建筑钢结构课程设计结构设计计算书-毕业论文

目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、设计资料及依据 1二、结构布置 3三、檩条设计 43.1截面选型 43.2荷载计算 53.3内力计算 53.4截面验算 63.5强度验算 83.6稳定性验算 93.7挠度验算 93.8构造要求 10四、刚架的设计计算 104.1截面选型 104.2荷载计算 114.3内力计算 124.4内力组合 164.5截面验算 174.6强度验算 184.7稳定性验算 21五、节点设计 235.1梁-柱节点2 245.2梁-梁节点3 255.3屋脊节点4 265.4柱脚节点1 285.5隅撑设计 28六、施工图设计 28结构设计计算书一．设计资料及依据1．工程概况某集团轻钢结构房屋工程，长度120m，跨度为21m，柱距为6m，檐口高度为8m，屋面坡度为1/10，屋面材料为夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。荷载情况：静荷载为；活荷载为（计算刚架时）、（计算檩条时）；基本风压，地面粗糙度为B类；雪荷载为；地震设防烈度为6度。2．设计原始资料1）气象资料该地区为三级气候分区，其基本气象资料为：最冷月平均气温：3.0℃；最热月平均气温：28.8℃。极端最低温度－5℃；极端最高温度41℃。平均年总降雨量1230.6mm,日最大降雨量317.4mm。最大积雪深度：32mm。最大冻土深度：10mm。冬季平均风速2.6m/s，夏季平均风速2.5m/s，30年一遇最大风速21.9m/s。常年主导风向：东北夏季主导风向：西南风冬季主导风向：东北风2）地质水文资料建筑物场地地势平坦，地表高程38.56～38.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性。经地质勘测，地表剖面为：表层0.8～1.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。亚粘土可做持力层，地基承载力标准值为120KN/m2,地基土容重为19KN/m3。3）材料规格钢材：门式刚架采用Q345B钢，楼面梁、屋面檩条、墙架、檩条采用Q235B钢螺栓：采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）；焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保护焊；基础混凝土C20,垫层混凝土C10；钢筋：直径为Ⅱ级钢筋，直径为Ⅰ级钢筋。4）地震设防烈度6度；3．建设规模以及标准建筑规模：建筑面积约，为单层钢结构建筑。建筑防火等级：二级建筑防水等级：二级建筑装修等级：高级4．设计依据规范文件《建筑结构荷载规范（GB50009—2001）》《钢结构设计规范（GB50017—2003）》《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002）》《建筑制图标准（GBJ104—87）》5．参考资料《轻型钢结构设计手册》《冷弯薄壁型钢结构设计手册》《建筑结构构造资料集》（上、下册）《建筑钢结构设计手册》（上、下册）《钢结构连接节点设计手册》《钢结构设计与计算》《房屋建筑学》（中国建筑工业出版社）《钢结构》（王国周著）《钢结构》（魏明钟）《轻型门式刚架》（张其林）二．结构布置1.柱网布置综合考虑工艺、结构及经济三个方面的要求，确定厂房柱网布置为：纵向20跨，跨度6米，横向单跨，跨度21米。2.横向框架的结构及各部分尺寸采用单跨双坡门架，门架横梁与门架柱刚性连接，刚架柱与地基础的连接为铰接。整个横梁三等分点设拼接节点，屋脊处设拼接节点，工作性能较好。结构示意图如下：图1：横向刚架尺寸图3.檩条布设檩条采用Q235B钢，檩条跨度为6米，间距1.5米，还须在檩条跨中设置一道拉条。4.支撑布设柱间支撑有4道，在纵向均匀分布，具体见施工图。设置柱间支撑的跨间应同时设置屋顶面的水平支撑。支撑点的位置大致设在柱高中点处。5.温度缝设置纵向长度120米，可不设置温度缝。三．檩条设计（1）截面选型按，檩条跨度,檩条高度，从而初选形檩条，檩距为，檩条跨度大于，故在檩条间跨设置拉条，在檐中处设置斜拉条和刚性撑杆。（2）檩条荷载计算永久荷载：压型钢板（含保温）檩条（包括拉条）合计可变荷载：屋面均布活荷载和雪荷载的最大值为风荷载：按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001,房屋高度小于10米，风荷载高度变化系数取10米高度处的数值，。按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002附录A，风荷载体型系数为（按边缘带计算），。垂直屋面的风荷载标准值：（3）内力计算eq\o\ac(○,1)永久荷载与屋面活荷载组合檩条线荷载：弯矩设计值eq\o\ac(○,2)永久荷载与风荷载吸力组合檩条线荷载（吸力）（恒荷载不乘以1.2？）（吸力）弯矩设计值（采用受压下翼缘设拉条的方案）（4）截面选择及截面特性eq\o\ac(○,1)选用，，，，，，，先按毛截面计算的截面应力为：（压）（压）（拉）（拉）（2）受压板件的稳定系数①腹板腹板为加劲板件，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式eq\o\ac(○,2)上翼缘板上翼缘板为最大压应力作用于支承边的部分加劲件，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式：（3）受压板件的有效宽度eq\o\ac(○,1)腹板，，，，，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为由于，则，所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，eq\o\ac(○,2)上翼缘板，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为由，则所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，eq\o\ac(○,3)下翼缘板下翼缘板全截面受拉，全部有效。eq\o\ac(○,4)有效净截面模量上翼缘板的扣除面积宽度为：；腹板的扣除面积为：，同时在腹板的计算截面有两个拉条连接孔（一个距上翼缘边缘，一个距下翼缘边缘），孔位置与扣除面积位置基本相同，所以腹板的扣除面积宽度按计算。有效净截面模量为（5）强度计算eq\o\ac(○,1)抗弯强度验算：屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式eq\o\ac(○,2)抗剪强度验算：满足要求。（6）稳定性验算eq\o\ac(○,1)有效截面模量永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩，根据前面的计算结果，可以取eq\o\ac(○,2)受弯构件的整体稳定系数按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录A中A.2的规定计算查表，跨中设一道侧向支承，，，（取正值）（3）风吸力作用使檩条下翼缘受压，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的稳定性为计算表明永久荷载与风荷载组合不起控制作用。（7）挠度计算（8）构造要求故此檩条在平面内、外均满足要求。四．刚架设计（1）刚架初步选型，如下图2所示：表4-1刚架柱及横梁的截面特征柱eq\o\ac(○,1)截面特征H250-450×200×8×10长度7700mm截面面积A=刚架斜梁eq\o\ac(○,2)截面特征H500-350×200×8×10轴线长度7035mm截面面积A=刚架斜梁eq\o\ac(○,3)截面特征H350-500×200×8×10轴线长度3517mm截面面积A=图2刚架初步选型的构件尺寸图（2）荷载取值计算屋面静载，活荷载为，基本风压，地面粗糙度为B类；雪荷载为；地震设防烈度为6度。eq\o\ac(○,1)永久荷载：屋面板，檩条，支撑，刚架的总和，可根据情况取（标准值）；eq\o\ac(○,2)可变荷载：取屋面雪载和屋面活荷载的较大值，为雪荷载为；eq\o\ac(○,3)风荷载：下图3为刚架各构件的风载体型系数：图3刚架风载体型系数（3）各部分荷载（标准值）作用下的内力求解eq\o\ac(○,1)结构恒载作用下:其计算简图4：图4恒载作用下计算简图对于柱为楔形构件，其等效惯性矩为对于横梁为双楔形构件，其等效惯性矩为下面用结构力学求解器求解；图5恒载作用下弯矩图图6恒载作用下轴力图图7恒载作用下剪力图eq\o\ac(○,2)结构可变荷载作用下:其计算简图如下图8所示：图8可变荷载作用下计算简图图9可变荷载作用下弯矩图图10可变荷载作用下轴力图图11可变荷载作用下剪力图eq\o\ac(○,3)结构在构风（左风）荷载作用下计算简图如下图12所示;图12风荷载作用下计算简图图13风荷载作用下弯矩图图14风荷载作用下轴力图图15风荷载作用下剪力图（4）控制截面的内力组合按下列四种情况组合，求最不利的内力；eq\o\ac(○,1)1.2恒载+1.4活载；eq\o\ac(○,2)1.0恒载+1.4风载；eq\o\ac(○,3)1.2恒载+0.9×(1.4活载+1.4风载)；eq\o\ac(○,4)1.2恒载+1.4×0.7活载+1.4风载；组合结果如下表1所示：[注：对于刚架，弯矩以使内侧受拉为正；轴力以拉力为正；剪力以顺时针为正。]单元码节点码内力内力标准值（1）（2）（3）（4）恒载活载左风右风11M000000N-39.04-31.6622.3714.02-91.172-7.722V-6.76-9.6610.63-2.04-21.6368.1222M-54.10-77.3168.2020.61-173.15441.38N-22.16-31.6622.3714.01-70.9169.158V-6.76-9.666.437.20-21.6363.3222M-54.10-77.3168.2020.61-173.15441.38-76.399N-8.93-12.778.628.56-28.5943.138-15.945V21.37-30.54-21.62-13.23-17.1122.848-40.0783M44.5563.66-31.91-38.68142.584-9.602N-7.46-10.678.628.56-23.894.608V6.689.54-6.843.6321.372-2.89624.61033M44.5563.66-31.91-38.68142.584-9.602N-7.46-10.678.628.56-23.894.608V6.689.54-6.843.6321.372-2.8964M55.1178.75-42.99-42.99176.382-5.076N-6.73-9.628.628.56-21.5445.338V-0.67-0.960.541.17-2.1480.968表1最不利内力设计值组合表（5）构件截面验算根据协会规程第(6.1.1)条进行板件最大宽厚比验算。翼缘板自由外伸宽厚比：柱：（200-8）/（2×10）=9.6<15235/fy=12.4，满足规程腹板高厚比：柱：（250-2×10）/8=28.75<250235/fy（450-2×10）/8=53.75<250235/fy双楔形梁：（350-2×10）/8=41.25<250235/fy=206（500-2×10）/8=60<250235/fy=206腹板屈曲后强度的抗剪承载力设计值按如下考虑：柱腹板的高度变化率：(450-250)/8=25mm/m<60mm/m，梁腹板的高度变化率：(500-350)/3.5=42.86mm/m<60mm/m，故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。腹板不设加劲肋，则其中，对于柱，，对于梁，，（6）构件强度验算eq\o\ac(○,1)柱强度验算1节点：截面边缘正应力比值根据技术规程式(6.1.1-4)求得用代替技术规程式(6.1.1-3)中的。根据技术规程式(6.1.1-3)求得所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。故强度满足要求。2节点：(压)（拉）截面边缘正应力比值根据技术规程式(6.1.1-4)求得用代替技术规程式(6.1.1-3)中的。根据技术规程式(6.1.1-3)求得所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数，即此时2号节点端截面全部有效。故强度满足要求。eq\o\ac(○,2)刚架梁强度验算2节点：(压)（拉）截面边缘正应力比值根据技术规程式(6.1.1-4)求得用代替技术规程式(6.1.1-3)中的。根据技术规程式(6.1.1-3)求得所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。故强度满足要求。3节点：(压)（拉）截面边缘正应力比值根据技术规程式(6.1.1-4)求得用代替技术规程式(6.1.1-3)中的。根据技术规程式(6.1.1-3)求得所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数，即此时2号节点端截面全部有效。故强度满足要求。4节点：(压)（拉）截面边缘正应力比值根据技术规程式(6.1.1-4)求得用代替技术规程式(6.1.1-3)中的。根据技术规程式(6.1.1-3)求得所以根据技术规程式(6.1.1-2)求得有效宽度系数，即此时1号节点端截面全部有效。故强度满足要求。（7）构件平面内外的稳定性验算eq\o\ac(○,1)楔形柱稳定性验算柱的小头惯性矩和大头惯性矩之比为梁的楔率为，查规程可得故，由规程表6.1.3可得出计算长度系数查表时，长细比换算为，查得平面内稳定验算：平面外稳定验算：根据平面外支撑将平面外计算长度估设为；查表时，长细比换算为，查得柱楔率为验算构件平面外的稳定性：故平面外稳定性满足要求。eq\o\ac(○,2)双楔形梁稳定性验算平面内稳定性：根据协会规程第6.1.6条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于10°时，在刚架平面内可仅按压弯构件计算其强度。本例的屋面坡度为5.7°小于10°（同时考虑到屋面板对梁的约束作用），故可不验算梁平面内的稳定性。平面外稳定性：设隅撑间距为3000mm，则平面外计算长度L0y=3000mm；梁的最小截面惯性矩梁为变截面。查表得，=1.0，按照如下公式确定：因为>0.6，按照现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88的规定，算出相应的。按4号节点端的受力验算构件平面外的稳定性：故平面外稳定性满足要求。五．节点设计（1）梁柱节点2：采用端板竖放连接型式；选取连接处最不利一组组合内力值：eq\o\ac(○,1)螺栓验算：采用10.9级M24扭剪型高强螺栓（摩擦型）连接，预拉力，连接表面处理方法为喷砂，。端板螺栓布置如下图16所示：图16梁柱节点端板螺栓布置图螺栓承受最大拉力值：即螺栓受拉承载力满足要求。每个螺栓承受的剪力：即螺栓受剪承载力满足要求。剪-拉共同作用时，满足要求。故螺栓群承载力满足。eq\o\ac(○,2)端板厚度验算：端板厚度初取20mm验算，按两边支承端板外伸计算；，，,，。满足要求。eq\o\ac(○