建筑钢结构课程设计

1、浙江科技学院建筑工程学院 钢结构课程设计 课程名称： 题 目: 班 级: 学生姓名： 学 号: 指导教师： 钢结构设计 某轻型门式钢架结构设计 土木 * * * 2011年6月 目录 一. 设计资料 2 二. 设计计算 2 1柱网及屋面结构布置 . 2 2门式刚架选型 2 3确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸 .2 4梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定 2 5荷载计算 2 6计算各工况下的内力 .4 7内力组合 8 7.1选取荷载效应组合 . 8 7.2构件截面验算 .8 8构件及连接节点设计 .9 8.1 梁柱节点 . 9 8.2 拼接接节点.10 8.3 柱脚设计. . 12 9

2、 绘制施工图 . . . 12 设计资料 1门式刚架车间柱网布置：长度90m;柱距6m；跨度21m。刚架檐高：6m ; 2屋面坡度 1： 10 ； 3屋面材料：彩板夹芯板； 墙面材料：彩板夹芯板； 5天沟：彩板天沟；材质选用： Q235-B f=215N/mm fv=125N/mm 。 6.荷载标准值 1)活载： 0.5kN/m 2 2)风载： 2 基本风压0.45 kN/m 地面粗糙度：B类，风载体型系数(可按图1取) 3)雪载：0.4kN/m2 7.材质：Q235B 图1风载体型系数示意图 二.设计计算 1.柱网及屋面结构布置(包括支撑体系布置) 2门式刚架选型 选用单脊双坡单跨门式钢架

3、3. 确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸 梁截面参数： 高度 H=500(mm)翼缘宽 Bu=200(mm)腹板厚 Tw=6(mm)翼缘厚 Tu=10(mm) 柱截面参数： 高度 H=500(mm) 翼缘宽 Bu=240(mm) 腹板厚 Tw=8(mm) 翼缘厚 Tu=12(mm) 4. 梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定 截面名称 长度mm 面积 2 mm 绕x轴惯性 矩mm x轴回转 半径 mm 绕y轴惯 性矩mm y轴回转半 径mm Z500X 240 X 5700 9568.0 41489.659 X 208.2377 2766.8309 207.2204 8X 12 e4

4、X e4 L500X 200 X 10552.2 6880.0 29542.933 X 53.7750 1334.1973 44.0368 6X 10 e4 X e4 5.荷载计算 恒荷载取值0.3kN/m2 5.1荷载组合 (1) . 1.2 恒载 +0.9X 1.4积灰 +活载,雪载max+ 0.9 X 1.4 风载 (2) . 1.0恒载+ 1.4风载 5.2内力计算 (1)计算模型计算模型示意图图 I : LT C2)工况荷载取用 恒载 活载 左风 右风 图3-43刚架上的恒载、活载、风载示意图 图3-44梁柱截面示意简图 6. 用结构力学方法计算各工况下的内力 刚架梁柱的 M、Q、N

5、见下图所示： ：/5J 恒载作用时的 M、Q、N 图 1.84 _ _ _ _ _ 一一 _ -1加-1-. Ji一 J r i 4 J ! :f i h 囤 活载作用时的M、Q、N图 -口 :,:卄. 1.H 15.l F .S： - I . 左风作用时的 M、 Q、N 图 右风作用时刚好与做法作用时相反：图略 恒载作用时杆端内力值 （ 乘子 = 1） 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -18900.0000 -9207.48166 -0.00000000 -18900.0000 -9207.48166 -55244.8900 2 -11042.4069 1

6、7890.0242 -55244.8900 -11042.4069 -1104.24069 33320.0042 3 -11042.4069 1104.24069 33320.0042 -11042.4069 -17890.0242 -55244.8900 4 -18900.0000 9207.48166 -55244.8900 -18900.0000 9207.48166 -0.00000000 活载作用时杆端内力值 （ 乘子 = 1） 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -31500.0000 -15345.8027 0.00000000 -31500.00

7、00 -15345.8027 -92074.8166 2 -18404.0116 29816.7070 -92074.8166 -18404.0116 -1840.40116 55533.3403 3 -18404.0116 1840.40116 55533.3403 -18404.0116 -29816.7070 -92074.8166 4 -31500.0000 15345.8027 -92074.8166 -31500.0000 15345.8027 -0.00000000 左风作用时杆端内力值 （ 乘子 = 1） 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 28

8、364.8253 16471.6535 0.00000000 28364.8253 12218.8535 86071.5213 2 14980.6193 -27008.2347 86071.5213 14980.6193 2907.73250 -41087.1799 3 15259.7620 -116.305631 -41087.1799 15259.7620 17833.2747 52390.8213 4 19263.1746 -13409.5535 52390.8213 19263.1746 -4054.05355 0.00000000 右风作用时杆端内力值 （ 乘子 = 1） 杆端 1

9、杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 19263.2175 4054.12485 0.00000000 19263.2175 13409.6248 52391.2491 2 15259.8372 -17833.3102 52391.2491 15259.8372 116.270081 -41087.1272 3 14980.6860 -2907.78224 -41087.1272 14980.6860 27008.1850 86071.0491 428364.7825 -12218.924886071.049128364.7825 -16471.42480.00000000

10、 7. 荷载组合和内力组合 7.1选取荷载效应组合：(1.20恒载+ 0.9*1.40活载+.09*1.4风载)情况下的构件内力值 进行验算。组合内力数值如下表所示：(因为是等截面对称结构，只需计算单元 1和单元2) 表3-6组合内力表 单元号 1端轴力 N(kN) 1端剪力 Q(kN) 1端弯距 M(kN.m) 2端轴力 N(kN) 2端剪力 Q(kN) 2端弯距 M(kN.m) 1 -37.97 -25.27 0 -37.97 -13.5 -116.29 2 -17.21 36.47 -114.92 -17.21 -3.5 59.18 7.2构件截面验算 7.2.1 1号单元(柱)的截面验

11、算 因为等截面，所以只需验算2号节点端 M12= -114.92kN.mQn= - 25.27kN Q12= -13.5kNN12= -37.97kN 1) 强度验算 抗压验算：(T =N/ A=37970 /9568=3.97 N/mni f y=215 N/mni 正截面抗剪验算：C0.5Vd = 3808X125X).5=238kN(根据协会规程第(6.1.2)条的 第三款规定进行验算(采用规程中式(6.1.2-3a)。) 正截面弯验算曲：(T =N/ A+ M/( 丫 xWX) =37970 /9568+116290000/(1.05 X 2 2 1659586.4)=69.91 N/

12、mmvfy =215 N/mm 故柱截面强度满足要求。 2) 稳定验算 对于1号单元(柱)，取卩=2所以Lx=11400mm已知柱平面外在柱高4m处设置柱间支 撑，即平面外计算长度 Loy=4000mm。 i x =208.2377(mm) i y=53.7750(mm) 柱的长细比：入 x = lx/i x=11400/208.2377=54.8 入 y=ly/ i y=4000/53.7750=74.4 从截面分类表教材 4-4可知，此柱对截面的x,y轴屈曲时均属于 b类截面，由教材附表17-2 得很=0.834=0.7736 N/( )=62370/(0.7724 X 9568)=8.4

13、 N/mrfe f y=215 N/mmi 3) 局部稳定验算 (1 )翼缘的宽厚比：b1/t= ( 240-8) / (2X 12) =9.67(10+0.1 入)(235/ f y)=18.85 (2)腹板的高厚比:h0/tw= (500-2 X 12)/8=59.5250 满足要求。 7.2.2 2号单元(梁)的截面验算 因为等截面，所以只需验算1号节点端 M21= -116.29kN.mQ21=36.47 kN Q22=3.5 kNN21= - 17.21kN 1) 强度验算 计算1号节点端。 正截面抗剪验算：Q0.5Vd = 2880 ：125X0.5=180kN (根据协会规程第(

14、6.1.2)条的第三款 规定进行验算(采用规程中式(6.1.2-3a)。 正截面弯曲验算： 2 (T =N/ A+ M/( Y xW) =17210 /6880+116290000心.05X 1181717.3)=96.22 N/mmvfy 2 =215 N/mm (T =N/ A - M/( y xW) =17210/6880-116290000/(1.05X 1181717.3)= - 91.22 2 2 N/mmfy =215 N/mm 故梁截面强度满足要求。 2) 稳定验算 根据协会规程第 6.1.6条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于10。时，在刚架平 面内可可仅按压弯构件计算

15、其强度。本例的屋面坡度为5.7小于10,故可不验算梁平 面内的稳定性。已知梁平面外侧向支撑点间距为15000 mm即平面外计算长度 4 Loy=15OOmm。梁的最小截面惯性矩 ly=13341973 mm, iy=44.0368mm 入 y= Loy / i y=1500/44.0364=34.1 从截面分类表教材 4-4可知，此柱对截面的x,y轴屈曲时均属于 b类截面，由教材附表17-2 得0=0.922按照如下公式确定 枷=1.07 入 y2 f y /(44000 X 235)=1.07- 34.12 x 215 /(44000 x 235)=1.046 N/(酬)+3 txM/(恼W

16、)= 17210/(0.992 x 6880)+0.85 x 116290000(1.046 x 2 1181717.3)=82.49fy =215 N/mm(取 3 tx=0.85) 3) 局部稳定验算 1/2 (1 )翼缘的宽厚比:b1/t= (200-6) / (2X 10) =9.7(10+0.1 入)(235/ f y)=18.85 (2)腹板的高厚比：h/tw= (500-2X 10)/6=80250 满足要求。 &构件及连接节点(梁柱连接节点、屋面梁拼接节点、柱脚)设计 8.1梁柱节点 采用如下图所示的连接形式。 图3-48梁柱连接节点示意图 连接处的组合内力值：M=116.29

17、kN.m , N = 17.21kN , Q = 36.47 kN。 1）.螺栓验算 若采用摩擦型高强度螺栓连接，用10.9级M20高强螺栓，连接表面用钢丝刷除锈，卩=0.3, 每个螺栓抗剪承载力为：N bv=0.9nf 卩 P =0.9X 1 X 0.3 X 155=41.85KN。 抗剪需用螺栓数量n=36.47/41.85=1,初步采用4个M20高强螺栓。 螺栓群布置如图 3-49所示： I 77 卜J k 4 图3-49梁柱连接节点螺栓群布置图 螺栓承受的最大拉力值，最大剪力值按照如下公式计算（其中y1=296, y2=196,各有2 个螺栓）： 2 2 2 N t=My1/ （mEy

18、i ） =116.29X 1000X 296/2 X （2X 296 +2 X 196）= 68.28 kN N v /n=36.47/4=9.12kN 单个高强度螺栓，受拉承载力设计值 N ：= 0.8P=0.8X 155=124kN 拉剪共同作用下，受力最大螺栓的承载力验算： N v /N bv+ N t /N bt =9.12/41.85+68.28/124 = 0.771 以上计算说明：螺栓群抗剪、抗弯均满足要求。 2）连接板厚度的设计 端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型：两边支承类端板（端板平 齐）以及无加劲肋端板，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最 大 的板厚作为最终值。 两边支承类端