单跨双坡门式刚架设计土木工程钢结构课程设计.docx

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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90根，柱距6根，跨度15机。门式刚架檐高6根，屋面坡度为1:10。图1刚架简图材料选用屋面材料：单层彩板墙面材料：单层彩板天沟：钢板天沟结构材料材质钢材选用Q235-B,f=215Nmm2,fv=125Nmm基础混凝土标号：C25,fc=n.5Nmm24荷载（标准值）I恒载：无吊顶，0.25左N/苏（不包括刚架自重）II活载：0.5Wm2III风载：基本风压叉=0.55左N/机2,地面粗糙度JB类，风载体形系数如图2所示：图2风载体形系数示意图IV雪载：0.2三m2o本设计不考虑地震作用二单棍刚架设计单棍刚架的设

2、计取中间棍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：1.2恒载+1.4活载；1.2恒载+L4x活载+1.4x0.6风载;1.2恒载+1.4X0.7X活载+1.4风载；1.0恒载+1.4风载。计算位移变形时，按照以下三种荷载组合进行：恒载+活载；恒载+风载；恒载+活载+06X风载。2.内力计算采用同济大学3O3S7.0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H型钢；而梁由于跨度较小（15加），若采用楔形会增加制作成本，因此梁采用等截面焊接H型钢。各个截面

3、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(mm)面积(mm2)绕弱轴惯矩（104mm4）绕弱轴截面模量（XIo3相机3）绕强轴惯性矩（104mm4）绕强轴截面模量（XIo3相机3）I-I（小头）Z20040016048573296546682568257II-II（大头）5740965466811723586III-IIIL40016048753740965466811723586IV-IVL40016048753740965466811723586II截面160n11截面160图4梁柱截面示意图各种工况下的荷载，如图5所示:(b)活载作用简图(c)左风荷载作用简图(d)右

4、风荷载作用简图图5工况荷载图各种工况下的内力运行3O3S7.0,结果如图6至图9及表格2所示。（八）N图(单位：kN)(b)。图(单位：kN)图6恒载作用下的刚架M、N、Q图(b)。图(单位：kN)c）对图（单位：Wm）图8左风作用下的刚架M、N、Q图（八）N图（单位：kN）（b）。图（单位：kN）c）加图（单位：kNm）图9右风作用下的刚架M、N、Q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I-IMOOO0N-23.9-22.626.316.5Q46.8-12.42.3II-IIM-24.9-41.359.119.2N-13.7-22.626.316.5Q46.8-7.4-3.5I

5、II-IIIM-24.9-41.359.119.2N-5.5-9.510.510.4Q-13.2-21.825.415.6M23.238.1-34.234.2IV-IVN-4.2-7.210.510.4Q0.40.7-0.7-1.4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1.2恒+1.4活1.0恒+1.4活+1.00.6X1.2恒+1.4x0.7活+1.4风1.0g+1.4风左风右风左风右风左风右风I-IM0.00.00.00.00.000N-60.32-38.23-46.46-14.01-27.7312.92-0.8Q14.323.9

6、16.25-5.9014.68-13.367.22II-IIM-87.7-38.06-71.5712.39-43.4757.841.98N-48.08-25.99-34.22-1.77-15.4923.129.4Q14.328.111.381.16.56-6.36-0.9III-IIIM-87.7-38.06-71.5712.39-43.4757.841.98N-19.9-11.08-11.16-1.21-1.359.29.06Q-46.36-25.02-33.26-1.64-15.3622.368.64IV-IVM81.2-52.45-52.4517.3017.30-24.68-24.68N

7、-15.12-6.3-6.382.62.4610.510.36Q1.460.870.280.19-0.79-0.58-1.563.构件截面验算因为门式刚架左右对称，因此只需验证半棍刚架即可。局部稳定验算柱腹板）1=15（满足要求）构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。柱翼缘iu-x-h200-16“CLC1235CLC1235CLC/、井口而4、II截面i=46250=25OJ=250(满足要求)却4NfyV235zhHh400161235_/235_,、井口而4、11-11截面=96250I=250.=250()两足要求)却4NfyV235梁翼缘(160-4)/278=9.7515

8、=15（满足要求）梁腹板=96250ff=250Ji=250(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一-=35mm/m60mmm,而梁因为是5.7等截面，因此高度变化率也符合v60m/m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：Vd=VX0梁柱都不设置横向加劲肋。心（400-16）+（200-16）对于柱：（=5.34,hw=-=284mm,兀=4mm%=0.8337灰35Ify37534235235因为0.8%1.4,所以=l-0.64(2w-0.8)fv=0.981/；=122.57NZmm2对于梁：(=5.34,hw=400-16=384mm,兀=4mm

9、2=hyJtyv=384/4=J123W37区p35fy37534235235.因为0.8%1_i4.73Nmn2f=215N/mm21A4096弯矩为0,故截面的边缘正应力比值分=1.0。用力5代替公式XP中的力：Yr1=1.114.73=16.2kN/mm2J（l+尸y+0.112（1夕）2+（1+尸）+2h（200-16）/42=卬/卬_VLL=Q215P28.1仄j2350Hb）28.1423516.2,因为40.8,所以夕=1,即1号节点端截面全部有效。N99%=14J3Nmm2f=215Nmm2V12=16.25kNVd=hwtwf=1844122.57=90.2W经验算II截面强

10、度满足条件。bn11截面强度验算：组合内力值nn截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：河21=87.7左N瓶,=48.08雨,%=14.32kN强度验算NM48.8IO387.71062C.cr1=1=1=161Nmmf=215N/mm1AWe4096586IO3_N_48.8xlO387.7IO6a,21Qr7入，/yycy、CID/V/11uL2A访4096586103故截面的边缘正应力比值/=&=匚卫=-0.856。Crl161因为5九用”代替公式*五舟近中的加Yr1=1.1161=YlQkNImm2I 16k=I(1+)2+0.112(1-)2+(l+y0)=I6=20.47J(

11、I0.856)2+0i2(l+0.856)2+(1-0.856)二鬣儿(400-16)/4=065P28.1也75235/(%.%)28.120.47235177因为40.8,所以夕=1,即2号节点端Hn截面全部有效。II 11截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用1=14.322V0.5z=0.5/ZxX=0.53844122.57=94.13kN所以采用以下公式进行验算：=Me-NWe/Ae=(f-N/Ae)We=(215-48.81034096)586103=119三mM21=87.7三mM经验算1111截面强度满足条件。截面利用率四个=包=0.737M；119c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，柱的小头惯性矩的=2568x104机柱的大头惯性矩Icl=Il723X104mm4,，型=支竺=0.219。斜梁为等截面,4111723换算长度系数=1.0,梁最小截面惯性矩40-11732104mm4,s=7537mm。柱的线刚度：K1=11732x10=20582