門式剛架廠房設(shè)計計算書

一、設(shè)計資料

該廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房跨度21nb長度90m,柱距9nb檐高，

屋面坡度l/10o剛架為等截面的梁、柱，柱腳為較接。

材料采用Q235鋼材，焊條采用E43型。

屋面和墻面采用75機(jī)機(jī)厚EPS夾芯板，底面和外面二層采用0.6〃刈厚鍍鋅彩板,

鋅板厚度為275/gn?；楝條采用高強(qiáng)鍍鋅冷彎薄壁卷邊Z形鋼楝條，屈服強(qiáng)度

2

fy>450N/mmf鍍鋅厚度為160g/，〃"九（不考慮墻面自重）

自然條件：基本風(fēng)壓：W（）=0.5KN/nr,基本雪壓0.3KN/蘇

地面粗糙度B類

二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置

該廠房長度90m,跨度21nb柱距9m,共有11根剛架，由于縱向溫度區(qū)段

不大于300m、橫向溫度區(qū)段不大于150nb因此不用設(shè)置伸縮縫。

楝條間距為。

廠房長度>60m,因此在廠房第二開間和中部設(shè)置屋蓋橫向水平支撐；并在屋

蓋相應(yīng)部位設(shè)置楝條、斜拉條、拉條和撐桿；同時應(yīng)該在與屋蓋橫向水平支撐相

對應(yīng)的柱間設(shè)置柱間支撐，由于柱高〈柱距，因此柱間支撐不用分層布置。

（布置圖詳見施工圖）

三、荷載的計算

1、計算模型選取

取一根剛架進(jìn)行分析，柱腳采用錢接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計。廠房檐

高，考慮到槐條和梁截面自身高度，近似取柱高為；屋面坡度為1：10。

因此得到剛架計算模型：

2.荷載取值

屋面自重：

m2

屋面活荷載：KN/m2（與雪荷載不同時考慮）

柱自重：KN/m

風(fēng)載：基本風(fēng)壓%=0.5kN//

3.各部分作用荷載：

（1）屋面荷載：

標(biāo)準(zhǔn)值：（）.48x—x9=4.3（）KN/M

cos夕

柱身恒載：0.35x9=315A7V/M

kn/m

kn/mkn/m

（2）屋面活載

屋面雪荷載小于屋面活荷載，取活荷載0.50x」一x9=4.5（）KN/M

cos，

kn/m

777^7

（3）風(fēng)荷載

以風(fēng)左吹為例計算，風(fēng)右吹同理計算:

根據(jù)公式伙=44例）計算：

（地面粗糙度B類）

從根據(jù)查表〃《10科取1.0,從根據(jù)門式剛架的設(shè)計規(guī)范,

取下圖：

-1.0-0.65

風(fēng)載體形系數(shù)示意圖

迎風(fēng)面?zhèn)让?=1.0x0.25x0.5=0.125雨/用2,=0.125x9=1.125W/m

屋頂牡=-l.Oxl.Ox().5=-0.50kN/m2,%=-0.50x9=-4.5kN/m

背風(fēng)面?zhèn)让鎒=-1.0x0.55x0.5=—0.275ZN/"22,=-0.275x9=-2.475W/m

屋頂4=-1.0x0.65x0.5=-0.325W/q4=-0.325x9=-2.925W/m

荷載如下圖:

kn/mkn/m

kn/m

kn/m

4.內(nèi)力計算:

（1）截面形式及尺寸初選:

梁柱都采用焊接的H型鋼

梁的截面高度h一般?。?/301/45）1,故取梁截面高度為600nlln；

暫取H600x300x6x8,截面尺寸見圖所示

柱的截面采用與梁相同

y

3（0

X

3面積i、

長度L4

2

截面截面名稱z、(mm)mmMm

(mm)(xlO6/n/n4(x104tnn?(x104mm3

234

柱“600x300x6x8720094725201733624

234

梁“600x300x6x81055294725201733624

xs6s

EA=2.06xlOx9472x10/=1.95x1攵兒EIx=2.06x10x520x10x10^=1.07xl0kn，in

（2）截面內(nèi)力：

根據(jù)各個計算簡圖，用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)

力圖如下：

計算計算簡圖及內(nèi)力值（M、N、Q）備注

項目

彎矩圖

恒

剪力圖

載

作“二

用

力

下剪

恒我

軸力圖

拉為

I

正壓為

負(fù)

）

自重

略柱

力（忽

下軸

恒載

活

荷

載

圖

作彎矩

用

45.22

活

荷

圖

剪力

載

作

用

圖

）剪力

準(zhǔn)值

載（標(biāo)

活荷

軸力圖

（拉為

正，壓為

負(fù)）

活荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）軸力圖

彎矩圖

風(fēng)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）彎矩圖

風(fēng)

荷

載

作

用

風(fēng)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）剪力圖

（3）內(nèi)力組合（由于恒載和活載關(guān)于結(jié)構(gòu)豎向?qū)ΨQ，因而風(fēng)荷載只要考慮一個方

向作用，風(fēng)荷載只引起剪力不同，而剪力不起控制作用）

按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力分析，需要進(jìn)行以下可能的組合：

①*恒載效應(yīng)+*活載效應(yīng)

②*恒載效應(yīng)+*風(fēng)載效應(yīng)

③*恒載效應(yīng)+**｛活載效應(yīng)+風(fēng)載效應(yīng)｝

取四個控制截面：如下圖:

3-3

41

2-2

1-1

各情況作用下的截面內(nèi)力

截面內(nèi)力恒載活載左風(fēng)

M000

I-1N

Q

M

II-IIN

Q

M

III-IIIN

Q

M

IV-IVN

Q

內(nèi)力組合值

截面內(nèi)力1.2恒+1.4活1.2恒+1.4風(fēng)1.2恒+1.4x0.85x（風(fēng)+活）

M000

I-1N

Q

M

II-IIN

Q

M

N

Q

M

IV-IVN

Q

4.褐湎驗算

控制內(nèi)力組合項目有：

①+M*x與相應(yīng)的N,V（以最大正彎矩控制）

②一此.與相應(yīng)的N,V（以最大負(fù)彎矩控制）

③義儂與相應(yīng)的M,V（以最大軸力控制）

④Mm與相應(yīng)的M,V（以最小軸力控制）

所以以上內(nèi)力組合值，各截面的控制內(nèi)力為：

1T截面的控制內(nèi)力為M=0,N=-120.58MV,Q=Y8.45KN

2-2截面的控制內(nèi)力為M=-335.33KN?M,N=-12058KN,Q=-48.45MV

3-3截面的控制內(nèi)力為M=-335.33MV?M,N=-64.303,Q=\\5MKN

4-4截面的控制內(nèi)力為M=246.78KN?M,N=—57.82KMQ=5.19KN

A：剛架柱驗算：取2-2截面內(nèi)力

平面內(nèi)長度計算系數(shù)：

“)=2+0.45K,其中K="=—=1.46,/.〃)=2+0.45xl.46=2.66,

1RH7.2

H=7.2x2.66=19.1M

O.v

平面外計算長度:

考慮壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱連接的墻梁

可作為柱平面外的支承點，但為了安全起見計算長度按兩個墻梁間距考慮,

即IIOY=7200/2=3600〃〃〃

119100°”,3600”.

/.Z=-------=81.6,=------=58.4

X234-61.6

⑴局部穩(wěn)定驗算

構(gòu)件局部穩(wěn)定驗算是通過限制板件的寬厚比無實現(xiàn)的。

①柱翼緣

b(150-4)/2?國(235?,川.口曲十、

-=-----------=12.17<15——=151—=15(滿足要求)

/6V4V235

②柱腹板

九二^^G46<25。戶=25。、陛=25。(滿足要求)

(4VAV235-

(2)柱有效截面特征

M=-335.33KN?M,N=-12().58KMQ=—48.45KN

<rmaxlN工M120.58x1()3335.33x106

>-----士'-----------------------士----------------------

Gnin從一%9472_173xl04

IIIIIIA

206.56

=12.73±193.83二4N/mm72

-181.10

aJmax-bmin=206.56+⑻.10二1能

°"*-206.56.,

^-=—=97<48?)+0.5%-26.2=105.28

46

因97>70,故可以考慮屈曲后強(qiáng)度。

由于考慮屈曲后強(qiáng)度:

-181.1

=-0.88

206.56

584

僅=206.56x=311.2mm

206.56+181.1

______________16______________

=21.28

[(1+/7)24-0.112(1-/7)2]05+1+/7

hjt584/8

<0.8,

28.1區(qū)J235".28.1x721.28

則夕=1,截面全部有效。

（3）抗剪強(qiáng)度驗算：

柱截面的最大剪力為=48.45AN

4二4.4-584/8=025

37五j235/437X>/534xl

0.8<4<14貝，=[1-0.64(4-0.8)]/.=0.973x125=121.63/V/mm2

3

Vd=hjwf；=584x8x121.63xIO->,滿足要求。

彎剪壓共同作用下的驗算：

因為V<0.5%,按公式M=Me-N叱,/4進(jìn)行驗算，

其中也=叱J=173x1O'x215x1O'=371.95W-m

=Me-NWe/A，=371.95-120.58x371.95/9472

=371.95-22.59=367.2m>335.33kMm,滿足要求。

(4)穩(wěn)定性驗算

剛架柱平面內(nèi)穩(wěn)定性驗算

4=81.6<[A]=180j=/tvA//v/235=81.6

。類截面，由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附表C-2查得，以=0.681

,_7V2EA3J42X2,06X1Q5X9472

二2388ZN/,“=1.0,則

「I.無)(Llx81.62)

NpM120.58xl031.0x335.33xl06

-----+---------d——s-x---------=-----------------+-------------------------------------------

4

6AH1-0&N/N&)叫0.681x9472L05xl73xl0x(l-0,8xl^)

2388

=18.69+192.39=211.08^/mm2<f滿足要求。

剛架柱平面外穩(wěn)定性驗算

2=/J//235=58.4

6類截面，由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》查得，%=0.818

MI

B=0.65+0.354=0.65+0.35x-=0.825

"lxM,2

CQ

=1.07--------=1.07-^—=0.99

440044000

NPM120.58x1()30.825x335.33x1()6

則Ilhl——+n?~邑=----------+1.0---------------------；—

4

(pyA研”0.818x94720.99xl73xl0

=15.56+161.52=177^/mm2</滿足要求。

B：剛架梁驗算：取3-3截面內(nèi)力

M=-335.33KN?M,N=-64.30KN,Q=115.40KN

⑴局部穩(wěn)定驗算

③梁翼緣

Z7_(150-4)/2

7-6~(滿足要求)

④梁腹板

h600-16=146<250—=250J—=250(滿足要求)

44235

（2）梁有效截面特征

門式剛架坡度為1/10C/5,可以不考慮橫梁軸梁的影響，按受彎構(gòu)件驗算。

M,335.33x106℃°”一.

?=±—=±----------=±193.83N/mm~

%%173xl()4

/.0旦=7

h=584x—=292"〃〃

,2

16

??>os=/—=23.91

%=[(1+夕)2+0.112(1-夕)2]0.5+1+4,0+12x4

584/8

兒4=0.53<0.8,

4=28.1瓦，235/428.lxj23.91

則夕=1,截面全部有效。

(3)強(qiáng)度驗算

抗剪強(qiáng)度驗算：

柱截面的最大剪力為\晨二115.4攵N

勺=5.34

2—/2—584/8=085

37弧1235/fy37x7534x1,

2

().8<2M,<14則/；,,=[1-().64(人一().8)".=0.973xl25=121.637V/mm

Vd=兒幾f=584x8x121.63x1O“=568.25AN>,滿足要求。

彎矩作用下的驗算：

4-6

MJ=M=173X10X215X10

=371.95雨?m>335.33kN.m,滿足要求。

(4)穩(wěn)定性驗算

剛架梁平面內(nèi)穩(wěn)定驗算

驗算方法與柱平面內(nèi)的穩(wěn)定驗算相同，由于N梁＜N柱，M梁二M柱，因而可以滿足要求。

剛架梁平面外穩(wěn)定驗算

一般剛架平面外穩(wěn)定靠支撐來保證，

考慮楝條處設(shè)置隅撐以保證屋脊負(fù)彎矩使下翼緣受壓時有支撐，

在支撐點處設(shè)置隅撐以保證橫梁全截面受支承，則橫

梁成為平面外3m支撐的壓彎構(gòu)件，取其中一段計算。

由幾「職=48.7及b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》得，?=0.865

22

由于有端彎矩與橫梁荷載，取&=1.0,則%=1.07-一1=1.02

b44000

由于內(nèi)力沿桿件線性變化，取較大值64.3雨

N氏M\64.3x1031.0x335.33xl06

從而---+n久―=-----------+1.0x-------------------

(p、A①40.865x94721.03xl73xl04

=7.85+188.19=196.04N/mm2</>滿足要求。

5.位移驗算：

(1)柱頂水平位移驗算:

由矩陣位移法結(jié)構(gòu)力學(xué)計算程序計算位移，

位移驗算為正常使用極限狀態(tài)下的承載力驗算，荷載應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)值。

構(gòu)件截面參數(shù)：

EA=2.06x]08x9472xlO-6=1.95x106jtn,

s61252

EIx=2.06x10x520xIOx1O-=1.07x10m

荷載標(biāo)準(zhǔn)值即風(fēng)載，位移圖如下：

---26.1

單位：mm

18.1_1v—匚滿足要求

~H~7200-397200

（2）橫梁擾度驗算:

荷載標(biāo)準(zhǔn)值二1.Ox恒載+1.Ox活載=4.3+4.5=8.8kN/m,位移圖如下:

b63.61

—=-------滿足要求

L21(XX)-330250

四、節(jié)點設(shè)計：

（1）梁柱節(jié)點設(shè)計：

梁柱節(jié)點形式見下圖:

連接處選用如下組合內(nèi)力值：

M=-335.33KN?M,N=-64.30KN（使螺栓受壓），Q=115.40KN

采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，采用10.9級M24螺栓，預(yù)壓力P=225kN,

摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)〃=0.45,

螺栓承受拉力為：

pj..、，My.N335.33x0.37264.30

第一排：N=——-1SS^7642—14父QzlkN

222

^Yin-4x(0.132+0.212+0.372)10

Mw

第二排：距二言-N335.33x0.21264.30

222-------=88.54-6.43=82.1IkN

n-4x(0.132+0.212+0.372)10

N335.33x0.13264.30

第一排：NR二——V--------=55.13-6.43=48.70kN

n4x(0.1322+0.2122+0.3722)10

，其抗拉承載力為：

f[NM=0.8P=0.8x225=180kN、-c也門行分

{h?〃？>148.94kN,滿足要求。

[N：=不4；x，"/4=乃x21.18~x500/4=176.2kN

螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不計外加壓力，只考慮預(yù)壓力）

Vb=￡().9〃勺(P-1.25N,)=2[0.9x0.45x(225-1.25x148.94)+0.9x0.45x

(225-1.25y82.11)+0.9x0.45*(225-1.25*48.70)+0.9x0.45*225x6]

=810.26^>115.40kN

端板厚確定:

,6x68x148.94x10,

第一排螺栓端板厚：KM=27.2mm,

\bfV400x205

3

、6x68x97x82.llxlO

第二排螺栓端板厚：t>16ereN\6Ainm,

~^[ewb+2ef(ef+ew)]f「97x400+2x68x(68+97)]x205

3

3/N,I3x97x48.70xl0

第三排螺栓端板厚：=22.5/〃/〃,