钢结构课程设计(非常实用)

1、门式刚架厂房设计计算书一、设计资料该厂房采用单跨双坡门式刚架,厂房跨度 21m ,长度 90m ,柱距 9m ,檐高 7.5m ,屋面坡度 1/10。刚架为等截面的梁、柱,柱脚为铰接。材料采用 Q235钢材,焊条采用 E43型。22750.6450/160/mm EPS mm N mm g mm 2y 屋面和墙面采用 厚 夹芯板,底面和外面二层采用 厚镀锌彩板, 锌板厚度为 275/gm;檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边 Z 形钢檩条,屈服强度 f ,镀锌厚度为 。 (不考虑墙面自重 自然条件:基本风压:20.5/O W KN m =,基本雪压 20.3/KN m 地面粗糙度 B 类二、结构平面柱

2、网及支撑布置该厂房长度 90m ,跨度 21m ,柱距 9m ,共有 11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。檩条间距为 1.5m 。厂房长度 >60m,因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑;并在 屋盖相应部位设置檩条、 斜拉条、 拉条和撑杆; 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,因此柱间支撑不用分层布置。(布置图详见施工图 三、荷载的计算 1、计算模型选取取一榀刚架进行分析,柱脚采用铰接,刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐 高 7.5m ,考虑到檩条和梁截面自身高度,近似取柱

3、高为 7.2m ;屋面坡度为 1:10。因此得到刚架计算模型: 2. 荷载取值 屋面自重:屋面板:0.182/KN m 檩条支撑:0.152/KN m 横梁自重:0.152/KN m 总计:0.482/KN m 屋面雪荷载:0.32/KN m屋面活荷载:0.52/KN m (与雪荷载不同时考虑 柱自重:0.352/KN m风载:基本风压 200.5/W kN m = 3. 各部分作用荷载: (1屋面荷载:标准值: 10.4894.30/cos KN M = 柱身恒载:0.3593.15/KN M = (2屋面活载屋面雪荷载小于屋面活荷载,取活荷载 10.5094.50/cos KN M = (

4、3风荷载0101.0k z s z s h m = 以风左吹为例计算,风右吹同理计算:根据公式 计算 :根据查表 ,取 , 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2122231.00.250.50.125/0.12591.125/1.01.00.50.50/0.5094.5/1.00.550.50.275/0.27592.475/1.00.650kN m q kN m kN m q kN m kN m q kN m =-=-=-=-=-=-=-=-=-k k k k 迎风面 侧面 , 屋顶 , 背风面 侧面 , 屋顶 24.50.325/0.32592.925

5、/kN m q kN m =-=-=-, 荷载如下图: kn/mkn/m4. 内力计算:(1 截面形式及尺寸初选:梁柱都采用焊接的 H 型钢68梁的截面高度 h 一般取 (1/301/45l,故取梁截面高度为 600mm ; 暂取 H600300,截面尺寸见图所示柱的截面采用与梁相同 8668612522.06109472101.9510, 2.061052010101.0710x EA kn EI kn m -=(2截面内力: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内 向作用,风荷载只引起剪力不同,而剪力不起控制作用 按承载能力极限状态进行内力分析,需要进行以下可

6、能的组合: 1.2*恒载效应 +1.4*活载效应 1.2*恒载效应 +1.4*风载效应 1.2*恒载效应 +1.4*0.85*活载效应 +风载效应 取四个控制截面:如下图: 各情况作用下的截面内力 内力组合值 控制内力组合项目有: +M max 与相应的 N , V(以最大正弯矩控制 -M max 与相应的 N , V(以最大负弯矩控制 N max 与相应的 M , V(以最大轴力控制 N min 与相应的 M , V(以最小轴力控制 所以以上内力组合值,各截面的控制内力为:1-1截面的控制内力为 0120.5848.45M N KN Q KN =-=-, ,2-2截面的控制内力为 335.3

7、3120.5848.45M KN M N KN Q KN =-=-=-, , 3-3截面的控制内力为 335.3364.30115.40M KN M N KN Q KN =-=-=, , 4-4截面的控制内力为 246.7857.825.79M KN M N KN Q KN =-=, , 00010.520.451.4620.451.462.667.27.22.6619.1x R R l K I H H M=+=+=c I ,其中 K=, , ,7200/23600mm=0Y 平面外计算长度: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

8、计算长度按两个墙梁间距考虑,即 H19100360081.658.423461.6x y =, 局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。 柱翼缘( 1504212.17156b t -=<=(满足要求 柱腹板 600161462504w w h t -=<=(满足要求 (2柱有效截面特征max 4min 2max min 0max 00335.33120.5848.45947217310206.5612.73193.83/181.10206.56181.101.88206.5658497480.526.21056X x w M KN M N KN Q KNN M

9、 A W N mm h t =-=-=-=±=±=±=-+=<+-=36, , 120.5810335.3310 .28因 97>70,故可以考虑屈曲后强度。 220.5181.10.88206.56584206.56311.2206.561621.28(1 0.112(1 1/0.8,148.45 c p w h mmh t kN-=-=+=+-+=21max 由于考虑屈曲后强度:=181.1k 则 ,截面全部有效。 (3抗剪强度验算:柱截面的最大剪力为 V ' 2' 30.850.81.4, 10.64(0.80.973125121

10、.63/5848121.6310w v w v d w w v f f N mm V h t f -=<<=-=>max 则 V , 满足要求。460.5/1731021510371.95/371.95120.58371.95/9472371.9522.59367.2N d e e e e e e N e e e e V V M M M NW A M W f kN m M M NW A kN m kN m -<=-=-=-=-=>弯剪压共同作用下的验算 :因为 ,按公式 进行验算, 其中 335.33,满足要求。 225'22'81.6180, 8

11、1.60.6813.142.061094722388, 1.0, (1.1 (1.181.61.010.8(/x x Ex mx x mx x x x Ex x b EA N kN M N A N N W =<=+=+-x 3(4稳定性验算 刚架柱平面内稳定性验算类截面,由钢结构设计规范附表 C-2查得, 则 120.581030.68194724217310(10.8238818.69192.39211.08/N mm f -=+=<635.33101.05 满足要求。刚架柱平面外稳定性验算 :12236458.40.81810.650.350.650.350.825258.41

12、.071.070.99440044000120.58100.825335.33101.00.81894720.991731015.5tx b tx x b px b M M M A W =+=+=-=-=+=+=y y 类截面,由钢结构设计规范查得, N 则 26161.52177/N mm f +=<满足要求。B :刚架梁验算:取 3-3截面内力335.3364.30115.40M KN M N KN Q KN =-=-=, , 局部稳定验算 梁翼缘( 1504212.17156b t -=<=(满足要求 梁腹板 600161462504w w h t -=<=(满足要求(

13、2梁有效截面特征24220.5193.83/17310115842922 1623.91(1 0.112(1 10.530.8,X c p M N mm W h mm=±=±=±=-=+-+=61221门式刚架坡度为 1/10<1/5,可以不考虑横梁轴梁的影响,按受弯构件验算。335.3310=k ' 2' 31115.45.340.850.81.4, 10.64(0.80.973125121.63/5848121.6310568.25w w v w v d w w v kN f f N mm V h t f kN -=<<=-=

14、>max max 则 ,截面全部有效。 (3强度验算 抗剪强度验算: 柱截面的最大剪力为 V k 则 V , 满足要求。 弯矩作用下的验算 :461731021510371.95d M M kN m m -=> 335.33kN ,满足要求。48.70.86y <=梁 梁 柱 柱 y (4 稳定性验算 刚架梁平面内稳定验算验算方法与柱平面内的稳定验算相同,由于 N N , M =M,因而可以满足要求。 刚架梁平面外稳定验算一般刚架平面外稳定靠支撑来保证,考虑檩条处设置隅撑以保证屋脊负弯矩使下翼缘受压时有支撑, 在支撑点处设置隅撑以保证横梁全截面受支承,则横 梁成为平面外 3m

15、 支撑的压弯构件,取其中一段计算。 3000由 =及 b 类截面查钢结构设计规范得, 61.6251.01.071.024400064.3y tx b kN =-=由于有端弯矩与横梁荷载,取 ,则 由于内力沿杆件线性变化,取较大值 364264.3101.0101.00.86594721.03173107.85188.19196.04/tx x y b px M N A W N mm f +=+=+=<335.33从而 满足要求。5. 位移验算:(1柱顶水平位移验算:8668612522.06109472101.9510, 2.061052010101.0710x EA kn EI kn

16、 m -=由矩阵位移法结构力学计算程序计算位移,位移验算为正常使用极限状态下的承载力验算,荷载应选用标准值。 构件截面参数:荷载标准值即风载,位移图如下: 18.1117200397200H=<满足要求(2横梁扰度验算:荷载标准值 =1.0恒载 +1.0活载 =4.3+4.5=8.8kN/m,位移图如下: 63.61121000330250L=<满足要求四、节点设计: (1梁柱节点设计: 梁柱节点形式见下图: 连接处选用如下组合内力值:335.3364.30115.40M KN M N KN Q KN =-=-=, (使螺栓受压,采用摩擦型高强螺栓，采用10.9级M24螺栓，预压力

17、P=225kN, 摩擦面采用喷砂的处理方法，摩擦系数µ =0.45， 螺栓承受拉力为： 第一排：N1 = 第二排：N 2 = 第三排：N 3 = My1 N 335.33 × 0.372 64.30 = = 155.37 6.43 = 148.94kN 2 2 2 2 yi n 4 ×(0.132 +0.212 + 0.372 ） 10 My2 N 335.33 × 0.212 64.30 = = 88.54 6.43 = 82.11kN 2 2 2 2 yi n 4 ×(0.132 +0.212 + 0.372 ） 10 My3 N 335.

18、33 × 0.132 64.30 = = 55.13 6.43 = 48.70kN 2 2 2 2 yi n 4 ×(0.132 +0.212 + 0.372 ） 10 ，其抗拉承载力为： b N t =0.8P=0.8 × 225=180kN >148.94kN，满足要求。 b 2 b 2 N t = d e × f t / 4 = × 21.18 × 500 / 4 = 176.2kN 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 µµ f ( P 1.25 N t

19、 = 20.9 × 0.45 × (225 1.25 ×148.94 + 0.9 × 0.45 × (225 1.25 × 82.11 + 0.9 × 0.45 × (225 1.25 × 48.70 + 0.9 × 0.45 × 225 × 6 = 810.26kN > 115.40kN 端板厚确定： 第一排螺栓端板厚 ：t 第二排螺栓端板厚 ：t 第三排螺栓端板厚 ：t 采用端板厚 t = 28mm。 端部腹板设置加劲肋，加强腹板强度，详见施工图 （2）梁梁节点设计

20、： 梁梁节点形式见下图： 6ef N t 6 × 68 × 148.94 × 103 = = 27.2 mm， bf 400 × 205 6ef ew N t ew b + 2ef (ef + ew f 3 ew N t (0.5a + ew f = = 6 × 68 × 97 × 82.11 × 103 = 16.1mm， 97 × 400 + 2 × 68 × (68 + 97 × 205 3 × 97 × 48.70 × 103 = 22.

21、5mm， (0.5 × 80 + 97 × 205 连接处选用如下组合内力值： M = 246.78KN M ，N = 57.82 KN （使螺栓受压），Q = 5.79 KN 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µ =0.45， 螺栓承受拉力为： 第一排：N1 = 第二排：N 2 = My1 N 246.78 × 0.372 57.82 = = 125.17 7.23 = 119.94kN 2 2 2 yi n 4 ×(0.212 + 0.372 ） 8 My2 N 246.

22、78 × 0.212 57.82 = = 71.34 7.23 = 64.11kN 2 2 2 yi n 4 ×(0.212 + 0.372 ） 8 其抗拉承载力为： b N t =0.8P=0.8 × 225=180kN >119.94kN，满足要求。 b N t = d e2 × f t b / 4 = × 21.182 × 500 / 4 = 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 µµ f ( P 1.25 N t = 20.9 × 0.45 × (225 1.25 ×119.94 + 0.9 × 0.45 × (225 1.25 × 64.11 + 0.9 &