钢结构课程设计计算书轻型门式刚架结构设计

设计题目:轻型门式刚架结构设计姓名学号专业学院指导教师2012.06.15目录轻型门式刚架结构设计任务书 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钢结构设计说明 3设计计算书 4一、设计概况 4二、结构布置 4三、檩条设计 51初选截面 52截面验算 6四、刚架设计 71初估截面 72荷载计算 73刚架内力分析并选取最不利截面 104按照所选截面进行梁柱截面验算 16五、节点设计 181梁柱节点 182梁梁节点 20六、柱脚设计 21参考文献 25轻型门式刚架结构设计任务书一、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型面4、节点形式：梁柱刚接节点；梁梁连接（端板刚接）；柱脚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；2、檩条设计：檩条详图，檩条、支撑布置图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。钢结构设计说明本工程结构体系为单层轻型刚架结构设计依据：《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）；《轻型钢结构设计规程》（DBJ08-68-97）设计荷载标准值：恒载0.2KN/QUOTE；活载0.4KN/QUOTE；风荷载0.35KN/QUOTE。焊条材料：钢材为Q345钢，焊条为E50焊条，自动或半自动焊。钢结构刚架采用Q345钢，檩条采用冷弯薄壁C型钢，材料为Q345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。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8mm，未注明的螺栓均为C级，且为M20。加劲肋在翼缘两侧均为对称布置。本工程具体选用材料如下：檩条：冷弯薄壁型钢Q345，刚架梁：H型钢HN300x150x5.5x8刚架柱：H型钢HW250x250x9x14螺栓：8.8级本工程的柱脚为：刚接柱脚，所用锚栓为M22本工程的梁柱连接采用侧接的方式，梁梁采用顶端对接方式，具体见图纸。设计计算书一、设计概况：结构尺寸：跨度9m；檐口标高：6.9m；坡度：0.15；开间：6m；长度：66m；荷载：恒载：0.2KN/QUOTE活载：0.4KN/QUOTE风压：0.35KN/QUOTE；材料：Q345钢，E50焊条，E=2.06e5MPa。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2.0m，两侧两根檩条距柱轴线距离为0.25m，每侧斜梁布置3根，共布置6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2m，坡向间距2.022m。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2m，竖直距离0.3m，坡向距离2.022m）屋面板上的分布荷载值，据此进行一下步计算。1初选截面（1）荷载：屋面和墙面恒荷载：檩条自重：屋面活荷载：风荷载：檩条线荷载标准值：设计值：分解得：弯矩设计值：檩条X方向荷载檩条X方向弯矩图檩条Y方向荷载2截面验算（1）抗弯强度：，可（2）挠度：，可，可综上，选择四、刚架设计1初估截面（1）刚架斜梁选取窄翼缘H型钢，截面特性为：理论重量：刚架柱：选取宽翼缘H型钢，截面特性为：理论重量：2荷载计算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：注：为两端、屋脊处的集中荷载为梁跨中间处的集中荷载活载活载通过屋面板传递，传力原则与恒载相同。注：为两端、屋脊处集中荷载，为梁跨中部集中荷载风荷载风载为水平方向，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。柱：斜梁：注：为左侧柱（迎风面），为右侧柱（背风面）为左侧梁（迎风面），为右侧梁（背风面）3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，不计及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sap2000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+活载内力图弯矩图剪力图轴力图活载+风载弯矩图剪力图轴力图恒荷载+0.9（风荷载+活荷载）弯矩图剪力图轴力图控制截面内力表控制界面示意图：构件恒荷载+活荷载恒荷载+风荷载恒荷载+0.9(风荷载+活荷载)M（KNm）N(KN)V(KN)M(KNm)N(KN)V(KN)M(KNm)N(KN)V(KN)柱1A-17.7-44.1-7.132.6-19.613.520.2-33.68.5B31.1-27.6-7.1-4.5-3.1-2.712-17.1-6.12C17.7-43.8-7.134.8-25.1-12.740.4-38.3-15.1D-31.1-27.6-7.1-17.7-3.8-2.7-32-22-6.1梁1E-31.1-11.2-26.14.5-3.2-2.7-12-8.7-16F13.1-8.3-7.66.1-1.8115.6-5.7-2.3G25.8-7.1-0.65.8-1.22.518.7-4.72.92H-31.1-11.225.9-17.7-3.88.232-9.220.7I13.1-3--6.26.3J25.8--2.23.817.5-6.16.44按照所选截面进行梁柱截面验算梁的验算：梁选用型钢截面特性：荷载组合作用下最大内力：①强度验算：故强度满足要求②刚度：X方向：Y方向：满足刚度要求③平面内稳定性为a类截面，查表得取，查表得带入计算：，满足平面内稳定性条件④平面外稳定性由于结构设有檩条，故平面外稳定性一定满足，可不验算。综上所述，所选斜梁满足要求柱的验算柱选用的为截面特性：荷载组合下得最大内力：因最不利截面位于柱顶，不需要考虑自重作用①强度：满足强度要求②刚度：仅需验算X-X方向长细比柱两端刚接，其计算长度刚度满足要求③整稳：压弯构件，单项弯曲1、弯矩作用平面内：，b类截面，查表得，取，查表得，满足弯矩作用平面外：对平面均为类截面，，查表得，平面内稳定性满足要求综上，所选柱满足要求。节点设计1梁柱节点：采用螺栓端板竖板连接，根据构造要求，取连接板厚度t=20mm，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μ=0.45），螺栓选用M20，10.9级（P=155KN），共8个两排排列，按照构造要求进行布置，具体布置如下图。选1、2单元节点进行计算（1）强度验算：单个螺栓承载力：满足净截面强度验算：取螺栓孔径比螺栓杆径大2mm满足由于剪力较小，故不需进行毛截面强度验算。（3）端板厚度验算：满足（4）梁柱节点域的剪力验算：，满足（5）腹板强度验算翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值为:满足2梁梁节点：同样采取螺栓端板竖版连接，螺栓选为M2010.9级（P=155KN），8个两排排列，同样按构造要求布置如下图两梁相接处组合内力为：强度螺栓承载力计算：强度满足要求（2）净截面强度计算：满足要求（3）端板厚度验算：满足（4）剪应力验算：（5）腹板强度验算翼缘内第二排一个螺栓的轴向拉力设计值为:符合要求柱脚设计考虑柱的自重，三种荷载组合作用下，两个柱脚的最不利内力为：选择混凝土基础，，设局部承压的提高系数为，则（1）确定底板平面尺寸底板宽度取为450mm即求得，187.8mm小于柱的实际截面尺寸，故按构造要求确定底板长度，取估算底板下应力：底板出现拉应力，需要锚栓承担拉力。确定锚栓直径锚栓设置在柱腹板中线和中性轴处，如图所示：所需螺栓净面积选用三个直径为22mm锚栓其有效截面积为受压区最大压应力满足要求确定底板厚度取区格1悬臂板处区格2三边支撑查表得弯矩系数，单位板宽的最大弯矩为设取底板厚度t在16-35mm之间，强度设计值为底板厚度为按构造要求，取t=20mm验算靴梁强度选择靴梁尺寸为：450×150×10两块靴梁的最大弯矩发生在悬伸部分的支点处最大弯曲应力满足要求。两块靴梁的最大剪力：满足要求。底板厚度20mm，靴梁厚度10mm，那么焊缝尺寸，，现焊缝计算取焊缝尺寸为8mm焊缝强