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钢结构课程设计书


钢结构课程设计书
——门式钢架

班 姓 学

级 名 号

指导老师 日 期 2016/1/22

门式刚架计算书
1、设计资料 (1)厂房柱网布置 厂房为单跨双坡门式刚架(见图 1-1) 。长度 90m,柱距 6m,跨度 18m, 门式刚架檐高 9m,屋面坡度为 1:10。

A
图 1-1 门式刚架简图 (2)材料选用 屋面材料:单层彩板。 墙面材料:单层彩板。 天沟:钢板天沟 (3)结构材料材质 钢材: Q 235 , f ? 215N / mm2 , fv ? 125N / mm2 基础混凝土: C 25, fc ? 12.5N / mm2 (4)荷载(标准值) Ⅰ静载:有吊顶(含附加荷载)0.5 kN m Ⅱ活载: 0.5kN / m2
2

B

Ⅲ风载:基本风压 W0 ? 0.35kN / m2 ,地面粗糙度为 B 类,风载体型系数按 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS102:2002)封闭式建筑 类型中间区的风荷载体型系数采用。
1

确定 Z 值: ① 18 ? 0.1 ? 1.8m, 2z ? 3.6m ② 0.4 H ? 0.4 ? 9 ? 3.6m, 2z ? 7.2m 取较小值为 3.6m,根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》表 A.0.2-1 注 3,因柱距 6m ? 3.6m ,故风荷载取中间值。 详见图 1-2 所示

图 1-2 风荷载体型系数示意图(左风) Ⅳ雪荷载: 0.2kN / m2 (5)其它 本课程设计不考虑地震作用 2、荷载计算 (1)荷载取值 屋面静载: 0.5kN / m2 屋面活载: 0.5kN / m2 轻质墙面及柱自重(包括柱、墙骨架) : 0.5kN / mm2 风荷载:基本风压 W0= 1.05 ? 0.35=0.37kN / m2 ,按地面粗糙度为 B 类; 以柱顶为准风压高度变化系数 ?z ? 1.0, w1 ? 0.37kN / m2 ; 以屋顶为准风压高度变化系数 ?z ? 1.0, w2 ? 0.37kN / m2 (2)各部分作用荷载 1)屋面 静载 标准值: 0.5 ? 6 ? 3.0kN / m 活载 标准值: 0.5 ? 6 ? 3.0kN / m 2)柱荷载 静载 标准值: 0.5 ? 6 ? 3.0kN / m 3)风荷载 迎风面:柱上 qw ? 0.37 ? 6 ? 0.25 ? 0.555kN / m 横梁上 qw ? ?0.37 ? 6 ?1.0 ? ?2.22kN / m 背风面:柱上 qw ? ?0.37 ? 6 ? 0.55 ? ?1.22kN / m
2

横梁上 qw ? ?0.37 ? 6 ? 0.65 ? ?1.44kN / m 3、内力分析 采用结构力学求解器求解内力,计算简图及结果如下: (1)静载作用下的内力计算

图 3-1-1

静载内力计算简图(单位:KN/m)

图 3-1-2

静载作用下弯矩图(单位:KN·m)

3

图 3-1-3

静载作用下剪力图(单位:KN)

图 3-1-4 静载作用下轴力图(单位:KN) (2)活载作用下的内力计算

图 3-2-1

活载内力计算简图(单位:KN/m)

4

图 3-2-2

活载作用下弯矩图(单位:KN·m)

图 3-2-3

活载作用下剪力图(单位:KN)

图 3-2-4 活载作用下轴力图(单位:KN) (3)风载作用下的内力计算 1)左风情况下:

5

图 3-3-1

左风载内力计算简图(单位:KN/m)

图 3-3-2

左风载作用下弯矩图(单位:KN·m)

图 3-3-3

左风载作用下剪力图(单位:KN)

图 3-3-4

左风载作用下轴力图(单位:KN)

6

2)右风情况下:右风荷载作用下,个内力图与左风荷载作用下的内力图刚 好对称,不再画出。 4、内力组合 (1)计算刚架内力组合时,按照如下四种荷载组合进行: ① 1.2恒载+1.4活载 ; ② 1.2恒载+1.4活载+1.4 ? 0.6风载 ; ③ 1.2恒载+1.4 ? 0.7 ? 活载+1.4风载 ; ④ 1.0恒载+1.4风载 。

图 4-1 门式刚架计算截面 各工况作用下的截面内力见下表 4.1。 各荷载作用下的截面内力 截面 内力 静载 -59.36 -9.25 26.21 56.20 -6.56 活载 -59.36 -9.25 26.21 56.20 -6.56 左风 69.06 7.35 -21.08 31.50 6.95 表 4.1 右风 3.86 6.95 10.4 31.50 7.35
7

M
1-1
N
Q

M
2-2
N

Q

-0.66 -59.36 -27.00 -6.60 0 -54.00 -6.60

-0.66 -59.36 -27.00 -6.60 0 -36.00 -6.60

1.14 69.06 21.71 5.19 0 21.71 10.15

-2.57 3.86 11.04 -5.83 0 11.04 5.03

M
3-3
N
Q

M
4-4
N
Q

由以上计算内力, 按照荷载组合规则进行计算,内力组合值如下表 4.2 所示。 内力组合值 表 4.2
1.2静+1.4 ? 0.7活 +1.4风

1.2静+
截面 内 力

1.2静+1.4活 ?1.4 ? 0.6风
左风 右风
-151.5 -18.22 76.88 119.7 -10.88 -3.88 -151.1 -60.9 -21.3 0 -105.9 -12.87

1.4活

1.0静+1.4风
右风
-124.0 -10.43 71.70 78.42 -9.17 -5.04 -124.0 -43.4 -21.43 0 -84.62 -7.34

左风
-32.72 -9.87 27.63 78.42 -9.73 -3.03 -32.7 -28.47 -7.12 0 -69.7 -0.178

左风
37.32 1.04 -3.3 12.1 3.17 -2.26 37.32 16.8 3.39 0 -23.6 7.61

右风
-53.96 0.48 40.77 12.1 3.73 -4.26 -54.0 1.89 -11.5 0 -38.54 0.44

M
1-1
N
Q

-154.3 -24.05 68.15 146.12 -17.06 -1.72 -154.3 -70.2 -17.1 0 -115.2 -17.1

-96.41 -17.91 50.32 119.7 -10.92 -2.68 -96.42 -51.85 -12.76 0 -96.85 -8.57

M
2-2
N
Q

M
3-3
N
Q

M
4-4
N
Q

5、截面选择与强度验算 (1)截面形式及尺寸初选

8

采用实腹式门式刚架,梁的截面高度h一般取(1/ 30 ~ 1/ 45)l ? (1/ 30 ~ 1/ 45) ?18000 ? 600 ~ 400mm,柱的截面高度h一般取(1/12~1/28)H=(1/12~1/28) ? 9000 =750~321mm,门式刚架梁柱截面选用工字型截面,具体尺寸及截面特性见下表5.1
截面参数表 Iy 面积 表 5.1
Wy

长度 截面 尺寸

Ix

Wx

( mm) (mm2 ) (?104 mm4 ) (?103 mm3 ) (?104 mm4 )

(?103 mm3 )
872.95 872.95 872.95 872.95

1-1 L420×180 2-2 ×6×10 3-3 Z420×180 4-4 ×6×10

9000 9000 9045 9045

6000 6000 6000 6000

972.76 972.76 972.76 972.76

108.08 108.08 108.08 108.08

18332 18332 18332 18332

图 5-1 (2) 刚架横梁 1)截面特性

梁、柱截面形式和尺寸

A ? 6000mm 2 , I x ? 18332 ?104 mm 4 , I y ? 972.76 ?10 4 mm 4 ix ? 174.8mm, i y ? 40.3mm,Wx ? 872.95 ?103 mm3 , Wy ? 108.08 ?103 mm3 H oy ? 3000mm, ? y ? 3000 ? 74.44 40.3

2)局部稳定验算 翼缘:
b (180 ? 6) / 2 235 235 ? ? 8.7 ? 15 ? 15 ? 15,满足要求。 t 10 fy 235 hw 420 ? 10 ? 2 235 235 ? ? 66.7 ? 250 ? 250 ? 250, 满足要求。 tw 6 fy 235

腹板:

3)强度验算
9

因为梁是等截面,因此高度变化率符合 ? 60mm / m 的条件,所以考虑 板件的屈曲后强度,腹板抗剪承载力按照下式计算: Vd ? hwt w f v? 。梁柱都 不设置横向加劲肋。

k? ? 5.42 , hw ? 400mm , tw ? 6mm

?w ?

hw tw 400 6 ? ? 0.774 ? 0.8 37 k? 235 f y 37 ? 5.42 ? 235 235

所以 f v? ? f v ? 125 N / mm 2 ①1-1 截面的强度验算 因为 1-1 截面受到压弯作用,采用以下荷载组合进行验算:
M ? ?154.3kN ? m, N ? -24.05kN ,V ? 68.15kN

a、正应力验算:

?1 ?

N M 24.05 ?103 154.3 ?106 ? ? ? ? 180.7 N / mm2 ? fd ? 215N / mm2 3 A We 6000 872.95 ?10 N M 24.05 ?103 154.3 ?106 ? ? ? ? ?172.7 N / mm2 ? fd ? 215N / mm2 A We 6000 872.95 ?103

?2 ?

故截面的边缘正应力比值 ? ? 用 ? R ? ?1 代替公式 ? p ?

? 2 ?172.7 ? ? ?0.956 ?1 180.7

hw tw 中的 f y : 28.1 k? 235 f y

? R ??1 ? 1.1?180.7 ? 198.77 N / mm2
k? ? 16

?1 ? ? ?

2

? 0.112 ?1 ? ? ? ? ?1 ? ? ?
2

? 22.85

?p ?

hw tw 400 6 ? ? 0.47 28.1 k? 235 (? R ? ?1 ) 28.1 22.85 235 /198.77

因为 ?p=0.47 ? 0.8 ,所以 ? ? 1 ,即 1-1 截面全部有效。 1-1 截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用
V1 ? 37.9kN ? 0.5Vd ? 0.5hwtw f v? ? 0.5 ? 400 ? 6 ?125 ? 150kN
10

所以采用以下公式进行强度验算:
? ? 215 ? 24.05 ?103 / 6000 ? ? 872.95 ?103 ? 184.18kN ? m M eN ? M e ? NWe / Ae ? ? f ? N / Ae ?We

M ? ?154.3kN ? m ? M eN
经验算 2-2 截面强度满足要求。 截面利用率
M 21 154.3 ? ? 0.84 M eN 184.18

b、剪应力验算:
V1 ? 68.15kN ? Vd ? hwtw f v? ? 400 ? 6 ?125 ? 300kN

经验算 1-1 截面强度满足要求。 ②2-2 截面的强度验算 2-2 截面受到压弯作用,采用以下荷载组合进行验算:
M ? 146.12kN ? m, N ? 17.06kN ,V ? -1.72kN

a、正应力验算:

?1 ?

N M 17.06 ?103 146.12 ?106 ? ? ? ? 170.2 N / mm2 ? f ? 215 N / mm2 A We 6000 872.95 ?103

N M 17.06 ?103 146.12 ?106 ?2 ? ? ? ? ? ?164.5N / mm2 3 A We 6000 872.95 ?10
故截面的边缘正应力比值 ? ?

? 2 ?164.5 ? ? ?0.97 ?1 170.2
hw tw 中的 f y : 28.1 k? 235 f y

因为 ? 1 ? f ,用 ? R ? ?1 代替公式 ? p ?

? R ??1 ? 1.1?170.2 ? 187.2kN / mm2
k? ? ? 16

?1 ? ? ?

2

? 0.112 ?1 ? ? ? ? ?1 ? ? ?
2

16

?1 ? 0.97 ?

2

? 0.112 ?1 ? 0.97 ? ? ?1 ? 0.97 ?
2

? 23.19

?p ?

hw tw 28.1 k? 235 (? R ? ? 1 )

?

400 6 ? 0.13 28.1 23.19 235 /187.2
11

因为 ?p ? 0.8 ,所以 ? ? 1 ,即 2-2 截面全部有效。 2-2 截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用
V1 ? 5.04kN ? 0.5Vd ? 0.5hwtw f v? ? 0.5 ? 400 ? 6 ?125 ? 150kN

所以采用以下公式进行强度验算:
? ? 215 ? 9.17 ?103 / 6000 ? ? 872.95 ?103 ? 186.35kN ? m M eN ? M e ? NWe / Ae ? ? f ? N / Ae ?We

M ? 78.42kN ? m ? M eN
经验算 2-2 截面强度满足要求。 截面利用率
M2 78.42 ? ? 0.42 N M e 186.35

b、剪应力验算:
V1 ? 5.04kN ? Vd ? hwtw f v? ? 400 ? 6 ? 125 ? 300kN

4)整体稳定验算 a、平面内稳定 根据协会规程第 6.1.6 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。屋面坡度为 5.7° 小于 10° ,故可不验算梁平面内的稳定性。 b、平面外稳定
由?y=74.4及b类截面查《钢结构设计规范》附表C-2得? y=0.723 由于构件段内有端弯矩和横向荷载,且使构件产生同向曲率, 故等效弯矩系数?tx ? 1.0,? ? 1.0 因为?y < 120 235 ? 120, 对于双轴对称工字形截面取 fy ? 1.07 ? 74.42 ? 0.944 44000

?b ? 1.07 ?

?y 2
44000

?tx M x N 9.17 ?103 1.0 ? 78.42 ?106 ?? ? ? 1.0 ? ?y A ?bWx 0.723 ? 6000 0.944 ? 872.95 ?103
? 97.28 N / mm2 < f y=215 N / mm 2

故平面外稳定满足要求。 (3) 刚架柱

12

1)截面特性
A ? 6000mm 2 , I x ? 18332 ?10 4 mm 4 , I y ? 972.76 ?10 4 mm 4 ix ? 174.8mm, i y ? 40.3mm, Wx ? 872.95 ?103 mm3 , Wy ? 108.08 ?103 mm3 平面内有效长度 K1= I c LB 18.09 ? ? 2.01( I c ? I b ) Ib H 9.0

K 2 ? 0(柱脚与基础混凝土铰接) 查《钢结构设计规范》表D-2得?=2.17 H 0x ? 2.17 ? 9000 ? 19530mm, ?x ? 19530 ? 111.7 174.8

平面外计算长度(考虑在柱的每3m处设置一个隅撑)
H 0y ? 3000mm, ? y ? 3000 ? 74.4 40.3

2)局部稳定验算 翼缘:
b (180 ? 6) / 2 235 235 ? ? 8.7 ? 15 ? 15 ? 15,满足要求。 t 10 fy 235 hw 420 ? 10 ? 2 235 235 ? ? 66.7 ? 250 ? 250 ? 250, 满足要求。 tw 6 fy 235

腹板:

3)强度验算 因为柱是等截面,因此高度变化率符合 ? 60mm / m 的条件,所以考虑板件 的屈曲后强度,腹板抗剪承载力按照下式计算: Vd ? hwt w f v? 。梁柱都不设 置横向加劲肋。

k? ? 5.42 , hw ? 400mm , tw ? 6mm

?w ?

hw tw 400 6 ? ? 0.774 ? 0.8 37 k? 235 f y 37 ? 5.42 ? 235 235

所以 f v? ? f v ? 125 N / mm 2 ①3-3 截面的强度验算 3-3 截面受到压弯作用,采用以下荷载组合进行验算:
M ? ?154.3kN ? m, N ? ?70.2kN ,V ? ?17.1kN

a、正应力验算:

?1 ?

N M 70.2 ?103 154.3 ?106 ? ? ? ? 188.46 N / mm2 ? f ? 215N / mm2 A We 6000 872.95 ?103
13

?2 ?

N M 70.2 ?103 154.3 ?106 ? ? ? ? ?165.06 N / mm2 3 A We 6000 872.95 ?10

故截面的边缘正应力比值 ? ?

? 2 ?165.06 ? ? ?0.876 ? 1 188.46
hw tw 中的 f y : 28.1 k? 235 f y

因为 ? 1 ? f ,用 ? R ? ?1 代替公式 ? p ?

? R ??1 ? 1.1?188.46 ? 207.3N / mm2
k? ? ? 16

?1 ? ? ?

2

? 0.112 ?1 ? ? ? ? ?1 ? ? ?
2

16

?1 ? 0.876 ?

2

? 0.112 ?1 ? 0.876 ? ? ?1 ? 0.876 ?
2

? 20.97

?p ?

hw tw 28.1 k? 235 (? R ? ? 1 )

?

400 6 ? 0.486 28.1 20.97 235 / 207.3

因为 ?p ? 0.8 ,所以 ? ? 1 ,即 3-3 截面全部有效。 3-3 截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用
V1 ? 17.1kN ? 0.5Vd ? 0.5hwtw f v? ? 0.5 ? 400 ? 6 ?125 ? 150kN

所以采用以下公式进行强度验算:
? ? 215 ? 70.2 ?103 / 6000 ? ? 872.95 ?103 ? 177.47kN ? m M eN ? M e ? NWe / Ae ? ? f ? N / Ae ?We

M ? 154.3kN ? m ? M eN
经验算 3-3 截面强度满足要求。 截面利用率
M 21 154.3 ? ? 0.87 M eN 177.47

b、剪应力验算:
V1 ? 17.1kN ? Vd ? hwtw f v? ? 400 ? 6 ? 125 ? 300kN

②4-4 截面的强度验算 因为 4-4 截面只存在轴力和剪力,分别验算截面的正应力和剪应力。 验算采用荷载组合: M ? 0.0kN ? m, N ? ?115.2kN ,V ? -17.1kN

14

a、正应力验算:

?1 ?

N 115.2 ?103 ? ? 19.2 N / mm2 ? f ? 215 N / mm2 A 6000

弯矩为 0,故截面的边缘正应力比值 ? ? 1.0 。 因为 ? 1 ? f ,用 ? R ? ?1 代替公式 ? p ?

hw tw 中的 f y : 28.1 k? 235 f y

? R ??1 ? 1.1?19.2 ? 21.12N / mm2
k? ? 16 ?4

?1 ? ? ?

2

? 0.112 ?1 ? ? ? ? ?1 ? ? ?
2

?p ?

hw tw 28.1 k? 235 (? R ? ? 1 )

?

400 6 ? 0.356 28.1 4 235 / 21.12

因为 ?p ? 0.8 ,所以 ? ? 1 ,即 3-3 截面全部有效。 b、剪应力验算:
V1 ? 17.1kN ? Vd ? hwtw f v? ? 400 ? 6 ? 125 ? 300kN

4)整体稳定验算 a、平面内稳定
由?x ? 111.7及b类截面《钢结构设计规范》附表C-2得? x ? 0.482

? 2 EA 10 ? 2.06 ?105 ? 6000 N Ex ' ? ? ? 859.8kN,? mx ? 1.0 1.1?x 2 1.1?111.7 2 ? mx M x N 70.2 ?103 ? ? ? ? x A ? x ?1 ? 0.8( N / N Ex ') ?Wx 0.482 ? 6000
? 180.1N / mm 2 ? f =215 N / mm 2 1.0 ?154.3 ?106 70.2 ? ? 3 1.05 ? ?1 ? 0.8 ? ? ? 872.95 ?10 859.8 ? ?

b、平面外稳定

15

由?y=74.4及b类截面《钢结构设计规范》附表C-2得? y=0.723 下半段柱:柱底弯矩为0,故等效弯矩系数 70.2 70.2 2 ?tx ? 1 ? N / N Ex '? 0.75( N / N Ex ') 2 ? 1 ? ? 0.75 ? ( ) ? 0.923 859.8 859.8 ? ? 1.0 因为?y < 120 235 ? 120, 对于双轴对称工字形截面取 fy ? 1.07 ? 74.42 ? 0.944 44000

?b ? 1.07 ?

?y 2
44000

? M N 70.2 ?103 0.923 ?154.3 ?106 ? ? tx x ? ? 1.0 ? ?y A ?bWx 0.723 ? 6000 0.944 ? 872.95 ?103
? 189.01N / mm2 < f y=215N / mm2

故平面外稳定满足要求。

上半段柱:两端有弯矩,故等效弯矩系数

?tx ? 0.65+0.35 ? ? 1.0
因为?y < 120

M2 =0.65+0.35 ? 0.5 ? 0.825 M1

235 ? 120, 对于双轴对称工字形截面取 fy

74.42 ?b ? 1.07 ? ? 1.07 ? ? 0.944 44000 44000

?y 2

? M N 70.2 ?103 0.825 ?154.3 ?106 ? ? tx x ? ? 1.0 ? ?y A ?bWx 0.723 ? 6000 0.944 ? 872.95 ?103
? 170.67 N / mm2 < f y=215 N / mm 2

故平面外稳定满足要求。 6、位移计算(荷载采用标准值)
16

(1)柱顶侧移计算 图 6-1 刚架柱顶侧移荷载计算简图 杆端位移值 单元码 1 2 3 4 u 0.000 57.821 57.950 58.079 杆端 1 v 0.000 0.000 -1.287 0.000 θ -0.008 -0.003 0.001 -0.003 u 57.821 57.950 58.079 0.000 杆端 2 v 0.000 -1.287 0.000 0.000 表 6.1 θ -0.003 0.001 -0.003 -0.009

图 6-2 柱顶侧向位移图(单位:mm)
u? H 9000 ? ? 60mm 75 150

因此柱顶水平位移满足要求。 (2)横梁挠度计算 竖向荷载标准值作用下横梁挠度(取 1.0 静载+1.0 活载) ,用结构力学 求解器求解得杆端位移值见下表 6.2

图 6-3 1.0 静载与 1.0 活载作用下挠度计算简图 杆端位移值 表 6.2
17

单元码 1 2 3 4

u 0.000 -4.442 0.000 4.442

杆端 1 v 0.000 0.000 -44.417 0.000

θ 0.003 -0.005 0.000 0.005

u -4.442 0.000 4.442 0.000

杆端 2 v 0.000 -44.417 0.000 0.000

θ -0.005 0.000 0.005 -0.003

图 6-4 1.0 静载和 1.0 活载作用下的竖向位移(单位:mm) 18000 v max ? ? 72mm 250 横梁挠度满足要求。 7、构件连接节点设计 (1)梁柱节点设计 梁柱节点连接采用端板竖放的连接形式,如图 7-1 所示,连接处内 力采用以下组合: M ? ?154.3kN ? m, N ? ?24.05kN ,V ? 68.15kN

1 L 420×180×6×10
420

1 Z 420×180×6×10

图 7-1 梁柱连接节点示意图

图 7-2 螺栓布置图(1-1)

采用 10.9 级 M 20 摩擦型高强度螺栓连接, 连接表面采用喷砂的处理 方法,摩擦面的抗滑移系数 ? ? 0.45 ,预拉力 P ? 155kN ,则每个螺栓的
b 抗剪承载力为: ? ? Nv ? ? ? 0.9n f ? P ? 0.9 ?1.0 ? 0.45 ?155 ? 62.8kN 初步采用 8

18

个 M 20 高强度螺栓。螺栓群的布置如图 7-2 所示。 ①螺栓验算 顶排螺栓的拉力最大
N max ? My1 N ?24.05 154.3 ?103 ? 260 ? ? ? ?? ??????kN ? 0.8P ? 124kN n ? yi 2 8 4 ? ? 2602 ? 1382 ?

抗拉满足要求 第二排螺栓:
My2 N ?24.05 154.3 ? 103 ? 138 N2 ? ? ? ? ? ?????k ? n ? yi 2 8 4 ? ? 2602 ? 1382 ?

第三排螺栓:
N3 ? My3 N ?24.05 154.3 ? 103 ? 138 ? ? ? ? ?????? kN ? 0 n ? yi 2 8 4 ? ? 2602 ? 1382 ?

因为 N3 ? 0 ,所以取 N3 ? 0 第四排螺栓:

N4 ? 0 ,取 N4 ? 0
螺栓群的抗剪承载力
N v ? ? 0.9n f ? ? P ? 1.25 Nti ? ?????? 0.9 ?1.0 ? 0.45 ? 2 ? ? ??155 ? 1.25 ?112.76 ? ? ?155 ? 1.25 ? 58.44 ? ? 155 ? 2 ? ? ?????? 328.86kN

V ? 68.15kN ? Nv,抗剪满足要求。
②端板厚度 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。 a、两边支承类端板(端板平齐) :

e f ? 60mm, ew ? 50mm, Nt ? 63.43kN, b ? 180mm, f ? 215N / mm2
t? 12e f ew Nt [ewb ? 4e f (ew ? e f )] f ? 12 ? 60 ? 50 ? 63.43 ?103 ? 17.59mm 50 ? 180 ? 4 ? 60 ? 60 ? 50 ? 215 ? ? ? ? ? ?

b、无加肋端板:

a ? 128mm, ew ? 50mm, Nt ? 42.7kN
19

t?

3ew Nt ? ? 0.5a ? ew ? f

3 ? 50 ? 42.7 ?103 ? 13.46mm ? 0.5 ?128 ? 50 ? ? 310

综上所得结果可取端板厚度为 t=20mm。 (1)梁梁节点设计 梁梁拼接节点连接形式如图 7-3 所示,连接处选用如下组合内力值:
M ? ?146.12kN ? m, N ? ?17.06kN ,V ? ?1.72kN

采用 10.9 级 M 20 摩擦型高强度螺栓连接,连接表面采用喷砂的处理方法, 摩擦面的抗滑移系数 ? ? 0.45 ,预拉力 P ? 155kN ,则每个螺栓的抗剪承
b 载力为: ? ? Nv ? ? ? 0.9n f ? P ? 0.9 ?1.0 ? 0.45 ?155 ? 62.8kN

初步采用 8 个 M 20 高强度螺栓。螺栓群的布置如图 7-4 所示。
2 L420×180×6×10 L420×180×6×10

2

图 7-3

梁梁连接节点示意图

图 7-4 ①螺栓验算 底排螺栓的拉力最大

螺栓布置图(2-2)

Nmax ?

My1 N ?17.06 146.12 ?103 ? 260 ? ? ? n ? yi 2 8 4 ? ? 2602 ? 1282 ?

????????? ?????kN ? 0.8P ? 124kN
抗拉满足要求。 因为剪力很小,所以无需验算剪力。
20

②端板厚度 端板厚度的取值与梁柱节点端板一致,取 t=20mm。 8、柱脚设计 按照计算假定,柱脚的形式为铰接,不能抵抗弯矩。剪力由底板与混 凝土之间的摩擦力承担(若经过验算不满足,则需设置抗剪键) 。柱脚的
d ? 20mm , 形式如图 8-1 所示, 采用四个锚栓与基础连接。 锚栓为 M 20 ,

A0 ? 4 ?

?
4

? 202 ? 1256mm 2 。基础砼标号 C25, fc ? 12.5N / mm2 。基础底板

设计采用如下荷载组合进行: N ? ?115.2kN , V ? ?17.1kN 。

图 8-1 (1)柱脚底板尺寸的确定

柱脚详图

假定底板宽度 B ? 180 ? 20 ? 2 ? 220mm
? ? 1?N 1 ? 115.2 ?103 ?? ? 1256 ? ? 29.7 mm 底板长度 L ? ? ? A0 ? ? B ? fc ? ? 220 ? 12.5

取 L ? 420 ? 2 ? 30 ? 480mm (2)柱脚底板厚度的确定 底板压力 q ?

N 71.5 ?103 ? ? 0.68N / mm2 L ? B ? A0 480 ? 220 ? 1256

底板按三边支承板一边自由板计算

M1 ? ? qa12

b a1 ? B / 2 ? 210mm ,b1 ? 180 / 2 ? 3 ? 87mm , 1 ? 0.414 , a1

查表得 ? ? 0.065 。 底板厚度 t ?

因此, M1 ? 0.065 ? 0.68 ? 2102 ? 1935.9N ? mm

6M max 6 ?1935.9 ? ? 8.3mm 215 215

底板的厚度不小 16 mm ,所以实际取用底板厚度 t ? 20mm 。
21

(3)柱脚抗剪承载力验算 柱底组合内力均为受压,基础混凝土与柱脚底板间的摩擦系数为 0.4,由 于

f ? 0.4 ? 71.5 ? 28.6kN > Vmin ? 9.65kN ,故无需设置抗剪键。
9、抗风柱设计 (1)、结构的计算模型 抗风柱在风荷载作用下计算模型为一简支梁, 如图 9-1 所示。计算高度 H ? 9m 。 (2)、截面选择 选用 Z 400 ?140 ? 6 ?12 , W ? 765.4 ?103 mm3
S ? 140 ?12 ?194 ? 188 ? 6 ? 188 ? 431952mm3 2

(3)、内力验算

?z ? 1.0, ? s ? ?0.65, ?z ? 1.0, ? 0 ? 0.53kN / m2

q=4.34KN/m 9m

图 9-1 风载标准值:

抗风柱计算模型

?k ? ? z ?s ?z?0 ? 1.0 ? 0.65?1.0 ? 0.53 ? 0.3445 kN / m2
风载设计值:
q ? 1.4 ? L?k 18 ? 0.3445 ? 1.4 ? ? 4.34kN / m 2 2

弯矩设计值:
1 1 M max ? qH 2 ? ? 4.34 ? 92 ? 43.94kN ?m 8 8

剪力设计值:
22

Vmax ? 1.4 ?

qH 4.34 ? 9 ? 1.4 ? ? 27.34kN 2 2

? max ?
? max

M max 43.94 ?106 ? ? 54.67 N / mm2 ? xW 1.05 ? 765.4 ?103

VS 27.34 ?103 ? 431952 ? ? ? 12.86 N / mm 2 4 Itw 15307.6 ?10 ? 6

所以, ? max < f ? 310 N / mm2 , ? max < fv ? 180N / mm2 经验算,强度满足要求。

23


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