钢结构课程设计门式钢架（完整版）

1、 1.设计资料某车间跨度 9m，长度 90m,柱高 4.5m，柱距 6m，采用单跨双破门式钢架，檩条间距1.5m，屋面坡度i 1/10，当地雪荷载 0.25kN/，基本风压 0.4 KN/，地面粗糙度： B类，风载体型系数如下图钢材采用 Q235钢，焊条 E43型。屋面材料：夹芯板墙面材料：夹芯板檩条墙梁：薄壁卷边 C型钢本课程设计不考虑地震作用2屋面构件1.夹芯板夹芯板型号采用 JXB42-333-1000，芯板面板厚为 0.50，板厚为 80。2.檩条檩条采用冷弯薄壁卷边槽钢18070203.0，跨中设拉条一道。3荷载和内力计算31荷载1.永久荷载标准值屋面夹芯板檩条0.25 kN/0.0

2、5 kN/0.15 kN/悬挂构件0.50 kN/2.可变荷载标准值由于钢架的受荷水平投影面积为96=54 60，故取屋面活荷载标准值为0.5kN/.0.5kN/，雪荷载为 0.25kN/，取屋面活荷载与雪荷载中较大值3.风荷载标准值基本风压 0.4 kN/，地面粗糙度为 B类， =1.0,风荷载形体系数 迎风面柱及屋面分别为 +0.25zs和-1.0；背风面柱及屋面分别为 -0.55和-0.65。3.2荷载计算值1.屋面风荷载迎风面：背风面：23=1.4 -0.1 1.00.4 6=-3.36 kN/=1.4 -0.65 1.00.46=-2.18 kN/2.墙面风荷载背风面： =1.40.

3、25 1.00.46=0.84 kN/1背风面：4=1.4 -0.55 1.00.46=-1.85 kN/14.5=2.45 kN/3.屋面恒荷载 g =1.20.451cos 4.柱身恒荷载 g =1.2 0.456=3.24 kN/25.屋面活荷载 q=1.40.54.5=3.15 kN/4.屋面支撑1.屋面支撑布置檩条间距 1.5m，水平支撑截距 3m。2.屋面荷载及内力屋面支撑斜杆采用张紧的圆钢。节点荷载标准值F =0.41.0 1.03.0 4.50.30.45 23.15kNwk节点荷载设计值 F =3.15 1.4=4.41kNw斜杆拉力设计值 N=4.41cos26.6=4.9

4、3kN3.斜杆斜杆选用 12的圆钢，截面面积 A=113.0N 4932强度校核：43.6N / 2fA1135.柱间支撑柱间支撑直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力余量，可不再验算。1柱间支撑布置2.柱间支撑荷载及内力作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取5.25m）取=0.8+0.5=1.3s =1.31.00.4 9 5.25 =16.38kN12按一半山墙面作用风荷载的1/3考虑节点荷载标准值为：1 116.38 2.73kN3 2Fwk= 节点荷载设计值 F =2.731.4=3.82kNw斜杆反力设计值 N=3.82/cos37=4.78kN3.斜杆校核斜杆选用 12的圆钢，

5、截面面积 A=113.0N 4780N43.3 / 2 f强度校核：A1136.杆件内力计算各种荷载作用下的门式钢架内力，恒荷载加活荷载组合控制。并经最不利组合得出内力图。计算结果显示钢架内力一般由1.截面内力恒载(单位： kN m)(单位： kN) (单位： kN)活荷载(单位： kN m)(单位 :kN) (单位 :kN)风荷载(单位： kN m)(单位 :kN) (单位 :kN)2.内力组合 截面1 12 23 34 4内力1.2恒荷载 +0.91.4（屋面活 +风）1.0恒荷载 +1.4风MNVMNV00-27.720611.9076-28.9944-27.720610.1436-28

6、.9944-2.871-2.4548.53-12.164-2.4546.57MNV-12.1643.58221.934-7.5964.682-1.52440.319420.80560.2256MNV-1.79941-1截面控制内力： M=0kN m， N=-27.72kN ， V=11.9kN2-2截面控制内力： M=-29.0kN m， N=-27.72kN， V=10.14kN3-3截面控制内力： M=-29.0kN m，N=3.58kN， V=40.3kN4-4截面控制内力： M=20.80kN m， N=0.23kN，V=-1.80kN7.构件截面设计1.构件截面几何参数， ，I 45

7、0.22cm4y梁柱均为高频焊接轻钢H型钢（ mm）300150 4.58，I =5976.11xW 398.4cm W 60.03cm i 12.75cm， i y 3.50cm A 36.78cm 233，。xxy2）构件宽厚比的验算b1 150 4.5 1235f y翼缘部分：9.09 1515t28hw 300 2 8235f y腹板部分：63.1 250250tw4.5(3)刚架梁的验算1强度刚架梁端部为最不利截面，M=-29.0kN m，N=3.58kN， V=40.3kNa梁截面的最大剪力为 V =40.3kNmaxhwaa考虑仅有支座加劲肋，即按1或者=0计算，因不设中间加劲肋

8、，所以k =5.34，hw hw / tw23563.10.74 0.8=w23523537? k37 5.34f yV = h t f =(30028)4.5125=159.75kNdw wvVmax =40.3kN V ,满足要求db梁抗弯承载力设计值 M e先计算梁的有效截面：腹板的最大应力和最小盈应力：minmaxM y62NA3.58 103367829.0 10 1425976.11 10468.87N /mm（受拉）ymaxmin=0.9768.9 =2I x- 67.93N/mm（受压）腹板的受压区高度：68.87 284hc =143.068.87 67.93/=67.93

9、68.87=0.986maxmin16k2)2 (1 )(1 ) 0.112*(116=23.722（1- 0.986） 0.112（1 0.986）（1- 0.986）222由于= 68.87 N / mm f= 215 N / mm ,故取= 1.168.87 =75.76 N / mmmaxmaxRf y63.175.76235h / tww=0.2620.8p23528.1 k28.1 23.7因此，=1，即梁腹板不屈曲全部有效。从而可得按有效设计截面计算的梁抗弯承载力设计值：M =W f W f = 398.4103215=85.66 kN meexc弯剪压共同作用下的验算由于 V=

10、40.3 M=29.0 kN mM eM10 -=85.66=85.72e36782整体稳定验算a横梁平面内的整体稳定性验算 当斜梁坡度不超过 1:5 时，因轴力很小可按弯压构件计算其强度和刚架平面外的稳定，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，但为了安全起见计算长度按两个檩条或者隅撑间距考虑，即l y = 3015 mml yb235f3015150因= 20.1 16,因此需计算刚架梁平面外整体稳定。对于等截面构件=0，有=1.0zy= 3015/35 = 86.1y根据试验，轻型 H型钢课按 b类截面，查附

11、表 4.2得=0.647。y计算：42t4320 A h0235yzy 0 00?by2y0Wx 04.4h0f y4320 36.78 28.41（ 86.1 0.84.4 28.4235= 1.745 0.62352=）86.12398.40.282b=1.07=0.911.745又有：2NN1.00.751tN Ex0N Ex0NM3580We1 0.647 3678 0.91 398.4 103b1 29.0 106t2= 81.5 N / mm 1或者=0计算：hwf yhw / tw= 0.740.8w23537 5.34f f = 125 N / mm2vvV = h t f =

12、2844.5125 = 159.75 kNdw wvVmax V满足要求db柱抗弯承载力设计值 M e先计算柱的有效截面：腹板的最大应力和最小应力为：maxminM y62NA27.72 10 3 29 10 14276.44N / mm（受压）ymaxmin=7.5468.9=I x36785976.11 104- 61.36N /mm (受拉）2腹板的受压区高度：76.44 284h =c157.576.44 61.36=61.3676.44=0.80得：16k2)2 (1 )(1 ) 0.112*(116=20.6222（1- 0.8） 0.112（1 0.8）（1- 0.8）2= 76

13、.44 N / mm f= 215 N / mm2 ,故取= 1.1 76.44=84.08 N / mm2由于f代替 ，即：ymaxRmaxh / twf y63.184.08235w?=0.300.823528.1 k28.1 20.62得=1，即柱腹板全部有效，故同样可得：M e W f = 398.4103215=85.66kN mxc 弯压剪共同作用下的验算由于 V=10.14kN M= 29.0 kN me36782整体稳定性验算构件的最大内力 N= -27.72kN，M=29.0kN m。a刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高 H= 4500 mm，梁长 L= 9060mm。课计

14、算得梁柱线刚度比：k2 I1H H=0.497Lk1IL由于柱为等截面，根据柱的计算长度系数为= 2.65l yl 0 =11925127.5=93.53刚架柱的计算长度 l = H = 2.65 4500 = 11925，则0xix ixb类截面，查附表 4.2得=0.598x2EAe0 3.14 206 10 36781.1 x223N Ex0=776kN1.1 93.532另外，对有侧翼刚架取=1.0，有：mxNmxM 127.72 1031 29 10 62= 86.98 N / mm 0.6by2y0Wx 04.4h0f y0.282b= 1.07=0.91br2NN1.00.75=

15、1.027.727760.75 27.72776=0.96tN Ex0N Ex0NM27.72 1030.96 29 106t2= 88.39 N / mm f,满足要求Ae0We1 0.65 3678 0.91 398.4 103bY5.刚架柱顶位移计算由于刚架梁坡度不大于1:5，故刚架侧移可估算，且其数值不应超过规定的h/60。I cL L = 9060 4500 = 2.01I bh ht0.84 1.851.40.67W 0.67(k)h = 0.67(4kH=)4.5 = 5.76 kN1kHh35.76 10 4500 353h2= (2+2.01) = 14.24 mm= 83.

16、3 mm，t412EI c12 2.06 10 5976.11 1060满足要求。8.节点验算1.梁柱连接节点螺栓强度验算梁柱节点采用 10.9级 M16高强度螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强度螺栓的预压应力按表M=29kN m。3.8为 100kN，见图，连接处传递内力设计值 N=-3.58kN，V=40kN，每个螺栓的拉力：My1yiN29 0.193.58N1N 228.78kN15.7kN222n 4（0.19 0.105） 8My 2yiN29 0.1053.58222n 4（0.19 0.105） 8螺栓群得抗拉力：N vb 0.9P 0.

17、9 10.45100 8=324kNV=40.0kNf最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力，应用式： N vN vbN t 40/ 8 28.78N tb 324 /80.48 180从安全和构造上考虑最好采用大于M20的螺栓。（2）端部厚度验算端板厚度取为 t=22mm，宽度 b=150mm。按式伸臂类端板计算：85 - 8eft38.5mm26e N tf6 38.5 28780150 20514.7mmbf若计算不能满足，可在两块端板外侧分别加设加劲肋后按相邻边支撑的端板计算，能满足要求。（3）梁柱点域的剪应力验算根据式：M29.0 10679.9125N/2d d t284 284 4.5bc

18、 c4.螺栓处腹板强度验算当 N =29.8kN 0.4P时t20.4P 0.4 100 1000e t 37 4.5240.2N/2 f=215N/w w经计算不能满足要求，此时设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。本题采用局部加厚腹板的方法来解决。取距端板 3000范围腹板厚为 6。0.4P 0.4 100 1000180.2 N/2f=215N/2e t37 6w w5.梁跨中拼接节点及钢架柱脚横梁中拼接节点如图所示，计算从略。柱脚节点见图，柱底板、地脚锚栓采用Q235B钢制作，地脚锚栓选用 M20，基础材料采用 C20混凝土， f =9.6N/mm 2，柱底轴力 N= -27.72 KN。c柱脚底板面积柱脚底板应力验算：N27.72 10340 20.28 /N2 fe 9.6N /A A0100800 - 240.28 120-6 1941按一边支承（悬臂板）计算弯矩212124.52M 1ql 21941N柱脚底