轻型门式钢架结构设计计算书

1、Z课程设计设计题目：轻型门式刚架结构设计姓名XX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31、设计资料42、荷载与内力计算 43、初选截面64、截面验算6四、墙梁设计71、设计材料72、荷载与内力计算 73、初选截面84、截面验算8五、钢架设计91、钢架荷载布置 92、钢架内力分析并选取最不利截面 123、梁柱截面验算 20六、支撑设计221、

2、柱支撑设计222、梁支撑设计23七、节点设计221、梁柱节点设计 232、梁梁节点设计24八、柱脚设计251、底板尺寸确定 252、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

3、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：fk 120kN/m26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

4、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

5、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

6、：恒载（结构自重，包括屋面板、檩条、钢架自重等），活载0.5 kN /m2，风荷载0.35kN /m25. 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

7、架梁：H 型钢 Q235b HN400x200x8x13刚架柱：H型钢 Q235b，HW30I0 300X 10X 15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一、设计概况1、结构尺寸：跨度L 18m，檐口标高H 6.9m，坡度i 0.1，开间6m，长度B1 66m ;2、荷载：屋面和墙面恒载0.3kN/m2，屋面活荷载0.5kN/m2，基本风压0.35kN/m2;3、材料：Q235钢材（E 2.06 105Mpa ），E43焊条，M 24,8.8级高强摩擦型螺栓。二、结构布置

8、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。三、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

9、（屋面恒载）0.3 kN/m2檩条自重7.05kg / m 69.09N / m活载风荷载cos（1）恒载与活载组合：1.681.6880.995sin0.1681.6880.099520.5kN /m基本风压0.35kN/m220.5 0.35kN/m标准值设计值0.5 1.68 1.4 (0.3 1.688 0.069) 1.21.64556kN /m设计值分解qx q sin 0.1637kN /mqk 0.5 1.68 0.3 1.688 0.0691.4154kN/mqy q cos 1.637kN /m弯矩设计值1 21.637 67.3665kN m810.1637 32 0.1

10、84kN m（2）恒载与风荷载组合:标准值（恒载作用）qk1 0.3 1.688 0.0690.5754kN /m设计值（恒载）q qk1 1.2 0.69kN/m设计值（风载）q2 qk2 1.40.4135kN /m设计值分解qx q1 sin0.06865kN /mqy q1 cos q20.273kN/m弯矩设计值1 2Mx - 0.273 61.2285kN m81 2My 0.06865 320.077kN m8风载作用qk2 0.5 0.35 1.6880.2954kN/m（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：根据以上

11、荷载组合可得檩条的计算见图如下:qx (0.5 1.68 1.4 (0.3 1.688 0.069) 1.2)sin0.1637kN /mqy (0.5 1.68 1.4 (0.3 1.688 0.069) 1.2)cos 0.5 0.35 1.688 1.4 1.36kN /m 1 2弯矩设计值Mx1.36 62 6.12kN m81 2M y0.1637 30.184kN m8(1) qx 0.1637kN / m,(2)qx 0.06865kN / m, (3)qx 0.1637kN / m。30003000標茶的计算简图(1)qy 1.637kN/m,(2)qy 0.273kN /m,

12、(3)qy 1.36kN /m6000(1)Mx 7.3665kN m, (2)M x 1.2285kN m,(3)Mx 6.12kN m。3000(1)My 0.184kN m,(2)My 0.077kN m,(3)M y 0.184kN m。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：MxMy7.3665 4 0.1841.05 2153.589 104 mm3所以初步选用C200 70 20 2.5其233.I x 538.21cm ,Wx 53.82cm ,Wy 11.25cm ,ix 7.74cm,iy 2.50cm，自重

13、 0.069kN /m。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Mx,My均小于恒载与活载组合及恒载, 活载，风载组合下的Mx,My，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:W1x WAA0.8-0. 5”*A迎风面分布力：q迎0.35 60.81.68kN /m墙面柱：离地面300mm处：FiLq迎(0.30.8)c c、1.848kNX C C 1 ” K. 1离屋檐200mm处：F2q迎(0.80.2)1.68kN中间区域：F3q迎(0.80.8)2.688kNq背0.5 6 0.351.05kN/m背风面分布力:墙

14、面柱:离地面300mm处：Fiq背(0.30.8)1.155kN离屋檐200mm处：F2q背(0.80.2)1.05kN中间区域：F3q背(0.80.8)1.68kN屋面板屋檐处:（F 板檐）迎1688-10! 0.36 0.35 0.62 101.44kN(F板檐)背0.3 6 0.35 0.51.2kN口210屋面板屋脊处:屋面板中间部分:（F板脊）迎1.688,1010.36 0.350.61.44kN210（F板脊）背1.6881010.36 0.350.51.2kN210（F板中）迎0.6 1.688 60.352.13kN（F板中）背0.5 61.6880.351.77kN风荷载布

15、置如下: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。恒载作用下内力 及荷载布置杆端1轴力杆端2剪力单元码轴力剪力弯矩1-33076.3607-6122.626530.00000000-18751.3607-6122.62653-42246.12302-7958.0712318049.0772-42246.1230-5997.99530-599.79953036667.2587

16、3-5997.99530599.79953036667.2587-7958.07123-18049.0772-42246.12304-18751.36076122.62653-42246.1230-33076.36076122.626530.00000000内力计算弯矩结构剪力图:结构弯矩图:(2)风荷载作用下内力及荷载布置：杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力114402.011813807.59570.0000000014402.01182215.5957155322.010423637.65387-14110.077455322.01043637.65387-2710.07740-20

17、746.198333028.97213-3376.74001-20746.19833028.972136103.25998-8415.6643046374.36466-2406.64285-8415.664306374.364664838.357140.00000000内力计算弯矩C i .-E-b ：S山L4：17J-4i：S： -：S门茫7牛賢nit*4结构弯矩图:HSK-.5;1K?- ;2T-严甲r了 T丄 2f 1护为0.25(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-26964.9778-8855.961800.00000000-26964.9778

18、-8855.96180-61106.1364-11495.126925949.9546-61106.1364-8672.85842-9023186-8679.75954833.12531252483.3186-11502.0280-26018.9658-61106.1364-27034.33328855.96180-61106.1364-27034.33328855.961800.00000000结构剪力图:结构弯矩图; 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-67214.9172-7730.470390.0000000

19、0-52889.9172-19322.4703-93290.6457-24489.320150704.7769-93290.6457-19706.9756-6196.19100108309.042-20543.7070-2171.12273108309.042-25326.0514-57152.0906-159664.771-59388.492019513.5175-159664.771-73713.492026758.51750.00000000结构剪力图:结构轴力图:结构弯矩图:三种内力组合:a丄Ju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

20、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-42246.1-61106.110061.6-136243-36609.08-115011.39V-6122.6-8855.9-4343.8-19745.3-13428.44-23978.742N-18751.3-26964.9-7173.5-60252.4-32544.46-65515.944CM-

21、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-6978.0-10083.93637.6-22491-3280.96-16495.938EM36667.252483.319158.4117477

22、.270822.4134269.182V-599.799-902.1-4694.2-1982.69-7291.638-7771.0968N-5997.9-8672.8-5036.1-19339.4-14248.02-24470.694FM36667.252483.319158.4117477.270822.4134269.182V599.799833.1-3604.01886.098-4325.841-2771.5752N-5997.9-8679.7-5865.9-19349-15409.74-25524.936GM0.0000.000-24975.30.000-34965.42-31468.

23、878V8724.6-12592.91363.2-7160.5412378-3679.902N-6978.0-10090.83028.9-22500.7-4133.14-17271.594HM-42246.1-61106.1-56312.5-136244-129532.8-198642.75V-18049.0-26018.9-13084.0-58085.2-39976.4-70928.454N-7958.011502.0-5865.96553.2-17761.86-2448.114IM-42246.1-61106.1-56312.5-136244-129532.8-198642.75V6122

24、.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-33076.3-27034.3-139603-77539.5-235135.3-249654.1三种内力组合作用下的最不利截面:构件组合组合组合M(KN m)N(KN)V(KN)M(KN- m)N(KN)V(KN)M(KN- m)N(KN)V(KN)梁-136.

25、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：243A 84.12cm , I x 23700cm ,ix 16.8cm,iy 4.54cm,Wx 1190cm。M198.6kN m,N30.37kN,V1）强度验算：抗弯强度验算：NMx 30.37 103198.6106AWx84.12 1021190103荷载组合作用下最大内力:70.9kN2170.5N

26、/mm抗剪强度验算:2215N / mmSw 400 13 (200 逅)8 (200 13)1.146 106mm22 238N/mm2125N/mm2VSW 70.9 103 1.146 106Iwt 23700 104 92）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lox 0.5 18000 9000mmx lox/ix 9000/16853.57 1503）整稳验算：单向弯曲弯矩作用平面内:代入计算:53.57Nex. 23553.57查表得x 0.840n2EA1.1n2 2.06 105 84121.1 53.572取 mx 1.0, x 1.05mxM5417.

27、8KNxAxWx(10.8N/Nex)330.3 100.840 841261.0 198.6 101.05 1190 103 (1 0.8 30.3/5417.8)163.9N / mm22215N / mm弯矩作用平面外:ly 2 1680 3360mmloy / i y3360/45.4 741504320 Ah dWx J代入计算:yAI；7423523574查表得y 0.726(yt1 )2 235(4.4h)432074r8412 4001190 1031 (4.：4 40。)2 S 2-50.61.07tx M X bWx0.2821.07 進30.3 1030.726 8412

28、2.350.95198.6 10630.95 1190 102 2180.6N / mm f 215N /mm 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：M 198 .6kN m, N 249 kN ,V 33.3kN。初选截面：H型钢Q235b HW300 300 10 15。截面参数：243A 120.4cm , Ix 20500cm ,ix 13.1cm,iy 7.49cm, wx 1370cm。1)强度验算:抗弯强度验算:NMx249103198.6106AnWX120.410213701032165.6N/mm2215N / mm0x2）刚

29、度验算:2loy6900mm贝U:气 X 6900186 37.0 1503450 43.899.1371503）整稳验算：弯矩作用平面内:37.037.0查表得X 0.910n2EAEX1.1 2n2 2.06 105 120401.1 37216200KN1.05代入计算：NmxMxxAxWx(1 0.8N/Nex)mx1.0,X36249 100.910 162001.0 198.6 1031.05 1370 10(1 0.8 249/16200)2156.6N /mm2215N / mm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。60002

30、 690029143.8mmIxD464空 7850mm464D2疋 310mm2ixIx7850225.3mm310l杆ix咤 361.425.3400杆的刚度满足要求2、梁支撑设计、60002 168826232.9mmlxD4642046447850mmD220242310mm ixlx7850310225.3mmix6232.925.3246.35400梁支撑满足要求。七、节点设计1、梁柱节点设计采用螺栓端板竖板连接，根据构造要求，取连接板厚度t=28mm，根据工程经验初选高强摩擦型螺栓连接，接触面采用喷砂处理（抗滑移系数卩=0.45）,螺栓选用 M24 , 10.9级（P=225KN

31、 ）,共8个两排排列，按照构造要求进行布置，具体布置如下图。截面最大内力：198.6kN m, N30.378kN,V70.928kN（1）螺栓承载计算:0.9nf P0.9 1 225 202.5kNNt0.8P 0.8 225 180kNNt牛 N 1986422106 250 3.378 103 155.87kNmy：n 4 (1252 2502)10Nv70.928107.09kNNt Nv155.871807.09202.50.9 1.0(2)净截面强度验算：取螺栓孔直径比螺栓杆直径大2mm。摩擦型连接VV(1 0.5n1 / n) 70.928(1 0.5 2/10)63.835k

32、N63.835kN(300 2 22) 2211.3N / mm22205N / mm净截面符合要求。(3) 板端厚度验算:板端厚度为26mm：6efNtbf：6 35 155.87 103300 20523mm(4) 梁柱节点域剪力验算:Mtcd bdc198.64 10615 300 4002110N/mm2125N / mm(5) 翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值:NtMy1N198.64 103 12530.3787P A L-K22 2/6.4KNm yi n4 (125250 )10Nt0.4P90kN20.4Pewtw9000075 751.6N/mm2205 N / mm2、梁梁节点设计采用螺栓板竖板连接，根据构造要求，取连接板厚度为26m m,根据工程经验初选高强螺栓，接触面采用喷砂处理(0.45)，螺栓选用M22,10.9级，P=190KN， 共用10个两排。具体布置如下:截面最大内力：M134.269kNm, N31.46kN,V7.771kN（1）螺栓承载力计算：Nb1弋V0.9nf P0.9 10.45 190 76.95kNbNt0.8P0.8190152KNNtMy1N6134.269 1022531.46 10m y2/in4(752 2252)10NvV 7.7710.777kNn10NtNv1310.7770.871b