【通用】钢结构厂房课程设计.doc

1、学号 2011021111钢结构设计课程设计哈尔滨市某雪糕厂轻型门式刚架设计院 （系）名 称： 航天与建筑工程学院专 业学 生指 导名姓教称： 土木工程名： 韩学彬师： 张建华副教授2014 年 6 月钢结构设计课程设计计算书1. 设计资料 . 11. 荷载计算 . 21） 荷载取值计算 . 22） 各部分作用的荷载标准值计算. 33.内力分析 . 31） 在恒荷载作用下. 31） 在活荷载作用下. 53） 在风荷载作用下. 71. 内力组合 . 152. 刚架设计 . 175.1 截面设计 . 175.2 构件验算 . 17（1） 验算刚架柱在风荷载作用下的侧移 . 17（2） 构件宽厚比验

2、算. 17（3） 刚架梁的验算 . 17（4） 刚架柱的验算 . 205.3 节点验算 . 22（1） 梁柱连接节点：. 22（2） 横梁跨中节点 . 24（3） 柱脚设计 . 266.其他构件设计 . 276.1 檩条的设计. 27（1） 荷载及内力： . 28（2） 截面选择及截面特性. 28（3） 强度验算：. 30（4） 挠度验算：. 31（5） 构造要求：. 316.2 隅撑的设计. 316.3 墙梁的设计. 32（1） 荷载计算 . 32（2） 内力计算 . 32（3） 强度计算 . 32（4） 挠度计算 . 33参考文献. 34钢结构设计课程设计计算书1. 设计资料哈尔滨市某雪糕

3、厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度 27m，柱距 6m，柱高 6m， 屋面坡度 1/10，地震设防烈度为 6 度。刚架平面布置如下图（a）所示，刚架形式及几 何尺寸如下图（ b ）所示。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板， 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 1.5 米， 钢材采用 q345 钢，焊条采用 e43 型。（a）钢架平面布置图（b）钢架形式及几何尺寸10zk z 00zs钢结构设计课程设计计算书2.荷载计算1）荷载取值计算（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面） yx51-380-760 型彩色压型钢板0.15kn/m250m

4、m 厚保温玻璃棉板0.05kn/m2pvc 铝箔及不锈钢丝网0.02kn/m2檩条及支撑刚架斜梁自重悬挂设备0.10kn/m0.40kn/m0.20kn/m222合计（2）屋面可变荷载标准值0.92kn/m2屋面活荷载：0.30kn/m雪荷载：基本雪压 s =0.45kn/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角 =542 38, =1.0， 雪荷载标准值 s = s =1.0 0.45kn/m2=0.45kn/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0.45kn/m2，不考虑积灰荷载。（3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱，墙骨架等）0.5kn/m2（4）风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（c

5、ecs102:2002)附录 a 的规定计算。基本风压 w =1.05 0.55kn/m2=0.58kn/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（gb500092001）的规定采用，当高度小于 10m 时， 按 10m 高度处的数值采用， =1.0。风荷载体型系数 。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）。（5）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。故本工 程结构

6、设计不考虑地震作用。2w1w2w3w4aec钢结构设计课程设计计算书2）各部分作用的荷载标准值计算 （1）屋面恒荷载标准值：0.926kn/m2=5.52kn/m2活荷载标准值：0.45 6kn/m （2）柱荷载2=2.70kn/m2恒荷载标准值：（0.5 6 6+5.5213.5）kn=95.52kn活荷载标准值：2.7013.5kn=36.45kn（3）风荷载标准值迎风面：柱上 q =0.5860.25kn/m=0.87kn/m横梁上 q =-0.58 6 1.0kn/m=-3.48kn/m背风面：柱上 q =-0.58 60.55kn/m=-1.91kn/m横梁上 q =-0.58 6

7、0.65kn/m=-2.26kn/m3.内力分析考虑本工程刚度跨度较小，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。 引用建筑结构静力计算手册（中国建筑工业出版社）中表 8-7 公式计算刚架内力。（1）在恒荷载作用下 （见图 3-13-3)=l/h=27/6=4.5=f/h=1.35/6=0.225k=h/s=6/13.5673=0.4422=3+k+(3+)=3+0.4422+0.225(3+0.225)=4.1678m =ql828 +5y 80.225= =0.54744 m 4 4.1678ql=5.5

8、2 27 4.5 0.5474/8kn/m=45.89knh =h =81-(1+)=9.181 272 1-(1+0.225) 0.5474/8kn/m=165.71kn m3bd钢结构设计课程设计计算书ql2m =m =- =-5.52 27820.5474/8kn/m=-275.35knm图 3-1 恒荷载作用下的 m 图图 3-2 恒荷载作用下的 n 图4a ea ecbd钢结构设计课程设计计算书图 3-3 恒荷载作用下的 v 图刚架的内力图符号规定：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。（2）在活荷载作用下（见图 3-4

9、3-6）v =v =ql2=2.70272kn=36.45knh =h =ql 2.79 27= 4.5 0.5474 kn=22.45kn 8 8ql 2m = 1-（1+）= 82.70 27821-(1+0.225) 0.5474kn m=81.05kn mql 2m =m =- =-2.70 27 820.5474/8kn m=-134.68kn m5钢结构设计课程设计计算书图 3-4 活荷载作用下的 m 图图 3-5 活荷载作用下的 n 图6xyw2yeaaeb dc钢结构设计课程设计计算书图 3-6 活荷载作用下的 v 图（3）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

10、分力 q 和竖向的分力 q 。 （1）在迎风面横梁上风荷载竖向分力 q 作用下（见图 3-7）=116 m（8+5）=116 4.1866（8+5 0.225）=0.1368v =ql8=3.48278kn=11.75kn; v =(3.48 13.5-11.75)kn=35.23knql 3.48 27= 4.5 0.1368 kn=14.46knh =h =4 4m =m =ql 24=3.48 27 24 0.1368kn m=86.76kn mql 2m = 42-(1+)3.48 27 2= 0.542-(1+0.225) 0.1368kn m=26.57kn m7w2yw4yaea

11、eb dc钢结构设计课程设计计算书图 3-7 风荷载 q 作用下的 m 图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力 q 作用下（见图 3-8）v =ql8=2.26278kn=7.63kn; v =(2.26 13.5-7.63)kn=22.88knqlh =h = =2.26 27 4.5 0.1368/4kn m=9.39kn m 4m =m =ql 24=2.262740.1368kn m=56.35kn mm =ql 24a2 -(1 +y)=2.26 27420.52-(1+0.225) 0.1368kn m=33.95kn m8w4yw1aeebcd钢结构设计课程设计计算书图 3-8 风

12、荷载 q 作用下 m 图（3）在迎风面柱上风荷载 q 作用下（见图 3-9）=1=14m6(2 +y)+5k =14 4.18666 (2+0.225)+5 0.4422=0.9334qh 2v =-v = =-0.87 62l2/(2 27)kn=-0.58knh =0.58 6-3.38kn=1.84knm =qh 2a24(2-)=0.87 64212（2 - 0.9334kn m=8.35knmqh 2a2m = 1-(1+)= 40.87 62 124（1-（1+0.225）0.9334kn m=-1.12kn mm =1.84 6kn m=11.04kn m9w1w3a eeadb

13、c钢结构设计课程设计计算书图 3-9 风荷载 q 作用下的 m 图（4）在背风面柱上风荷载 q 作用下（见图 3-10）v =-v =qh 22l=-1.91 62/(2 27)kn=-1.27knh = -qha a 1.91 61 0.9334(2 - )=- （2- ）kn=8.79kn 2 2 2 2h =(1.91 6-8.79)kn=2.67knm =(8.79 6-1.91 62/2)knm=18.36kn mm =2.67 6kn m=16.02kn mqh 2a2m = 1 -(1 +y) 4=1.91 62 124110.225 0.9334 kn m=-2.47kn m1

14、0w3w2xa eaecbd钢结构设计课程设计计算书图 3-10 风荷载 q 作用下的 m 图（5）在迎风面横梁上风荷载水平分力 q 作用下（见图 3-11）y 0.225 =1;= (4 +3y) =8m 8 4.1678 43 0.225=0.0315v =-v = -qf12 l(2h + f ) =- 13.481.352(1+0.0315)=1.16knh =qf1 (1 +f1) =3.481.352(1+0.0315)kn=2.28knh =(3.48 1.35-2.42)kn=2.28knm =qfh20.5y -(1 +y)f=3.481.35 620.5 0.225 （-1

15、 +0.225）0.0315 kn m=1.04knmm =2.42 6knm=14.52knmm =2.28 6knm=13.68knm11w2xw4xa eeacbdw4x钢结构设计课程设计计算书图 3-11 风荷载 q 作用下的 m 图(6)在背风面横梁上风荷载水平风力 q 作用下（见图 3-12）v =-v =-2.261.35(227)(26+1.35)kn=-0.75knh =2.26 1.35(1+0.0315)/2kn=1.57knh =(2.26 1.35-1.57)kn=1.48knm =2.261.35620.2250.51.2250.0315)knm=0.68knm m

16、 =1.48 6knm=8.88knm，m =1.57 6knm=9.42knm图 3-12 风荷载 q 作用下的 m 图（7）用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力（见图 3-133-3-16）12ww钢结构设计课程设计计算书图 3-13 左风向风荷载 q 作用下的 m 图图 3-14 右风向风荷载 q 作用下的 m 图13ww钢结构设计课程设计计算书图 3-15 风荷载 q 作用下的 n 图图 3-16 左风向风荷载 q 作用下的 v 图14maxminmaxminmaxminmaxmaxminmax钢结构设计课程设计计算书4.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

17、范（gb50009-2001） 的规定，采用荷载效应的基本组合：gs r。本工程结构构件安全等级为二级，g =1.0。0 0(1)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； 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； 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；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+0.7 1.4 活荷载标准值计算的荷载效应；1.35 恒荷载标准值

18、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如下。梁端截面:m 及相应的 n、v；m 及相应的 n、v。梁跨中截面：m 及相应的 n、v；m 及相应的 n、v。对于刚架柱,截面的最不利组合有m 及相应的 n、v；m 及相应的 n、v；n 及相应的 m 、v；n 及相应 的 m 、v。内力组合见表 4-1。15min钢结构设计课程设计计算书表 4.1 钢架内力组合（左半跨）截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目 m/knm n/knv/knmmax及相应的n

19、、v（1）1.2 恒 +1.4 活518.97 -86.5140.45柱顶bnm 及相应的n、v min及相应的 m 、 v max max（2）（1）1.0 恒 +1.4 风1.2 恒 +1.4 活-33.3 12.5 -22.9518.97 140.45 -86.5刚架nmin及相应的 m、vmax（2）1.0 恒 +1.4 风-33.312.5-22.9柱mmax及相应的n、vm 及相应的n、v 柱底 n 及相应的 m 、 v max maxan 及相应的 m 、v min max（1）（2）1.2 恒 +1.4 活1.0 恒 +1.4 风 0 165.65 -86.50 33.5 27

20、.2支座刚 b架梁 跨中cmmmm及相应的n、v max及相应的n、v min及相应的n、v max及相应的n、v min（1）（2）（2）（1）1.2 恒 +1.4 活1.0 恒 +1.4 风1.0 恒 +1.4 风1.2 恒 +1.4 活518.7 72.1 125.68-33.3 -12.4 0.89-78.4 -17.9 3.87-312.3 58.11 -8.631644( )钢结构设计课程设计计算书5.刚架设计5.1 截面设计初选梁柱截面均用热轧普通工字钢 i63c :6301801722， 截面特性：b =180 mm , h =630 mm ,tw=17.0 mm ， t =2

21、2.0 mm ， a =179.79 mmf2，ix=102339 cm ,w =3248.9 cm 3 ， i xx=23.86 cm ；i =1842.4 cm ， w =204.7 cm 3 ， i =3.20 cm y y y5.2 构件验算（1）验算刚架柱在风荷载作用下的侧移 m。i = i =102339 cm c b4，xt= i l / i h =27000/6000=4.5 c b刚架柱顶等效水平力：w= w + w h =1 2(0.87 +1.91 )6kn =16.68 knh = 0.67w =0.67 16.68 kn =11.18knm=hh 312 eic(2+

22、x)= t11 .18 10 3 6000 3 12 206 10 3 102339 104(2+4.5 )mm=6.20 mm l = h /60=100 mm（2）构件宽厚比验算翼缘部分： b / t =81.5/22=3.7 815 235f =15y满足腹板部分： h0/tw=586/17=34.47 250 235f =250y满足（3）刚架梁的验算 抗剪验算：17h 2f x3钢结构设计课程设计计算书梁截面最大剪力为 vmax=125.68 kn ，考虑到仅有支座加劲肋，ls=h / t0 w37 5.34586 /17= =0.62 0.8， 37 5.34vu= h t f =

23、58617125 kn =1245 kn v w w vmax=125.68kn，满足要求。 弯、剪、压共同作用下的验算：取梁端截面进行验算， n =72.1 kn , v =125.68 kn ， m =518.97 kn m 。 因 v 0.5 v ,取v =0.5 v ，按钢结构设计规范（gb500172003）验算u u h 2 m = a 1 +a h f f 1 f 2 22f=304 2180 22 +180 22 30430472100310 17979=820.99 kn m m =518.97 kn m ，取 m = mf故 v m - m -1 +0. 5v m - m

24、u eu f=0 1，满足要求。 整体稳定验算：n =72.1 kn , m =518.97 kn m梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度 l =27135 mm0 x，lx= l / i0 x x=27135/238.6=113.73 l=150，b 类截面，查表得 j =0.472。n ex=p2ea p 2 e 0 =gl2r206 10 3 17979 1.1 117 .73 2kn =2566.5 kn,bmx=1.0jnax+gxbw 1 xmmx x1 -jxnn ex=721000.472 17979+1.0 518 .97 10 6 72 .1 3248 .9 10

25、1-0.472 2566 .5 =170.38 n / mm2 f =295 n / mm2，满足要求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18sw2()0235h ( )0钢结构设计课程设计计算书或隅撑间距考虑，即 l =3015 mm 。对于等截面构件0 yg = 0, m = m = 1 l = l / i =3015/32=94.2,b 类截面，查表得 jy 0 y yh=1.0 , b =1.0tx4320 a h t 3450 0 ( s 4 y 0 0 2 =b w 4.4h fy 0

26、 x 0 w 0 y=1.2690.6y=0.593。 =1.07 - 2.82 bby=0.848nj ayb m 72 .1 10 3 0.85 518 .97 10 6 +h tx x = +1.0 jw 0.593 17979 0.848 3248.9 10 3 b x2=295 n / mm=166.88 n / mm 2 fn / mm2 按钢结构设计规范（gb50017-2003 ）校核横梁腹板容许高厚比： 梁端截面：smaxmin=72 .1 10 3 518 .97 10 6 21317979 102339 10 6 112 .022n /mm-104 .0n / mm2a

27、=0smaxs- smaxmin=1.93h 235故 0 =34.47 48a +0.5l-26.2 =113.54，满足要求 t fw y梁跨中截面：smaxmin=58 .11 10 3 312 .3 10 6 21317979 102339 10 4 68 .232n / mm-61 .77n / mm2a =0smaxs- smaxmin=1.91故 0 =34.47 48a + 0.5l - 26.2 =112.58，满足要求 t fw v19( )222钢结构设计课程设计计算书 验算檩条集中荷载下的局部受压承载力：a. 檩条传给横梁上翼缘的集中荷载。flz= (1.2 0 .42

28、 6 +1 .4 0 .45 6 )1.5 kn =10.21 kn = a + 5h + 2h = 70 + 5 12 + 0 mm =130 mmy rscy f 1 .0 10 .21 10 = =t l 17 130w z3n/mm =4.62 n / mm 2 f=295 n / mm 2b. 验算腹板上翼缘处的折算应力。取梁端截面处的内力m =518.97 kn m ， n =72.1 kn , v =125.68 kn ，s=my 518 .97 10 6 213 1 =i 102339 10 4 nn / mm 2 =108.01 n / mm2vs 125 .68 10 3

29、180 22 219 t = =it 102339 10 4 17ws2- ss + 3t2+ s2ccn /mm =6.26n /mm=108 .012+ 4 .622-108 .01 4 .62 + 3 6 .262n / mm2=106.33n / mm2 1.2 f =354n / mm2，满足要求（4） 刚架柱的验算 抗剪验算： 柱截面最大剪力为 vmax=86.5 kn ，考虑到仅有支座加劲肋，lvsufh / ty= 0 w=0.41 0.8，23537 5.34= h t f =586 17 170 kn =693.5 kn v w w vmax=86.5 kn，满足要求。 弯

30、、剪、压共同作用下的验算： 取柱顶截面进行验算n=140.45 kn ， v =86.5 kn ， m =518.97 kn m因 v 0.5 v ,取v =0.5 v ，按钢结构设计规范（gb500172003）验算 u u20h 2192f 3 3433322钢结构设计课程设计计算书 h 2 fm = a 1 + a h f f 1 f 2 22 219 2 = 180 22 +180 22 219 295kn m=537.69.0 kn m m =518.97 kn m ，取 m = mf故 v m - m -1 +0. 5v m - m u euf=0 1，满足要求。 整体稳定验算构件

31、的最大内力： n =165.65 kn , m =518.97 kn ma.刚架柱平面内的整体稳定性验算：刚架柱高 h =6000 mm ，梁长 l =27135 mm ，柱的线刚度 k = i / h1 c 1=102339104/6000 mm =170565 mm；梁线刚度 k = i /(2y s )=102339 10 /27135 mm =37714.8 mm ， 2 b 0k /1k =170565/37714.8=4.5，查表得柱的计算长度系数 m 2=2.075。刚架柱的计算长度 l = 0 xmh =2.075 6000 mm =12450 mm 。lx= l / i =12450/238.6=52.18 0 x xl=150，b 类截面，查表得 jx=0.845n ex 0=p2eae 0g l2r x=p 2206 10 3 17979 1.1 52 .18 2kn =12192.46 kn，bmx=1.0nj ax+gb mmx xw 1-0.8 x 1 xnn ex=52 .18 10 3 0.845 17979+1.0 518 .97 10 6 52 .18 1