钢结构课程设计

1、门式钢架设计、设计资料某厂房为单跨双坡门式刚架，跨度 24m,长度90m,柱距67.5m,檐高8m,屋 面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为刚接。屋面材料、墙面材料采用单层 彩板。檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边 Z型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢， 焊条采用E43型。基本风压 Wo 0.55KN / m2，基本雪压0.2KN /m2，地面粗糙度二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m，跨度24m，柱距67.5m，共有1613榀刚架，由于纵向温度区 段不大于300m、横向温度区段不大于150m,因此不用设置伸缩缝。厂房长度60m,因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在

2、屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m;同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高柱距，因此柱间支撑用分层布 置，布置图详见施工图。刚架平面布置见图1 ,刚架形式及几何尺寸见图2。iia 6 oca60CID60006D0D60DD.11 at 6D0D6DQ06000&6ao o600060 DO6QD0TCI匚门口_.LOW-厂口 CJOJ【a图1刚架平面布置图1:10;1O8000图2刚架形式及几何尺寸三、荷载的计算(一) 计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用刚接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高8m；屋面坡度为1: 10。(二) 荷载取

3、值计算1 .屋盖永久荷载标准值屋面板0.30KN /m2长度(m)柱距(m)跨度(m)檐高(m)恒载(kN/m2)活载(kN/m2)基本风压(kN/m2)907.53080.30.50.55907.52480.30.50.55刚架斜梁自重(先估算自重)0.15KN /m2合计0.45 KN / m22.屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为 0.50 KN/m2。雪荷载：0.2KN /m2取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0.50 KN /m2，不考虑积灰荷载。3 轻质墙面自重标准值0.25 KN/m24 风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102: 2002附录A

4、的规定计算。基本风压0=0.55 KN/m2，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按建 筑结构荷载规(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的 数值采用，卩z=1.0。风荷载体型系数卩s：迎风面柱及屋面分别为+ 0.25和1.0, 背风面柱及屋面分别为+ 0.55和一0.65(CECS102: 2002中间区)。(三) 各部分作用荷载:(1) 屋面荷载：1标准值： 0.456 2.71KN /Mcos柱身恒载：0.25 6 1.5KN /M2.讥皿LJLU1-LLLj(2) 屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载0.506 3.01KN / Mcos3

5、 Olkn/ni(3) 风荷载以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式k 1.05 z s 0计算:z根据查表h 10m,取1.0, s根据门式刚架的设计规范，取下图:(地面粗糙度B类)风载体形系数示意图迎风面侧面k屋顶k1.05 1.0 0.25 0.55 0.144kN/m2，q0.144 6 0.86kN/m1.05 1.0 1.0 0.550.5775kN/m2,q20.5775 63.47kN / m背风面侧面k1.05 1.0 0.55 0.550.3176kN/m2,q30.3176 61.91kN/m屋顶k1.05 1.0 0.65 0.550.3754kN / m2，q40

6、.3754 62.25kN/m风荷载如下图:(四) 力计算：(1) 截面形式及尺寸初选梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度h般取(1/301/45)L,故取梁截面高度为600mm暂取H600 300 6 8,截面尺寸见图所示,柱的截面采用与梁相同截面截面名称长度(mm)lxWclyWyix(106mm4)(104mm3)(106mm4)(104mm3)mm面积(mm2)iymm柱H 600 300 6 872009472520173362423461.6梁H600 300 6 8105529472520173362423461.6EA 2.06 108 9472 10 61.95 106kn.E

7、lx 2.06 108 520 106 10 121.07 105kn?m2(2) 截面力根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的力图如下：注：剪力图：“+”表示方向“ 一”；轴力图：拉为正，压为负。(A )恒载作用(标准值)下，计算简图及力值:恒载作用下轴力图恒载作用下剪力图恒载作用下弯矩图(B )活载作用(标准值)下，计算简图及力值:活荷载作用下轴力图活荷载作用下剪力图活荷载作用下弯矩图(C)风荷载作用(标准值)下，计算简图及力值:风荷载作用下轴力图风荷载作用下剪力图风荷载作用下弯矩图(3) 力组合由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷

8、 载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用。刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据建筑结构荷载规(GB500092001)的规定，采用荷载效应的基本组合：丫0SW R。本工程取丫 0=1.0。按承载能力极限状态进行力分析，需要进行以下3种组合：组合1: 1.2 X永久荷载+1.4 x max屋面均布活荷载、雪荷载 +1 .4 X 0.7风荷载组合2: 1.2 X永久荷载+1.4 X 0.7 x max屋面均布活荷载、雪荷载+1.4 X风荷载 组合3: 1.0 X永久荷载+1.4 X风荷载组合1、2-用于截面强度和构件稳定性计算，组合3 -用于锚栓抗拉计算。本工程不进行抗震验算。最不利力组合的计算

9、控制截面取柱底、柱顶、梁端及 梁跨中截面，取四个控制截面：如下图：控制截面示意图各情况作用下的截面力及力组合见下表：各情况作用下的控制截面力截面力恒载活载左风1 1N-44.56-36.1837.92Q-21.26-23.6328.36M-65.56-72.8584.622- 2N-24.40-36.1837.92Q21.2623.63-21.48M-104.55-116.17114.743 3N-32.56-27.1125.15Q30.2833.65-35.59M104.55116.17-114.744 4N-21.16-23.5225.15Q2.122.35-6.25M65.2972.55

10、-62.16控制截面力组合截面力1.2 X永久荷载+1.4 Xmax屋面均布活何载、雪荷载 +1.4 X 0.7风荷载1.2 X 永久荷载 +1.4 X 0.7 Xmax屋面均布活何载、雪何载+1.4 X风何载1.0 X永久荷载+1.4 X风荷载1 1N-66.96-35.84-104.12Q-30.80-8.97-58.59M-97.73-31.60-180.662- 2N-42.77-11.65-79.93Q37.5418.6058.59M-175.65-78.67-288.103- 3N-52.38-30.43-77.03Q48.5719.4983.45M175.6578.67288.1

11、04- 4N-33.67-13.23-58.32Q-0.29-3.905.83M119.0062.42179.92（五）截面验算控制力组合项目有： + Mmax与相应的N , V （以最大正弯矩控制） 一Mmax与相应的N , V （以最大负弯矩控制） Nmax与相应的M , V （以最大轴力控制） Nmin与相应的M , V （以最小轴力控制）所以以上力组合值，各截面的控制力为：1-1截面的控制力为M180.66kN?m, N104.12KN , Q58.59KN2-2截面的控制力为M288.10KN ?M , N79.93KN , Q58.59KN3-3截面的控制力为M288.10KN ?

12、M , N77.03KN, Q 83.45KN4-4截面的控制力为M179.92 KN ?M , N58.32 KN , Q5.83 KN（1）刚架柱验算:取2-2截面力平面长度计算系数：7.5K+4，其中 k=Wr7.5K112.06IrH1.51，07.5 E1.115,7.5 1.51 1，H0x 8 1.1158.92M平面外长度计算系数:8000/24000mm考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁 可作为柱平面外的支承点，但为了安全起见计算长度按两个墙梁间距考虑, 即Hdy(A)892038.1, y234y局部稳定验算 64.961.6构件局部稳定验算是

13、通过限制板件的宽厚比来实现的。柱翼缘柱腹板hwtw(B)柱有效截面特征288.10 KN ?M，NmaxN M 79.93minA WX15（满足要求）60口 146b 150 3 2 t79.93KN，Q103 2 88.10 1 0658.59KN9472173 104（满足要求）8.48 166.15174.63 N / mm2157.67174.63max min 174.63157.67 9。maxhg5849748 00.5 x 26.284.1因9770,故可以考虑屈曲后强度。由于考虑屈曲后强度:=2157.67:174.630.90174.63584174.63 157.673

14、06.9mmk16(1)2 0.112(1九/ tw)20.51584/8p28.1k235/ fy28.121.5则1,截面全部有效。21.50.56 0.8,(C)抗剪强度验算:柱截面的最大剪力为Vnax 58.59 kNhw/tw37 k 235 / fy584/837,5.34 10.850.81.4,则 fv10.64( w 0.8) fv20.973 125121.63N / mmhwtw fv584 8 121.63 10 3568.2KN Vmax,满足要求。弯剪压共同作用下的验算:因为V 0.5Vd，按公式M M 其中 Me Wef 173M；Me46104 215 10 6

15、NWe / A进行验算,371.95kN m(D)M e NWe / Ae371.95 3.14371.95 79.93368.81kN m371.95/9472288.10 kN m,满足要求。稳定性验算:刚架柱平面稳定性验算:fy/23538.1x 38.1180, xb类截面，由钢结构设计规范附表225EA 3.142.06 1094722212048kN,(1.1 X)(1.1 38.1 )79.93103C-2查得,x 0.906Nexmx1.0,则N xAmxM x1.0 2 88.10 1 06 79.93)12048)x1 0.8(n/nex)Wx O.906 9472 荷 1

16、73 104 (1 0.89.31 159.45168.76N/mm2满足要求。刚架柱平面外稳定性验算yb类截面,.f /235 64.9由钢结构设计规范查得，1y 0.78tx0.65M20.352 0.65 0.35M120.82521.074400txM x bWpx64.924400079.93 1030.78 94721.070.974,c 0.825 288.10 1061.0 0.974 173 10410.81 141.01 151.82N/mm2 f 满足要求。（2）刚架梁验算:77.03KN, Q 83.45KN取 3-3 截面力；M 288.10KN ?M，N局部稳定验算

17、 梁翼缘梁腹板15（满足要求）601464b 150 3 2t6（满足要求）（B）梁有效截面特征门式刚架坡度为1/10125.47kN,满足要求。 176.2kN螺栓承受拉力为：第一排： MyN288.10 0.37279.93133.467.99125.47kN2yin4(0.132 2+0.21220.3722)10第二排：N2 =_ My,N288.10 0.21279.9376.067.9968.07kNyn4(0.132 2+0.21220.372 2)10第三排：N 二_ M%N288.10 0.1 3279.9347.367.9939.37kNIn32yin4(0.132 2+0

18、.21220.3722)10其抗拉承载力为:螺栓群的抗剪力(M24螺栓)(下面三排不计外加压力，只考虑预压力)V b 0.9 f (P 1.25Nt) 20.9 0.45 (225 1.25 125.47) 0.9 0.45(225 1.25 68.07) 0.9 0.45 (225 1.25 39.37) 0.9 0.45 225 6227.61 56.66 71.19 546.78 857.7kN58.59kN端板厚确定:第一排螺栓端板厚：t第二排螺栓端板厚：t6ef Nt = 16 68 125.47 103bf 一；400 20524.99mm,匚, ewb6efewNt2ef (ef

19、ew) f6一68一9768.07一103400 2 68 (68 97) 20514.65mm,第三排螺栓端板厚：t采用端板厚t 26mm。3ewNt(0.5aew) f3 97 39.37 1030.58097) 20520.20mm,端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图（二）梁梁节点设计:梁梁节点形式见下图：连接处选用如下组合力值:M 179.92KN ?M，N58.32KN （使螺栓受压），Q 5.83KN采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，预压力P=225kN,摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数=0.45，螺栓承受拉力为:第一排：n二竺NYi n第二排：汕=竺NYi n其抗拉承载力为：179.92 0.3724 (0.212 2 0.3722)179.92 0.2124 (0.212 2 0.3722)58.32858.32891.27 7.29 83.98kN52.01 7.29 43.72kNN；=0.8P=0.8225=180kNNbd； ftb/421.182 500/483.98kN，满足要求176.2kN螺栓群的抗剪力(M24螺栓)(下面二排不计外加压力，只考虑预压力)V b 0.9 f (P 1.25Nt) 20.9 0.45 (225 1.