建筑鋼結構課程設計--某輕型門式鋼架結構設計

1、<p>　　浙江科技學院建筑工程學院</p><p><b>　　鋼結構課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 鋼 結 構 設 計 </p><p>　　題　　目： 某輕型門式鋼架結構設計 </p><p>　　班　　級： 土木***班

2、 </p><p>　　學生姓名： **** </p><p>　　學　　號： ****** </p><p>　　指導教師： ***** </p><p><b>　　2011年6月</b&g

3、t;</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一． 設計資料………………………………………………….......... 2二． 設計計算 ………………………………………………….......... 2 </p><p>　　1 柱網及屋面結構布置 ……………………………………..

4、.. 2</p><p>　　2 門式剛架選型 .……………………………… …….. 2</p><p>　　3 確定門式剛架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸 …………………………... 2</p><p>　　4 梁、柱線剛度計算及梁、柱計算長度確定 ………………………………... 2</p><p

5、>　　5 荷載計算 ..…………………………………...... 2</p><p>　　6 計算各工況下的內力 …………………………………….... 4</p><p>　　7 內力組合 …………………………………….... 8</p><p>　　7.1

6、選取荷載效應組合 ……………………………………... 8</p><p>　　7.2 構件截面驗算 …..…………………………………. 8</p><p>　　8構件及連接節(jié)點設計 …………………………………….... 9</p><p>　　8.1 梁柱節(jié)點

7、 ....……………………………………. 9</p><p>　　8.2拼接接節(jié)點 .……………………………………... 10</p><p>　　8.3柱腳設計 …..…………………………………. 12</p><p>　　9 繪制施工圖

8、 …..…………………………………. 12</p><p><b>　　一． 設計資料</b></p><p>　　1門式剛架車間柱網布置：長度 90m；柱距 6m；跨度 21m。剛架檐高：6m；</p><p>　　2 屋面坡度 1：10； </p><p>　　3屋面材料：彩板夾芯板； </p&

9、gt;<p>　　墻面材料：彩板夾芯板； </p><p>　　5天溝：彩板天溝；材質選用：Q235-B f=215N/mm fv=125N/mm 。</p><p><b>　　6.荷載標準值 </b></p><p>　　1)活載： 0.5kN/m2 </p><p>　　2)風載： 基本風壓0.45

10、 kN/m2</p><p>　　地面粗糙度：B類，風載體型系數（可按圖1?。?lt;/p><p>　　3)雪載： 0.4kN/m2</p><p>　　7.材質： Q235B</p><p>　　圖 1 風載體型系數示意圖</p><p><b>　　二．設計計算</b></p>&l

11、t;p>　　1．柱網及屋面結構布置（包括支撐體系布置）</p><p><b>　　2．門式剛架選型</b></p><p>　　選用單脊雙坡單跨門式鋼架</p><p>　　3．確定門式剛架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸</p><p><b>　　梁截面參數：</b></p>

12、<p>　　高度 H=500(mm) 翼緣寬 Bu=200(mm) 腹板厚 Tw=6(mm) 翼緣厚 Tu=10(mm)</p><p><b>　　柱截面參數：</b></p><p>　　高度 H=500(mm) 翼緣寬 Bu=240(mm) 腹板厚 Tw=8(mm) 翼緣厚 Tu=12(mm)</p><p>　

13、　4．梁、柱線剛度計算及梁、柱計算長度確定</p><p><b>　　5．荷載計算</b></p><p>　　恒荷載取值0.3kN/m2</p><p><b>　　5.1荷載組合</b></p><p>　　(1). 1.2 恒載 +0.9×1.4[積灰+{活載,雪載}max]+ 0

14、.9×1.4 風載</p><p>　　(2). 1.0 恒載 + 1.4 風載</p><p><b>　　5.2 內力計算</b></p><p>　?。?）計算模型計算模型示意圖圖</p><p><b>　?。?）工況荷載取用</b></p><p><

15、;b>　　恒載</b></p><p><b>　　活載</b></p><p><b>　　左風</b></p><p><b>　　右風</b></p><p>　　圖 3-43 剛架上的恒載、活載、風載示意圖</p><p>　　

16、圖 3-44 梁柱截面示意簡圖</p><p>　　6．用結構力學方法計算各工況下的內力</p><p>　　剛架梁柱的 M、Q、N見下圖所示： </p><p>　　恒載作用時的M、Q、N圖</p><p>　　活載作用時的M、Q、N圖</p><p>　　左風作用時的M、Q、N圖</p><p&

17、gt;　　右風作用時剛好與做法作用時相反：圖略</p><p>　　恒載作用時桿端內力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　-------------------------------------------------------------------------------------------- </p><p>　　桿端 1

18、 桿端 2</p><p>　　---------------------------------------- -----------------------------------------</p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力

19、 剪力 彎矩</p><p>　　-------------------------------------------------------------------------------------------- </p><p>　　1 -18900.0000 -9207.48166 -0.00000000 -18900.0000 -920

20、7.48166 -55244.8900</p><p>　　2 -11042.4069 17890.0242 -55244.8900 -11042.4069 -1104.24069 33320.0042</p><p>　　3 -11042.4069 1104.24069 33320.0042 -11042.4069 -178

21、90.0242 -55244.8900</p><p>　　4 -18900.0000 9207.48166 -55244.8900 -18900.0000 9207.48166 -0.00000000</p><p>　　------------------------------------------------------------------

22、-------------------------- </p><p>　　活載作用時桿端內力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　--------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　桿端 1

23、 桿端 2</p><p>　　---------------------------------------- ------------------------------------------ </p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力

24、 剪力 彎矩</p><p>　　-------------------------------------------------------------------------------------------- </p><p>　　1 -31500.0000 -15345.8027 0.00000000 -31500.0000

25、 -15345.8027 -92074.8166</p><p>　　2 -18404.0116 29816.7070 -92074.8166 -18404.0116 -1840.40116 55533.3403</p><p>　　3 -18404.0116 1840.40116 55533.3403 -18404.0116

26、 -29816.7070 -92074.8166</p><p>　　4 -31500.0000 15345.8027 -92074.8166 -31500.0000 15345.8027 -0.00000000</p><p>　　-----------------------------------------------------------

27、--------------------------------- </p><p>　　左風作用時桿端內力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　-------------------------------------------------------------------------------------------- </p><p>　　桿端

28、1 桿端 2</p><p>　　------------------------------------ --------------------------------------- </p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸

29、力 剪力 彎矩</p><p>　　--------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　1 28364.8253 16471.6535 0.00000000 28364.82

30、53 12218.8535 86071.5213</p><p>　　2 14980.6193 -27008.2347 86071.5213 14980.6193 2907.73250 -41087.1799</p><p>　　3 15259.7620 -116.305631 -41087.1799 15259.76

31、20 17833.2747 52390.8213</p><p>　　4 19263.1746 -13409.5535 52390.8213 19263.1746 -4054.05355 0.00000000</p><p>　　---------------------------------------------------------

32、---------------------------------- </p><p>　　右風作用時桿端內力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　--------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　桿端

33、1 桿端 2</p><p>　　------------------------------------- ---------------------------------------- </p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸

34、力 剪力 彎矩</p><p>　　--------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　1 19263.2175 4054.12485 0.00000000 19263.21

35、75 13409.6248 52391.2491</p><p>　　2 15259.8372 -17833.3102 52391.2491 15259.8372 116.270081 -41087.1272</p><p>　　3 14980.6860 -2907.78224 -41087.1272 14980.68

36、60 27008.1850 86071.0491</p><p>　　4 28364.7825 -12218.9248 86071.0491 28364.7825 -16471.4248 0.00000000</p><p>　　---------------------------------------------------------

37、-----------------------------------</p><p>　　7．荷載組合和內力組合</p><p>　　7.1選取荷載效應組合：（1.20 恒載 + 0.9*1.40 活載+.09*1.4風載）情況下的構件內力值進行驗算。組合內力數值如下表所示：（因為是等截面對稱結構，只需計算單元1和單元2）</p><p>　　表 3-6 組合內力

38、表</p><p>　　7.2 構件截面驗算</p><p>　　7.2.1 1號單元（柱）的截面驗算</p><p>　　因為等截面，所以只需驗算2 號節(jié)點端 M12= -114.92kN.m Q11= -25.27kN Q12= -13.5kN N12= -37.97kN </p><p>&

39、lt;b>　　1) 強度驗算</b></p><p>　　抗壓驗算：σ=N/ A=37970 /9568=3.97 N/mm2 < fy=215 N/mm2</p><p>　　正截面抗剪驗算：Q<0.5Vd = 3808×125×0.5=238kN （根據協(xié)會規(guī)程第(6.1.2)條的第三款規(guī)定進行驗算(采用規(guī)程中式（6.1.2-3

40、a）。)</p><p>　　正截面彎驗算曲:σ=N/ An+ M/(γxWnx) =37970 /9568+116290000/(1.05×1659586.4)=69.91 N/mm2<fy =215 N/mm2</p><p>　　故柱截面強度滿足要求。</p><p><b>　　2) 穩(wěn)定驗算</b></p>

41、;<p>　　對于 1 號單元（柱），取μ=2所以Lox=11400mm已知柱平面外在柱高 4m 處設置柱間支撐，即平面外計算長度</p><p>　　Loy=4000mm。</p><p>　　ix =208.2377(mm) iy=53.7750(mm)</p><p>　　柱的長細比：λx =lx/ix=11400/208.2377=

42、54.8</p><p>　　λy=ly/ iy=4000/53.7750=74.4</p><p>　　從截面分類表教材4-4可知，此柱對截面的x，y軸屈曲時均屬于b類截面，由教材附表17-2得φx =0.834 φy=0.7736</p><p>　　N/(φA)=62370/(0.7724×9568)=8.4 N/mm2< fy=215

43、 N/mm2</p><p><b>　　3)局部穩(wěn)定驗算</b></p><p>　?。?）翼緣的寬厚比：b1/t=（240-8）/（2×12）=9.67<(10+0.1λ) (235/ fy)1/2 =18.85</p><p>　?。?）腹板的高厚比:h0/tw= (500-2×12)/8=59.5<250

44、</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　7.2.2 2 號單元（梁）的截面驗算</p><p>　　因為等截面，所以只需驗算1號節(jié)點端 M21= -116.29kN.m Q21=36.47kN Q22=3.5kN N21= -17.21kN </p>

45、<p><b>　　1) 強度驗算</b></p><p><b>　　計算1號節(jié)點端。</b></p><p>　　正截面抗剪驗算：Q<0.5Vd = 2880×125×0.5=180kN (根據協(xié)會規(guī)程第(6.1.2)條的第三款規(guī)定進行驗算(采用規(guī)程中式（6.1.2-3a）)。</p>&l

46、t;p><b>　　正截面彎曲驗算:</b></p><p>　　σ=N/ An+ M/(γxWnx) =17210 /6880+116290000/(1.05×1181717.3)=96.22 N/mm2<fy =215 N/mm2</p><p>　　σ=N/ An－M/(γxWnx) =17210/6880-116290000/(1.05

47、×1181717.3)= －91.22 N/mm2<fy =215 N/mm2</p><p>　　故梁截面強度滿足要求。</p><p><b>　　2) 穩(wěn)定驗算</b></p><p>　　根據協(xié)會規(guī)程第 6.1.6 條第一款的規(guī)定，實腹式剛架梁當屋面坡度小于 10°時，在剛架平</p><

48、p>　　面內可可僅按壓彎構件計算其強度。本例的屋面坡度為 5.7°小于 10°，故可不驗算梁平面內的穩(wěn)定性。已知梁平面外側向支撐點間距為 15000 mm即平面外計算長度 L0y=1500mm。梁的最小截面慣性矩Iy=13341973 mm4 , iy=44.0368mm</p><p>　　λy= L0y / iy=1500/44.0364=34.1</p><p&

49、gt;　　從截面分類表教材4-4可知，此柱對截面的x，y軸屈曲時均屬于b類截面，由教材附表17-2得φy=0.922按照如下公式確定</p><p>　　φby=1.07－λy2 fy /(44000×235)=1.07-34.12 ×215 /(44000×235)=1.046</p><p>　　N/(φyA)+ βtxMx/(φbyWx)=17210/(

50、0.992×6880)+0.85×116290000/(1.046×1181717.3)=82.49<fy =215 N/mm2 (取βtx=0.85)</p><p><b>　　3)局部穩(wěn)定驗算</b></p><p>　?。?）翼緣的寬厚比：b1/t=（200-6）/（2×10）=9.7<(1

51、0+0.1λ) (235/ fy)1/2 =18.85</p><p>　?。?）腹板的高厚比:h0/tw= (500-2×10)/6=80<250</p><p><b>　　滿足要求。 </b></p><p>　　8．構件及連接節(jié)點(梁柱連接節(jié)點、屋面梁拼接節(jié)點、柱腳)設計</p><p><

52、b>　　8.1梁柱節(jié)點</b></p><p>　　采用如下圖所示的連接形式。</p><p>　　圖 3-48 梁柱連接節(jié)點示意圖</p><p>　　連接處的組合內力值：M=116.29kN.m，N =－17.21kN，Q = 36.47 kN。</p><p><b>　　1）.螺栓驗算</b>&

53、lt;/p><p>　　若采用摩擦型高強度螺栓連接，用 10.9級 M20 高強螺栓，連接表面用鋼絲刷除銹，μ=0.3，</p><p>　　每個螺栓抗剪承載力為： N bv=0.9nfμP =0.9×1×0.3×155=41.85KN。</p><p>　　抗剪需用螺栓數量 n=36.47/41.85=1，初步采用 4個 M20 高強螺栓

54、。</p><p>　　螺栓群布置如圖 3-49 所示：</p><p>　　圖 3-49 梁柱連接節(jié)點螺栓群布置圖</p><p>　　螺栓承受的最大拉力值,最大剪力值按照如下公式計算（其中 y1=296，y2=196， 各有 2</p><p><b>　　個螺栓）：</b></p><p>

55、　　N t=My1/（m∑yi2）=116.29×1000×296/[2×(2×2962+2×1962)]= 68.28 kN</p><p>　　N v /n=36.47/4=9.12kN</p><p>　　單個高強度螺栓，受拉承載力設計值</p><p>　　N bt= 0.8P=0.8×155=12

56、4kN</p><p>　　拉剪共同作用下，受力最大螺栓的承載力驗算：</p><p>　　N v /N bv+ N t /N bt =9.12/41.85+68.28/124 = 0.77<1</p><p>　　以上計算說明：螺栓群抗剪、抗彎均滿足要求。</p><p>　　2）連接板厚度的設計</p><p&g

57、t;　　端板厚度 t 根據支承條件計算確定。在本例中有兩種計算類型：兩邊支承類端板（端板平</p><p>　　齊）以及無加勁肋端板，分別按照協(xié)會規(guī)程中相應的公式計算各個板區(qū)的厚度值，然后取最大</p><p><b>　　的板厚作為最終值。</b></p><p>　　兩邊支承類端板（端板平齊）：</p><p>&l

58、t;b>　　8.2梁拼接節(jié)點</b></p><p>　　梁的拼接方式如圖 3-50 所示。</p><p>　　圖 3-50 梁拼接節(jié)點示意圖</p><p>　　圖 3-51 梁拼接節(jié)點螺栓群布置圖</p><p>　　連接處的組合內力值為：M= 59.18kN.m，N = —17.21kN，Q = —3.5 kN。&l

59、t;/p><p>　　其計算方法與梁柱連接節(jié)點的計算方法相似</p><p><b>　　1）.螺栓驗算</b></p><p>　　仍采用 10.9 級 M20 高強螺栓，連接表面用鋼絲刷除銹，μ=0.3，每個螺栓抗剪承載力為： N bv=0.9nfμP =0.9×1×0.3×155=41.85KN。</p&g

60、t;<p>　　抗剪需用螺栓數量 n=3.5/41.85=1，初步采用 4個 M20 高強螺栓。螺栓群布置如圖 3-51 所示：</p><p>　　螺栓承受的最大拉力值,最大剪力值按照如下公式計算（其中 y1=296，y2=196， 各有 2</p><p><b>　　個螺栓）：</b></p><p>　　N 1=My1/（

61、m∑yi2）=59180000×296/[2×(2×29+2×1962)]=34.75 kN</p><p>　　N v /n=3.5/4=0.88 kN</p><p>　　單個高強度螺栓，受拉承載力設計值</p><p>　　N bt= 0.8P=0.8×155=124kN</p><p>

62、;　　拉剪共同作用下，受力最大螺栓的承載力驗算：</p><p>　　N v /N bv+ N t /N bt =0.88/41.85+34.75/124 =0.3<1 </p><p>　　以上計算說明：螺栓群抗剪、抗彎均滿足要求。</p><p>　　2）連接板厚度的設計</p><p>　　端板厚度 t 根據支承條件計算確定，在本

63、例中有兩種計算類型：兩邊支承類端板（端板平</p><p>　　齊）以及無加勁肋端板，分別按照協(xié)會規(guī)程中相應的公式計算各個板區(qū)的厚度值，然后取最大</p><p><b>　　的板厚作為最終值。</b></p><p>　　伸臂類端板（端板平齊）：</p><p>　　其中 ef=32 mm，Nt=54.9 kN，b=1

64、80 mm，f=215 mm。</p><p>　　兩邊支承板（端板平齊）：</p><p>　　其中 ef=38 mm，ew=26 mm，Nt=38.5 kN， b=180 mm，f=215 mm。</p><p><b>　　無加類端板：</b></p><p>　　其中 a=53 mm，ew=26 mm，Nt=27

65、.34 kN，</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　?0.5a ? ew ?f</p><p>　　綜上所得結果可取端板厚度為 t=18 mm。</p><p><b>　　8.3柱腳設計</b></p><p>　　梁的拼接方式如圖 3-50 所示

66、。</p><p>　　圖 3-51 柱腳節(jié)點螺栓群布置圖</p><p>　　其計算方法按軸心受壓柱腳計算</p><p><b>　　地板的驗算</b></p><p>　　連接處的組合內力值為： N = —23.05 kN，Q = 2.30 kN。</p><p>　　A0+A=4πd2/4

67、+N /fcc =59.04/4=</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　2）.螺栓驗算</b></p><p>　　連接處的組合內力值為（按1.0恒載+1.4風荷載）N = 20.8 kN，Q = —9.82 kN</p><p>　　單個普通B級螺栓受拉承載

68、力設計值N bt= fbtπd2e/4 =400×21.19=8.476 kN。</p><p>　　4N bt=4×8.476=133.9kN﹥N = 20.8 kN</p><p><b>　　螺栓抗拉滿足要求。</b></p><p><b>　　抗剪驗算</b></p><p