單跨雙坡門式剛架設計土木工程鋼結構課程設計

2023-02-07 23:27:05 字數 4539 閱讀 4171

單跨雙坡門式剛架設計

一設計資料

1 車間柱網布置

廠房為單跨雙坡門式剛架(圖1)。長度,柱距,跨度。門式剛架簷高,屋面坡度為。

圖1 剛架簡圖

2 材料選用

屋面材料:單層彩板

牆面材料:單層彩板

天溝:鋼板天溝

3 結構材料材質

鋼材選用,,

基礎混凝土標號:,

4 荷載(標準值)

ⅰ 恆載:無吊頂,(不包括剛架自重)

ⅱ 活載:

ⅲ 風載:基本風壓,地面粗糙度類,風載體形係數如圖2所示:

圖2 風載體形係數示意圖

ⅳ 雪載:。

本設計不考慮**作用

二單榀剛架設計

單榀剛架的設計取中間榀按照封閉式中間區單元進行。

1. 荷載組合

計算剛架內力時,按照如下三種荷載組合進行:

①;②;

③;④。

計算位移變形時,按照以下三種荷載組合進行:

①;②;

③。2. 內力計算

採用同濟大學鋼結構輔助設計軟體計算結構的內力。

1 結構的計算模型。如圖3所示:

圖3 剛架計算模型

2 截面形式及尺寸初選

根據柱的受力特點,且考慮經濟性因素,柱採用楔形焊接型鋼;而梁由於跨度較小,若採用楔形會增加製作成本,因此梁採用等截面焊接型鋼。各個截面的資訊見表1,截面形式見圖4。

表 1截面資訊表

ⅰ-ⅰ截面截面截面

圖4 梁柱截面示意圖

3 各種工況下的荷載,如圖5所示:

(a)恆載作用簡圖

(b)活載作用簡圖

(c)左風荷載作用簡圖

(d)右風荷載作用簡圖

圖5 工況荷載圖

4 各種工況下的內力

執行,結果如圖6至圖9及**2所示。

(a)(單位:)

(b)(單位:)

(c)(單位:)

圖 6 恆載作用下的剛架圖

(a)(單位:)

(b)(單位:)

(c)(單位:)

圖 7 活載作用下的剛架圖

(a)(單位:)

(b)(單位:)

c)(單位:)

圖 8 左風作用下的剛架圖

(a)(單位:)

(b)(單位:)

c)(單位:)

圖9 右風作用下的剛架圖

表 2各工況作用下的截面內力

5 內力組合

由以上軟體計算內力,按照荷載組合規則進行計算,內力組合值如表3所示。

表3內力組合值

3. 構件截面驗算

因為門式剛架左右對稱,因此只需驗證半榀剛架即可。

⑴ 區域性穩定驗算

構件區域性穩定驗算是通過限制板件的寬厚比來實現的。

1 柱翼緣

(滿足要求)

2 柱腹板

ⅰ-ⅰ截面 (滿足要求)

ⅱ-ⅱ截面 (滿足要求)

3 梁翼緣

(滿足要求)

4 梁腹板

(滿足要求)

⑵ 強度及整體穩定驗算

楔形柱的腹板高度變化率為,而梁因為是等截面,因此高度變化率也符合的條件,所以考慮板件的屈曲後強度,腹板抗剪承載力按照下式計算:。梁柱都不設定橫向加勁肋。

對於柱:,,

因為,所以

對於梁:,,

因為,所以

1) 1號單元(柱)的驗算

ⅰ-ⅰ截面強度驗算:

1 組合內力值

ⅰ-ⅰ截面只存在軸力和剪力,分別驗算截面的正應力和剪應力。

正應力驗算採用荷載組合:

剪應力驗算採用荷載組合:

2 強度驗算

正應力驗算:

彎矩為0,故截面的邊緣正應力比值。

用代替公式中的:

因為,所以,即1號節點端截面全部有效。

經驗算ⅰ-ⅰ截面強度滿足條件。

ⅱ-ⅱ截面強度驗算:

1 組合內力值

ⅱ-ⅱ截面受到壓彎作用,採用以下荷載組合進行驗算:

2 強度驗算

故截面的邊緣正應力比值。

因為,用代替公式中的:

因為,所以,即2號節點端ⅱ-ⅱ截面全部有效。

ⅱ-ⅱ截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用

所以採用以下公式進行驗算:

經驗算ⅱ-ⅱ截面強度滿足條件。

截面利用率

①號桿件整體穩定驗算:

1 平面內計算高度確定

楔形柱截面高度成線形變化,柱的小頭慣性矩,柱的大頭慣性矩,。斜樑為等截面,換算長度係數,梁最小截面慣性矩,。

柱的線剛度:

梁的線剛度:

根據以及查表得到楔形柱的計算長度係數,所以柱的平面內計算長度。

2 平面內穩定計算

變截面柱的長細比

根據長細比查《鋼結構設計規範》得到桿件軸心受壓穩定係數。

平面內穩定驗算:

故平面內穩定滿足條件。

3 平面外穩定驗算

平面外柱的計算長度,柱的長細比

根據長細比查《鋼結構設計規範》得到桿件軸心受壓穩定係數。

構件楔率

柱底端彎矩為0,故等效彎矩係數

圖10 柱的平面外穩定計算簡圖

整體穩定係數

因為,所以按照《鋼結構設計規範》查出相應的。

平面外穩定驗算:

故平面外穩定滿足條件。

2) 2號單元(梁)的驗算

ⅲ-ⅲ截面強度驗算:

1 組合內力值

ⅲ-ⅲ截面受到壓彎作用,在風吸力的作用下,即在荷載組合

作用時,下翼緣受壓。但是由於梁的下翼緣設定隅撐,截面對稱,上下翼緣採用相同的計算長度,而且值比恆載與活載組合時的計算值小,所以下翼緣受壓情況不予計算。只採用以下荷載組合進行驗算:

2 強度驗算

故截面的邊緣正應力比值。

因為,用代替公式中的:

因為,所以,即2號節點端ⅲ-ⅲ截面全部有效。

ⅲ-ⅲ截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用

所以採用以下公式進行驗算:

經驗算ⅲ-ⅲ截面強度滿足條件。

截面利用率

ⅳ-ⅳ截面強度驗算:

1 組合內力值

ⅳ-ⅳ截面受到壓彎作用,在風吸力的作用下,即在荷載組合

作用時,下翼緣受壓。與截面ⅲ-ⅲ同樣原因只採用以下荷載組合進行驗算:

2 強度驗算

故截面的邊緣正應力比值。

因為,用代替公式中的:

因為,所以,即3號節點端ⅳ-ⅳ截面全部有效。

ⅳ-ⅳ截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用

所以採用以下公式進行驗算:

經驗算ⅳ-ⅳ截面強度滿足條件。

截面利用率

②號桿件的平面外整體穩定驗算:

剛架斜樑應按照壓彎構件計算平面外的穩定,計算方法按照《鋼結構設計規範》的規定進行。平面外的計算長度,等截面梁的弱軸慣性矩。柱的長細比

根據長細比查《鋼結構設計規範》得到桿件軸心受壓穩定係數。

因為,所以其整體穩定係數可以安裝下列公式近似計算:

因為,所以用代替。

平面外穩定驗算:

故平面外穩定滿足條件。

4. 位移計算

⑴ 柱頂側移計算

柱腳為鉸接形式。

水平力圖11 剛架柱頂側移荷載計算簡圖

變截面柱的平均慣性矩:

橫樑的平均慣性矩:

剛架柱與剛架梁的線剛度比值

剛架在水平力作用下的柱頂側移

因此柱頂水平位移滿足要求。

⑵ 橫樑撓度計算

由計算結果知,橫樑在跨中撓度最大

因此橫樑撓度滿足要求。

5. 構件連線節點設計

⑴ 梁柱節點設計

梁柱節點連線採用端板豎放的連線形式,如圖12所示。

連線處選用如下兩組組合內力值:

(軸力使梁受壓)

(軸力使梁受拉)

圖12 梁柱連線節點示意圖圖13 螺栓布置圖(1-1)

1 螺栓驗算

採用級摩擦型高強度螺栓連線,連線表面採用噴砂的處理方法,摩擦面的抗滑移係數,預拉力,則每個螺栓的抗剪承載力為:初步採用個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖13所示。

在第一組荷載作用時:

頂排螺栓的拉力最大

抗拉滿足

第二排螺栓

第三排螺栓:

因為,所以取

第四排螺栓:

,取螺栓群的抗剪承載力

抗剪滿足

在第二組荷載作用時:

底排螺栓的拉力最大

抗拉滿足

第三排螺栓:

第二排螺栓:

因為,所以取

第一排螺栓:

,取螺栓群的抗剪承載力

抗剪滿足

⑵ 梁梁節點設計

梁梁拼接節點連線形式如圖14所示。

連線處選用如下組合內力值:

圖14 梁梁連線節點示意圖圖15 螺栓布置圖(2-2)

1 螺栓驗算

採用級摩擦型高強度螺栓連線,連線表面採用噴砂的處理方法,摩擦面的抗滑移係數,預拉力,則每個螺栓的抗剪承載力為:

初步採用個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖15所示。

在第一組荷載作用時:

底排螺栓的拉力最大

抗拉滿足

因為剪力很小,所以無需驗算剪力。

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