轻型门式钢架设计..

建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院1 Huazhong University of Science and Technology 建筑钢结构课程设计 轻型门式钢架设计 班级 土木工程 1202 班 姓名 学号 U2012154 指导老师 聂肃非 2015 年 11 月 11 日 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院2 目目 录录 一 设计资料 3 二 荷载计算 4 三 内力分析 5 四 内力组合 15 五 钢架设计 18 1 截面设计 18 2 构件验算 18 3 节点验算 23 六 其它构件设计 27 1 隅撑的设计 27 2 檩条的设计 28 3 墙梁设计 31 1 山墙抗风柱设计 32 2 屋面支撑设计 35 3 雨篷设计 36 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院3 1 设计资料 设计资料 某市某加工厂一厂房 该厂房为单层 采用单跨双坡门式刚架 刚架跨度 24m 柱高 6m 共有 20 榀刚架 柱距 6 6m 屋面坡度 1 10 地震设防列度为 6 度 地面粗糙度为 B 类 刚架平面布 置见图 1 a 刚架形式及几何尺寸见图 1 b 考虑经济 制造和安装方便 檩条和墙梁均采用冷 弯薄壁卷边 C 型钢 间距为 1 5m 钢材采用 Q235 钢 焊条采用 E43 型 图 刚架平面布置 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院4 2 荷载计算 荷载计算 1 荷载取值计算荷载取值计算 1 有吊顶时屋盖永久荷载标准值 0 45 KN m2 2 屋面可变荷载标准值 屋面活荷载 按不上人屋面考虑 取为 0 30 KN m2 计算刚架时 0 50 KN m2 计算檩条时 雪荷载 基本雪压 S0 0 50 KN m2 对于单跨双坡屋面 屋面坡角 5 42 36 r 1 0 雪荷载标准值 rS0 0 50KN m2 k S 取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0 50 KN m2 不考虑积灰荷载 3 风荷载标准值 按 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102 2002 附录 A 的规定计算 基本风压 0 1 05 0 35 0 37KN m2 地面粗糙度类别为 B 类 风荷载高度变化系数按 建筑 结构荷载规范 GB50009 2001 的规定采用 当高度小于 10m 时 按 10m 高度处的数值采用 z 1 0 风荷载体型系数 s 迎风面柱及屋面分别为 0 25 和 1 0 背风面柱及屋面分别为 0 55 和 0 65 CECS102 2002 中间区 4 地震作用 据 全国民用建筑工程设计技术措施 结构 中第 18 8 1 条建议 单层门式刚架轻型房屋钢结 构一般在抗震设防烈度小于等于 7 度的地区可不进行抗震计算 本工程结构设计抗震设防烈度 为 7 度 故可不考虑地震作用 二 各部分作用的荷载标准值计算 二 各部分作用的荷载标准值计算 屋面 恒荷载标准值 0 45 6 2 70KN m 活荷载标准值 0 50 6 3 00KN m 柱荷载 恒荷载标准值 0 5 6 12 2 70 12 68 40KN 活荷载标准值 3 00 12 36 00KN 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院5 风荷载标准值 迎风面 柱上 qw1 0 37 6 0 25 0 555KN m 横梁上 qw2 0 37 6 1 0 2 22KN m 背风面 柱上 qw3 0 37 6 0 55 1 22KN m 横梁上 qw4 0 37 6 0 65 1 44KN m 3 内力分析 内力分析 考虑本工程刚架跨度较小 厂房高度较低 荷载情况及刚架加工制造方便 刚架采用等截 面 梁柱选用相同截面 柱脚按铰接支承设计 采用弹性分析方法确定刚架内力 引用 钢结 构设计与计算 包头钢铁设计研究院编著 机械工业出版社 中表 2 29 铰接柱脚门式刚架 计算公式 计算刚架内力 1 在恒荷载作用下 在恒荷载作用下 l h 24 9 2 67 f h 1 0 9 0 11 k h s 9 12 0416 0 7474 3 k 3 3 0 7474 0 11 3 0 11 4 0895 85850 11 0 5227 444 0895 HA HE ql 8 2 7 24 2 67 0 5227 8 11 30KN MC ql2 1 1 8 2 7 242 1 1 0 11 0 5227 8 81 61KN m MB MD ql2 8 2 7 242 0 5227 8 101 61KN m 刚架在恒荷载作用下的内力如图 内力计算的 号规定 弯矩图以刚架外侧受拉为正 在弯矩图中画在受拉侧 轴力以杆 件受压为正 剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院6 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院7 6000 图 4 刚架在恒荷载作用下的 V 图 24000 A E 31 35KN 11 30KN B 0 94KN C D 11 30KN 31 35KN 0 94KN 11 30KN11 30KN 2 在活荷载作用下 在活荷载作用下 VA VE 36 00KN HA HE 3 00 24 2 67 0 5227 8 12 56KN MC 3 00 242 1 1 0 11 0 5227 8 90 68KN m MB MD 3 00 242 0 5227 8 112 90KN m 刚架在活荷载作用下的内力如图 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院8 3 在风荷载作用下 在风荷载作用下 对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力 qx和竖向的分力 qy 现分别计算 然后再叠 加 1 在迎风面横梁上风荷载竖向分力 qw2y作用下 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院9 11 85 850 11 0 1307 16164 0895 22 2 2212 6 66 2224 E qa VKN l VA 2 22 12 6 66 19 98KN HA HE ql 4 2 22 24 2 67 0 1307 4 4 65KN MB MD 4 65 9 41 85KN m MC ql2 2 1 4 2 22 242 0 52 1 15 0 1307 4 31 87KN m 刚架在 qw2y作用下的内力如图 2 在背风面横梁上风荷载竖向分力 qw4y作用下 22 1 4412 4 32 2224 E qa VKN l VA 1 44 12 4 32 12 96KN HA HE ql 4 1 44 24 2 67 0 1307 4 3 02KN MB MD 3 02 9 27 18KN m MC ql2 2 1 4 1 44 242 0 52 1 11 0 1307 4 21 76KN m 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院10 刚架在 qw4y作用下的内力如图 3 在迎风面柱上风荷载 qw1作用下 1 2 2 1 6 2 4 1 6 20 110 7474 0 74741 1 00 44 0895 KK VA VE qh12 2L 0 555 92 2 24 0 94KN 0 555911 2 21 00 3 75 2222 A qh HKN HE 0 555 9 3 75 1 25KN 2222 0 55591 2 21 00 11 24 44 B qh MKNm MD 1 25 9 11 25KN m 2222 0 55591 1 1 1 10 11 1 00 1 24 44 C qh MKNm 刚架在 qw1作用下的内力如图 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院11 4 在背风面柱上风荷载 qw3作用下 VA VE qh12 2L 1 22 92 2 24 2 31KN 1 22911 2 21 00 8 24 2222 E qh HKN HA 1 22 9 8 24 2 74KN MD 8 24 9 1 22 92 2 24 75KN m MB 2 74 9 24 66KN m 刚 2222 1 2291 1 1 1 10 11 1 00 2 72 44 C qh MKNm 架在 qw3作用下的内力如图 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院12 5 在迎风面横梁上风荷载水平分力 qw2x作用下 1 0 0 11 42 6710 11 0 0144 84 0895 2 221 0 2 91 0 0 88 224 AE VVKN HA 2 22 1 0 1 0 0144 2 1 13KN HE 2 22 1 0 1 13 1 09KN 2 221 09 0 11 0 51 150 0144 0 38 2 C MKNm MB 1 13 9 10 17KN m MD 1 09 9 9 81KN m 刚架在 qw2x作用下的内力如图 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院13 6 在背风面横梁上风荷载水平分力 qw4x作用下 1 441 0 2 91 0 0 57 224 AE VVKN HA 1 44 1 0 1 0 0144 2 0 73KN HE 1 44 1 0 0 73 0 71KN 1 441 09 0 11 0 51 150 0144 0 25 2 C MKNm MB 0 73 9 6 57KN m MD 0 71 9 6 39KN m 刚架在 qw4x作用下的内力如图 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院14 7 用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院15 4 内力组合 内力组合 刚架结构构件按承载能力极限状态设计 根据 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 的规定 采用荷载效应的基本组合 0S R 本工程结构构件安全等级为二级 0 1 0 对于基本组合 荷载效应组合的设计值 S 从下列组合值中取最不利值确定 A 1 2 恒荷载标准值计算的荷载效应 1 4 活荷载标准值计算的荷载效应 B 1 0 恒荷载标准值计算的荷载效应 1 4 风荷载标准值计算的荷载效应 C 1 2 恒荷载标准值计算的荷载效应 1 4 活荷载标准值计算的荷载效应 0 6 1 4 风荷载标准 值计算的荷载效应 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院16 D 1 2 恒荷载标准值计算的荷载效应 1 4 风荷载标准值计算的荷载效应 0 7 1 4 活荷载标准 值计算的荷载效应 E 1 35 恒荷载标准值计算的荷载效应 0 7 1 4 活荷载标准值计算的荷载效应 本工程不进行抗震验算 最不利内力组合的计算控制截面取柱底 柱顶 梁端及梁跨中截面 对于刚架梁 截面可能的最不利内力组合有 梁端截面 1 Mmax及相应的 N V 2 Mmin及相应的 N V 梁跨中截面 1 Mmax及相应的 N V 2 Mmin及相应的 N V 对于刚架柱 截面可能的最不利内力组合有 1 Mmax及相应的 N V 2 Mmin及相应的 N V 3 Nmax及相应的 Mmax V 4 Nmin及相应的 Mmax V 内力组合见表 1 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院17 刚架内力组合表 以左半跨为例 表刚架内力组合表 以左半跨为例 表 1 注 内力计算的 号规定 弯矩图以刚架外侧受拉为正 轴力以杆件受压为正 剪力以 绕杆端顺时针方向旋转为正 截面内力组组合项目 荷载组 合方式 荷载组合项目 M KN m N KN V KN Mmax及相应的 N VA1 2 恒 1 4 活240 0089 28 31 14 Mmin及相应的 N VB1 0 恒 1 4 风 40 25 17 831 72 Nmax及相应的 Mmax VA1 2 恒 1 4 活240 0089 28 31 14 柱顶 B 点 Nmin及相应的 Mmax VB1 0 恒 1 4 风 40 25 17 831 72 Mmax及相应的 N V Mmin及相应的 N V Nmax及相应的 Mmax VA1 2 恒 1 4 活0121 68 31 14 刚 架 柱 柱底 A 点 Nmin及相应的 Mmax VB1 0 恒 1 4 风09 178 71 Mmax及相应的 N VA1 2 恒 1 4 活240 0038 4591 20 支座 B 点 Mmini及相应的 N VB1 0 恒 1 4 风 40 25 3 19 17 62 Mmax及相应的 N VB1 0 恒 1 4 风 7 05 5 88 12 36 刚 架 梁 跨中 C 点 Mmin及相应的 N VA1 2 恒 1 4 活 230 8831 04 2 58 注 内力计算的 号规定 弯矩图以刚架外侧受拉为正 轴力以杆件受压为正 剪力以 绕杆端顺时针方向旋转为正 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院18 5 刚架设计 刚架设计 一 截面设计一 截面设计 参考类似工程及相关资料 梁柱截面均选用焊接工字钢 450 200 10 12 截面特性 B 200mm H 450mm tw 10 0mm tf 12 0mm A 82 1cm2 Ix 28181cm4 Wx 1252cm3 ix 18 53cm Iy 1602cm4 Wx 160 2cm3 ix 4 42cm 二 构件验算 二 构件验算 1 构件宽厚比的验算 构件宽厚比的验算 翼缘部分 15235 f15896 12b t y 腹板部分 250235 f50225 3 56 824 th yw0 2 刚架梁的验算 刚架梁的验算 1 抗剪验算 梁截面的最大剪力为 Vmax 91 20KN 考虑仅有支座加劲肋 8 0562 0 235 34 5 41 0 y w s f th fv 125N mm2 Vu hwtwfv 426 8 125 426000N 426 0KN Vmax 77 60KN Vu 满足要求 2 弯 剪 压共同作用下的验算 取梁端截面进行验算 N 38 45KN V 91 20KN M 240 00KN m 因 V 0 5Vu 取 V 0 5Vu 按规范 GB70017 式 4 4 1 1 验算 22 2 2 1 1 A N fhA h h AM fff 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院19 2 21938450 2001220012219 215 2198210 221 08KN m M 280 00KN m 取 M 280 00KN m f 故 满足要求 2 1 1 0 5 f ueuf MMV VMM 3 整体稳定验算 N 38 45KN V 91 20KN M 240 00KN m A 梁平面内的整体稳定性验算 计算长度取横梁长度 lx 24090mm x lx ix 24090 185 3 130 150 b 类截面 查表得 x 0 387 mx 1 0 223 0 022 206108210 897 9 1 11 1130 e EX EA NKN 6 3 0 1 0 384501 0240 0010 38 450 3878210 1 125210 10 387 1592 m xx xe ex EX MN NA W N 205 6N mm2 f 215 N mm2 满足要求 B 横梁平面外的整体稳定验算 考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接 有蒙皮作用 檩条可作为横梁平面外的支承点 但为安全 起见 计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑 即 ly 3015mm 对于等截面构件 0 s w 1 y sl iy0 3015 44 2 68 2 b 类截面 查表得 y 0 762 6 0133 1 4264 4 12 2 68 101252 4268210 2 68 4320 2 32 by 取 b 1 07 0 282 by 0 821 2 EX0EX0 NN 1 0 0 75 0 976 NN t 36 2 4 m ax m i n 186 0838 4510240 0010213 4 68181 40 82102818110176 72 Nm m 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院20 m axm i n 0 m ax 1 95 故 满足要求 0 0 235 53 25 480 526 2 132 4 wy h tf 梁跨中截面 36 m ax2 m i n4 178 2931 0410230 8810213 3 78174 51 82102818110174 51 Nm m m axm i n 0 m ax 1 98 故 满足要求 0 0 235 53 25 480 526 2 133 8 wy h tf 5 验算檩条集中荷载下的局部受压承载力 檩条传给横梁上翼缘的集中荷载 F 1 2 0 27 6 1 4 3 00 3 18 43KN Lz a 5hy 2hR 70 5 12 0 130mm 22 3 215 72 17 1308 1043 180 1 mmNfmmN lt F zw c 验算腹板上边缘处的折算应力 取梁端截面处的内力 N 38 45KN V 91 20KN M 240 00KN m 6 2 14 240 0010 213181 40 2818110 n M yNm m I c 17 72N mm2 3 2 4 91 201020012419 40 68 28181108 w VS Nm m I t 222 222 3 181 4038 45 17 7217 72 181 4038 45 340 68 cc 168 07N mm2 1 2f 258 N mm2 满足要求 3 刚架柱的验算 刚架柱的验算 抗剪验算 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院21 柱截面的最大剪力为 Vmax 31 14KN 考虑仅有支座加劲肋 8 0562 0 235 34 5 41 0 y w s f th fv 125N mm2 Vu hwtwfv 426 8 125 426000N 426 0KN Vmax 31 14KN Vu 满足要求 2 弯 剪 压共同作用下的验算 取梁端截面进行验算 N 89 28KN V 31 14KN M 240 00KN N 因 V 0 5Vu 取 V 0 5Vu 按规范 GB70017 式 4 4 1 1 验算 22 2 2 1 1 A N fhA h h AM fff 2 21989280 2001220012219 215 2198210 214 58KN m M 240 00KN m 取 M 240 00KN m 故 满足要求 2 1 1 0 5 f ueuf MMV VMM 3 整体稳定验算 构件的最大内力 N 121 68KN M 240 00KN m A 刚架柱平面内的整体稳定性验算 刚架柱高 H 9000mm 梁长 L 24090mm 柱的线刚度 K1 Ic1 h 28181 104 9000 31312 2mm3 梁线刚度 K2 Ib0 2 S 28181 104 2 12045 11698 2mm3 K2 K1 0 374 查表得柱的计算长度系数 2 862 刚架柱的计算长度 lx h 25758mm x lx ix 25758 185 3 139 00 0 150 b 类截面 查表得 x 0 349 mx 1 0 223 0 022 206108210 785 4 1 11 1139 0 e EX EA NKN 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院22 36 3 0 1 0 121 68101 0240 0010 121 680 3498210 1 152510 10 349 785 4 m xx xe ex EX MN NA W N 208 84N mm2 f 215 N mm2 满足要求 B 刚架柱平面外的整体稳定验算 考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接 起到应力蒙皮作用 与柱连接的墙梁可作为柱平面外 的支承点 但为安全起见 计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑 即 ly 3000mm 对于等截面构件 0 s w 1 y sl iy0 3000 44 2 67 9 b 类截面 查表得 y 0 764 2 23 4320821042667 912 1 1380 6 4 442667 9152510 by 取 b 1 07 0 282 by 0 822 2 EX0EX0 NN 1 0 0 75 0 863 NN t 36 22 3 01 121 68100 863240 0010 184 63 215 0 76482100 822152510 t yeebr MN Nm mfNm m AW 4 按 钢结构设计规范 GB50017 2003 校核刚架柱腹板容许高厚比 柱顶截面 36 m ax2 m i n4 192 2789 2810240 0010213 10 87181 40 82102818110170 53 Nm m m axm i n 0 m ax 1 89 故 满足要求 0 0 235 53 25 480 526 2 98 32 wy h tf 柱底截面 0 0 故 满足要求 5 72 235 255 016 25 53 0 0 yw ft h 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院23 4 验算刚架在风荷载作用下的侧移 验算刚架在风荷载作用下的侧移 Ic Ib 28181cm4 t Ic l hIb 24000 9000 2 67 刚架柱顶等效水平力按下式计算 H 0 67W 0 67 20 34 13 63KN 其中 W 1 4 h 0 71 1 55 9 0 20 34KN 333 34 13 63109000 2 22 67 56 6 15060 1212206102818110 t c H h m mhm m EI 三 节点验算 三 节点验算 1 梁柱连接节点 梁柱连接节点 1 螺栓强度验算 梁柱节点采用 10 9 级 M24 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 225N 连接处传递内力设计值 N 38 45KN V 91 20KN M 240 00KN m 每个螺栓的拉力 1 1222 240 000 26538 45 161 120 8225180 84 0 2650 16 i M yN NKNKN ny 2 2222 240 00 1638 45 95 380 8225180 84 0 2650 16 i M yN NKNKN ny 螺栓群的抗剪力 满足要求 0 90 910 452258729 0091 20 b Vf NnpKNVKN 最外排一个螺栓的抗剪 抗拉力 满足要求 91 20 8161 12 1 01 729 0 8180 Vt bb Vt NN NN 2 端板厚度验算 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院24 端板厚度取为 t 21mm 按二边支承类端板计算 3 664046161 1210 23 2 2 46200240 4046 205 fwt wffw e e N tm m e be eef 3 梁柱节点域的剪应力验算 满足要求 6 22 240 0010 122 25 125 42642610 v bc c M Nm mfNm m d dt 4 螺栓处腹板强度验算 Nt2 95 38KN 0 4P 0 4 225 100KN 满足要求 3 22 0 40 422510 195 65 215 4610 w w P Nm mfNm m et 2 横梁跨中节点 横梁跨中节点 横梁跨中节点采用 10 9 级 M24 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 225KN 连接处传递内力设计值 N 31 04KN V 2 58KN M 230 88KN m 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院25 每个螺栓的拉力 1 1222 230 880 26531 04 155 740 8225180 84 0 2650 16 i M yN NKNKN ny 2 2222 230 880 1631 04 92 490 8225280 84 0 2650 16 i M yN NKNKN ny 螺栓群的抗剪力 满足要求 0 90 910 452258729 02 58 b Vf NnpKNVKN 最外排一个螺栓的抗剪 抗拉力 满足要求 2 58 8155 74 0 871 729 0 8180 Vt bb Vt NN NN 2 端板厚度验算 端板厚度取为 t 23mm 按二边支承类端板计算 3 664046155 7410 22 83 2 46200240 4046 205 fwt wffw e e N tm m e be eef 3 螺栓处腹板强度验算 Nt2 92 49KN 0 4P 0 4 225 100KN 满足要求 3 22 0 40 422510 195 65 215 4610 w w P Nm mfNm m et 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院26 3 柱脚设计柱脚设计 刚架柱与基础铰接 采用平板式铰接柱脚 1 柱脚内力设计值 Nmax 121 68KN 图20 刚架柱脚节点 H450 x200 x10 x12 相应的 V 31 14KN Nmin 9 17KN 相应的 V 8 71KN 2 由于柱底剪力较小 max 31 14KN0 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 2 12 2 20 50 264 324mm 取 b 300mm h h0 2t 2c 450 2 12 2 20 50 514 574mm 取 h 550mm 底板布置如图 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院27 验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值 基础采用 C20 混凝土 fc 9 6N mm2 满足要求 22 3 6 9 62 0 550300 1082 102 mmNfmmN bh N cc B 底板厚度的确定 根据柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分别计算底板所承受的最大弯距 对于三边支承板部分 b2 b1 96 426 0 225 0 3 按悬伸长度为 b2的悬壁板计算 mNaM 660814662 0 2 1 2 1 22 4 对于悬壁板部分 mNaM 7755062 0 2 1 2 1 22 4 底板厚度 取 t 20mm mmfMt 6 13215 66086 6 max 6 其它构件设计 其它构件设计 一 隅撑的设计 一 隅撑的设计 隅撑按轴心受压构件设计 轴心力 N 按下式计算 KNN f Af N y 16 121009 12 68 44cos60 21512200 235cos60 3 连接螺栓采用普通 C 级螺栓 M12 隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离 l0 633mm 选用 L50 4 截面特性 图21 刚架梁跨隅撑布置 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院28 A 3 90cm2 Iu 14 69cm4 Wu 4 16cm3 iu 1 94cm iv 0 99cm u l0 iu 633 19 4 32 6 1 k 7 8 6 29 9 78 2 21 743 B 上翼缘板 上翼缘板为最大压力作用于部分加劲板件的支承边 min max 148 18 172 48 0 859 1 kc 5 89 11 59 6 68 2 0 863 3 受压板件的有效宽度 A 腹板 k 21 743 kc 0 863 b 180mm c 70mm t 2 2mm 1 172 48N mm2 1 1952 1 863 0 743 21 180 70 c k k b c 板组约束系数 k1 0 11 0 93 0 05 2 0 367 080 3 48 172 743 21367 0 205 205 11 kk 由于 min max 0 取 1 5 bc b 1 180 1 0 915 93 99mm b t 180 2 2 81 82 18 18 1 15 3 080 63 76 38 38 1 15 3 080 134 60 所以 18 b t0 则 1 15 0 15 1 15 0 15 0 859 1 021 bc b 70mm b t 70 2 2 31 82 18 18 1 021 1 197 22 00 38 38 1 021 1 197 46 44 所以 18 b t 38 则截面有效宽度 mmb tb b ce 05 5770 1 0 82 31 197 1 021 1 8 21 1 0 8 21 be1 0 4be 0 4 57 05 22 82mm be2 0 6be 0 6 57 05 34 23mm C 下翼缘板 下翼缘板全截面受拉 全部有效 4 有效净截面模量 上翼缘板的扣除面积宽度为 70 57 05 12 95mm 腹板的扣除面积宽度为 93 99 81 62 12 37mm 同时在腹板的计算截面有一 13 拉条连接孔 距上翼缘板边缘 35mm 孔位置与扣除面积位置基本相同 所以腹板的扣除面积按 13 计算 见图 有效净截面模量为 34 224 10813 3 90 3590 2 213902 295 121090 374 mmWenx 1 21 2 2 2 1 21 2 213 1 2182 222 95 12 2 295 121097 48 224 max eny W 34 10257 2 mm 1 2170 2 2 2 1 21 2 213 1 2182 222 95 12 2 295 121097 48 224 max eny W 34 10974 0 mm 22 82 12 95 34 23 35 13 图22 檩条上翼缘及腹板 的有效净截面 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院31 Wenx Wx 0 915 Wenymax Wymax 0 973 Wenymin Wymin 0 972 4 强度计算 强度计算 按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑 22 4 6 4 6 max 1 205 97 187 10257 2 1017 0 10813 3 1088 6 mmNfmmN We M W M ny y enx x 22 4 6 4 6 min 2 205 99 162 10974 0 1017 0 10813 3 1088 6 mmNfmmN We M W M ny y enx x 5 挠度计算 挠度计算 满足要求 mmlmm y 30200 11 25 10 9 37410206 6000 38 425cos155 1 384 5 43 4 6 构造要求 构造要求 x 600 7 06 85 0 200 满足要求 y 300 2 55 117 6 200 满足要求 三 墙梁设计 三 墙梁设计 1 基本资料 基本资料 本工程为单层厂房 刚架柱距为 6m 外墙高 7 35m 标高 1 200m 以上采用彩色压型钢板 墙梁 间距 1 5m 跨中设一道拉条 钢材为 Q235 2 荷载计算 荷载计算 1 墙梁采用冷弯薄壁卷边 C 型钢 160 60 20 2 5 自重 g 7kg m 2 墙重 0 22KN m2 3 风荷载 基本风压 0 1 05 0 45 0 473KN m2 风荷载标准值按 CECS102 2002 中的围护结构计算 k s z 0 s 1 1 1 0 本工程外墙为落地墙 计算墙梁时不计墙重 另因墙梁先安装故不计拉条作用 qx 1 2 0 07 0 084KN m qy 1 1 0 473 1 5 1 4 1 093KN m 3 内力计算 内力计算 Mx 0 084 62 8 0 378KN m My 1 093 62 8 4 919KN m 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院32 4 强度计算 强度计算 墙梁 C160 60 20 2 5 平放 开口朝上 Wxmax 19 47cm3 Wmin 8 66cm3 Wy 36 02cm3 Iy 288 13cm4 参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验 取 Wenx 0 9 Wx Weny 0 9 Wy 22 3 6 3 6 205 2 200 1002 369 0 10919 4 1066 8 9 0 10378 0 mmNfmmN W M W M eny y enx x 在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧 并在柱底设斜拉条 此时压型钢板与墙梁外侧牢固相连 可不验算墙梁的整体稳定性 5 挠度计算 挠度计算 满足要求 mmlmm30200 3 22 1013 28810206 60005 1473 0 1 1 384 5 43 4 四 山墙抗风柱设计 四 山墙抗风柱设计 1 基本资料基本资料 本工程山墙墙板为自承重墙 抗风柱 6274mm 间距采用 6m 承受的荷载有自重 墙梁重量及 山墙风荷载 抗风柱与基础铰接 按压弯构件设计 抗风柱视为支承于刚架横梁和基础的简支 构件 该地区基本风压 0 0 45KN m2 地面粗糙度类别为 B 类 隅撑间距 3 0m 抗风柱采用 Q235 钢 2 荷载计算荷载计算 1 抗风柱选用焊接工字钢 300 200 6 10 自重 g1 44 6kg m 2 墙梁及其支撑构件重量取 g2 7kg m 3 风荷载 按 CECS102 2002 中的围护结构计算 k s z 0 s 1 0 1 0 0 1 05 0 45 0 473KN m2 qz 1 2 0 07 6 3 44 6 6 274 10 2 4 87KN qy 1 4 1 0 1 0 0 473 6 3 97KN m 墙梁自重对抗风柱的偏心力矩为 1 2 0 07 6 3 0 23 0 35KN m 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院33 3 内力计算内力计算 N 4 87KN M 1 8 3 97 6 2742 0 35 19 88KN m 4 验算构件的局部稳定性验算构件的局部稳定性 翼缘宽厚比 b t 96 10 9 6 y f 23513 2 3 63 max min 49 30 21 32 10 1 634 1088 19 56800 1087 4 mmN W M A N x x 因 1 6 0 2 0 947 1 max minmax 0 l0 6274mm x l0 ix 48 5 150 故 满足要求 7 46 6 280 5 91 235 2 265 048 0 0 wy t h f 5 强度验算强度验算 截面特性 A 56 8cm2 Ix 9511cm4 Wx 634 1cm3 ix 12 94cm Iy 1334cm4 Wy 133 4cm3 iy 4 85cm 22 3 63 215 7 30 10 1 63405 1 1088 19 56800 1087 4 mmNfmmN W M A N nxx x n 6 验算弯矩作用平面内的稳定性验算弯矩作用平面内的稳定性 48 5 b 类截面 查表得 x 0 863 mx 1 0KN EA NEX 1 4463 5 481 1 568010206 1 1 2 32 2 2 1 4463 87 4 8 01 10 1 63405 1 1088 190 1 56800863 0 1087 4 8 01 3 63 1 EX xx xmx x N N W M A N 30 85N mm2 f 215 N mm2 满足要求 7 验算弯矩作用平面外的稳定性验算弯矩作用平面外的稳定性 考虑隅撑为抗风柱平面外的侧向支撑点 l0y 3000mm y l0y iy 3000 48 5 61 9 150 b 类截面 查表得 y 0 797 建筑钢结构设计 大作业 华中科技大学土木工程与力学学院34 1 0 tx 1 0983 0 23544000 07 1 2 yy b f 3 63 1 10 1 634983 0 1088 190 10 1 56800797 0 1087 4 xb xtx y W M A N 32 97N mm2 f 215 N mm2 满足要求 8 挠度验算挠度验算 抗风柱在水平风荷载作用下 可视为单跨简支梁按下式计算其水平挠度 mmlmm EI l x k 7 15400 1 4 10951110206 627497 3 384 5 384 5 43 44 9 柱脚设计柱脚设计 因抗风柱承受的竖向荷载很