门式钢架课程设计算例

单层门式钢架课程设计计算算例（1）湖南城市学院土木工程学院结构教研室2目录1、设计资料…………………………………………………………12、结构平面及支撑布置……………………………………………23、荷载计算…………………………………………………………73.1、荷载取值计算…………………………………………………73.2、各部分作用荷载…………………………………………………74、内力计算及组合…………………………………………………94.1、刚架内力计算…………………………………………………94.2、刚架内力组合表…………………………………………………135、钢架梁柱截面验算………………………………………………165.1、构件宽厚比验算………………………………………………165.2、有效截面特性……………………………………………………165.3、刚架梁得验算……………………………………………………205.4、刚架柱得验算……………………………………………………216、位移验算……………………………………………………………237、节点设计……………………………………………………………247.1、梁柱节点设计……………………………………………………247.2、梁梁节点设计……………………………………………………267.3铰接柱脚节点设计…………………………………………………278、课程设计图纸绘制要求说明………………………………………2911、设计资料1）某机械厂房，为单跨双坡门式刚架，见图一，屋面坡度为1：15，刚架为变截面梁、柱，柱脚为铰接，柱距6m，厂房总长90m,跨度18m。2）材料采用Q235钢材，焊条采用E43型。3）屋面和墙面采用75mm厚EPS夹芯板，底面和外面两层采办均采用0.6mm厚镀锌彩板，镀锌层厚为2752/mg；檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边C型钢檩条，屈服强度2/450mmNfy≥，镀锌层厚为1602/mg。4）自然条件：基本血压;/5.020mkNS=基本风压;/35.020mkNw=地面粗糙度为B类，地下水低于地面6m,修正后得地基承载力为2/200mkNf=，本设计不考虑地震作用。22、结构平面及支撑布置结构平面图见附图1支撑布置见图2与图3初选梁柱截面及截面特性见表1表1梁、柱截面及截面特性部位截面简图截面特性1—1剖面2－350×12－1176×10截面积2199.2Acm=惯性4411940xIcm=48585yIcm=抵抗矩37005.8xWcm=3905.5yWcm=回转半径45.475xicm=6.565yicm=刚架横梁2—23—3剖面2－350×12－686×10截面积2150.2Acm=惯性矩4119580xIcm=48580.5yIcm=抵抗矩33486.4xWcm=3490.32yWcm=回转半径28.216xicm=7.56yicm=34—4剖面2－350×12－876×10截面积2169.2Acm=惯性矩4208310xIcm=48582.1yIcm=抵抗矩34756.0xWcm=3490.41yWcm=回转半径35.09xicm=7.122yicm=部位截面简图截面特性5—5剖面2－350×14－1182×10截面积2213.4Acm=惯性矩4462320xIcm=410014yIcm=抵抗矩37822.6xWcm=3572.22yWcm=回转半径46.55xicm=6.85yicm=钢架柱6—6剖面2－350×14－892×10截面积2184.4Acm=惯性矩4242630xIcm=410011yIcm=抵抗矩35440.1xWcm=3572.08yWcm=回转半径36.27xicm=7.37yicm=4图1结构平面图5673、荷载计算3.1荷载取值计算①永久荷载（包括墙面及柱自重）其值取：2/16.21.01836.0mkN=×+②可变荷载其值取：2/1.21.0183.0mkN=×+③风载：基本风压20/35.0mkNw=，地面粗糙度为B类，按封闭式建筑选取中间区单元，钢架得风载体型系数见图4.3.2各部分作用荷载①屋面恒载（图5）：标准值：mkN/9888.12cos/1616.2=××α8②屋面均布活载（图6）标准值：mkN/628.12cos/161.2=××α③风载（图7）屋面风载高度变化系数按屋顶标高计算取为1.0002/35.035.0000.1mkNw=×=屋面负压标准值mkNqwBC/1.26)0.1(35.0−=×−×=mkNqwCD/365.16)65.0(35.0−=×−×=墙面风载高度变化系数按柱顶标高计算取为1.02/35.035.00.1mkNw=×=墙面风压标准值mkNqwAB/525.06)25.0(35.0+=×+×=mkNqwDE/155.16)55.0(35.0−=×−×=94、内力计算及组合4.1刚架内力计算由结构矩阵分析计算得到刚架在各种荷载作用下得弯矩M图、剪力V图、轴力N图见图8～图19。①屋面恒载作用下刚架M、N、Q图10②屋面活载作用下刚架M、N、Q图11③左风荷载作用下刚架M、N、Q图12134.2刚架梁内力组合表maxM相应的N、VminM相应的N、VmaxV相应的M、N梁截面内力（KN或/KNm）恒载①活载②左风③组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值M-307.9-299.629.71-788.92-327.886-788.92V119.0115.8-15.5304.92121.1304.92截面1—1N42.241.1-2.131①+②108.18①+③47.657①+②108.18M-23.0-22.43.29-58.96-22.994-58.96V72.470.5-9.155185.5874.063185.58截面2—2N39.138.1-2.052①+③100.26①+②44.047①+②100.26M194.5189.3-27.5498.42194.9498.42V25.424.7-2.52565.0626.94565.06截面3—3N36.035.0-1.97①+②92.2①+③40.442①+②92.2M218.2212.4-29.136559.2221.05559.2V-2.3-2.23.44-5.842.056-5.84截面4—4N34.133.2-1.92①+②87.4①+③38.232①+②87.4143)刚架柱内力组合表maxN相应的M、VminN相应的M、VmaxM相应的N、V柱截面内力（KN或/KNm）恒载①活载②左风③组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值M307.9299.6-29.71788.92327.886788.92N126.1122.8-15.6323.24129.48323.24截面5—5V-34.2-33.30.94①+②-87.66①+③-39.724①+②-87.66M0000——N126.1122.8-15.6323.24——截面6—6V-34.2-33.35.66①+②-87.66————15最不利荷载组合作用下刚架M、N、Q图165、刚架梁、柱截面验算5.1构件宽厚比验算①梁翼缘()35012223514.17151512ybtf−===满足要求②拄翼缘()35012223512.14151514ybtf−===满足要求③梁腹板1—1截面：1176235117.625025010wwyhtf===满足要求2—2、3—3截面：68623568.625025010wwyhtf===满足要求4—4截面：87623587.625025010wwyhtf===满足要求④柱腹板柱底6—6截面：89223589.225025010wwyhtf===满足要求柱顶5—5截面：1182235118.225025010wwyhtf===满足要求5.2有效截面特性①柱有效截面特性翼缘：17柱受压翼缘为一边支承、一边自由的均匀受压板件，当其自由外伸宽厚比不超过《规程》所规定的允许宽厚比时，柱受压翼缘全截面有效。()35010212.141514bt−==满足规程限值要求，翼缘截面有效。腹板：柱腹板为两边支承非均匀受压板件，按CECS102-2002的6.1.1条款规定确定有效截面。柱顶5—5截面腹板最大、最小应力之比：3622max4min22323.2410788.9210436/2134046232010116.015.147100.8585.7xxMyNNmmNmmAINmmNmmσσ×××=±=±×=±=−腹板受压区高度：1161182679.7811685.7chmmmm=×=+由22max116215NmmfNmmσ==故取22max1.1116127.6yRfNmmNmmγσ==×=minmax85.71160.74βσσ==−=−()()()0.5221622.710.11211kσβββ==⎡⎤++−++⎣⎦可得腹板换算高厚比为：118210127.60.650.823523528.128.122.7ywwpfhtkσλ===取1.0ρ=，柱顶腹板全截面有效。柱底6—6截面：由322max323.241017.5321518440NNmmfNmmAσ×====18故取22max1.117.5319.282yRfNmmNmmγσ==×=由minmaxβσσ=，有1.0β=，则()()()0.52216410.11211kσβββ==⎡⎤++−++⎣⎦腹板换算的高厚比为：/892/1019.2820.450.823523528.128.14ywwppfhtkσλλ====取1.0ρ=，柱底腹板全截面有效。②梁有效截面特性翼缘：梁受压翼缘为一边支承、一边自由的均匀受压板件，当其自由外伸宽厚比不超过《规程》所规定的允许宽厚比时，梁受压翼缘全截面有效。()35010214.171512bt−==满足要求，翼缘全截面有效。腹板：梁腹板为两边支承非均匀受压板件，按CECS102-2002的6.1.1条款规定确定有效截面。1—1截面：腹板最大、最小应力之比：36222max4min108.1810788.92101176/2118.04/1992041194010107.18xxMyNNmmNmmNmmAIσσ×××=±=±=×−腹板受压区高度：118.041176616.35118.04107.18chmmmm=×=+由22max118.04215NmmfNmmσ==故取22max1.1118.04129.844yRfNmmNmmγσ==×=minmax/107.18/118.040.908βσσ==−=−19()()()0.5221621.7110.11211kσβββ==⎡⎤++−++⎣⎦可得：/1176/10129.8440.680.823523528.128.121.71ywwpfhtkσλ===取1.0ρ=，1—1截面梁腹板全截面有效。3—3截面腹板最大、最小应力之比：36222max4min92.210498.4210686/2149.11/1502011958010136.83xxMyNNmmNmmNmmAIσσ×××=±=±=×−腹板受压区高度：149.11686357.73149.11136.83chmmmm=×=+由22max149.11215NmmfNmmσ==故取22max1.1149.11164.021yRfNmmNmmγσ==×=minmax136.83149.110.918βσσ==−=−()()()0.5221621.9510.11211kσβββ==⎡⎤++−++⎣⎦可得：/876/10135.0250.5050.823523528.128.121.89ywwpfhtkσλ===取1.0ρ=，可知3—3截面梁腹板全截面有效。4—4截面：腹板最大、最小应力之比：36222max4min87.410559.210876/2122.75/1692020831010112.41xxMyNNmmNmmN