门式刚架设计实例
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轻型门式刚架
——计算原理
和设计实例
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来源: 发布时间:06-06 编辑:段文雁
二、设计实例一
1 设计资料
门式刚架车间柱网布置:长度60m;柱距6m;跨度18m。
刚架檐高:6m;屋面坡度1:10;屋面材料:夹心板;墙面材料:夹心板;天沟:钢板天沟;基础混凝土标号为C25,fc=12.5 N/mm2;材质选用:Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。
2 荷载取值
静载:为0.2 kN/m2;活载:0.5 kN/m2 ;雪载:0.2 kN/m2;风载:基本风压W0=0.55 kN/m2,地面粗糙度B类,风载体型系数如下图:
图3-41 风载体型系数示意图
3 荷载组合
(1). 1.2 恒载+ 1.4 活载
(2). 1.0 恒载+ 1.4 风载
(3). 1.2 恒载+ 1.4 活载+ 1.4×0.6 风载
(4). 1.2 恒载+1.4×0.7 活载+ 1.4 风载
4 内力计算
(1)计算模型
图3-42 计算模型示意图
(2)工况荷载取用
恒载活载
左风右风
图3-43 刚架上的恒载、活载、风载示意图
各单元信息如下表:
表3-5 单元信息表
单元号截面名称长度(mm) 面积(mm2) 绕2轴惯性矩(x104mm4) 绕3轴惯性矩(x104mm4)
1 Z250~450x160x8x10 5700 54407040 973974 599822728
2 L450x180x8x10 9045 7040 974 22728
3 L450x180x8x10 9045 7040 97
4 22728
表中:面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值
图3-44 梁柱截面示意简图
(3)计算结果
刚架梁柱的M、N、Q见下图所示:
图3-45 恒载作用时的刚架M、N、Q图
图3-46 活载作用时的刚架M、N、Q图
图3-47 (左风)风载作用时的刚架M、N、Q图
选取荷载效应组合:(1.20 恒载+ 1.40 活载)情况下的构件内力值进行验算。组合内力数值如下表所示:
表3-6 组合内力表
单元号小节点轴力N(kN) 小节点剪力Q2(kN) 小节点弯距M(kN.m) 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M(kN.m)
1 -67.97 23.16 0.00 -56.89 -23.16 132.03
2 -28.71 -54.30 -132.0
3 -23.05 -2.30 -103.14
3 -23.05 -2.30 103.1
4 -28.71 -54.30 132.03
4 -56.89 -23.16 -132.03 -67.97 23.16 0.00
5构件截面验算
根据协会规程第(6.1.1)条进行板件最大宽厚比验算。
翼缘板自由外伸宽厚比:(180-8)/(2×10)=8.6<15,满足协会规程得限值要求;腹板宽厚比:(450-2×10)/8=54<250,满足协会规程的限值要求。
腹板屈曲后强度的抗剪承载力设计值按如下考虑:
腹板高度变化率:(450-250)/5.7=35mm/m<60 mm/m,故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。加劲肋间距取为2hw,则其抗剪承载力设计值为:
其中,
因为,所以
1)1号单元(柱)的截面验算
I. 组合内力值如下:
1号节点端M12= 0.00 kN.m N12= —67.97 kN Q12= 23.16 kN
2号节点端M21= 132.03 kN.m N21= —56.89 kN Q21= 23.16 kN
II. 强度验算
先计算1号节点端。
67.97×103/5440=12.49N/mm2
用代替式(6.1.1-7)中的fy。=1.087×12.49=13.58 N/mm2,弯矩为0,故截面边缘正应力比值1.0。
根据规程中式(6.1.1-8)求得=4.0,进而得到=29/(28.1×2×4.2)=0.12。因为=0.12,所以有效宽度系数=1,即此时1号节点端截面全部有效。
QAB
1号节点端截面强度满足要求。
再验算2号节点端:
=138.79 N/mm2
= —122.62 N/mm2
用代替规程中式(6.1.1-7)中的fy。=1.087×133.15=150.86 N/mm2,截面边缘正应力比值—0.8883。
根据规程中式(6.1.1-8)求得= 51.310,进而得到=0.215。因为=0.215,
所以有效宽度系数=1,即此时2号节点端截面全部有效。
2号节点端同时受到压弯作用,根据协会规程第(6.1.2)条的第三款规定进行验算。
QBA <0.5d = 3440×125×0.5=215 kN (采用规程中式(6.1.2-3a)计算)
=(215-56890/7040)×1010133= 209.02 kN.m
M< ,故2号节点端截面强度满足要求。
III. 稳定验算
对于1号单元(柱),已知柱平面外在柱高4m处设置柱间支撑,即平面外计算长度L0y=4000mm。
根据协会规程第6.1.3条可求出截面高度呈线性变化柱子的计算长度系数。
柱小头惯性矩Ic0=5998×104mm4,柱大头惯性矩Ic1= 22728×104mm4,Ic0/ Ic1= 0.264。梁的最小截面惯性矩Ib0= 22728×104mm4,梁为等截面,斜梁换算长度系数取1.0。
对于横梁=22728×104/(2×1.0×9045)=12564,对于柱
=22728×104/5700=39874,所以K2/ K1=0.315。
查规程中表6.1.3可得=1.429,平面内计算长度L0x=8150mm。
变截面柱在平面内的稳定性按照规程中第6.1.3条的规定进行验算。=78,查表得=0.701,=1834 kN。稳定验算公式为:
=17.82+134.19=152.01 N/mm2<215 N/mm2
变截面柱在平面外的稳定性按照规程第6.1.4条的规定进行验算。=95,查表得=0.588,楔率为=0.8。
1号单元柱一端弯矩为0,故=0.96,=1.518,=1.035,=197,
=1.22。
因为>0.6,按照现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88的规定,查出相应的=0.813代替,即=0.813。平面外稳定的验算公式:
=21.25+154.92=176.17 N/mm2