轻型门式钢架课程设计.doc
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轻型门式钢架大作业设计
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1.1结构体系
本设计结构体系为横向单跨双坡门式刚架承重体系，跨度18米，门式刚架斜梁坡度为1:
11。
纵向为檩条支撑体系，24跨，柱距5.1米。
屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。
1.2结构布置
1.柱网布置
综合考虑工艺、结构及经济三个方面的要求，确定厂房柱网布置为：
纵向24跨，跨度5.1米，横向单跨，跨度18米。
2.横向框架结构的主要尺寸、框架柱及横梁
（1）横向框架的结构尺寸
采用单跨双坡门架，门架横梁与门架柱刚性连接，刚架柱与地基础的连接为锚栓刚性连接。
结构示意图如下：
图1结构示意图
框架主要尺寸为：
（1）跨度：
18m
（2）柱高：
6.0m
（3）柱距：
5.1m
横梁坡度为1:
11
（2）框架柱及横梁
框架柱采用等截面H型钢柱，钢材采用Q235钢，横梁采用分段变截面焊接工字形截面，钢材采用Q235钢。
3.墙架及柱间支撑布置
墙架系由横梁（墙梁）及拉条、窗镶边构件、墙架柱、抗风柱等构件组成。
其作用是支撑墙体，保证墙体的稳定，并将墙体承受的风荷载传递到厂房骨架和基础上。
柱间支撑为交叉腹杆体系，交叉腹杆体系最为经济且刚度较大。
4.屋盖支撑布置
门式刚架的屋盖支撑体系由纵向水平支撑、横向水平支撑和系杆构成。
5.温度缝的设置
42
1.3静力计算简图
选取轴刚架为典型单元进行静力计算，计算单元如图所示：
图2计算单元
1.4荷载计算
1.荷载取值计算
永久荷载：
恒载（坡向）：
结构自重（包括屋面板、檩条、保温层及刚架自重）
0.8mm厚压型钢板0.15kN/m2
刚架及支撑0.10kN/m2
刚架斜梁自重0.15kN/m2
轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）0.5kN/m2
可变荷载：
活载：
计算刚架取0.3kN/m2计算檩条取0.5kN/m2
雪载：
0.2kN/m2
风荷载：
基本风压按荷载规范GB50009-2001取，地面粗糙等级B级，基本风压：
由于柱高小于10m，不考虑高度变化系数，故取：
风载体形系数按表A.0.2-1选取：
图3风载体形系数
1.5檩条设计
1）截面选型
按，檩条跨度,檩条高度，从而初选形檩条，檩距为，檩条跨度大于，故在檩条间跨设置拉条，在檐中处设置斜拉条和刚性撑杆。
如图
12
34
图4檩条计算简图
2）荷载标准值
永久荷载：
压型钢板（含保温）
檩条（包括拉条）
合计
可变荷载：
屋面均布活荷载和雪荷载的最大值为。
3）内力计算
（1）永久荷载与屋面活荷载组合
檩条线荷载
弯矩设计值
（2）永久荷载与风荷载吸力组合
按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001,房屋高度小于10米，风荷载高度变化系数取10米高度处的数值，。
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:
2002附录A，风荷载体型系数为（边缘带），。
垂直屋面的风荷载标准值：
檩条线荷载
弯矩设计值（采用受压下翼缘设拉条的方案）
4）截面选择及截面特性
（1）选用
，，，，，，，
先按毛截面计算的截面应力为：
（压）
（压）
（拉）
（2）受压板件的稳定系数
①腹板
腹板为加劲板件，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
②上翼缘板
上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
（3）受压板件的有效宽度
①腹板
，，，，，，
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为
由于，则，
所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
②上翼缘板
，
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为
由，则
所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
③下翼缘板
下翼缘板全截面受拉，全部有效。
④有效净截面模量
上翼缘板的扣除面积宽度为：
；同时在腹板的计算截面有两个拉条连接孔（一个距上翼缘边缘，一个距下翼缘边缘），孔位置与扣除面积位置基本相同，所以腹板的扣除面积宽度按计算。
有效净截面模量为
5）强度计算
屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
6）稳定计算
（1）有效截面模量
永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩，根据前面的计算结果，可以取
（2）受弯构件的整体稳定系数按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录A中A.2的规定计算
查表，跨中设一道侧向支承，，，
（取正值）
（3）风吸力作用使檩条下翼缘受压，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
计算的稳定性为
计算表明永久荷载与风荷载组合不起控制作用
7）挠度计算
8）构造要求
故此檩条在平面内、外均满足要求。
1.6墙梁设计
1）截面选型
初选形墙梁，间距为，墙梁跨度大于，故在墙梁间跨设置拉条一道。
如图
图5墙梁布置
2）荷载标准值
永久荷载：
压型钢板（含保温）
墙梁（包括拉条）
合计
3）内力计算
墙梁所受荷载设计值
竖向：
水平：
（压力）
（拉力）
墙梁所受荷载标准值
竖向：
水平：
（压力）
（拉力）
荷载组合考虑两种情况：
①；②
（1）竖向荷载产生的弯矩。
由于墙梁跨中竖向设有一道拉条，可视为墙梁支承点，弯矩图如图示。
（2）水平荷载、产生的弯矩、。
墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁设计内力，则
迎风：
背风：
（3）剪力：
在竖向荷载作用下，两跨连续梁的最大剪力为
在水平方向的剪力按单跨简支梁计算
迎风
背风
（4）双弯扭力矩：
4）截面验算
由初选墙梁截面形槽钢，查表得其截面特性：
；；；；；
；；；；
；；；
（1）各板件端的应力值为：
迎风：
（拉）
（拉）
（压）
（压）
背风：
（压）
（压）
（拉）
（拉）
（2）受压板件的有效宽度
①迎风：
1-3板为加劲板件，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式取计算
3-4板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，
，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
1-3板，，，，，，
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为
由于，则，
，所以1-3板全截面有效
3-4板，，，，，
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为
由，则
所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
1-2板全截面受拉，全部有效
②背风：
1-3板为加劲板件，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式取计算
1-2板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，
，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
1-3板，，，，，，
由于，则，
，所以1-3板全截面有效
3-4板，，，，，
由，则
所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
3-4板全截面受拉，全部有效
（3）有效净截面模量
迎风、背风时翼缘受压板的最大扣除面积宽度为：
；同时在腹板的计算截面有两个拉条连接孔（一个距左翼缘边缘，一个距右翼缘边缘），所以腹板的扣除面积宽度按计算。
有效净截面模量为
5）强度计算
（1）正应力：
根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
迎风时，
背风时，
（2）剪应力：
根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式、
竖向剪应力
水平剪应力
6）稳定计算
受弯构件的整体稳定系数按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录A中A.2的规定计算
查表，跨中设一道侧向支承，，，
（取正值）
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
计算的稳定性为
7）挠度计算
竖向：
按两跨连续梁计算
水平方向：
按单跨简支梁计算
8）构造要求
故此墙梁在平面内、外均满足要求。
1.7抗风柱设计
每侧山墙设置2根抗风柱，则每根抗风柱作用宽度为10.5米。
1）荷载计算
墙面及墙梁自重为，抗风柱自重约为
风荷载：
风压高度变化系数
风压体型系数由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：
2002附录A表A.0.2-4查出，
风荷载标准值=
单根抗风柱承受的均布荷载设计值：
永久荷载设计值
风荷载设计值
风荷载标准值
2）内力计算
取中间柱作为计算对象，计算模型如图
图6抗风柱计算
构件最大轴压力
构件最大弯矩
3）截面选择
取工字形截面，，，，，，，，
4）强度计算
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式
5）稳定计算
（1）弯矩作用平面内的稳定：
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式
绕强轴
因为，所以查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C的b类截面，
所计算段无端弯矩但有横向荷载，故
（2）弯矩作用平面外的稳定：
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式
绕弱轴考虑墙面墙梁隅撑的支持作用，计算长度取为墙梁的间距2米
因为，所以查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C的b类截面，
所计算段有端弯矩和横向何在作用，并使构件段产生同向曲率，故取，另
（3）挠度
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003附录A续表A.1.1，在横向风荷载作用下，抗风柱水平挠度为
1.8门式刚架设计
1）计算简图：
图9计算简图
2）荷载效应组合
a）1.2恒载+1.4活载
b）1.2恒载+1.4风载
c）1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6×风载
d）1.2恒载+1.4×0.7×活载+1.4×风载
3）主刚架截面预估
据门规4.1.3规定，刚架的梁可采用变截面，设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。
主刚架截面示意图如图所示。
柱采用等截面
斜梁由三段组成，两端采用楔形构件，中段采用等截面构件
截面及截面特性列入表1-1：
初选梁、柱截面及截面特性如表1-1：
图10主刚架截面示意图
图11单元及节点编号
表1-1
柱截面1－1
2-24010/-6006
截面面积A=8400
刚架斜梁2－2断面
2-20010/-5606
截面面积A=7360
刚架斜梁3－3/4－4断面
2-20010/-4506
截面面积A=6700
刚架斜梁5－5断面
2-20010/-5606
截面面积A=7360
4）各工况内力计算
内力计算简图
恒载
活载
左风
内力计算：
恒载：
MVN
活载：
MVN
左风载：
MVN
（5）荷载组合内力图：
第一组合：
MVN
第二组合：
MVN
第三组合：
MVN
第四组合：
MVN
单元码
节点码
内力
内力标准值
组合1
（1.2恒+1.4活）
组合2
（1.2恒+1.4风）
组合3
（1.2恒+1.4活+1.4×0.6风）
组合4（1.2恒+1.4×0.7活+1.4风
恒载
活载
左风
右风
1
A
M
34.25
38.14
-53.65
-2.08
94.496
-34.01
49.43
3.367
N
-47.01
-26.75
20.95
15.70
-93.862
-34.432
-80.674
-60.647
V
-11.07
-12.33
15.47
-1.15
-30.546
-14.894
-31.512
-26.9774
C
M
-35.51
-39.54
34.30
18.94
-97.968
-16.096
-82.0584
-54.8452
N
-30.94
-12.33
20.95
15.70
-54.39
-15.148
-41.202
-27.2314
V
-11.07
-26.75
12.45
6.01
-50.734
-4.87
-45.6856
-31.085
3
C
M
-35.51
-39.54
34.30
18.94
-97.968
-16.096
-82.0584
-54.8452
N
-30.94
-26.79
20.95
15.70
-74.634
-15.148
-61.446
-41.4022
V
-11.07
-12.33
12.45
6.01
-30.546
-4.87
-25.4976
-16.9534
E
M
-65.40
-72.83
66.16
38.76
-180.442
-24.216
-147.884
-95.5894
N
-24.06
-26.79
20.95
15.70
-66.378
-6.892
-53.19
-33.1462
V
-11.07
-12.33
11.15
8.66
-30.546
-1.16
-23.2716
-13.2434
5
E
M
-65.40
-72.83
66.16
38.76
-180.442
-24.216
-147.884
-95.5894
N
-13.17
-14.66
12.87
10.03
-36.328
-1.762
-27.9028
-16.1288
V
22.98
25.59
-19.87
-14.87
63.402
-0.242
46.711
24.836
H
M
-11.07
-13.09
9.25
9.69
-31.61
0.282
-23.4704
-12.5462
N
-12.48
-13.90
12.97
10.03
-34.436
-0.934
-26.0108
-14.556
V
15.32
17.05
-13.86
-14.87
42.254
-2.434
29.7632
14.275
7
I
M
49.28
54.87
-40.48
-34.19
135.954
2.464
101.951
56.237
N
-11.34
-12.62
13.00
10.06
-31.276
0.476
-22.8256
-11.8916
V
2.48
2.76
-3.81
-1.34
6.84
1.1
5.7144
3.8048
G
M
48.41
53.91
-44.45
-32.86
133.566
-4.138
96.228
48.639
N
-10.83
-12.07
13.00
10.05
-29.894
1.074
-21.452
-10.7546
V
1.02
1.34
2.78
0.89
3.1
2.47
3.8476
3.7832
（6）半跨刚架内力组合表
7）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：
（240-6）/（2×10）=11.7<15，满足协会规程得限值要求；
（200-6）/（2×10）=9.7<15，满足协会规程得限值要求；
腹板宽厚比：
600/6=100<250，满足协会规程的限值要求。
560/6=91.2<250，满足协会规程的限值要求。
450/6=75<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：
（560-450）/2.0=55mm/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，根据协会规程第（6.1.1）式（6.1.1-8、6.1.1-9）则其抗剪承载力设计值为：
其中，
但
但
但
（1）1、3号单元（单阶柱）验算
I.最不利组合内力值如下：
A节点端MAC=94.496kN.mN12=-93.862kNQ12=-31.512kN
E节点端MEC=-180.442kN.mN21=-66.378kNQ21=-30.546kN
II.强度验算
先计算1号单元A节点端。
截面面积A=8400
（压）
（拉）
截面边缘正应力比值
用代替技术规程式（6.1.1-3）中的fy。
根据技术规程式（6.1.1-4）求得
根据技术规程式（6.1.1-3）求得。
所以根据技术规程式（6.1.1-2）求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。
节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第（6.1.2）条的第2款规定进行验算
1号单元A节点端强度满足
再计算3号单元E节点端。
截面面积A=8400
（压）
（拉）
截面边缘正应力比值
用代替技术规程式（6.1.1-3）中的fy。
根据技术规程式（6.1.1-4）求得
根据技术规程式（6.1.1-3）求得。
所以根据技术规程式（6.1.1-2）求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。
节点端同时受到压弯作用，根据协会规程第（6.1.2）条的第2款规定进行验算
3号单元E节点端强度满足
Ⅲ稳定验算
上段柱（3号单元）平面内稳定性验算：
根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）求单阶柱平面内计算长度系数。
柱线刚度：
查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附表D-3（参考《钢结构设计与计算》），按柱上端可移动但不可转动得单阶柱下段得计算长度系数，得到，查表5.3.4得折减系数为0.8。
柱下段平面内计算长度系数为：
上段柱平面内计算长度系数为：
上段柱平面内计算长度为：
上段柱（3号单元）平面内稳定性验算：
查表得
上段柱平面外稳定性验算：
已知柱平面外在柱高处设置柱间支撑，即平面外计算长度，,查表得
下段柱（1号单元）平面内稳定性验算：
下段柱平面内计算长度为：
查表得
下段柱平面外稳定性验算：
（2）5、6、7单元（梁）验算
5号单元（梁）验算
I.最不利组合内力值如下：
E节点端
H节点端
II.强度验算
先计算5号单元E节点端。
截面面积A=7360
（压）
（拉）
截面边缘正应力比值
用代替技术规程式（6.1.1-3）中的fy。
根据技术规程式（6.1.1-4）求得
根据技术规程式（6.1.1-3）求得。
所以根据技术规程式（6.1.1-2）求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。
节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第（6.1.2）条的第2款规定进行验算
5号单元E节点端强度满足
再计算5号单元H节点端。
截面面积A=6700
（压）
（拉）
截面边缘正应力比值
用代替技术规程式（6.1.1-3）中的fy。
根据技术规程式（6.1.1-4）求得
根据技术规程式（6.1.1-3）求得。
所以根据技术规程式（6.1.1-2）求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。
节点端同时受到压、弯作用，根据协会规程第（6.1.2）条的第2款规定进行验算
5号单元H节点端强度满足
7号单元（梁）验算
I.最不利组合内力值如下：
I节点端MIG=135.954kN.mNIG=-31.276kNQIG=6.84kN
G节点端MGI=133.566kN.mNGI=-29.894kNQGI=3.847kN
II.强度验算
先计算7号单元G节点端。
截面面积A=7360
（压）
（拉）
截面边缘正应力比值
用代替技术规程式（6.1.1-3）中的fy。
根据技术规程式（6.1.1-4）求得
根据技术规程式（6
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