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1、一、设计资料某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m,长度48m,柱距6m,檐口标高11m,屋 面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，考虑经济、制造和安装方便，楝条和墙梁 均采用冷弯薄壁卷边C型钢，钢材采用Q345钢，f = 31ON/wn2 , = 180 N/.，基础混凝土标 号C30, fc = 43N/mm29焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面楝条布置图，柱间支撑布置草图, 钢架计算模型及风荷载体形系数如下列图所示。刚架平面布置图4=晨；=392 t=150, b类截面,查表得见 =0.91。NexO7T2EA 2x206x161201.1%2左N=1
2、9389.5kN,黑1.0N /3mxMx化A叱式1外”)N ExO1430801 .Ox 274.74 xlO6- = 2S93SN/mm2 )0.6取 , =1.07-02，N (4=1.0+ 0.75取 , =1.07-02，N (4=1.0+ 0.75= 0.906 1.0N；x。=0.975Niy eXO(143.08xl030.975 x 274.74xlO6 )0.643 x 16120420xl04xl.73 )2N / mm=112AN/mm2 f = 310N/mm 满足要求d.验算刚架在风荷载作用下的侧移从b 卷=/ = 24000 /11000 =2.18 9刚架柱顶等
3、效水平力:H = 0.67)h = 0.67 x (0.79 +1.73) x 11 = 1857小匕、 IS.SVxlOxllOOO3 0。、。工I -八 1OO卜i - 2EI(2 + ) = x (2 + 2.18) = 24.86mm /z = /z/60 = l 83mm12x206x103x168100x104（4）刚架梁的验算A.梁有效截面特征M = 399.44ZN，m,N = 83.62ZN, Q = 269.65女 N%ax二 N 土 M J必= 83-62x】O3399.44x1?6=51995/oJ0n/加 2nax-nin 1 00.29+ 89.91max由于考虑屈
4、曲后强度100.29= 1.90h.2 二6772-89 91=-0.90 100.291.90=406.32%16J(l +2)2 +0.1 12(1 02 +1 + 2= 21.51%772/1028.1xV2k5xV235/18.15那么夕=1,截面全部有效。= 0.16 Vmax,满足要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V 399 MkN m9 满足要求。c.整体稳定验算构件的最大内力:N=-83. 62kN, M=-399. 44kN ma.刚架梁平面内的整体稳定性验算梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度/L12060mni, 4=心；=37 342=150, b类截面，查表得
5、以二0.908。NexO 7T2EA)2x206x161201. lx 37.34?-kN=23693kN,=1.0N 1限MxN Ex。8362060.908x4加。”-0.908x 瑟)=297.64N/ mm2f = 310N/mm2,满足要求。b.刚架梁作用平面外的整体稳定性验算计算长度心=5500 mm。对等截面构件，/ = 0,4=4=1，=87.3, b类截面，查 表得9V=0.643 o取火=1.07-。28吸 =0.906 1.0取火=1.07-。28吸 =0.906 l10.906X16120420x104x 0.906 )N / mrrr=80.2/mm2 f = 310
6、N/mm 满足要求六、节点设计：(1)梁柱连接节点设计A.螺栓强度验算梁柱节点采用10. 9级M30高强摩擦型螺栓连接，如下列图所示。构件截面采用喷砂，摩 擦面抗滑移系数 =0.50,每个高强螺栓的预拉力是355kN,连接处传递内力设计值： N=-83. 62kN, V=269. 65kN, M=399. 44kN mo(b)刚架柱与刚架梁的连接节点螺栓抗拉承载力验算:螺栓抗拉承载力验算:N； =0.8P = 284ZN= 84.04ANN：二 284ZNN _ My】 N _83.62，4x(0.312 +0.462 +0.552) 一螺栓抗剪承载力验算:N： =0.9%4P = 0.9x
7、1x0.50x355 = 159.75雨M，= = 5.97左N,满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：N、,Nt5.9784.04 八” 1、在口 由卡T + V =+= 0.331,满足要求。N： N1159.75284B.端板厚度验算端板厚度取”20帆加，按二边支撑端板外伸计算:6efewNtI 6x60x73x84.04xl031满足要求。t I I=/-V ewb + 2ef (ef + ew)f - 73x 300 + 2x 60x (60 + 73)x 310 - ,C.梁柱节点域的剪应力验算r = - = 39944x10 = 66 33yv/mm2 180N/加节点
8、域剪应力满足要求 dhdctc 776x776x10D.螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值：z My. N (83.62 ”Nt? = -7；7TKN = 693KN 04P = 42kNZy (4x(0.312 +0.462 +0.552)14 )取 Nt2 =142 kN= 142x1、=194 5N / mrn2 Nv = = 3.88左N,满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：生+工工+普N7 N； 159.75284= 0.40 =1=15.39mm9 满足要求。 ewb + 2ef (ef + ew)f 73x300+2x60x(60 + 73)x3
9、10C.梁柱节点域的剪应力验算节点域剪应力满足要求节点域剪应力满足要求M 293.27 xlO62 皿小一 2t = 48.7N / mm 1 SON / mm2dbdctc 776x776x10D.螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值:My2 NV v.2 n38.78、4x(0.3 V+0.462)10 )kN = 69.9KN QAP = 142左N取 乂2 二42k/V义= 142x10 =194 5N / m府 310N / mm2,满足要求。外 九 73x10(3)柱脚设计刚架柱与基础较接，采用平板式钱接柱脚。基础采用C20混凝土，fc=9.6N/mm2a.柱脚
10、内力设计值如下：N = 143.08KV, V = 21.33kNb.柱脚底板尺寸确定L =。+ 2。= 800 + 2x(20 50) = 840 -900mm,取L = 850/m3 = + 2c = 300 + 2 x (20 50) =340400mm,取 B=360mm。底板反力为 9 = N/LB = 143.08x1()3/850 x360 =0.47N/m? V = 21.33kN ,满足要求。cc柱间支撑布置草图计算模型及风荷载体形系数二、荷载计算2.1计算模型的选取取一棍刚架进行分析，柱脚采用较接，刚架梁和柱采用等截面设计。2. 2荷载取值计算：(1)屋盖永久荷载标准值彩色
11、钢板0.40kN/m2保温层0. 60kN/m2橡条0. 08kN/m2钢架梁自重0. 15kN/m2合计1.23kN/m2(2)屋面活载和雪载0. 30 KN/m1(3)轻质墙面及柱自重标准值0. 50 KN/m2(4)风荷载标准值基本风压：4 =1.05x0.50 = 0.525左N/加。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化 系数：当高度小于10加时，按10加高度处的数值采用，41.0。风荷载体型系数迎风柱及屋面 分别为+ 0. 25和1. 0,背风面柱及屋面分别为一0.55和-0. 65o2.3各局部作用的荷载标准值计算(1)屋面荷载：标 准 值：L23x6x = 7.42ZN/
12、mcos。柱身恒载：0.50 X 6 = 3.000V/ m7.42kN/m（2）.屋面活载屋面活载雪载0.30x6xL = l8MN/wcos61.81kN/m(3)风荷载以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式砥=软计算，二查表介4 10，MX 1.0,4取值如图L 2所示。(地面粗糙度B类)迎风面 侧面q =0.25xL0xL05x0.5() = 0.1312N/22,=0.131 x6 = QJ9kN/m屋顶砥=1.00 x 1.0 x 1.05 x 0.50 = -0.525 kN/m2, q2 = -0.525 x 6 = 3.15左N/m背风面 侧面以 =-0-55 xl.0x
13、l.05x0.50 = -0.289kN/m2, % = -0-289 x 6 = 1 .73ZN/m屋顶女=-0.65 xl.0xl.05x0.50 = -0.341 kN1m2, % = -0.341 x6 = -2.05kN/m三、内力计算根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下: 注：剪力图：“+”表示方向“一”；轴力图：拉为正，压为负。3.1恒载作用（标准值）下，计算简图及内力值：恒载作用下剪力图恒载作用下弯矩图3.2活载作用（标准值）下，计算简图及内力值:活荷载作用下轴力图活荷载作用下剪力图活荷载作用下弯矩图3.3风荷载作用（标准值）下，计算简图及
14、内力值:风荷载作用下剪力图风荷载作用下弯矩图由对称性可知，右风作用下，钢架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。四、内力组合选取荷载组合（1.2*恒载+1.4*活载+1.4*0.6*风载）对构件内力值进行验算，如下表所示截面内力恒载活载左风组合值柱端AM0000N-122.04-21. 7240.21-143. 08Q-24. 27-5. 9219. 15-21. 33柱端BM-266. 98-65. 12162. 86-274. 74N-89. 04-21. 7240.21-103. 48Q-24. 27-5.9210. 46-25. 63梁端BM-266.98-65. 1214.41-3
15、99. 44N-33. 01-8. 05-38. 97-83. 62Q86. 1821.02162. 86269. 65梁端CM232. 8056. 79-78. 09293. 27N-33.01-8. 0514.41-38. 78Q-3. 30-0.81-0. 99-5. 93五、刚架设计5.1截面形式及尺寸初选梁柱都采用焊接的工字型钢，梁截面高度h一般取(1/301/45) L,故取梁截面高度为800mm； 暂取梁截面尺寸为H800x300xl0xl4,如下列图所示，柱的截面采用与梁相同。截 面截面名称面积 (mm2)lx106mm4泉104mm3L, 106mm41Wy10 mm3i m
16、mimm柱H800X300X 10X 14161201681420634232363梁H800X300X 10X 14161201681420634232363EA=2.06x108x16120x10-6 =3.32xl06E/ = 2.06 x 108 x 1681 x 106 x 10-12 = 3.46 x 1 m2人5. 2构件验算：(1)构件宽厚比验算翼缘局部伫=/2 = 10 36 15*35/fy = 12.4腹板局部如=80 2x14W(2)平面内计算长度10=77.2 m,N = -103.482 = 25.63k N,c ,厂 /1 f 71.83 A7. .9=6.42
17、65.41 = N / mm2I-58.99,c ,厂 /1 f 71.83 A7. .9=6.42 65.41 = N / mm2I-58.99l3.48x%274.74xl06o-min J A %16120420 x lO4cy cr ._ max minao 一5nax71.83 + 58.99 。=.8271.83由于考虑屈曲后强度生二58.99=_0 82巧 71.83h =7l.83xV-h =7l.83xV-77271.83 + 58.99=424.17根机= 19.6316772/10那么夕=1,截面全部有效。7(l + /?)2+0.H2(l-/?)2 + + (3=0.170.8B.抗剪验算= 1.08 ,= 1.08 ,柱截面的最大剪力是匕” =25. 63kN,考虑到仅有支座加劲肋,0.8 4 =1.08 Vmax,满足 要求。弯剪压共同作用下的验算：因为V 274.74 m,满足要求。C.整体稳定验算构件的最大内力：N二件3.最kN, M=274. 74kN ma.刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高11000mm,柱的计算长度系数4=1.05。刚架柱的计算长度