门式刚架结构设计实例全套.docx

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1、门式刚架结构设计实例全套工程概况（一）设计资料某客户需要建设66X75m的仓库,根据客户要求,宽度方向为66m,设3跨，跨度分别为24m、18m、24m,柱距取7.5m,檐口高度为6m。屋面为0.5mm压型钢板+75mm厚保温棉（容重14kgm3）+0.4mm内衬板，材质采用Q345o（二）方案选取1 .跨度：考虑到特殊的使用要求（中间18m兼做交通走道），客户指定了上述的跨度要求。为使读者理解如何寻找最经济的结构方案，笔者又研究了21m+24m+21m或18m+30m+18m的跨度方案，三种方案的每根框架的用钢量对比如下：24m+18m+24m,每根框架用钢量4.9吨;21m+24m+21m

2、,每根框架用钢量4.2吨;18m30m+18m.,每根框架用钢量4.6吨；通常来说，如可能尽量将框架设计成对称结构，各跨跨度基本相同，中间跨跨度度略大于边跨将是一种比较经济的方案。本项目由于客户需要将中间跨(18m)设置为走道，故笔者没有建议他们改为较为经济的跨度方案(21m+24m+21m)。2 .柱距选择：鉴于本工程总长度为75m,故取柱距为7.5m,即107.5。读者也可以比较7.75+78.5+7.75的柱距方案。后者也是一种比较经济的株距方案。3 .屋面梁拼接节点设置节点设置需要考虑下列因素：(1)拼接点尽可能靠近反弯点，一般反弯点位置在1416跨度处，按照此原则，对于24m跨，拼接

3、点设在离柱24*(l4l6)=46m处比较合适。对于18m跨，则应该设在18*(l4l6)=34.5m比较合适;(2)单元长度不要超过可运输最大长度，一般不宜超过12.5m；尽量减少拼接数量，因为拼接节点需要端板及高强螺栓，同样会增加项目造价；拼接节点应避开抗风柱及屋面系杆的连接位置，以避免出现连接上的不便；综合多种因素，我们将屋面梁做了分段，见图3.26。A节点为边柱与梁拼接节点，D为中柱与梁拼接，通常此处屋面梁不断，这是考虑此处弯矩较大，对于屋脊节点F,通常我们也不建议此处屋面梁断开，原因是此处通常会有抗风柱及屋面系杆，若设置屋面系杆，将引起连接上的不便。这样66m的屋面梁一共被分为7段。

4、读者可以试着研究其余不同的梁分段方式，并与此方案做以对比。4 .柱脚及梁柱的钱接与刚接设置:由于本项目檐高较低，且没有行车，故柱脚均可按钱接处理，对于中柱，采取摇摆柱，即柱与梁连接采用钱接的模式。计算简图见图3-26o（三）荷载计算1 .恒载计算：作用在屋面梁上的恒载有：0.5mm厚压型钢板,重量0.5*7.85*1.25=5.0Kgm275mm厚保温棉（容重14kgm3）75*141000=1.05Kgm20.4mm厚屋面内衬板，重量0.4*7.85*l.l=3.5Kgm2屋面楝条重量，一般可取35Kgm2屋面支撑、系杆、楝条拉条、隅撑等重量，可取2Kgm2以上重量合计约为15Kgm2,作用

5、在框架上的恒载为0.15KNm2*7.5m=1.125KNm,见下图:2 .活载计算：由于每桶框架受荷面积A=66*7.5=495m260m2,故活荷载可取为0.3KNm2o3 .屋面悬挂荷载根据客户要求，取0.1KNm2,由于STS软件没有此基本工况，我们将悬挂荷载放在活荷载里进行考虑，将活荷载取为0.4KNm2,这样作用在框架上的活荷载为0.4KNm2*7.5m=3.0KNmzJLTS4 .风荷载计算：日照的风荷载标准值为04KNm2,按照CESE102：2002,内部标准跨的风荷载体型系数，风载体型系数参照下图：则作用在框架梁柱上的风荷载分别为:0.4*7.5*(+0.25)=0.8KN

6、m0.4*7.5*1.05*(-1.0)=-3.15KN/m0.4*7.5*1.05*(-0.65)=-2.0KNm0.4*7.5*1.05*(+0.55)=-1.7KNm在输入风荷载时，需要注意STS里的正负号与与体型系数的正负号有所不同。体型系数的正负以风吸力或风压力定义，风吸力为负，风压力为正。而输入程序时，荷载方向与坐标正向一致为正。结构布置本工程长度为75m,按照门钢第4.2.2.2条规定，当无吊车时柱间支撑的间距宜取3045m因此本工程需要设3道柱间支撑,支撑分别设在端跨及较为中间的跨。同时规范第422.3条规定，当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。本项目跨度为6

7、6m60m,按规定应在B,C轴增设柱间支撑。但由于本项目客户由于工艺使用要求，不允许内部设柱间支撑(实际上这种情况在实际工程中会经常碰到)。需要提醒设计者注意的是，在支撑跨度较大的情况下，设计者需要对屋面及柱间支撑的受力进行严格的有限元分析，屋面支撑及柱间支撑当有必要时需采用双圆钢、角钢甚至圆管。有些设计者，不管受力如何，一律用圆钢做屋面或柱间支撑，圆钢的规格通常被经验的取为1627mm的直径，这种做法很危险。本工程通过计算发现在靠近端部的屋面圆钢支撑需采用双圆钢(224),柱间支撑也需要采用224的双圆钢支撑，本项目的支撑方案见图3-32o建立计算模型由于本工程无行车，故柱脚可选用较接，中柱

8、可采用摇摆柱，计算简图及单元节点划分参见下图。内力计算和计算结果查看根据STS计算结果，现将节点的控制内力列表如下:说明：1.表中弯矩单位为KNm,对于梁上部受拉为“+”，下部受拉为“一”，轴力及剪力单位为KN,轴力“+”为拉，“一”为压，剪力+”为逆时针，“一”为顺时针；2.在计算柱脚时，QmaX最不利组合应该是剪力较大，且轴力较小的情况；同时，STS还提供了图形查阅功能，通过后处理菜单，可以方便查到弯矩、剪力及轴力的数值，图3-34,35,36即为分别为弯矩，轴力及剪力的包络图，通过这些直观的图形，工程师可以方便的检查构件的内力情况，可以对计算的结果进行。设计结果查看、分析和调整STS具有

9、先进的后处理系统，能够按照现行设计规范对梁柱构件进行强度、稳定及变形检验，相关的检验结果见下图。钢结构应力比图说明：1 .柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值;2 .右上：平面内稳定应力比（对应长细比）；3 .右下：平面外稳定应力比（对应长细比）；4 .梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值；5 .左下：平面内稳定应力比；6 .右下：平面外稳定应力比。结构、构件和连接设计STS可以根据计算的内力，对节点进行计算。这里为了让读者了解如何进行节点设计，对典型的节点进行计算。节点1计算，根据表3.7,取弯矩最大的组合进行截面设计。对应的内力设计值为：MmaX=294.44KNm,N=-80.57KN,Q=53.44KNo首先按照构造要求，对螺栓进行布置。