钢柱设计资料.doc

钢柱设计资料一、钢柱构造要求1、当实腹式柱的腹板计算高度ho与厚度tw之比大于80 时,应采用横向加劲肋加强,其间距不得大于3ho。横向加劲肋的尺寸和构造应按钢结构设计规范GB50017-2003第4.3.6条的有关规定采用。2、格构式柱或大型实腹式柱,在受有较大水平力处和运送单元的端部应设置横隔,横隔的间距不得大于柱截面长边尺寸的9倍和8m。二、柱脚构造要求1、插入式柱脚中,钢柱插入混凝土基础杯口的最小深度:实腹柱为1.5hc或1.5dc;双肢格构柱(单杯口或双杯口)为0.5hc和1.5bc(或dc)的较大值。但不宜小于吊装时钢柱长度的1/20。工字形截面的实腹柱一般不设底板,这样施工方便,箱形和管形截面柱以及格构柱,宜设置柱底板,可减少柱子的埋入长度。注:(1)、 hc为柱截面高度(长边尺寸);bc为柱截面宽度;dc为圆管柱的外径。 (2)、钢柱底端至基础杯口底的距离一般采用50mm,当有柱底板时,可采用200mm。2、预埋入混凝土构件的埋入式柱脚,其混凝土保护层厚度以及外包式柱脚外包混凝土的厚度均不应小于180mm。钢柱的埋入部分和外包部分均宜在柱的翼缘上设置圆柱头焊钉(栓钉),其直径不得小于16mm,水平及竖向中心距不得大于200mm。埋入式柱脚在埋入部分的顶部应设置水平加劲肋或隔板。3、柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹(保护层厚度不应小于50mm),并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时,柱脚底面应高出地面不小于100mm。*注:带*号者为规范强制性条文。4、柱脚底板当平面尺寸较大时,为便于施工底板下的二次浇灌层,应在底板上开设直径不小于100mm的孔洞,间隔500700mm,一般每平方米底板面积开一个孔。5、靴梁柱脚锚栓加劲肋的高度,一般不宜小于400mm,加劲肋厚度不宜小于10mm,其上端宜刨平顶紧于顶板(或加强角钢)上。6、“高层民用建筑钢结构技术规程”规定:外包式柱脚钢柱两侧,每侧厚度不得小于180mm的依据:因外包混凝土一般为C20,其保护层宜按基础无垫层考虑,取70mm(“建筑地基基础设计规范”及日本规定);设受拉主筋最小直径为20mm;主筋与栓钉的间距为2530mm;栓钉最小直径d为16mm(规格为16mm、19mm、22mm,常用后两种规格),长度为4d;即总厚度7020(2530)(416)179184mm。三、柱肩梁构造要求1、肩梁本身的惯性矩宜大于上柱的惯性矩,以便保证上柱的嵌固;肩梁线刚度与下柱单肢线刚度之比宜大于或等于25,以保证上下柱的整体工作。肩梁高跨比宜取0.350.50(当下段柱截面高度较大时取较小值,反之,取较大值)。2、为简化柱身构造,对于柱距a12m且吊车起重量Q20t的轻型厂房,以及柱距a=6m,吊车起重量Q30t的厂房,可直接在柱上设悬挑牛腿来支承吊车梁。对接于柱上的悬挑牛腿,其上下盖板与柱的连接应尽量采用焊透的V形对接焊缝,牛腿焊缝厚度一般不小于8mm。3、当吊车梁为突缘支座时,其下的肩梁腹板与上盖板的连接处应刨平顶紧,肩梁腹板可镶入开槽的吊车肢腹板中,槽口的宽度较肩梁腹板厚度大2mm。四、日本大力加强钢结构柱脚的抗震性能(1)、外露式柱脚:1、锚栓在基础中的锚固长度不得小于锚栓直径的20倍,锚栓端部应做成弯钩或连接锚板。2、柱脚底板厚度不得小于锚栓直径的1.3倍。3、底板与柱身的连接应采用全熔透焊缝。4、锚栓截面面积不得小于柱下端截面面积的20% 。5、锚栓孔径不大于锚栓杆直径加5mm。6、保证底板锚栓孔的边距(锚栓垫板与底板围焊后,底板锚栓孔的直径可按垫板的孔径计算锚栓孔的边距,本人注)。(2)、外包式柱脚:1、外包部分的高度不得小于钢柱宽度的2.5倍。2、外包部分的4根主筋顶部要设弯钩。3、混凝土保护层不应小于70mm。(3)、埋入式柱脚:1、埋深应为柱截面高度的2倍以上。2、混凝土保护层应大于钢柱宽度。3、柱外围应设置 9以上筘筋。注:摘自钢结构2003年第五期,蔡益燕日本大力加强钢结构柱脚的抗震性能。五、柱缀条的长细比1、按受压计算时,缀条的长细比不超过150,一般采用80。2、按受拉计算时的缀条长细比,当有重级工作制吊车时,不超过250;当有中级工作制吊车时,不超过350,一般采用200。.3、按构造确定缀条的长细比时一般不宜超过200。锚栓在柱脚底板上的支承垫板计算计算近似按圆形板计算底板锚栓孔考虑到锚栓埋置偏位扩孔的可能性,取2d,螺母长取1.5d.例:d=24mm, N=42.5kN(锚栓承载力设计值,具体设计时应取锚栓实际内力) 底板孔=2d=48mm, 螺母长1.5d=36mm, 当r/R=0.536 /0.548=0.75, x/R=0时,弯矩最大:Mr=M=0.28715qr2.q=42500/36=1180.56N/mm, Mr=M=0.287151180.5618 =109835.3Nmm.选-606016, Wn=1/6(60-24-1.5)16=1472mm3, =Mr/Wn=109835.3/1472=74.62N/mm2215N/mm2(ok).1、锚栓直径d=20mm时, 选-60x60x16,孔径21.5mm, = 44.97N/mm215N/mm2、锚栓直径d=22mm时, 选-60x60x16,孔径23.5mm, = 64.65N/mm215N/mm3、锚栓直径d=24mm时,选-60x60x16, 孔径25.5mm, = 74.62N/mm2215N/mm24、锚栓直径d=27mm时,选-80x80x16, 孔径28.5mm, =85.92N/mm2215N/mm25、锚栓直径d=30mm时,选-80x80x16, 孔径31.5mm, =103.58N/mm2215N/mm26、锚栓直径d=33mm时, 选-90x90x16, 孔径35 mm, =147.04N/mm2215N/mm27、锚栓直径d=36mm时, 选-90x90x16, 孔径38mm, =195.37N/mm2215N/mm28、锚栓直径d=39mm时,选-100x100x18, 孔径41mm, =180.1N/mm2205N/mm29、锚栓直径d=42mm时,选-100x100x20, 孔径44mm, =190.1N/mm2205N/mm210、锚栓直径d=45mm时,选-120x120x20,孔径47mm, =182.0N/mm2205N/mm211、锚栓直d=48mm时,选-120x120x22, 孔径50mm, =188.8N/mm2205N/mm212、锚栓直d=52mm时,选-140x140x22, 孔径54mm, =198.7N/mm2205N/mm213、锚栓直d=56mm时,选-140x140x26, 孔径58mm, =185.5N/mm2205N/mm214、锚栓直d=60mm时,选-150x150x28, 孔径62mm, =185.8N/mm210m,取小头do=300mm。若H=9m时,取do=270mm;H=8m时,取do=240mm。六、轻型门式刚架结构最优腹板高度1、等截面轻型门式刚架结构梁的最优腹板高度范围为L/30L/38(L为跨度,当L21m时,一般取后者); 变截面轻型门式刚架结构梁跨中的最优腹板高度范围为L/40L/50(当L30m时,取前者;L21m时,一般取前者) 变截面轻型门式刚架结构柱端最优腹板高度范围为L/35L/40(当L30m时,一般取前者)七、门式刚架变截面楔形梁腹板高厚比的限值及抗剪承载力腹板用钢量一般占刚架用钢量的15%左右。楔形腹板高厚比限值以及抗剪承载力的确定,是按等效矩形板理论计算的,当腹板高度变化不超过60mm/m时可利用腹板屈曲后强度,超过规定限值就只能按弹性工作设计,以腹板剪应力达到剪切屈曲应力为极限承载状态。在不能利用腹板屈曲后强度设计时,规程对楔形腹板受剪板幅的高厚比限值的要求过于保守。楔形腹板受剪时,小头截面应首先屈曲。规程取平均腹板高度计算时,即使所算得的平均应力未达到钢材剪切比例极限或剪切屈服强度,腹板小头截面也可能已经屈曲,与只按弹性设计的原则相悖。因此在不能利用腹板屈曲后强度设计时,建议如下:1、按规程换算高厚比的含义,令w=ho/t /37k 为受剪楔形腹板换算高厚比,式中:ho为楔形腹板小头截面的高度,弹性设计时必须满足w0.8。2、当w0.8时,腹板的抗剪承载力设计值V=hotf, f为钢材抗剪强度设计值。3、参考式(4)(10)计算系数进行设计时,要满足h/t250 ;而且腹板大头截高厚比不应大于300 。4、本建议要求w0.8,也显得有些保守,有经验的可考虑适当放大,但计算所得高厚比限值要满足第3条的规定。八、吊车梁截面经济尺寸吊车起重量t ho (mm) tw(mm) b1(mm) b2 ( mm) tf( mm) 5 400450 6 240300 200 81010 550650 8 300360 220 121420 700800 8 360420 240 1416九、变截面柱在刚架平面内的计算长度系数1、门式刚架轻型房屋钢结构设计规程6.1.3.2的(1)查表法及(2)、(3)一、二阶分析法(刚度法)均未考虑到斜梁内轴力大小对刚架柱稳定性的不利影响。2、对于有侧移铰接柱脚的门式刚架,规程查表法所得结果为刚架柱计算长度系数的下限,刚度法所求结果为刚架柱计算长度系数的上限。3、当梁-柱内最大轴力比值(Nmax/Nc)小于0.5时,屋面坡度在1:1之内,刚架柱的计算长度系数可按规程查表法求得,一般误差5%,可满足设计要求。4、当梁-柱内最大轴力比值0.5Nmax/Nc1.0时,屋面坡度在1:1之内,刚架柱的计算长度系数可按规程刚度法求得,一般误差6mm厚钢板的板宽为1.8m、2.0m、 2.2m。2、钢板火焰割缝补偿:a、60mm厚钢板:5mm/缝。3、钢板火焰切边单边余量:a、20mm厚钢板:单边510mm。4、剪板机切边,板厚8mm,单边1015mm。5、板厚8mm的钢板可以采用火焰切割或剪板机剪切下料。二、支撑系杆长细比及抗压承载力设计值 抗压承载力设计值(kN) 支撑系杆计算长度( mm) 规格 截面分类 6000 7000 7500 8000 8500 9000 a - - - 114x3.0 b 67.2 51.4 45.4 长细比 152.67 178.12 190.84 127x3.0 b 90.1 69.7 61.8 55.1 49.6 长细比 136.67 159.45 170.84 182.23 193.62 127x3.25 b 96.9 74.9 66.5 59.2 53.5 长细比 137.09 159.94 171.36 182.80 194.21 127x3.5 b 80.2 71.2 63.5 56.9 长细比 160.25 171.70 183.15 194.59 133x3.0 b 79.2 70.3 62.9 56.3 50.8 长细比 152.26 163.14 174.01 184.90 195.76 133x3.5 b 91.5 81.2 72.5 65.2 58.7 长细比 152.83 163.75 174.66 185.58 196.50 a 113.2 100.0 88.6 79.4 71.1 133x4.0 b 103.3 91.8 81.9 73.5 67.9 长细比 153.51 164.47 175.44 186.40 197.36 140x3.0 b 90.9 80.7 72.7 65.2 58.8 长细比 144.48 154.80 165.12 175.44 185.77 140x3.5 b 105.2 93.2 83.8 75.5 68.0 长细比 145.0 155.35 165.71 176.07 186.43 140x4.0 b 119.0 105.8 94.4 85.2 77.1 长细比 145.53 155.92 166.32 176.72 187.11 165x3.0 b 125.7 113.2 102.7 93.5 长细比 130.92 139.65 148.38 157.11 165x4.0 b 122.6 长细比 158.06 219x3.0 b 197.4 长细比 117.84注:轻钢结构中,支撑细杆长细比宜取180;普钢结构中,吊车梁以下的支撑细杆长细比应取150,吊车梁以上应取200。上表中截面分类a系指轧制无缝钢管;截面分类b系指焊接钢管,系常用。三、常用角钢,槽钢,圆钢,焊接钢管:1、等边角钢: L25x3 L25x4 L30x3 L30x4 L40x3 L40x4 L40x5 L45x3 L45x4 L45x5 L45x6 L50x4 L50x5 L50x6 L56x5 L56x6 L60x5 L60x6 L63x5 L63x6 L70x6 L70x7 L75x6 L75x7 L80x7 L80x8 L80x10 L90x8 L90x9 L90x10 L100x8 L100x10 L100x12 L125x10 L125x12 L140x12 L140x14 L160x12 L160x14 L160x16 L180x14 L180x16 L180x18 L200x16 L200x18 L200x202、不等边角钢:L45x30x4(可能应为L45x28x4) L50x32x4 L56x36x5 L75x50x5 L75x50x6 L75x50x8 L90x56x6 L90x56x8 L100x63x6 L100x63x8 L100x63x10 L100x80 x8 L100x80x10 L110x70x8 L110x70x10 L125x80x8 L125x80x10L125x80x12 L140x90x8 L140x90x10 L140x90x12 L160x100x10 L160x100x12L160x100x14 L180x110x12 L200x125x12 L200x125x143、槽钢:5 50x37x4.5 6.3 63x40x4.8 8 80x43x5.0 12.6 126x53x5.5 14a 140x58x6.0 14b 140x60x8.0 16a 160x63x6.5 16 160x65x8.518a 180x69x7.0 18 180x70x9.0 20a 200x73x7.0 20 200x75x9.022a 220x77x7.0 22 220x79x9.0 24a 240x78x7.0 24 240x80x9.025a 250x78x7.0 25 250x80x9.0 28a 280x82x7.5 28b 280x84x9.530a 300x85x7.5 30b 300x87x9.5 32a 320x88x8.0 32b 320x90x1036a 360x96x9.0 36b 360x98x11 40a 400x100x10.5 40b 400x102x12.54、圆钢:6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 35 36 40 42 45 50 55 65 70 75 80 85 90 95 1005、焊接钢管:21.3x1.