轻型门式刚架——计算原理和 设计实例 <9>
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= N/mm2;材质选用:Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。 2 荷载取值
静载:为 kN/m2;活载: kN/m2 ;雪载: kN/m2;风载:基本风压W0= 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). 恒载 + 活载 (2). 恒载 + 风载
(3). 恒载 + 活载 + × 风载 (4). 恒载 +× 活载 + 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 973974 8 2 L450x180x8x10 9045 7040 974 22728 3 L450x180x8x10 9045 7040 974 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:( 恒载 + 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 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M 1 2 3 4 5构件截面验算
根据协会规程第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)=<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)/=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= N12= — kN Q12= kN 2号节点端 M21= N21= — kN Q21= kN II. 强度验算 先计算1号节点端。 ×103/5440=mm2
用 代替式中的fy。 =×= N/mm2,弯矩为0,故截面边缘正应力比值 。 根据规程中式求得 =,进而得到 =29/×2×=。因为 =,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: = N/mm2 = — N/mm2
用 代替规程中式中的fy。 =×= N/mm2,截面边缘正应力比值 —。
根据规程中式求得 = ,进而得到 =。因为 =,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,根据协会规程第条的第三款规定进行验算。 QBA < = 3440×125×=215 kN (采用规程中式()计算) =(215-56890/7040)×1010133= 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= 。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。
对于横梁 =22728×104/(2××9045)=12564,对于柱 =22728×104/5700=39874,所以K2/ K1=。
查规程中表可得 =,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条的规定进行验算。 =78,查表得 =, =1834 kN。稳定验算公式为: =+= N/mm2<215 N/mm2
变截面柱在平面外的稳定性按照规程第条的规定进行验算。 =95, 查表得 =,楔率为 =。
1号单元柱一端弯矩为0,故 =, =, =, =197, =。
因为 >,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 =代替 ,即 =。平面外稳定的验算公式: =+= N/mm2
2)2号单元(梁)的截面验算 I. 组合内力值如下:
2号节点端 M23= N23= — kN Q23= kN 3号节点端 M32= N32= — kN Q32= kN II. 强度验算 先计算2号节点端。 = N/mm2 = — N/mm2
故截面边缘正应力比值 —。用 代替规程中式中fy。 =×= N/mm2。
根据式规程中四式求得 =,进而得到 =。因为 =,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,根据协会规程第条的第三款规定进行验算。 QBC< = 3440×125×=430 kN (采用规程中式计算) =(215-28710/7040)×1010133= M< ,故2号节点截面强度满足要求。 再验算3号节点端。 = N/mm2 = — N/mm2
故截面边缘正应力比值 —。
用 代替规程中式中的fy, =×= N/mm2,根据规程中式求得 = ,进而得到 =。因为 =,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,根据协会规程第条的第三款规定进行验算。 QCB< = 3440×125×=215 kN (采用规程中式计算) =(215-23050/7040)×1010133= M< 故3号节点截面强度满足要求。 III.稳定验算
根据协会规程第条第一款的规定,实腹式刚架梁当屋面坡度小于10°时,在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度。本例的屋面坡度为°小于10°,故可不验算梁平面内的稳定性。
刚架梁平面外的稳定性按照钢结构设计规范GBJ17-88第五章第二节的规定进行验算2号单元(梁)。已知梁平面外侧向支撑点间距为3000 mm,即平面外计算长度L0y=3000mm。梁的最小截面惯性矩Ib0y=974×104mm4,梁为等截面。 =81,查表得 =, =, 按照如下公式确定: =
因为 >,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 =代替 ,即 =。
按2号节点端的受力验算构件平面外的稳定性: =+=
6 连接节点计算 (1) 梁柱节点
采用如下图所示的连接形式。 图3-48 梁柱连接节点示意图
连接处的组合内力值:M = ,N = — kN,Q = 54. 30 kN。 1).螺栓验算
若采用摩擦型高强度螺栓连接,用级M20高强螺栓,连接表面用钢丝刷除锈, ,每个螺栓抗剪承载力为: =×1××110000=。
抗剪需用螺栓数量n==2,初步采用8个M20高强螺栓。 螺栓群布置如图3-49所示: 图3-49 梁柱连接节点螺栓群布置图
螺栓承受的最大拉力值按照如下公式计算(其中y1=270,y2=178,y3=113,y4=48各有4个螺栓): == —+=<=88kn
以上计算说明:螺栓群抗剪、抗弯均满足要求。 2)连接板厚度的设计
端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型:两边支承类端板(端板平齐)以及无加劲肋端板,分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值,然后取最大的板厚作为最终值。 两边支承类端板(端板平齐):
ef=42 mm,ew=40 mm,Nt= kn, b=180 mm,f=215 mm。 = mm 无加类端板:
a=65 mm,ew=42 mm,Nt= kn = mm
综上所得结果可取端板厚度为t=18 mm。 3)节点域剪应力验算
门式刚架斜梁与柱相交的节点域应按照协会规程第条的规定验算。其中,M= kn,db=450 mm,dc=434 mm,tc=8 mm。 = N/mm2
节点域的剪应力满足规程要求。
在端板设置螺栓处,应按照协会规程第条的规定验算构件腹板的强度。采用翼缘内第二排一个螺栓的拉力设计值Nt2,经计算得到:Nt2= kN< P=44 kN。因为ew=41 mm,tw=8 mm,所以, = N/mm2
(2)梁拼接节点
梁的拼接方式如图3-50所示。 图3-50 梁拼接节点示意图
连接处的组合内力值为:M = ,N = — kN,Q = kN。 其计算方法与梁柱连接节点的计算方法相似 1).螺栓验算
仍采用级M16高强螺栓,连接表面用钢丝刷除锈, ,每个螺栓抗剪承载力为,剪力很小,抗剪显然满足,初步采用12个M16高强螺栓。 螺栓群布置如图3-51所示: 图3-51 梁拼接节点螺栓群布置图
螺栓承受的最大拉力值按照如下公式计算(y1=261,y2=183,y3=130各有四个螺栓): == —+= kN<=56kN
所以,螺栓群抗剪、抗弯均满足要求。 2)连接板厚度的设计
端板厚度t根据支承条件计算确定,在本例中有两种计算类型:两边支承类端板(端板平齐)以及无加劲肋端板,分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值,然后取最大的板厚作为最终值。 伸臂类端板(端板平齐):
其中ef=32 mm,Nt= kN,b=180 mm,f=215 mm。 = mm
两边支承板(端板平齐):
其中ef=38 mm,ew=26 mm,Nt= kN, b=180 mm,f=215 mm。 = 12..1 mm 无加类端板:
其中a=53 mm,ew=26 mm,Nt= kN, = mm
综上所得结果可取端板厚度为t=18 mm。 三、设计实例二 1、设计资料
门式刚架车间柱网布置:长度60m;柱距6m;跨度18m。檐高净高9m;牛腿标高6m,吊车起重量5t,轻级工作制,软钩;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=mm2;材质选用:Q235-B f=215N/mm2,f=125 N/mm2。 2、荷载取值
静载:m2;活载 kN/m2 ;雪载 kN/m2;风载:基本风压W0= kN/m2,地面粗糙度B类,风载体型系数图同设计实例一。 这里重点介绍吊车荷载的取用。
门式刚架设计实例
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)