门式钢架设计

1、钢结构课程设计报告题 目：单层工业厂房设计院（系）：城市建设学院专业班级：土木1304班学生姓名：学 号：20133101170指导教师：邹思敏2016年互月8日至2016年5月14 日武昌首义学院制 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 一、设计资料8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 二、结构平面柱网及支撑8 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 三、荷载计算8.计算模型8.荷载取值8.各部分作用荷载9.内力计算13.荷载组

2、合 13.内力组合13四、梁柱截面设计 15.截面尺寸确定15.截面几何特性15.构件宽厚比验算15 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 四、刚架斜梁验算15.抗剪验算16.有效宽度计算及在 M N、V共同作用下的验算 16.斜梁的整体稳定验算 17 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 五、刚架柱验算17.抗剪验算18.有效宽度计算及在 M N、V共同作用下的验算 18.斜梁的整体稳定验算 19六、节点设计20.构造要求21.节点验算22钢结构课程设计任务书一、设计题目1、单层工业厂房设计一、设计资

3、料单层厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m（a）、15m（b） 、18m（c）,柱顶高度5.1m （a、b）、6.3m （c）,共有8根刚架。柱距 6.3m （a） 6m （b、c）,屋 面坡度1/10,柱底较接。窗高出柱脚1.5m,尺寸为1.5x3m,每个柱距间居中设置一个。 两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为 3.3x4.5m。取中间E刚架（GJ-1）进行计算，刚架构件截面采用变截面焊接工字形。屋面及墙面 均为带100mm?岩棉夹层的双层压型钢板；楝条（墙梁）采用薄壁卷边C型钢，间距为1.5m。钢材采用Q235B焊条E43型。抗震设防烈度为6度。二、荷载屋面不可变荷载标准值（按水

4、平投影面）：a 0.35kN/ m2 TOC o 1-5 h z b 0.4kN/m2c 0.5kN/m2屋面可变荷载标准值（按水平投影面）：a 0.5kN/ m2b 0.4kN/m2c 0.3kN/m23、雪荷载（基本雪压）：a 0.3kN/m2b 0.35kN/m2c 0.5kN/m24、风荷载（基本风压）：a 0.35kN/m2（地面粗糙度系数按C类）b 0.45kN/m2c 0.35kN/m2三、课程设计要求1、根据设计资料进行结构布置（含屋面支撑和柱间支撑）。并绘制结构平面布置图（1:100）参考图：ooooo. 曷6 0E柱旋平面布*海肉2、绘制屋面和墙面支撑系统的布置图（1:10

5、0）提示：布置屋面楝条、拉条、隅撑；布置墙面墙梁、拉条、隅撑。布置墙面楝条时，注 意预留门窗洞口的空间。3、根据题目给定的荷载，进行荷载组合。找出各构件的控制截面及内力值，并根据内力值对刚架梁和刚架柱以及一个梁柱刚性节点进行设计。出具相关计算书。（门式刚架内力分析可借助分析软件）4、绘制GJ-1的施工图。要求对每一个单元板件均编号并列入材料表并计算重量由此统 计单极刚架总重量。参考图：材料表号* fe卡AaA并计1LH标皿加6M?D2in5用力5TNSHmd占“JUS5M3此,4LHKh皿4一INO?IMUHdT*及4 Ml10141“二LH2051311402艇IUI Ag470?心9174

6、56211附；*SW1JIi.i一泽”?50n b府4404tuuo总11g*a1gu母IOCr1*0G4IAuJ J-同is711B.4M 1-TMhlJ姆O1*3可-70rt皿8D64 8SJS.4w192/修-1 取1。200J2JLI-ftSilfr冷21J9Xfi713Tfi-I44.IQ2J?54?5TDQ 父口4dqlE-aElz 一35、绘制不少于两个节点详图；绘制 3个零件大样。（比例自定） 参考图：6、要求刚架柱和刚架梁均按变截面设计七、参考资料推荐1、门式刚架轻型房屋钢结构（无吊车）（02SG518-D2、钢结构课程设计指导与设计范例王静峰 主编 武汉理工大学出版社3、其

7、它与钢结构设计实际例子的书籍均可参考。指导教师（签名）：20年 月 日课程设计成绩评定表成 绩 评 定项 目比例得分平时成绩（百分制记分）30%业务考核成绩（百分制记分）70%总评成绩（百分制记分）100%评定等级优 良 中 及格/、及格指导教师（签名）20年 月日门式钢架设计一、设计资料单层厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房横向跨度12m,柱顶高度5.1m,共有8根刚架。柱距6.3m,屋面坡度1/10,柱底较接。窗高出柱脚1.5m,尺寸为 1.5x3m,每个柱距间居中设置一个。两端山墙上各设门一个（居中），尺寸为 3.3x4.5m。取中间E刚架（GJ-1）进行计算，刚架构件截面采用变截面焊接工字

8、形。屋面 及墙面均为带100mm厚岩棉夹层的双层压型钢板；楝条（墙梁）采用薄壁卷边 C型钢，间距为1.5m。钢材采用Q235B,焊条E43型。抗震设防烈度为6度。二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度44.1m,跨度12m,柱距6.3m,共有8根i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,因此不需在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在 屋盖相应部位设置楝条、斜拉条、拉条和撑杆，楝条间距为 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，因此柱间支撑不需用分层布置。三、荷载的计算1、计算模型的选取

9、取一幅刚架进行分析，柱脚采用刚接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐 高5.1m；屋面坡度为1: 10。2、荷载取值计算长度(m)柱距(m)跨度(m)檐高(m)(kN/m2)话载(kN/m2)基本风压(kN/m2)44.16.3125.10.350.350.35(1)、屋面不可变荷载标准值(按水平投影面)：0.35kN/ m2屋面可变荷载标准值(按水平投影面)：0.3kN/ m2(2)、雪荷载(基本雪压)：0.35kN/m2(3)、轻质墙面自重标准值0.25KN /m2(4)、风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS1022002附录A的规定计算。基本风压0=0.35KN/m2,地面

10、粗糙度类别为c类；风荷载高度变化系数按建 筑结构荷载规范(GB50009-2001)勺规定采用，当高度小于10m时，按10m高 度处的数值采用，pz=074风荷载体型系数ss：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0.65(CECS102 2002中间区)。3、各部分作用荷载：(1)屋面荷载：标准化 0.35 6.3 =2.205kN/m柱身恒载：0.25 6.3 -1.57KN /m工上1inL5(2)屋面活载屋面雪荷载大于屋面活荷载，取活荷载 0.35mLm6.3 = 2.22kN/m cosiill j I” j什；(3)风荷载根据公式Wk =1.

11、05e巴80计算风压高度变化系数 巴应根据建筑物离地面或海平面的高度以及地面的粗糙程度进行确定，按荷载规范中表7.2.1取值为玛=0.74。风荷载体型系数 也按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程中附录025A.0.2取值。风荷载体型系数如下:风载体形系数示意图迎风面 侧面：6k =1.05卜4A =1.05父0.74父0.25父0.35=0.0 6KN/m2 ;q1 =0.068 6.3 =0.43KN/m屋顶：8k =1.05%Ns00 =-1.05父0.74父 1.0M0.35 =-0. 2 TKN/m2 ；q2 =-0.272 6.3=-1.71KN/m背风面 侧面 :k =1.05叱500

12、 =-1.05M0.74M0.55M0.35 = -0.15KN /m2;10q3= -0.15 6.3 =-0.94KN/m屋顶：8k =1.05NzNs00 =-1.05父0.74父 0.65父 0.35 = -0.177KN/m2;q4 =-0.177 6.3 =-1.11KN/m风荷载如下图:黄0.43.(4)水平地震作用 由于单层门式刚架轻型房屋钢结构的自重小，当抗震 设防烈度为7度及7度以下时，一般不需进行抗震验算。4、内力计算：根据各个计算简图，利用结构力学求解器计算内力，得结构在各种荷载作用 下的内力图。(1)在不可变荷载作用下内力图:M图（KN.m11N 图(KNV图(KNT

13、 一一二LA(2)在雪荷载作用下内力图M 图(KN.n)12N图（KN）V图（KN（3）在风荷载作用下的内力图:M图（KN.n）13N图(KN)V图(KN5、荷载组合该结构值考虑屋面不可变荷载、雪荷载、风荷载。所以进行刚架内力分析时， 所需考虑荷载效应组合主要有：1.2x永久荷载+1.4x屋面活荷载，雪荷载max +1.4x0.7x风荷载1.2x永久荷载+1.4x0.7x屋面活荷载，雪荷载max +1.4x风荷载1.0 x永久荷载+1.4x风荷载6、内力组合根据不同荷载组合下的内力分析结果，找到控制截面的内力组合。控制截面的位置一般在柱底、柱顶、梁端、梁跨中等截面，控制截面内力组合主要有：最大

14、轴压力Nmax和同时出现的M及V较大值最大弯矩Mmax和同时出现的N及V较大值最小轴压力Nmin和同时出现的M及V较大值其内力组合如下表所示：14截面内力永久柿栽雪砂载风柿栽1.2x永久 柚鼓+1.4x 雪柚鼓+1.4xQ.7 x风柿鼓1.Qx永久 柚鼓+1.4x 风 柚鼓柱小头MQQQQQN-21.24-13.321Q.69-33.651.74V-4.Q4-4.Q75.11-8.483.11壮大头M-2Q.61-2Q.752Q.46-33.738.Q3N-13.23-13.321Q.69-24.Q51.74V-4.Q4-4.Q72.Q2-8.59-1.24梁大头M-2Q.61-2Q.752Q

15、.46-33.738.Q3N-5.3-5.33.9-9.96Q.16V12.7612.85-1Q.3523.16-1.73梁小头M16.6516.76-1Q.333.352.23N-4.Q2-4.Q53.9-6.671.44V-Q.4Q-Q.4QQ.5-Q.55Q.3由上表可知，各截面的内力为：柱脚截面：M=Q N= -33.65KN , V=-8.48KN柱顶截面：M= -33.73KN.m, N= -24.Q5KN , V= -8.59N梁端截面：M= -33.73KN.m, N= -9.96KN , V= 23.16KN梁跨中截面：M= 33.35KN.m, N=-6.67KN, V=-

16、Q.55KN四、梁柱截面设计.截面尺寸确定(1)焊接工字型截面尺寸：截面高度 h以1Qmm模数；截面宽度b以5mm 为模数，但工程中经常以1Qmm模数；月S板厚度tw可取4mm 5mm 6mm大于 6mntZ 2mm模数；翼缘厚度t 6mnp以2mm模数，且大于腹板厚度。(2)工字型截面的高厚比(h/b):通常取h/b=2-5mm；梁与柱采取端板竖放 连接时，该梁端h/b ly =1500,故不需计算斜梁平面外整体稳定性。六、刚架柱的验算1.抗剪验算大头柱截面大头剪力设计值为 V -8.59KN3大头柱腹板平土切应力为. 0 =工 =8.59 10= 3.73N / mm2hwtw (400-

17、2 8) 6腹板可不设事间横向加劲肋，止匕时母= 5.34,则:_hw / tww 37 k 235/ fy384/637 .5.34235/235= 0.75 0.8所以 Vd =%twfv = hwtw % =384 6 125 = 288KN由于V y Vd,故抗剪强度满足要求。小头梁截面小头剪力设计值为 V =8048KN 3小头梁腹板平均切应力为o =. =4.98N/mm2hwtw (300 - 2 8) 6腹板可不设中间横向加劲肋，止匕时k工= 5.34,则：19hw / tw284/637 k 235/ fy -375.34 , 235/235= 0.55 0.8所以V = h

18、wtwfv =hwtwfv=284 6 125 = 213KN由于V y Vd,故抗剪强度满足要求。2.有效宽度计算及在M N、V共同作用下的验算在M N V共同作用下，取控制截面为柱上端截面，即柱大头。M =33.73KN.m内力设计值为V =8.59KN,因为V 0.5Vd ,故按M M eN计算。N =24.05KN即:N My24.05 10355042= 47.18N/mm22=-38.44N/mm2-38.44二-0.8147.18KC166 38433.73 10+42 =47.18N/mm2或-38.44N/mm215124 104. (1-：)2 0.112(1 - 1)2(

19、1 1 )=19hw / tw:28.1 kc 235/(1.087 47.18),P=1,即腹板全截面有效= 0.24 0.8因止匕 Me =Wef =756 103 215 =162.54KN.mn756 103 aMe Me -NWe/Ae 162.54 -24.0510 =159.24KN.m5504.M eN - M =33.73KN.m,满足要求3.柱整体稳定性验算平面内整体稳定性验算根据二阶分析法计算柱的计算长度系数20=曳-1=400-1=0.33,不大于 0.268h/do及6.0 do300,计算长度系数 Ny = 1 0.3757十0.08y2(1 0.0775.。= 0

20、.88二柱的计算长度 lox = N：h =0.88x5.1=4.5mNexo_3lox 4.5 10lx166=27, b类截面，查得 中xy = 0.9462i12EAo1.1x22_52 2.06 1 05 3 3 0421.1 272= 8.4 103KN平面内稳定:N。：mxM1 xyAe。1_(拱广 xyW1N Ex024.05 103 +0.946 330433.73 10624 0531- 3 0.946 756 1038.4 103= 52.42N/mm2 f =215N/mm2平面外整体稳定性验算假定分段出内力大小为大头和小头截面的平均值，即M=16.87KN.mN=28.

21、85KN V=8.54KN=且其截面尺寸取平均值为 350 x150 x6x8，可以算出分段处 截面的几何特性：_2444433A = 4404mm , I x = 8881 10 mm , I 丫 = 450 10 mm , Wx = 252 10 mmxyx计算上段的平面外稳定性，此段的小头在分段处0yy02550，.一,.= 77.34查规范得中y = 0.701,对于分段处,32.97N My 28.85 103A - I 一 44046 33416.87 10 土= 38.27N / mm2或-25.17N / mm28881 104经计算全截面有效，故受压区高度为hc =hw1-二

22、 1 二2=334 3827 二 201.5mm38.27 25.17I y0工父8M150312150 8 1 201.5 6=37.5mm柱的楔率21d =di/do -1 =400/350-1 =0.14,不大于0.268h/d0及6.0+0.023Y后=1+03. J2 M09% =1 0.003581 =1 0.00358 0.142550/37.5 -1.01i yoy0 -=1.09 550 =74.12iy037.5梁整体稳定系数%=学0锻恭)4+慝件, y0 WX0 T4.4h0fy_ 4320 4404M350 J 1.09 4 十04.12父6 j(235 ；-74.12

23、2 252000 4101) ef应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm,此节点取ew =75mm、ef =40mm。(2)螺栓排列间距不应小于 2倍螺栓孔径，选取螺栓为 8.8级M22型号，则 d0=21.5mm端距大于43mm因此宽度方向端距取47mm因此宽度方向端距取47mm 长度方向端距取50mm(3)两排螺栓之间最小距离为 3倍螺栓直径，最大距离不应超过 500mm因此 确定端板长 L=500+40 x2+2x50=680mm宽 b=8+75x2+2x47=252mm.节点验算a、节点螺栓验算22柱节点处内力值：M=33.73KN.m N=24.05KNV=8.59KN梁节点处内力值：M=33.73KN.m N=9.96KN,V=23.16KN一个螺栓的抗拉承载力设计值 Ntb =0.8p =120KN一个螺栓的抗剪承载力设计值Nb=0.92p = 0.9 1 0.45 150 = 60.75KN柱截面：螺栓所受剪力Nv8.59=1.07KN受力最大的螺栓所受拉力Nt =My1 2yi33.73 103 240 24.0