轻型门式钢架结构设计计算书

轻型门式钢架结构设计计算书课程设计设计题目: 轻型门式刚架结构设计姓 名 X X 学 号 20 12 002 02 专 业 土木工程 学 院 土建与水利学院指导教师 衣振华 2015.07.09目录第一部分 轻型门式钢架结构设计任务书2 一、设计目的2 二、基本要求2 三、设计资料2 四、设计内容2 五、参考文献.2 第二部分 钢结构设计说明3 第三部分 设计计算书3 一、设计概况.3 二、结构布置3 三、檩条设计3 1、设计资料4 2、荷载与内力计算4 3、初选截面6 4、截面验算6 四、墙梁设计7 1、设计材料7 2、荷载与内力计算7 3、初选截面8 4、截面验算8 五、钢架设计9 1、钢架荷载布置9 2、钢架内力分析并选取最不利截面12 3、梁柱截面验算20 六、支撑设计22 1、柱支撑设计22 2、梁支撑设计23 七、节点设计22 1、梁柱节点设计23 2、梁梁节点设计24 八、柱脚设计25 1、底板尺寸确定25 2、靴梁设计26第一部分 轻型门式刚架结构课程设计任务书一、设计目的1、复习钢结构课程内容，综合运用所学知识，学习钢结构设计过程2、学习钢结构方案设计、详细设计和施工图设计3、学习编制结构计算书4、为毕业设计做必要的准备二、基本要求1、掌握门式刚架结构设计的内容、方法和步骤，认真考虑影响设计的各项因素2、了解和掌握与设计有关的设计规范和规定，并能在设计中正确应用3、根据建筑设计要求，正确选择结构形式，合理布置结构4、掌握门式刚架结构的计算方法和构造要求5、认真绘制施工图和编写说明书、计算书三、设计资料1、结构形式：门式刚架，见附件1，具体尺寸见分配表格2、屋面板和墙面板：彩色压型钢板3、构件形式：梁柱为等截面实腹式焊接H型截面，檩条为冷弯薄壁C型截面4、节点形式：梁柱刚接节点； 梁梁连接（端板刚接）； 柱脚（刚接或者铰接） 5、基础：柱下独立基础； 混凝土：C30； 钢筋二级筋；基础埋深1.5m，地基承载力标准值： 6、荷载种类：恒载，活载和风荷载（见分组单），不考虑其它荷载四、设计内容1、刚架设计：结构立面图、结构平面布置图、剖面图及节点索引图、梁、柱设计及其详图2、檩条支撑等构件设计：檩条，墙梁，支撑，抗风柱，拉条详图，檩条、支撑布置图等3、节点及构造详图：梁柱连接、梁梁连接及柱脚详图4、设计说明书及计算书1份五、参考文献1、钢结构设计规范GB50017-2003.北京：中国计划出版社.20032、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102：2002，北京：中国计划出版社.20023、冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002.北京：中国计划出版社.20024、轻型钢结构设计计算与实例，本书编委会编 人民交通出版社 20085、李星荣. 钢结构连接节点设计手册. 北京：中国建筑工业出版社.20056、陈绍蕃.钢结构房屋设计.北京：中国建筑工业出版社.20037、轻型钢结构设计数据资料一本全，本书编委会编中国建材工业出版社 20078、舒赣平, 王恒华, 范圣刚编著.轻型钢结构民用与工业建筑设计，中国电力出版社 20069、周绪红. 钢结构设计指导与实例精选. 北京：中国建筑工业出版社.200810. 朱海宁，王东，赵瑜编著.轻型钢结构建筑构造设计. 东南大学出版社 2003.11第二部分 钢结构设计说明1.本工程结构体系为单层轻型刚架结构2.设计依据：钢结构设计规范（GB50017-2003）；建筑结构荷载规范（GB50009-2001）；门式钢架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）;冷弯薄壁型钢钢结构技术规范（GB50018-2002）;3.轻型钢结构设计规程（DBJ08-68-97）4.设计荷载标准值：恒载（结构自重，包括屋面板、檩条、钢架自重等），活载0.5，风荷载5.焊条材料：Q235钢，用E43焊条自动或半自动焊6.钢结构刚架采用Q235B钢，檩条采用冷弯薄壁C型钢，材料为Q235B钢，其机械性能即抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯性能和化学成分均符合规范规定，且具备钢材出厂证明和合格保证7.本设计中的焊缝均为满焊，且符合规范要求，焊缝等级不低于2级，未注明的焊角尺寸均为6mm，未注明的螺栓均为C级，且为M168.加劲肋在翼缘两侧均为对称布置9.本工程具体选用材料如下： 檩条：冷弯薄壁型钢Q235b，C200x 70x 20x 2.5 刚架梁：H型钢Q235b，HN400x200x8x13 刚架柱：H型钢Q235b ，HW3003001015 螺栓：10.9级10.本工程的柱脚为：外露式柱脚，所用锚栓为M1211.本工程的梁柱连接采用斜接的方式，梁梁采用顶端对接方式，具体见图纸第三部分 设计计算书1、 设计概况1、 结构尺寸：跨度，檐口标高，坡度，开间，长度；2、 荷载：屋面和墙面恒载，屋面活荷载，基本风压；3、 材料：钢材（），焊条，级高强摩擦型螺栓。二、结构布置根据结构尺寸要求绘制结构平面布置图，立面布置图和侧立面布置图，并根据结构构造要求进行檩条布置。檩条尽可能沿斜梁等间距均匀对称布置，除每侧斜梁两端的两根檩条外，檩条间距水平距离为1.68m，两侧两根檩条距柱轴线距离为0.3m，每侧斜梁布置6根，共布置12根。具体布置见结构布置附图。3、 檩条设计按照上述结构布置进行檩条设计计算，为使所有檩条选用截面一致，单根檩条设计按水平间距1.68m，坡向间距1.688m。单根檩条承受荷载大小为作用在檩条两侧间距之和一半（即水平距离1.68m，竖直距离0.3m，坡向距离1.688m）屋面板上的分布荷载值，据此进行一下步计算。1、荷载与内力计算 标准值（屋面恒载） 0.3 檩条自重 活载 基本风压 风荷载 （1） 恒载与活载组合：标准值 设计值 设计值分解 弯矩设计值 （2）恒载与风荷载组合： 标准值（恒载作用） 风载作用 设计值（恒载） 设计值（风载） 设计值分解 弯矩设计值 （3） 恒载、活载及风载组合：因此种组合不用于计算挠度，可直接将设计值分解，无需计算标准值。设计值： 弯矩设计值 根据以上荷载组合可得檩条的计算见图如下： 。2、初选截面檩条选用C型钢，根据C型钢截面几何特性，取=4进行截面初选，在上述荷载作用下所需截面模量：所以初步选用其，自重。3、截面验算（1）强度验算通过以上荷载组合分析可知，恒载，风载作用下的均小于恒载与活载组合及恒载，活载，风载组合下的，只需要验算恒载，活载组合和风载，恒载活载组合下的的强度。在恒载，活载组合情况下：在恒载，活载，风载组合情况下：（2） 刚度验算荷载标准值挠度长细比 檩条设计完成。4、 墙梁设计1、设计材料：墙面板跟屋面板一样采用彩色压型钢板。柱距6m，屋檐标高6.9m,取墙梁间距为1.6m,底下墙梁距地面300mm，顶墙梁距离屋檐200mm,中间位置设置一道拉条墙梁采用薄壁C型钢，钢材为Q235B，抗剪强度设计值，焊条采用E43，墙板采用单侧挂板.结构布置见下图：2、荷载与内力计算 标准值（屋面恒载） 0.3 基本风压 风荷载 中间部分的墙梁所受横向风荷载大于顶部和底部墙梁所受的横向风荷载，所以计算时以中间部分墙梁所受风荷载为准。竖向荷载标准值： 横向荷载标准值: 竖向荷载设计值： 横向荷载设计值： 3、初选截面：初选截面,自重为。截面参数： 4、截面验算：强度验算：刚度验算：荷载标准值: 挠度：长细比： 剪力验算：墙梁在竖向荷载与水平荷载作用下产生剪力。五、钢架设计根据工作经验，刚架选用H型钢，其中斜梁为窄翼缘型，柱为宽翼缘型。根据工程经验和构造要求，按照结构轮廓尺寸初选钢架截面，斜梁选为HN300x150x6.5x9窄翼缘H型钢，柱选为宽翼缘H型钢。1、 钢架荷载布置所有钢架选用相同截面，故在进行刚架设计时取中间部分的刚架进行内力分析，每个刚架所承受荷载大小为相邻两刚架间通过屋面板、墙面及檩条所传递到刚架上的荷载。（1） 恒载：屋面自重及檩条自重等恒载是通过檩条作用于钢架上的，故为集中力。按照檩条承受屋面板荷载并传力，每侧斜梁两端的两根檩条所传递荷载为该檩条两侧间距之和一半屋面板上的分布荷载值，而中间部分檩条所传递的荷载大小为两檩条间屋面板上作用的荷载大小值。故恒载所产生的荷载布置如下：对于屋面：屋檐处集中力大小： 屋脊处集中力大小： 中间部分集中力大小 对于墙面：离地面300mm处： 离屋檐200mm处： 中间区域： 恒载布置如下：（2） 活载屋檐处集中荷载： 屋脊处集中荷载： 中间部分集中荷载： 荷载布置如下：（3）风载风载为水平方向，根据不同作用面上的风载系数计算各个作用面上的风载大小，刚架两个竖直柱上为分布力，大小为相邻两刚架间竖直面上的风载，两个斜梁上为通过檩条传递的集中力，传递原则同恒载。迎风面分布力： 墙面柱：离地面300mm处： 离屋檐200mm处： 中间区域： 背风面分布力： 墙面柱：离地面300mm处： 离屋檐200mm处： 中间区域： 屋面板屋檐处： 屋面板屋脊处： 屋面板中间部分： 风荷载布置如下：2. 刚架内力分析并选取最不利截面根据初选截面及荷载布置，不计刚架自重用结构力学求解器进行各种荷载单独作用下内力计算，计算结果见下图。然后考虑荷载分项系数进行3种荷载组合作用并计刚架自重情况下的内力计算，由结构力学求解器求得计算结果（见附图），选出组合荷载作用下的最不利截面内力。所选结果见下表。(1) 恒载作用下内力及荷载布置 内力计算- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 -33076.3607 -6122.62653 0. -18751.3607 -6122.62653 -42246.1230 2 -7958.07123 18049.0772 -42246.1230 -5997.99530 -599. 36667.2587 3 -5997.99530 599. 36667.2587 -7958.07123 -18049.0772 -42246.1230 4 -18751.3607 6122.62653 -42246.1230 -33076.3607 6122.62653 0.-构件轴力图：结构剪力图：结构弯矩图：(2)风荷载作用下内力及荷载布置： 内力计算- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 14402.0118 13807.5957 0. 14402.0118 2215.59571 55322.0104 2 3637.65387 -14110.0774 55322.0104 3637.65387 -2710.07740 -20746.1983 3 3028.97213 -3376.74001 -20746.1983 3028.97213 6103.25998 -8415.66430 4 6374.36466 -2406.64285 -8415.66430 6374.36466 4838.35714 0.-结构轴力图:结构剪力图：结构弯矩图：(3)活荷载作用下内力： 内力计算- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 -26964.9778 -8855.96180 0. -26964.9778 -8855.96180 -61106.1364 2 -11495.1269 25949.9546 -61106.1364 -8672.85842 -902. 52483.3186 3 -8679.75954 833. 52483.3186 -11502.0280 -26018.9658 -61106.1364 4 -27034.3332 8855.96180 -61106.1364 -27034.3332 8855.96180 0.结构剪力图：结构轴力图：结构弯矩图;(4)三种内力组合（外加钢架自重）的内力： 内力计算- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 -67214.9172 -7730.47039 0. -52889.9172 -19322.4703 -93290.6457 2 -24489.3201 50704.7769 -93290.6457 -19706.9756 -6196.19100 .042 3 -20543.7070 -2171.12273 .042 -25326.0514 -57152.0906 -.771 4 -59388.4920 19513.5175 -.771 -73713.4920 26758.5175 0.结构剪力图：结构轴力图：结构弯矩图：三种内力组合：注：1.4活载+1.2恒载，1.2恒载+1.4风载，1.2恒载+1.4*0.9（活载+风载）单位（N，m）控制截面内力恒载活载风载AM0.0000.0000.0000.0000.0000V-6122.6-8855.97248.1-19745.32800.22-9372.948N-33076.3-26964.9-7173.5-77442.4-49734.46-82705.944BM-42246.1-61106.110061.6-36609.08-.39V-6122.6-8855.9-4343.8-19745.3-13428.44-23978.742N-18751.3-26964.9-7173.5-60252.4-32544.46-65515.944CM-7958.0-61106.110061.6-95098.14536.64-73865.67V18049.025949.96705.757988.6631046.7862804.856N-7958.0-11495.1-5036.1-25642.7-16600.14-30378.912DM0.0000.0004780.60.0006692.846023.556V8724.612523.9-8410.028002.98-1304.4815653.034N-6978.0-10083.93637.6-22491-3280.96-16495.938EM36667.252483.319158.4.270822.4.182V-599.799-902.1-4694.2-1982.69-7291.638-7771.0968N-5997.9-8672.8-5036.1-19339.4-14248.02-24470.694FM36667.252483.319158.4.270822.4.182V599.799833.1-3604.01886.098-4325.841-2771.5752N-5997.9-8679.7-5865.9-19349-15409.74-25524.936GM0.0000.000-24975.30.000-34965.42-31468.878V8724.6-12592.91363.2-7160.5412378-3679.902N-6978.0-10090.83028.9-22500.7-4133.14-17271.594HM-42246.1-61106.1-56312.5-.8-.75V-18049.0-26018.9-13084.0-58085.2-39976.4-70928.454N-7958.011502.0-5865.96553.2-17761.86-2448.114IM-42246.1-61106.1-56312.5-.8-.75V6122.68855.94534.919745.3813695.9824219.528N-18751.3-27034.3-13602.7-60349.5-41545.34-73704.18JM0.0000.0000.0000.0000.0000.000V6122.68855.911779.919745.3823838.9833348.228N-33076.3-27034.3-77539.5-.3-.1三种内力组合作用下的最不利截面：构件组合组合组合M(KNm)N(KN)V(KN)M(KNm)N(KN)V(KN)M(KNm)N(KN)V(KN)梁-136.2-25.64-58.08129.53-17.76-39.97-198.6-30.37-70.9柱136.2-77.519.7-36.6-235.123.83-198.6-24933.33、梁柱截面验算（1）梁的验算梁选用：H型钢Q235b，HN400x200x8x13，截面参数： 。荷载组合作用下最大内力： 1） 强度验算：抗弯强度验算： 抗剪强度验算： 2）刚度验算：仅需验算X-X方向长细比，梁两端刚接，其计算长度。 故 3）整稳验算：单向弯曲。弯矩作用平面内： 查表得 取 代入计算：弯矩作用平面外： 故 查表得 代入计算：综上所述，斜梁强度、刚度及整体稳定性均满足要求。（2） 柱的验算荷载作用下的最大内力：。初选截面：H型钢Q235b，。截面参数：。1） 强度验算：抗弯强度验算： 2）刚度验算：则： 3) 整稳验算： 弯矩作用平面内： 查表得 代入计算：六、支撑计算支撑采用（D=20）圆钢交叉柔性张紧拉杆。1、柱支撑设计柱支撑为收受拉支撑杆。，杆的刚度满足要求。2、梁支