门式刚架设计计算书

'一、设计资料根据任务书，整理设计资料见表1：表1门式钢架设计资料长度（m）78车间柱网布置柱距（m）4.5跨度（m）2×22屋面坡度1：10屋面材料单层彩板墙面材料单层彩板天沟彩板天沟基础混凝土C30f=14.3N/mm2c恒载（kN/m2）0.3活载（kN/m2）0.3荷载基本风压：0.55kN/m2风载地面粗糙度：B类雪载（kN/m2）0.5Q235f=215N/mm2，fv=125N/mm2材质Q345f=310N/mm2，fv=180N/mm2风荷载体型系数见图1：图1计算模型及风荷载体型系数二、荷载情况与计算模型2.1荷载组合(1)1.20恒载+1.40活载工况1(2)1.20恒载+1.40风载工况2(3)1.20恒载+1.40风载工况3(4)1.20恒载+1.40活载工况1+1.40x0.60风载工况2(5)1.20恒载+1.40活载工况1+1.40x0.60风载工况3(6)1.20恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况2(7)1.20恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况32.2计算模型1/17 各单元截面信息见下表：绕x轴绕y轴绕x轴绕y轴长度面积单元号截面名称2惯性矩惯性矩计算长度计算长度(mm)(mm)4444(x10mm)(x10mm)系数系数6080103521775柱1BZ300~500x220x6x1052001.7860.577728031944177647525072779柱6ZZ250~300x180x8x863001.6051.000515276687796080103521775柱11BZ300~500x220x6x1052001.7860.57772803194417765980133601334梁2BL350~500x200x6x1055074.0000.5456880295431334梁3ZL350x160x6x85507456493505474.0000.545梁4ZL350x160x6x85507456493505474.0000.5457300145581336梁5DL350~650x200x10x1055074.0000.545103006180113397300145581336梁7DL350~650x200x10x1055074.0000.54510300618011339梁8ZL350x160x6x85507456493505474.0000.545梁9ZL350x160x6x85507456493505474.0000.5455980133601334梁10BL350~500x200x6x1055074.0000.5456880295431334三、边柱截面验算3.1荷载组合1）几何尺寸大头小头截面高度H500mm300mm截面宽度B220mm220mm腹板厚度Tw6mm6mm翼缘厚度Tf10mm10mm柱高度h5200mm5200mm2）材料特性材料牌号Q345BQ345B2/17 屈服强度fy345.0MPa345.0MPa抗拉强度设计值f310.0MPa310.0MPa抗剪强度设计值fv180.0MPa180.0MPa弹性模量E206000.0MPa206000.0MPa3）内力设计值a）控制组合b）内力设计值大头小头轴力设计值75.80kN90.89kN剪力设计值48.62kN48.62kN弯矩设计值252.84kN*m0.00kN*m4）其他计算条件柱脚节点约束铰接隅撑间距3000.0mm柱间支撑间距3000.0mm3.2截面特性计算截面特性大头小头22截面面积A7280.0mm6080.0mm4444截面惯性矩Ix31944x10mm10352x10mm4444截面惯性矩Iy1776x10mm1775x10mm4343抗弯模量Wx127.776x10mm69.013x10mm4343抗弯模量Wy16.145x10mm16.136x10mm回转半径ix209.6mm130.5mm回转半径iy49.4mm54.0mm3.3有效截面计算1）腹板有效宽度计算a）腹板宽厚比计算大头小头腹板高度hw480mm280mm腹板宽度tw6mm6mm腹板宽厚比hw/tw80.046.7b）腹板正应力计算轴压力N（压为正）75.80kN90.89kN弯矩M252.84kN*m0.00kN*m22毛截面面积A7280.0mm6080.0mm4343毛截面模量Wx127.776x10mm69.013x10mm轴力引起的正应力σ_N10.40MPa14.95MPa弯矩引起的正应力σ_M197.73MPa0.00MPa截面边缘σ_max（压为正）208.13MPa14.95MPa截面边缘σ_max（拉为负）-187.33MPa14.95MPa腹板上边缘σ1（压为正）200.22MPa14.95MPa腹板下边缘σ2（拉为负）-179.43MPa14.95MPac）腹板有效宽度系数计算3/17 腹板上下边缘正应力比值β-0.89621腹板正应力作用的鼓曲系数kσ21.4244参数λp0.7451.007有效宽度系数ρ10.814d）腹板有效宽度计算腹板受压区高度hcmm253280腹板受拉区高度htmm2270是否全截面受压否是受压腹板有效高度hemm253228有效高度he1mm101114有效高度he2mm1521142）有效截面特性近似计算大头小头毛截面面积Amm^27280608044毛截面惯性矩Ixmm^431944x1010352x1044毛截面模量Wxmm^3127.776x1069.013x10失效腹板的高度humm052失效腹板截面面积Aumm^20312有效截面面积Aemm^272805768失效形心到毛截面形心的距离yumm00有效截面形心轴下移的距离d_ycmm00失效腹板形心到有效截面形心的距离yu"mm00失效腹板的对有效截面形心的惯性矩Iumm^407030444有效截面惯性矩Iexmm^431944x1010345x10有效截面形心到上翼缘边的距离yc"mm25015044有效截面模量Wexmm^3127.776x1068.968x10有效截面面积比率100%94.87%有效截面模量比率100%99.93%3）抗剪承载力Vd计算a）腹板宽厚比计算大头小头加劲肋间距amm52005200受剪板副的平均高度hwmm380380受剪板副长宽比a/hw13.6813.68腹板的鼓曲系数kτ5.345.34参数λw0.8980.898腹板抗剪强度设计值fvMPa180.0180.0腹板屈曲后抗剪强度设计值fv"MPa168.71168.71抗剪承载力VdkN384.69384.693.4强度验算轴力设计值NkN75.8090.89剪力设计值VkN48.6248.62弯矩设计值MkN*m252.840.004/17 截面抗剪承载力VdkN384.69384.69毛截面面积Amm^272806080有效截面面积Aemm^27280576844有效截面模量Wexmm^3127.776x1068.968x10强度设计值fMPa310.00310.00抗弯承载力设计值MukN*m382.89M/Mu0.660正应力σMPa208.29考虑腹板屈曲后强度的设计值fMpa310.0310.0正应力验算应力比0.6719剪应力验算应力比0.12643.5刚架柱的平面内稳定性验算1）刚架柱的平面内计算长度系数一阶分析法柱顶水平荷载HkN100.0柱顶侧移umm173.0抗侧刚度KN/mm578.0柱高度hmm5200弹性模量EMPa206000.04柱小头的截面惯性矩Ic0mm^410352×10柱脚节点约束铰接计算长度系数μr1.7852）平面内整体稳定验算小头回转半径ix0mm130.5计算长度系数μr1.785计算长度Lxmm9282长细比λx52.9长细比λx*sqrt(fy/235)86.18正则化长细比λn0.927＞0.215轴心受压构件稳定系数υxr0.646小头的有效截面面积Ae0mm^25768小头轴力设计值N0kN90.89轴力项σ_NMPa24.39欧拉荷载Nex0"kN2107.1大头弯矩设计值M1kN*m252.844大头有效截面模量We1mm^3127.776x10弯矩项σ_MMPa203.55平面内整体稳定应力σMPa227.94强度设计值fMPa310.0平面内整体稳定验算应力比0.7353.6刚架柱的平面外稳定性验算1）均匀弯曲楔形构件的整体稳定系数υbr5/17 柱小头截面高度d0mm300柱大头截面高度d1mm500柱构件的楔率γ0.67受压翼缘截面面积Afmm^22200柱小头截面高度h0mm300柱的平面外计算长度ly0mm3000参数μs1.310柱小头三分之一受压腹板高hc/3mm93.3回转半径iy0mm56.71参数μw1.019长细比λy069.3柱小头的截面面积A0mm^260804柱小头的截面模量Wx0mm^369.013x10柱小头的受压翼缘厚度t0mm10屈服强度fyMPa345.0均匀弯曲楔形构件整体稳定系数υbr2.808υbr是否大于0.6？是修正后的整体稳定系数υbr"0.9702）轴心受压构件弯矩作用平面外整体稳定系数υy柱小头回转半径iymm54.0柱的平面外计算长度lymm3000.0平面外长细比λy55.6屈服强度fyMPa345.0弹性模量EMPa206000.0长细比λy*sqrt(fy/235)67.4轴心受压构件稳定系数υxr0.7673）平面外整体稳定验算柱小头轴压力设计值N0kN90.89弯矩作用平面外整体稳定系数υy0.767柱小头有效截面Ae0mm^25768轴力项σ_NMPa20.54欧拉荷载Nex0"kN2107.1等效弯矩系数βt0.958柱大头弯矩设计值M1kN*m252.84均匀弯曲楔形构件整体稳定系数υbr0.9704大头的有效截面模量We1mm^3127.776x10弯矩项σ_MMPa195.43平面外整体稳定应力σMPa215.97强度设计值fMPa310.0平面外整体稳定验算应力比0.6973.7构造验算6/17 刚架平面内的长细比71.18刚架平面外的长细比55.52翼缘宽厚比bf/tf10.7腹板宽厚比hw/tw803.8验算结果汇总验算内容计算值容许值强度验算应力比0.67191.0000抗剪强度验算应力比0.12641.0000平面内整体稳定最大应力MPa227.9310.0平面外整体稳定最大应力MPa216.0310.0翼缘宽厚比bf/tf10.712.38腹板宽厚比hw/tw80.0206.33刚架平面内的长细比71.18180刚架平面外的长细比55.52180四、边梁截面验算4.1荷载组合1）几何尺寸大头小头截面高度H500mm350mm截面宽度B200mm200mm腹板厚度Tw6mm6mm翼缘厚度Tf10mm10mm梁长度l5507mm5507mm2）材料特性材料牌号Q345BQ345B屈服强度fy345.0MPa345.0MPa抗拉强度设计值f310.0MPa310.0MPa抗剪强度设计值fv180.0MPa180.0MPa弹性模量E206000.0MPa206000.0MPa3）内力设计值a）控制组合b）内力设计值大头小头轴力设计值53.80kN51.76kN剪力设计值72.47kN31.54kN弯矩设计值256.39kN*m30.01kN*m4.2截面特性计算截面特性大头小头22截面面积A6880.0mm5980.0mm4444截面惯性矩Ix29543x10mm13360x10mm4444截面惯性矩Iy1334x10mm1334x10mm7/17 4343抗弯模量Wx118.172x10mm76.343x10mm4343抗弯模量Wy133.40x10mm133.40x10mm回转半径ix207.2mm149.5mm回转半径iy44.0mm47.2mm4.3有效截面计算1）腹板有效宽度计算a）腹板宽厚比计算大头小头腹板高度hw480mm330mm腹板宽度tw6mm6mm腹板宽厚比hw/tw80.055b）腹板正应力计算轴压力N（压为正）53.80kN51.76kN弯矩M256.39kN*m30.01kN*m22毛截面面积A6880.0mm5980.0mm4343毛截面模量Wx118.172x10mm76.343x10mm轴力引起的正应力σ_N7.81MPa8.66MPa弯矩引起的正应力σ_M216.84MPa39.31MPa截面边缘σ_max（压为正）224.65MPa47.97MPa截面边缘σ_max（拉为负）-209.03MPa-30.65MPa腹板上边缘σ1（压为正）215.98MPa45.73MPa腹板下边缘σ2（拉为负）-200.36MPa-28.40MPac）腹板有效宽度系数计算腹板上下边缘正应力比值β-0.9277-0.621腹板正应力作用的鼓曲系数kσ22.17715.373参数λp0.7330.605有效宽度系数ρ11d）腹板有效宽度计算腹板受压区高度hcmm249204腹板受拉区高度htmm231126是否全截面受压否否受压腹板有效高度hemm263204有效高度he1mm10582有效高度he2mm1581222）有效截面特性近似计算大头小头毛截面面积Amm^26880598044毛截面惯性矩Ixmm^429543x1013360x1044毛截面模量Wxmm^3118.172x1076.343x10失效腹板的高度humm00失效腹板截面面积Aumm^200有效截面面积Aemm^268805980失效形心到毛截面形心的距离yumm00有效截面形心轴下移的距离d_ycmm008/17 失效腹板形心到有效截面形心的距离yu"mm00失效腹板的对有效截面形心的惯性矩Iumm^40044有效截面惯性矩Iexmm^429543x1013360x10有效截面形心到上翼缘边的距离yc"mm25017544有效截面模量Wexmm^3118.172x1076.343x10有效截面面积比率100%100%有效截面模量比率100%100%3）抗剪承载力Vd计算a）腹板宽厚比计算大头小头加劲肋间距amm55075507受剪板幅的平均高度hwmm380380受剪板幅长宽比a/hw14.4914.49腹板的鼓曲系数kτ5.345.34参数λw0.9570.957腹板抗剪强度设计值fvMPa180.0180.0腹板屈曲后抗剪强度设计值fv"MPa161.91161.91抗剪承载力VdkN393.44393.444.4强度验算轴力设计值NkN53.8051.76剪力设计值VkN72.4731.54弯矩设计值MkN*m256.3930.01截面抗剪承载力VdkN393.44393.44毛截面面积Amm^268805980有效截面面积Aemm^26880598044有效截面模量Wexmm^3118.172x1076.343x10强度设计值fMPa310.00310.00抗弯承载力设计值MukN*m357.19230.06M/Mu0.7180.130正应力σMPa224.7847.96考虑腹板屈曲后强度的设计值fMpa310.0310.0正应力验算应力比0.7250.155剪应力验算应力比0.1840.0804.5刚架梁的平面外稳定性验算1）均匀弯曲楔形构件的整体稳定系数υbr梁小头截面高度d0mm350梁大头截面高度d1mm500梁构件的楔率γ0.4286受压翼缘截面面积Afmm^22000梁小头截面高度h0mm350梁的平面外计算长度ly0mm3000参数μs1.2269/17 梁小头三分之一受压腹板高hc/3mm110回转半径iy0mm50.07参数μw1.013长细比λy073.46梁小头的截面面积A0mm^259804梁小头的截面模量Wx0mm^376.343x10梁小头的受压翼缘厚度t0mm10屈服强度fyMPa345.0均匀弯曲楔形构件整体稳定系数υbr2.303υbr是否大于0.6？是修正后的整体稳定系数υbr"0.9482）轴心受压构件弯矩作用平面外整体稳定系数υy梁小头回转半径iymm47.2梁的平面外计算长度lymm3000.0平面外长细比λy63.6屈服强度fyMPa345.0弹性模量EMPa206000.0长细比λy*sqrt(fy/235)77.1轴心受压构件稳定系数υxr0.7063）平面外整体稳定验算梁小头轴压力设计值N0kN51.76弯矩作用平面外整体稳定系数υy0.706梁小头有效截面Ae0mm^25980轴力项σ_NMPa12.26等效弯矩系数βt1.00梁大头弯矩设计值M1kN*m256.39均匀弯曲楔形构件整体稳定系数υbr0.9484大头的有效截面模量We1mm^3118.172x10弯矩项σ_MMPa228.86平面外整体稳定应力σMPa241.12强度设计值fMPa310.0平面外整体稳定验算应力比0.7784.6构造验算刚架平面内的长细比147.4刚架平面外的长细比63.5翼缘宽厚比bf/tf9.7腹板宽厚比hw/tw804.7验算结果汇总验算内容计算值容许值强度验算应力比0.7251.00010/17 抗剪强度验算应力比0.1841.000平面外整体稳定最大应力MPa241.12310.0翼缘宽厚比bf/tf9.712.38腹板宽厚比hw/tw80.0206.33刚架平面内的长细比147.4180刚架平面外的长细比63.5180五、梁柱节点设计5.1基本信息1）梁柱几何尺寸梁端柱端截面高度Hmm500500截面宽度Bmm200220腹板厚度Twmm66翼缘厚度Tfmm10102）高强螺栓信息高强螺栓数量12高强螺栓的直径mm22高强螺栓强度等级10.9摩擦面抗滑移系数μ0.45最外排螺栓到翼缘边的距离efmm40.0高强螺栓到腹板边的距离ewmm50.0第2排螺栓和第3排螺栓间距amm90.0高强螺栓排列参数第1排高强螺栓到螺栓群形心的距离x1mm100.0第2排高强螺栓到螺栓群形心的距离x2mm200.0第3排高强螺栓到螺栓群形心的距离x3mm290.03）端板尺寸信息端板厚度tmm20端板宽度bmm240.011/17 4）材料特性材料牌号Q345B屈服强度fyMPa345.0抗拉强度设计值fMPa310.0抗剪强度设计值fvMPa180.0弹性模量EMPa206000.05）内力设计值控制组合1.2恒+1.4活轴力设计值（压力为负）kN-75.80剪力设计值kN48.62弯矩设计值kN*m252.845.2高强螺栓群承载力验算1）高强螺栓承载力设计值高强螺栓预拉力PkN190.0摩擦面抗滑移系数0.45高强螺栓抗拉承载力设计值NtbkN152.0高强螺栓抗剪承载力设计值NvbkN77.02）高强螺栓群内力验算弯矩M作用下高强螺栓的拉力设计值假设螺栓群在弯矩作用下绕形心转动第1排螺栓拉力Nt1kN47.14第2排螺栓拉力Nt2kN94.27第3排螺栓拉力Nt3kN136.70轴力N作用下高强螺栓的拉力设计值kN-6.32高强螺栓最大拉力NtkN130.38翼缘内第2排螺栓的拉力Nt2kN87.95每个高强螺栓所受的剪力设计值NvkN4.053）高强螺栓群承载力验算Nv/Nvb0.053Nt/Ntb0.858高强螺栓群承载力验算应力比0.9115.3端板厚度验算最不利位置出现在最外侧螺栓处端板类型两边支承类端板端板外伸最外排高强螺栓到翼缘边的距离efmm40.0高强螺栓到腹板边线的距离ewmm50.0端板宽度bmm240.0端板厚度tmm20.0端板强度设计值fMPa310.0高强螺栓抗拉承载力设计值NtkN152.012/17 端板所需厚度tmm17.51端板厚度验算应力比0.87555.4腹板抗拉验算翼缘内第2排一个螺栓的拉力设计值Nt2kN87.950.4PkN76.00腹板抗拉验算σMPa293.17腹板强度设计值fMPa310.00腹板抗拉强度验算应力比0.9465.5节点域抗剪验算节点域不平衡弯矩设计值MkN*m252.84节点域宽度dcmm480节点域高度dbmm480节点域厚度tcmm6.00节点域剪应力τMPa182.9节点域抗剪强度设计值fvMPa180.0节点域抗剪强度验算应力比1.016考虑到应力比小于1.05，故可不设加劲肋5.6验算结果汇总验算内容计算值容许值螺栓群承载力验算应力比0.9111.000端板厚度验算应力比0.8761.000腹板抗拉验算应力比0.9461.000节点域抗剪验算应力比1.0161.000六、梁梁节点设计6.1基本信息1）几何尺寸中梁端顶梁端截面高度Hmm350350截面宽度Bmm16020013/17 腹板厚度Twmm610翼缘厚度Tfmm8102）高强螺栓信息高强螺栓数量12高强螺栓的直径mm20高强螺栓强度等级10.9摩擦面抗滑移系数μ0.45最外排螺栓到翼缘边的距离efmm40.0高强螺栓到腹板边的距离ewmm40.0第2排螺栓和第3排螺栓间距amm90.0高强螺栓排列参数第1排高强螺栓到螺栓群形心的距离x1mm65.0第2排高强螺栓到螺栓群形心的距离x2mm125.0第3排高强螺栓到螺栓群形心的距离x3mm215.03）端板尺寸信息端板厚度tmm20端板宽度bmm220.04）材料特性材料牌号Q345B屈服强度fyMPa345.0抗拉强度设计值fMPa310.0抗剪强度设计值fvMPa180.0弹性模量EMPa206000.05）内力设计值控制组合（最大轴力+50%截面弯、剪承载力）轴力设计值（压力为负）kN-47.74剪力设计值kN178.20弯矩设计值kN*m128.946.2高强螺栓群承载力验算1）高强螺栓承载力设计值高强螺栓预拉力PkN155.0摩擦面抗滑移系数0.45高强螺栓抗拉承载力设计值NtbkN124.0高强螺栓抗剪承载力设计值NvbkN62.82）高强螺栓群内力验算弯矩M作用下高强螺栓的拉力设计值假设螺栓群在弯矩作用下绕形心转动第1排螺栓拉力Nt1kN31.7114/17 第2排螺栓拉力Nt2kN60.98第3排螺栓拉力Nt3kN104.89轴力N作用下高强螺栓的拉力设计值kN-3.98高强螺栓最大拉力NtkN100.91翼缘内第2排螺栓的拉力Nt2kN57.00每个高强螺栓所受的剪力设计值NvkN14.853）高强螺栓群承载力验算Nv/Nvb0.236Nt/Ntb0.651高强螺栓群承载力验算应力比0.8876.3端板厚度验算最不利位置出现在最外侧螺栓处端板类型两边支承类端板端板外伸最外排高强螺栓到翼缘边的距离efmm40.0高强螺栓到腹板边线的距离ewmm40.0端板宽度bmm220.0端板厚度tmm20.0端板强度设计值fMPa310.0高强螺栓抗拉承载力设计值NtkN124.0端板所需厚度tmm15.5端板厚度验算应力比0.7756.4腹板抗拉验算翼缘内第2排一个螺栓的拉力设计值Nt2kN57.000.4PkN62.00腹板抗拉验算σMPa258.33腹板强度设计值fMPa310.00腹板抗拉强度验算应力比0.8336.5节点域抗剪验算节点域不平衡弯矩设计值MkN*m128.94节点域宽度dcmm330节点域高度dbmm330节点域厚度tcmm8.00节点域剪应力τMPa148.0节点域抗剪强度设计值fvMPa180.0节点域抗剪强度验算应力比0.822考虑到应力比小于1.05，故可不设加劲肋6.6验算结果汇总验算内容计算值容许值螺栓群承载力验算应力比0.8871.00015/17 端板厚度验算应力比0.7751.000腹板抗拉验算应力比0.8331.000节点域抗剪验算应力比0.8221.000七、柱脚节点设计柱脚节点为铰接，采用两对锚栓的铰接形式，如下图所示：柱脚节点示意图柱脚处组合内力值为M0,N90.89kNV,48.62kN柱脚锚栓不需计算，按构造配置，采用10.9级M24摩擦型高强螺栓连接。7.1底板平面尺寸确定初选底板平面尺寸L=340mm，B=260mm。假定底板与基础之间接触面上的压应力时均匀分布的，则：3222N90.891024LB34026088400mmA48166mm0f14.34c故底板平面尺寸取L=340mm，B=260mm满足要求。7.2底板厚度确定作用在地板单位面积上的压力：3N90.89102q1.05Nmm/2BLA24034026044三边支承区格：三边支承板自由边长a135mm，垂直于自由边的长度b107mm。则11ba/107/1350.79，查《建筑钢结构设计》表2-6得系数0.0961911故三边支承区格单位宽度上最大弯矩为：16/17 22Mqa0.096191.051351840.72Nm1悬臂板区格：悬臂长度c20mm，悬臂板区格单位宽度最大弯矩为：1122Mqc1.0520210Nm22故M1840.72Nm。max取各区格板弯矩中的最大值来计算板的厚度t：6M61840.72maxt5.97mmf310取底板厚度t=20mm。在风吸力作用下，柱脚可能承受拉力，此时柱脚与基础之间没有摩擦力来抵抗剪力，故需设置抗剪键。7.3连接焊缝计算柱身与底板的连接焊缝传递全部柱的压力，焊缝总长度为：l22204(2206)2(30021010)1836mmw连接焊缝均为端缝受力，则所需焊脚尺寸为：3N90.8910h0.36mmfw1.220.7lf1.220.711836160wf取h6mm。f17/17'