轻型门式钢架设计实例

门钢设计实例（一）设计参数：（1）单层房屋采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，长度60m，柱距6m，檐口标高7m，屋面坡度1/10。（2）屋面和墙面均采用夹芯板，天沟为彩钢板天沟。（3）钢材材质为Q345，f=310N/mm2，fv=180N/mm2。（二）设计荷载屋面恒载为0.25kN/m2，活载为0.5kN/m2；雪载为0.2kN/m2，基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。一、设计资料计算模型及风载体型系数①1.2恒载+1.4活载；②1.2恒载+1.4风载；③1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6风载；④1.2恒载+1.4×0.7活载+1.4风载；（三）荷载组合（四）设计要求1.确定屋面结构布置（包括支撑体系布置）2.计算门式刚架内力和变形（1）确定梁、柱截面形式，并初步估截面尺寸（2）梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定（3）荷载计算（4）计算各工况下的内力、柱顶水平位移及横梁挠度（5）荷载组合和内力组合（不考虑抗震情况）（四）控制指标1.柱顶水平位移：2.横梁挠度：无吊顶有吊顶（五）构件及连接节点设计1.柱脚设计2.梁、柱连接节点设计3.屋面梁拼接节点设计60/H180/L240/L节点及单元编号图二、计算模型设计中应注意的问题•刚架拼接点的设置（受运输长度限制）•拼接处截面（两侧截面高度相等）•梁柱截面宽度（柱宽度梁宽度）•梁柱翼缘与腹板厚度•檩条截面形式（C型和Z型）•屋面水平撑刚性：角钢；柔性：圆钢•刚性系杆（钢管）三、荷载工况（a）恒载qD=0.25x6=1.5（b）活载qL=0.5x6=3（c）左风wk=szzw0（d）右风四、各工况内力（a）弯矩（b）剪力（c）轴力恒载作用下刚架内力图（a）弯矩（b）剪力（c）轴力活载作用下刚架内力图（a）弯矩（b）剪力（c）轴力左风作用下刚架内力图选取荷载组合①1.2恒载+1.4活载对构件内力值进行验算。五、组合内力单元号轴线长度截面规格（mm）节点编号面积（mm2）绕2轴惯性矩（x104mm4）绕3轴惯性矩（x104mm4）弯矩（kN.m）剪力（kN）轴力（kN）①6700H250～450x200x8x101584013346575039.6-96.627440133524664-270.039.6-80.4②8442H350～500x200x8x1027840133531386-270.0-75.6-48.736640133513959131.3-19.5-43.0③3618H350～500x200x8x1036640133513959131.3-19.5-43.047840133531386163.13.16-40.6④3618H350～500x200x8x1047840133531386163.1-3.16-40.656640133513959131.319.5-43.0⑤8442H350～500x200x8x1056640133513959131.319.5-43.067840133531386-270.075.6-48.7⑥6700H250～450x200x8x1067440133524664-270.0-39.6-80.475840133465750-39.6-96.6六、构件截面验算（一）宽厚比验算按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002（以下简称技术规程）第6.1.1条规定验算。翼缘板自由外伸宽厚比4.12235156.9102/8200yf）（，满足规程限值要求。腹板高厚比206235250608102500yf，满足规程限值要求。柱腹板高度变化率（450-250）/8=25（mm/m）60mm/m，故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。柱腹板不设加劲肋，34.5k，34523534.53775.53/23537/y，8.0762.0w，所以vvff'，柱的抗剪承载力设计值为vwwdfthV；梁腹板高度变化率（500-350）/8=18.75（mm/m）60mm/m故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。腹板不设加劲肋，34.5k，34523534.53760/23537/y，4.1850.08.0w所以vvwvfff968.0)]8.0(64.01['梁的抗剪承载力设计值为vwwdfthV968.0；（二）①号单元截面验算1号节点端：M12=0kN.m，V12=39.6kN，N12=-96.6kN；2号节点端：M21=-270kN.m，V21=39.6kN，N21=-80.4kN；①强度验算1号节点端有效宽度计算：柱下端弯矩为0，截面边缘正应力比值=1.0，5.165840/106.9631AN（N/mm2），42216)1()1(112.0)1(16222K。因f1，计算参数p可用15.185.161.11RN/mm2代替yf，则8.0143.015.1823541.2875.282351.28ywwpfKth所以有效宽度系数1，即此时1号节点端截面全部有效，3101fANN/mm2230101258)102250(6.39312vwwdfthVVkN1号节点端截面强度满足要求。2号节点端：9.2171024664225102707440/104.804631eWMAN（N/mm2）3.1961024664225102707440/104.804632eWMAN（N/mm2）截面边缘正应力比值9.09.2173.19612，5.219.019.01112.09.0116)1()1(112.0)1(162222）（）（）（K7.2399.2171.11RN/mm2，则8.0417.07.2392355.211.2875.532351.28ywwpfKth所以有效宽度系数1，即此时2号节点端截面全部有效。6.309101808)102450(5.05.06.39321dVVeeeeeNeWANfANWMM)(643109.3272251024664)7440104.80310(N.mm27021MkN.m9.327NeMkN.m，故2节点截面强度满足要求。②稳定验算（a）刚架柱平面内的整体稳定性验算根据技术规程第6.1.3条可求出楔形柱的计算长度系数。柱小头惯性矩40106575cImm4，大头惯性矩411024664cImm4；梁最小截面惯性矩401013959bImm4。柱的线刚度352347000102466441hIKclmm3428.013505001011dd，428.013505001022dd，3.0，从规程附录D图D.0.1-2插值得斜梁换算长度系数55.0。梁的线刚度105221206055.021013959)2(402）（sbIKmm3。298.0352341052212KK，267.010ccII由规程表6.1.3查得254.1r。7958401065756700254.14000cxcxxAIL，525220201027.17791.158401006.214.31.1'eExEANN。所用钢材为Q345，故查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录表C-2时，长细比换算为9623534579，查表得581.0x。楔形柱平面内稳定验算：3100.2831024664581.017276.961225102700.15840581.0106.96'1463100100exExmxexWNNMAN（b）刚架柱平面外的整体稳定性验算考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱相连的墙梁可作为柱平面外的支撑点，计算时按常规墙梁隅撑间距考虑，取3000ylmm。楔形柱平面外稳定验算：63584010133430004000cycyyAIL长细比换算为7623534563，查表得714.0y，柱楔率为8.01250450101dd，200)'(75.0'1ExExtNNNN946.0)1027.17106.96(75.01027.17106.96125353356.11020025030008.0023.01023.010）（fsAlh024.18.4730008.000385.0100385.010ywil858.473000356.100ysyil)235()4.4()(43202000200020yywsxybyfhtWhA6.012.3)345235()2504.41085()024.1356.1(2922222505840856320.012.34222按《钢结构设计规范》GB50017规定，用by'代替by，98.0282.007.1'byby。310261109617898.010270946.05840714.0106.96631100ebteyWMANN/mm2（三）②号单元截面验算2号节点端：M12=-270.0kN.m，V12=-75.6kN，N12=-48.7kN；3号节点端：M21=131.3kN.m，V21=-19.5kN，N21=-43kN；①强度验算2号节点端：3.2211031386250102707840/107.484631eWMAN（N/mm2）8.2001031386250102707840/107.484632eWMAN（N/mm2）截面边缘正应力比值907.03.2218.20012，4.22907.01907.01112.0907.0116)1()1(112.0)1(162222）（）（）（K，4.2433.2211.11RN/mm2，则8.046.04.2432354.221.28602351.28ywwpfKth所以有效宽度系数1，即此时2号节点端截面全部有效。6.345101808)102500(5.05.06.75323dVVkNeeeeeNeWANfANWMM)(643104.3812501031386)7840107.48310(N.mm27023MkN.m4.381NeMkN.m，故2节点截面强度满足要求。②平面外稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，檩条可作为刚架梁平面外的支撑点，计算时平面外计算长度按常规檩条隅撑间距考虑，取3000ylmm。钢梁材料为Q345，67664010133530004000cybyyAIL，查表得681.0y，0.1tx。因9923512067yyf，6.092.0235345440006707.12354400007.122yybyf按《钢结构设计规范》GB50017规定，用by'代替by，763.0282.007.1'byby。3102911031386763.02501027017840681.0107.484631100ebteyWMANN/mm2（四）节点验算梁柱连接节点螺栓布置111-1（1）梁柱连接节点螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M24摩擦型高强度螺栓连接