同济大学钢结构课程设计.doc

单层单跨门式刚架设计计算一、设计资料（1）设计参数单层房屋为单跨门式刚架，刚架跨度30m，长度90m，柱距6m，檐口标高8m，屋面坡度1：10。屋面材料采用压型钢板，墙面材料采用彩钢板，天沟为彩板天沟。基础混凝土标号为C30，钢材材质为Q345，。 （2）设计荷载屋面恒荷载为0.5，活荷载为0.5 ；雪荷载为 0.2 ，基本风压为0.55，地面粗糙度为B类，风荷载体型系数如图1所示。 图1 计算模型机风荷载体型系数二、荷载组合1、 1.20 恒载 + 1.40 活载 2、 1.00 恒载 + 1.40 风载 3、 1.00 恒载 + 1.40 x 0.90 活载 + 1.40 x 0.90 风载 4、 1.35 恒载三、内力计算 1、计算模型（如图2） 图2 节点及单元编号图2、荷载工况荷载工况如图3恒载活载左风右风图3 荷载工况图3、各工况内力恒载、活载、作风和右风作用下的钢架内力如图4图7。轴力图（KN）剪力图（KN）弯距图(kN.m) 图4 恒载作用下钢架内力图轴力图(kN)剪力图(kN)弯距图(kN.m) 图5 活载作用下钢架内力图轴力N图(kN)剪力图(kN)弯距图(kN.m)图6 左风作用下钢架内力图轴力图(kN)剪力图(kN)弯距图(kN.m) 图7 右风作用下钢架内力图4、组合内力选取荷载组合1（1.20 恒载 + 1.40 活载）对构件内力值进行验算。该组合下的构件内力值见表1。 表1 工况1下组合内力表组合号单元号小节点N(kN)小节点V(kN)小节点M(kN.m)大节点N(kN)大节点V(kN)大节点M(kN.m)1-163.576.00.0-129.676.0-584.92-91.8-119.3-592.5-82.8-29.1190.413-78.9-4.4258.0-82.834.3190.44-82.8-34.3190.4-78.94.4258.05-82.829.1190.4-91.8119.3-592.56-129.6-76.0-584.9-163.5-76.00.0 5、构件尺寸和截面特性 表2 构件尺寸和截面特性单元号截面名称长度(mm)面积(mm2)绕x轴惯性矩(x104mm4)绕y轴惯性矩(x104mm4)柱 1Z400800x200x8x107700704010240188729405013351337柱 2Z400800x200x8x107700704010240188729405013351337梁 1Z400800x200x8x1010552704010240188729405013351337梁 2Z400800x200x8x104522704010240188729405013351337梁 3Z400800x200x8x104522704010240188729405013351337梁 4Z400800x200x8x1010552704010240188729405013351337 表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值四、构件截面验算 1、宽厚比验算翼缘板自由外伸宽厚比，满足规程限值要求。腹板高厚比，满足规程限值要求。柱腹板高度变化率,故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。柱腹板不设加劲肋，所以，。由于梁截面尺寸同柱，故计算同柱。 2、号（柱）单元截面验算 号节点端：号节点端： （1） 强度验算 号节点端有效宽度计算：柱下端弯矩为零， 因，=，故有效宽度系数，=N/A。号节点端截面强度满足要求。 号节点端： 因，则=，故号节点端截面全部有效。故号节点截面强度满足要求。(2) 稳定验算（3）号单元截面验算号节点端： 号节点端：A.强度验算号节点端： 因，则=，故可认为号节点端截面全部有效，截面仍采用全截面。故号节点截面强度满足要求。B.平面外验算（4）号单元截面验算号节点端： 号节点端：A.强度验算号节点端： 因，则=，故号节点端截面全部有效。 故号节点截面强度满足要求。B.平面外验算五、节点验算1、梁柱连接节点螺栓螺栓强度验算采用端板竖放连接，如下图：图8 梁柱节点示意 图.连接节点螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M27摩擦型高强度螺栓连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数：，每个高强螺栓的预拉力=290kN,连接处内力值：M=-584.9 kNM,V=-119.3kN, N=-91.8kN2、梁梁节点1设计： 梁梁节点1采用8.8级M20摩擦型高强度螺栓连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数：，每个高强螺栓的预拉力=125kN,连接处内力值：M=258kNM,V=4.4kN,N=78.9kN图9 梁梁节点1示意 图3、梁梁节点2设计：.连接节点螺栓强度验算梁梁节点2采用10.9级M24摩擦型高强度螺栓连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数：，每个高强螺栓的预拉力=225kN,连接处内力值：M=190.4kN.M,V=34.3kN,N=-82.8kN 图10 梁梁节点2示意图 4、柱脚设计： 图11 柱脚示意图连接处内力值：V=-163.5kN, N=-79.3kN1 .柱脚底板面积的确定基础采用C30混凝土，,螺栓采用4-8.8级M20，Q345。(2) 底板厚度验算底板厚度取25mm。三边支承板（3）抗剪连接件计算六、位移验算1.柱顶水平位移验算风荷载作用下：刚架柱顶等效水平力按下式计算： 柱底铰接，柱顶等效水平力：H=0.67W=0.6722.24=14.9KN其中W=(1+4).h=(0.87+1.91)8.0=22.24KN，因采用轻型钢板结果与3d3s计算结果