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门式刚架结构设计实例
清风22号
2018年04月02日 13:53:40
只看楼主

一、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14kg/m3)+0.4mm内衬板,材质采用Q345。 (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,三种方案的每榀框架的用钢量对比如下:

一、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14kg/m3)+0.4mm内衬板,材质采用Q345。

(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,三种方案的每榀框架的用钢量对比如下:

24m+18m+24m,每榀框架用钢量 4.9吨;

21m+24m+21m,每榀框架用钢量 4.2吨;

18m+30m+18m.,每榀框架用钢量 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108.5+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1/4~1/6跨度处,按照此原则,对于24m跨,拼接点设在离柱24*(1/4~1/6)=4~6m处比较合适。对于18m跨,则应该设在18*(1/4~1/6)=3~4.5m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12.5 m;

(3) 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;

(4) 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。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。

微信图片_20180402133812.jpg

4.柱脚及梁柱的铰接与刚接设置:

由于本项目檐高较低,且没有行车,故柱脚均可按铰接处理,对于中柱,采取摇摆柱,即柱与梁连接采用铰接的模式。计算简图见图3-26。

(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= 5.0 Kg/m2

75mm 厚保温棉 (容重14kg/m3)75*14/1000=1.05Kg/m2

0.4mm厚屋面内衬板,重量0.4*7.85*1.1=3.5Kg/m2

屋面檩条重量,一般可取3-5Kg/m2

屋面支撑、系杆、檩条拉条、隅撑等重量,可取2Kg/m2

以上重量合计约为15Kg/m2,作用在框架上的恒载为0.15KN/m2*7.5m=1.125KN/m,见下图:

微信图片_20180402133827.jpg

2.活载计算: 由于每榀框架受荷面积A=66*7.5=495m2>60m2,故活荷载可取为 0.3KN/m2。

3.屋面悬挂荷载 根据客户要求,取0.1KN/m2,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0.4KN/m2,这样作用在框架上的活荷载为0.4KN/m2*7.5m=3.0KN/m,见下图

微信图片_20180402133830.jpg

4.风荷载计算:

日照的风荷载标准值为0.4KN/m2,按照CESE 102:2002,内部标准跨的风荷载体型系数,风载体型系数参照下图:

微信图片_20180402133834.jpg

则作用在框架梁柱上的风荷载分别为:

0.4*7.5*(+0.25)=0.8KN/m

0.4*7.5*1.05*(-1.0)=-3.15 KN/m

0.4*7.5*1.05*(-0.65)=-2.0KN/m

0.4*7.5*1.05*(+0.55)=-1.7KN/m

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。

微信图片_20180402133841.jpg

微信图片_20180402133838.jpg

二、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30~45m。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4.2.2.3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66m >60m,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16~27mm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(2φ24),柱间支撑也需要采用2φ24的双圆钢支撑,本项目的支撑方案见图3-32。

微信图片_20180402133847.jpg

三、建立计算模型

由于本工程无行车,故柱脚可选用铰接,中柱可采用摇摆柱,计算简图及单元节点划分参见下图。

微信图片_20180402133851.jpg

四、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:

微信图片_20180402133922.jpg

说明:1.表中弯矩单位为KN·m,对于梁上部受拉为“+”,下部受拉为“-”,轴力及剪力单位为KN,轴力“+”为拉,“-” 为压,剪力“+”为逆时针,“-”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。

微信图片_20180402133926.jpg

五、设计结果查看、分析和调整

STS具有先进的后处理系统,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。

微信图片_20180402133929.jpg

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。

微信图片_20180402133933.jpg

六、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=-294.44KN·m,N=-80.57KN,Q=53.44KN。

首先按照构造要求,对螺栓进行布置,见图3-41。

微信图片_20180402133937.jpg

七、施工图设计

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gg123043
2018年04月02日 18:07:23
2楼

非常实用的计算

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大大大大先生
2018年04月02日 19:05:33
3楼

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冬天的火辣椒
2018年04月02日 19:33:45
4楼

感谢分享!!!

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孤单前行
2018年04月03日 08:50:17
6楼

非常实用的计算

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woaiqizhen
2018年04月03日 08:55:41
7楼

学习一下很好

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sdwmg
2018年04月03日 09:01:03
8楼

谢谢分享。

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洞房不败之玉女
2018年04月03日 09:40:12
9楼

正好要做一个

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men2005
2018年04月03日 10:07:02
10楼

多谢分享了

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cof1506669690551
2018年04月03日 13:19:39
11楼

非常好的资料 感谢分享

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ngyxiongy1
2018年04月03日 13:56:19
12楼

感谢分享

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