门式刚架设计实例

轻型门式刚架

——计算原理

和设计实例

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来源：gjg114. 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 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）情况下的构件力值进行验算。组合力数值如下表所示：

表3-6 组合力表

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，平面计算长度L0x=8150mm。

变截面柱在平面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》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

2）2号单元（梁）的截面验算

I. 组合力值如下：

2号节点端M23= 132.03 kN.m N23= —28.71 kN Q23= 54.30 kN

3号节点端M32= 103.14 kN.m N32= —23.05 kN Q32= 2.30 kN

II. 强度验算

先计算2号节点端。

=134.78 N/mm2

= —126.63 N/mm2

故截面边缘正应力比值—0.94。用代替规程中式(6.1.1-7)中fy。

=1.087×134.78=146.51 N/mm2。

根据式规程中四式(6.1.1-8)求得=84.19，进而得到=0.165。因为

=0.0.165，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。

QBC<0.5d = 3440×125×0.5=430 kN (采用规程中式6.1.2-3a计算)

=（215－28710/7040）×1010133=213.06 kN.m

M< ，故2号节点截面强度满足要求。

再验算3号节点端。

=105.38 N/mm2

= —98.83 N/mm2

故截面边缘正应力比值—0.938。

用代替规程中式(6.1.1-7)中的fy，=1.087×128.95=114.55 N/mm2，根据规程中式(6.1.1-8)求得= 82.521，进而得到=0.148。因为=0.148，所以有效宽度系数=1，即此时3号节点端截面全部有效。

3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