作用，根据协会规程第(6.1.2)条的第三款规定进行验算QBA<0.5d=3440125X0.5=215kN(采用规程中式()计算)=(215-56890/7040)XM<,故2号节点端截面强度满足要求稳定验算对于1号单元(柱)，已知柱平面外在柱高4m处设置柱间支撑，即平面外计算长度L0y=4000mm根据协会规程第条可求岀截面高度呈线性变化柱子的计算长度系数柱小头惯性矩Ic0=5998X104mm4，柱大头惯性矩lc仁22728X104mm4，Ic0/lc仁0.264。
梁的最小截面惯性矩Ib0=22728X04mm4，梁为等截面，斜梁换算长度系数取1.0对于横梁=22728X104/(2X1.0X9045)=12564，对于柱=22728X104/5700=39874，所以K2/K1=0.315查规程中表可得=1.429，平面内计算长度L0x=8150mm变截面柱在平面内的稳定性按照规程中第条的规定进行验算78，查表得=0.701,=1834kN稳定验算公式为：=17.82+134.19=152.01N/mm2<215N/mm2变截面柱在平面外的稳定性按照规程第条的规定进行验算95，查表得=0.588，楔率为=0.81号单元柱一端弯矩为0,故=0.96，=1.518，=1.035，=197，=1.22因为>0.6，按照现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88的规定，查出相应的=0.813代替，即=0.813平面外稳定的验算公式：I. =21.25+154.92=176.17N/mm22）2号单元（梁）的截面验算组合内力值如下：号节点端M23=132.03kN.mN23=—28.71kNQ23=54.30kN号节点端M32=103.14kN.mN32=—23.05kNQ32=2.30kN强度验算先计算2号节点端。
134.78N/mm2=—126.63N/mm2故截面边缘正应力比值一0.94用代替规程中式（6.1.1-7）中fy1.087X134.78=146.51N/mm2根据式规程中四式（6.1.1-8）求得=84.19，进而得到=0.165因为，所以有效宽度系数=1，即此时2号节点端截面全部有效2号节点端同时受到压弯作用，根据协会规程第条的第三款规定进行验算QBC<0.5d=3440X25X0.5=430kN（采用规程中式计算）=（215-28710/7040）XM<,故2号节点截面强度满足要求再验算3号节点端105.38N/mm2=—98.83N/mm2故截面边缘正应力比值一0.938用代替规程中式（6.1.1-7）中的fy，=1.087X128.95=114.55N/mm2，根据规程中式（6.1.1-8）求得=82.521，进而得到=0.148因为=0.148,所以有效宽度系数=1，即此时3号节点端截面全部有效3号节点端同时受到压弯作用，根据协会规程第条的第三款规定进行验QCB<0.5d=3440>25X0.5=215kN(采用规程中式计算)=(215-23050/7040)XM<故3号节点截面强度满足要求。
III.稳定验算根据协会规程第条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于10°时，在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度本例的屋面坡度为5.7°小于10°,故可不验算梁平面内的稳定性刚架梁平面外的稳定性按照钢结构设计规范GBJ17-88第五章第二节的规定进行验算2号单元(梁)已知梁平面外侧向支撑点间距为3000mm，即平面外计算长度L0y=3000mm梁的最小截面惯性矩Ib0y=974x104mm4，梁为等截面81，查表得=0.681，=1.0，按照如下公式确定：=0.922因为>0.6，按照现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88的规定，查出相应的=0.739代替，即=0.739按2号节点端的受力验算构件平面外的稳定性：6连接节点计算(1)梁柱节点采用如下图所示的连接形式图3-48梁柱连接节点示意图连接处的组合内力值：M=，N=—28.71kN，Q=54.30kN1).螺栓验算若采用摩擦型高强度螺栓连接，用8.8级M20高强螺栓，连接表面用钢丝刷除锈，，每个螺栓抗剪承载力为：=0.9X1X0.3X110000=29.7KN抗剪需用螺栓数量n=54.30/29.7=2，初步采用8个M20高强螺栓。
螺栓群布置如图3-49所示：图3-49梁柱连接节点螺栓群布置图螺栓承受的最大拉力值按照如下公式计算（其中y1=270,y2=178,y3=113,y4=48各有4个螺栓）：==—1.794+74.480=72.69kn<0.8P=88kn以上计算说明：螺栓群抗剪、抗弯均满足要求2）连接板厚度的设计端板厚度t根据支承条件计算确定在本例中有两种计算类型：两边支承类端板（端板平齐）以及无加劲肋端板，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值两边支承类端板（端板平齐）：ef=42mm，ew=40mm，Nt=72.69kn，b=180mm，f=215mm18.0mm无加类端板：a=65mm，ew=42mm，Nt=29.38kn=15.1mm综上所得结果可取端板厚度为t=18mm3）节点域剪应力验算门式刚架斜梁与柱相交的节点域应按照协会规程第条的规定验算其中，M=132.03kn，db=450mm，dc=434mm，tc=8mm101.41N/mm2节点域的剪应力满足规程要求在端板设置螺栓处，应按照协会规程第条的规定验算构件腹板的强度采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值Nt2，经计算得到：Nt2=29.38kN<0.4P=44kN。
因为ew=41mm，tw=8mm，所以，=89.57N/mm2（2）梁拼接节点梁的拼接方式如图3-50所示图3-50梁拼接节点示意图连接处的组合内力值为：M=,N=—23.05kN,Q=2.30kN其计算方法与梁柱连接节点的计算方法相似1）.螺栓验算仍采用8.8级M16高强螺栓，连接表面用钢丝刷除锈，，每个螺栓抗剪承载力为18.9kN，剪力很小，抗剪显然满足，初步采用12个M16高强螺栓螺栓群布置如图3-51所示：图3-51梁拼接节点螺栓群布置图螺栓承受的最大拉力值按照如下公式计算（y1=261，y2=183，y3=130各有四个螺栓）：==—1.92+56.82=54.90kN<0.8P=56kN所以，螺栓群抗剪、抗弯均满足要求2）连接板厚度的设计端板厚度t根据支承条件计算确定，在本例中有两种计算类型：两边支承类端板（端板平齐）以及无加劲肋端板，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值伸臂类端板（端板平齐）：其中ef=32mm，Nt=54.9kN，b=180mm，f=215mm16.5mm两边支承板（端板平齐）：其中ef=38mm，ew=26mm，Nt=38.5kN，b=180mm，f=215mm。
12..1mm无加类端板：其中a=53mm,ew=26mm,Nt=27.34kN,=13.7mm综上所得结果可取端板厚度为t=18mm三、设计实例二1、设计资料门式刚架车间柱网布置：长度60m;柱距6m;跨度18m檐高净高9m;牛腿标高6m,吊车起重量5t，轻级工作制，软钩；屋面坡度1:10;屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25,fc=12.5N/mm2；材质选用：Q235-Bf=215N/mm2，f=125N/mm22、荷载取值静载：0.2kN/m2;活载0.5kN/m2;雪载0.2kN/m2;风载：基本风压W0=0.55kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数图同设计实例一这里重点介绍吊车荷载的取用1）基本资料取得吊车的基本资料为：起重量5t;软钩；轻级工作制；跨度16.5m;起升高度12m;运行速度：小车20.8m/min，大车45.4m/mina）（b）图3-52吊车基本尺寸示意图吊车基本尺寸：B=4500mm，K=3400mm;轨道以上高度H=1753.5mm，B1=230mm;轨道型号：38kg/m;小车重量：1.7t，总重：14.2t;轮压：Fmax=7.4t，Fmin=2.2t。
2）吊车荷载的设计值吊车每个车轮的横向水平制动力T1:=0.12x（50+17）/4=2.01kN吊车竖向荷载的设计。