单跨双坡门式刚架设计土木工程钢结构课程设计.docx
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）Z200400×160×4×8573296546682568257II-II（大头）5740965466811723586III-IIIL400×160×4×8753740965466811723586IV-IVL400×160×4×8753740965466811723586II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-13.7-22.626.316.5Q46.8-7.4-3.5III-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+1.0×0.6X1.2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-60.32-38.23-46.46-14.01-27.7312.92-0.8Q14.323.916.25-5.9014.68-13.367.22II-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-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=46<250=25OJ=250(满足要求)却4NfyV235zhHh400161235_/235_,、井口而4、11-11截面=96<250I=250.=250()两足要求)却4NfyV235梁翼缘(160-4)/278=9.75<15=15（满足要求）梁腹板=96<250ff=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/m<60mmm,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35Ify37×534×235235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=4mm2=hyJtyv=384/4=J123W37区p35fy37×534×235235.因为0.8<%<1.4,所以=10.648-0.8)fv=0.793fv=99.187Vmm21)1号单元(柱)的验算aII截面强度验算：组合内力值II截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力。正应力验算采用荷载组合：M12=0.0左NN12=-60.32左N,%=14.32左N剪应力验算采用荷载组合：M2=°0左Nm,N2=-46.46左NM2=16.25kN强度验算正应力验算：-1=-=60.32><1°_i4.73Nmn2<f=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=1.1×14.73=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4<0.8,所以夕=1,即1号节点端截面全部有效。N99%=14J3Nmm2<f=215Nmm2V12=16.25kN<Vd=hwtwf'=184×4×122.57=90.2W经验算II截面强度满足条件。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NM48.8×IO387.7×1062C.cr1=1=1=161Nmm<f=215N/mm1AWe4096586×IO3_N_48.8xlO387.7×IO6a,21Qr7入，/yycy、CID/V/11uL2A访4096586×103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=1.1×161=YlQkNImm2I 16k=I(1+)2+0.112(1-)2+(l+y0)=I6=20.47J(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4<0.8,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½1=14.322V<0.5z=0.5/ZxX=0.5×384×4×122.57=94.13kN所以采用以下公式进行验算：=Me-NWe/Ae=(f-N/Ae)We=(215-48.8×1034096)×586×103=119三mM21=87.7三m<M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40-11732×104mm4,s=7537mm。柱的线刚度：K1=11732x10=20582
