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1、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。根本风压 ,地面粗糙度B类。二、构造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程度支撑;并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆,檩
2、条间距为1.5m;同时应该在与屋盖横向程度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展分析,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根本风压kN/m21507.5127.50.60.50.351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 0.752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、。3轻质墙面及柱自重标准值 0.254风荷载标准值按?门式刚架轻型房屋钢构造技术规程?CECS102:2002附录A的规定计算。根本风压0=1.050.45 kN/m2,地面粗糙度类别为B类;风荷载高度变化系数按?建筑构造荷载标准?(GB50009-2001)的规定采用,当高度小于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(CECS102:2002中间区)。三各局部作用荷载: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以以下
4、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mmmmm柱HM72.27388.9590.0960.07247.1569.37梁HM68.27388.9590.0960.07247.1569.372截面内力根据各个计算简图,用?构造力学求解器V2.0?计算,得构造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根底埋深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根底埋深0.8m:活荷载作用下轴力图 活荷载作用下
5、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根底埋深: 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构造竖向对称,因此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。刚架构造构件按承载才能极限状态设计,根据?建筑构造荷载标准?(GB500092001)的规定,采用荷载效应的根本组合:0SR。本工程构造构件平安等级为二级,0=1.0按承载才能极限状态进展内力分析,需要进展以下3种组合:A:1.2永久荷载+1.4max屋面均布活荷载 +1.40.7风荷载B:1.2永久荷载+1.40.7max屋面均布活荷载+
6、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。本工程不进展抗震验算。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:如以以下图: 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11-48.64-22.5619.59-5.79-3.899.1700022-9.10-22.5619.59-5.793.894.20-46.31-31.0948.1133-33.60-6.116.1332.8622.06-19.08-46.31-31.09-48.114
7、4-5.76-3.876.130.580.39-2.4351.0234.25-16.74控制截面内力组合截面内力1.2永久荷载+1.4max屋面均布活荷载 +1.40.7风荷载1.2永久荷载+1.40.7max屋面均布活荷载+1.4风荷载1.0永久荷载+1.4风荷载11-70.75 -53.05 -21.214-3.412.087.050 0022-23.31-5.6018.332.612.740.09-51.95 -18.6921.0433-42.87-37.73-25.0251.6234.346.15-146.25-135.39-113.6644-6.32-2.122.82-1.14-2.
8、32-2.8292.77 71.3527.58五截面验算控制内力组合工程有: Mmax与相应的N,V (以最大正弯矩控制) Mmax与相应的N,V (以最大负弯矩控制) Nmax与相应的M,V (以最大轴力控制) Nmin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。 柱翼缘 满足要求 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
9、验算: 刚架柱平面内稳定性验算: 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 梁翼缘 满足要求 梁腹板 满足要求B梁有效截面特征C强度计算 抗剪强度验算: 弯矩作用下的验算:D稳定性验算 刚架梁平面内稳定验算: 刚架梁平面外稳定验算: 四、位移验算一柱顶程度位移验算:刚架柱顶等效程度力按下式计算:柱底刚接,均布风荷载:F=0.45W=0.4516.62=7.48KN其中W=(1+4)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:梁柱节点形式见以以下图:连接处选用如下组合内力值:二梁梁节点设计:梁梁节点形式见以以下图:连接处选用如下组合内力值:3柱脚设计:柱脚节点见以以下图:设计内力采用:A柱脚底板面积确实定b=b0+2t+2c=300+28+2(2050)=364416mm,取b=400mm;h=h0+2t+2c=600+28+2(2050)=664714mm,取h=700mm;验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值:根底采用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