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1、单跨双坡门式刚架设计一 设计资料1 车间柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架（图1）。长度，柱距，跨度。门式刚架檐高，屋面坡度为。图1 刚架简图2 材料选用屋面材料：单层彩板墙面材料：单层彩板天沟：钢板天沟3 结构材料材质钢材选用， ，基础混凝土标号：，4 荷载（标准值） 恒载：无吊顶，（不包括刚架自重） 活载： 风载：基本风压，地面粗糙度类，风载体形系数如图2所示：图2 风载体形系数示意图 雪载：。本设计不考虑地震作用二 单榀刚架设计 单榀刚架的设计取中间榀按照封闭式中间区单元进行。1. 荷载组合计算刚架内力时，按照如下三种荷载组合进行： ； ； ； 。计算位移变形时，按照以下三种荷载组合进行：
2、； ； 。2. 内力计算采用同济大学钢结构辅助设计软件计算结构的内力。 结构的计算模型。如图3所示：图3 刚架计算模型 截面形式及尺寸初选 根据柱的受力特点，且考虑经济性因素，柱采用楔形焊接型钢；而梁由于跨度较小，若采用楔形会增加制作成本，因此梁采用等截面焊接型钢。各个截面的信息见表1，截面形式见图4。表 1 截面信息表截面截面名称长度面积绕弱轴惯矩绕弱轴截面模量绕强轴惯性矩绕强轴截面模量(小头)（大头） 截面 截面 ()截面图4 梁柱截面示意图 各种工况下的荷载，如图5所示：（a）恒载作用简图（b）活载作用简图（c）左风荷载作用简图（d）右风荷载作用简图图5 工况荷载图 各种工况下的内力运行
3、，结果如图6至图9及表格2所示。（a）（单位：）（b）（单位：）（c）（单位：）图 6 恒载作用下的刚架图（a）（单位：）（b）（单位：）（c）（单位：）图 7 活载作用下的刚架图（a）（单位：）（b）（单位：）c）（单位：）图 8 左风作用下的刚架图（a）（单位：）（b）（单位：）c）（单位：）图9 右风作用下的刚架图表 2 各工况作用下的截面内力截面内力恒载活载左风右风0000-23.9-22.626.316.546.8-12.42.3-24.9-41.359.119.2-13.7-22.626.316.546.8-7.4-3.5-24.9-41.359.119.2-5.5-9.510.5
4、10.4-13.2-21.825.415.623.238.1-34.2-34.2-4.2-7.210.510.40.40.7-0.7-1.4 内力组合由以上软件计算内力，按照荷载组合规则进行计算，内力组合值如表3所示。表3 内力组合值截面内力左风右风左风右风左风右风0.00.00.00.00.000-60.32-38.23-46.46-14.01-27.7312.92-0.814.323.916.25-5.9014.68-13.367.22-87.7-38.06-71.5712.39-43.4757.841.98-48.08-25.99-34.22-1.77-15.4923.129.414.3
5、28.111.381.16.56-6.36-0.9-87.7-38.06-71.5712.39-43.4757.841.98-19.9-11.08-11.16-1.21-1.359.29.06-46.36-25.02-33.26-1.64-15.3622.368.6481.2-52.45-52.4517.3017.30-24.68-24.68-15.12-6.3-6.382.62.4610.510.361.460.870.280.19-0.79-0.58-1.563. 构件截面验算因为门式刚架左右对称，因此只需验证半榀刚架即可。 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
6、翼缘 （满足要求） 柱腹板 截面 （满足要求） 截面 （满足要求） 梁翼缘 （满足要求） 梁腹板 （满足要求） 强度及整体稳定验算楔形柱的腹板高度变化率为，而梁因为是等截面，因此高度变化率也符合的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。对于柱：， 因为，所以对于梁：， 因为，所以1） 1号单元（柱）的验算a 截面强度验算： 组合内力值截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力。正应力验算采用荷载组合： 剪应力验算采用荷载组合： 强度验算 正应力验算： 弯矩为0，故截面的边缘正应力比值。 用代替公式中的： 因为，所以，即1号节点端截面全部有效
7、。 经验算截面强度满足条件。b 截面强度验算： 组合内力值截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算： 强度验算 故截面的边缘正应力比值。 因为，用代替公式中的： 因为，所以，即2号节点端截面全部有效。 截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行验算： 经验算截面强度满足条件。截面利用率c 号杆件整体稳定验算： 平面内计算高度确定 楔形柱截面高度成线形变化，柱的小头惯性矩，柱的大头惯性矩，。斜梁为等截面，换算长度系数，梁最小截面惯性矩，。 柱的线刚度：梁的线刚度：根据以及查表得到楔形柱的计算长度系数，所以柱的平面内计算长度。 平面内稳定计算变截面柱的长细比根据长细比查钢结构设计规
8、范得到杆件轴心受压稳定系数。平面内稳定验算： 故平面内稳定满足条件。 平面外稳定验算平面外柱的计算长度，柱的长细比根据长细比查钢结构设计规范得到杆件轴心受压稳定系数。构件楔率柱底端弯矩为0，故等效弯矩系数图10 柱的平面外稳定计算简图整体稳定系数因为，所以按照钢结构设计规范查出相应的。平面外稳定验算： 故平面外稳定满足条件。2） 2号单元（梁）的验算a 截面强度验算： 组合内力值截面受到压弯作用，在风吸力的作用下，即在荷载组合作用时，下翼缘受压。但是由于梁的下翼缘设置隅撑，截面对称，上下翼缘采用相同的计算长度，而且值比恒载与活载组合时的计算值小，所以下翼缘受压情况不予计算。只采用以下荷载组合进
9、行验算： 强度验算 故截面的边缘正应力比值。 因为，用代替公式中的： 因为，所以，即2号节点端截面全部有效。 截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行验算： 经验算截面强度满足条件。截面利用率b 截面强度验算： 组合内力值截面受到压弯作用，在风吸力的作用下，即在荷载组合作用时，下翼缘受压。与截面同样原因只采用以下荷载组合进行验算： 强度验算 故截面的边缘正应力比值。 因为，用代替公式中的： 因为，所以，即3号节点端截面全部有效。 截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行验算： 经验算截面强度满足条件。截面利用率c 号杆件的平面外整体稳定验算：刚架斜梁应按照压弯构
10、件计算平面外的稳定，计算方法按照钢结构设计规范的规定进行。平面外的计算长度，等截面梁的弱轴惯性矩。柱的长细比根据长细比查钢结构设计规范得到杆件轴心受压稳定系数。因为，所以其整体稳定系数可以安装下列公式近似计算：因为，所以用代替。平面外稳定验算： 故平面外稳定满足条件。4. 位移计算 柱顶侧移计算 柱脚为铰接形式。水平力图11 刚架柱顶侧移荷载计算简图 变截面柱的平均惯性矩： 横梁的平均惯性矩： 刚架柱与刚架梁的线刚度比值刚架在水平力作用下的柱顶侧移因此柱顶水平位移满足要求。 横梁挠度计算由计算结果知，横梁在跨中挠度最大因此横梁挠度满足要求。5. 构件连接节点设计 梁柱节点设计 梁柱节点连接采用
11、端板竖放的连接形式，如图12所示。 连接处选用如下两组组合内力值：（轴力使梁受压） （轴力使梁受拉）图12 梁柱连接节点示意图 图13 螺栓布置图（11） 螺栓验算 采用级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用个高强度螺栓。螺栓群的布置如图13所示。a 在第一组荷载作用时：顶排螺栓的拉力最大抗拉满足 第二排螺栓： 第三排螺栓：因为，所以取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承载力抗剪满足b 在第二组荷载作用时：底排螺栓的拉力最大抗拉满足第三排螺栓：第二排螺栓：因为，所以取第一排螺栓：，取螺栓群的抗剪承载力抗剪满足 梁梁节点设计 梁梁拼接节点连接形式如图14所示。 连接处选用如下组合内力值： 图14 梁梁连接节点示意图
