钢结构课程设计计算书-门式刚架设计.doc

钢结构课程设计门式刚架设计班级： B1141 学号： 41 姓名： 目 录1 设计资料12钢架布置简图13荷载计算与荷载简图23.1荷载计算23.2荷载简图33.3内力分析43.3.1内力计算43.3.2控制截面内力组合74钢架设计74.1截面设计74.2构件验算84.2.1构件宽厚比验算84.2.2钢架柱验算84.2.3刚架梁的验算104.2.4刚架在风荷载作用下的侧位移：124.3节点验算134.3.1梁柱连接节点134.3.2屋脊节点验算154.3.3 柱脚设计16 1 设计资料单跨双坡轻型门式刚架，钢架跨度为 18 m，高度为 9 m， 柱距 6 m，屋面坡度 5 %。刚架为等截面的梁、柱。材料采用Q 235 钢材，焊条采用E 43 型。风振系数和风压高度变化系数均取1.0。荷载： 恒载 横梁（含上方屋面板及檩条重） 0.50 KN/m2 立柱（含墙重） 0.45 KN/m2活载 风荷载 0.30 KN/m2 屋面活荷载 0.30 KN/m2 雪荷载 0. 40 KN/m22 钢架布置简图该厂房长度60m，跨度27m，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。CBA 1: 20 图2.1 刚架立面3 荷载计算与荷载简图3.1荷载计算将各项面荷载值乘以柱距得出分布于刚架上的各项线荷载。风荷载还需考虑刚架的体型系数。活载标准值在屋面活载与雪载中选较大值。图3.1 风荷载体型系数荷载计算如下表： 表1.1 各线荷载标准值/kN/m各荷载标准值计算屋面活载标准值2.4刚架横梁（含上方屋面板及檩条重）3立柱（包括墙重）4.05风荷载迎风面柱上qw10.45横梁上qw21.8背风面柱上qw3-0.99横梁上qw4-1.173.2荷载简图（1） 恒载： （2） 屋面活载 （3）风荷载（以左风为例）荷载如下图：3.3内力分析3.3.1内力计算根据各个计算简图，求得结构在各种荷载作用下的内力图如下：表格4.1 计算简图及内力值(M、N、Q)恒载作用 恒载下弯矩 恒载下剪力 恒载下轴力（忽略柱自重）弯矩图剪力图轴力图(拉为正，压为负)活荷载作用活荷载(标准值) 弯矩图活荷载(标准值)剪力图活荷载(标准值)轴力图弯矩图剪力图轴力图(拉为正，压为负)风荷载作用风荷载(标准值)弯矩图.风荷载(标准值)剪力图风荷载(标准值)轴力图弯矩图剪力图轴力图(拉为正，压为负)3.3.2控制截面内力组合取控制截面为下图中的A、B、C三处共四个截面：柱A、柱B、梁B、梁C。图4.10 控制截面示意图考虑以下三种可能的组合方式：组合：1.35恒载+1.40.7活载组合：1.2恒载+1.4活载组合：1.2恒载+1.40.9（活载+风载）表4.2 各种情况下控制截面的内力截面内力恒载活载左风组合值组合值组合值柱AM000000N-63.45-21.617.88-106.83-106.38-80.83Q-6.64-5.318.44-14.17-15.4-4.02柱BM-59.78-47.8257.76-127.57-138.68-59.21N-27-21.617.88-57.62-62.64-37.09Q-6.64-5.314.39-14.17-15.40-9.13梁BM-59.78-47.8257.76-125.57-138.68-73.13N-7.98-6.395.28-17.04-18.52-10.97Q26.6321.31-17.6456.8361.7936.58梁CM58.7346.99-28.07125.34136.2694.32N-6.63-5.315.28-14.15-15.39-7.99Q0.330.27-1.420.79-1.054 钢架设计4.1截面设计初选梁柱截面均采用焊接工字钢 500 160 14 20 ，截面特征值如下表所示：A（mm2）Ix（mm4）Wx（mm3）Iy（mm4）Wy（mm3）ix（mm）iy（mm）1290048556000019420001171000014600019430.14.2构件验算4.2.1构件宽厚比验算翼缘部分：腹板部分：4.2.2钢架柱验算抗剪验算a. 柱截面的最大剪力为Vmax=-15.4KN 考虑仅有支座加劲肋 fv=125N/mm2Vu=hwtwfv=（500-2*20）*14*125=805KNVmax=15.4KNVu，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算取柱端截面进行验算，N-62.64 KN ；V -15.4 KN ； M -138.68 KNmN=-62.64KN，V=-15.4KN，M=-138.68KNN因V0.5Vu=402.5KN ,满足要求。整体稳定性验算a) 柱平面内的整体稳定性验算：刚架柱高H=9000mm，梁长L=18060mm. 查表 =2.64刚架柱的计算长度lx=h=2.64*9000=23760mmx=lx/ix=23760/194=122.47=150，a类截面，查表得x=0.483 mx=1.0=17+80=97N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。b)柱平面外的整体稳定验算： ly=3000mm。 ry=rz=1y= ly/iy0=3000/3.1=99.7，b类截面，查表得y=0.56取b=1.070.282/by=0.924.2.3刚架梁的验算抗剪验算梁截面的最大剪力为Vmax=61.79KN考虑仅有支座加劲肋，fv=125N/mm2Vu=hwtwfv=（500-2*20）*14*125=805KNVmax=61.79KNVu，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算因V0.5Vu=402.5KN ,满足要求。整体稳定性验算a) 梁平面内的整体稳定性验算：当斜梁坡度不超过1:5,因轴力很小可按压弯构件计算其强度和钢架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。b)横梁平面外的整体稳定验算：ly=3015mm。因 ，所以要计算钢架梁平面外的整体稳定。对于等截面构件=0，ry=rz=1y= ly/iy0=3015/30.1=100.16，b类截面，查表得y=0.554取b=1.070.282/by=0.92满足要求。4.2.4刚架在风荷载作用下的侧位移：由于钢架梁坡度不大于1:5，故刚架侧移可按式估算，其数值不应超过t= Ic l/hIb=18060/9000=2.0H=0.67W=0.67*（0.45+1.17）*9=9.77KN满足要求。4.3节点验算4.3.1梁柱连接节点(1) 螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M22高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为190KN，连接处传递内力设计值：N=-18.52KN，V=61.79KN，M=-138.68KNm。每个螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：，满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：，满足要求。(2)端板厚度验算端板厚度取为t=21mm。按二边支承类端板计算：(3)梁柱节点域的剪应力验算，满足要求。(4)螺栓处腹板强度验算Nt2=57.89KN0.4P=0.4190=76.0KN，满足要求。 钢架柱与钢架梁的连接节点4.3.2屋脊节点验算横梁跨中节点采用10.9级M20高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为155KN，连接处传递内力设计值：N=-15.39KN，V=0.77KN，M=136.26KNm。每个螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力： ，满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：，满足要求。(2)端板厚度验算端板厚度取为t=18mm。按二边支承类端板计算：(3)螺栓处腹板强度验算Nt2=54.95KN0.4P=0.4155=62.0KN，满足要求。 图为钢架梁跨中结点4.3.3 柱脚设计钢架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。(1)柱脚内力设计值Nmax=-106.83KN，相应的V=-14.17KN；Nmin=-80.83KN，相应的V=-4.02KN。(2)由于柱底剪力较小，max=14.17KN0.4Nmax=42.7KN，故一般跨间不需剪力键；但经计算在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。另Nmin0，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M24。(3)柱脚底板面积和厚度的计算A柱脚底板面积的确定b=b0+2t+2c=200+220+2(2050)=240300mm，取b=300mm；h=h0+2t+2c=450+220+2(2050)=580640