同济大学钢结构课程设计

1、建筑钢结构课程设计单层单跨门式钢架厂房设计及计算书目 录 一、设计资料.4 二、结构布置.4 三、内力计算.5 1.计算模型.5 2.内力计算.6 3.各荷载工况内力图.23 四、内力组合.27 五、构件截面设计.29 1.梁截面设计.29 2.梁截面验算.303.柱截面设计.33 4.柱截面验算.34 六、节点设计.37 1.梁柱连接.37 2.斜梁连接.393.柱脚的计算.41 七、参考文献.44 一、设计资料1.1 设计参数车间柱网布置为长度90m、柱距分别为6m、跨度18m、柱高6m；屋面坡度1:10；屋面材料为压型钢板；墙面材料为彩钢板；天沟使用彩板天沟或钢板天沟。 基础混凝土为，。

2、钢材采用钢，。1.2 设计荷载恒载：有吊顶 活载：不上人 风载：基本风压，地面粗糙度为B类，风载体型系数如下图1-1所示。18000图1-1 计算模型及风载体形系数二、结构布置厂房跨度为90m，可不设置温度缝。屋面支撑、柱间支撑、拉条和墙梁布置如图2-1、2-2、2-3、2-4所示。图2-1 屋面水平支撑布置图图2-2 柱间支撑布置图图2-3 拉条布置图图2-4 墙梁布置图1、 内力计算 3.1 计算模型 内力计算模型如图3-1所示。图3-1 节点及单元编号图 3.2 内力计算 3.2.1 恒载作用 恒载作用下的计算简图如图3-2所示：图3-2 恒载计算简图 采用查表法计算 设 恒载作用下的弯

3、矩图如图3-3所示：图3-3 恒载作用下的内力图 3.2.2 活载作用 活载作用下的计算简图如图3-4所示： 1.8图3-4 活载计算简图 采用查表法计算 由屋面恒荷载的计算已得出， 活载作用下的弯矩图如图3-5所示：图3-5 活载作用下内力图 3.2.3 风载作用 3.2.3.1左风作用下（采用查表法计算） 柱顶： 屋顶： 风载作用下的计算简图如图3-6和图3-7所示。图3-6 左风图3-7 右风(1) 左柱风载作用下 由屋面恒荷载的计算已得出， 左侧跨中：= 右侧跨中: = 左柱风载作用下的计算简图和内力图，如下图3-8，3-9所示。图3-8 作用下的计算简图 图3-9 作用下的内力图(2

4、) 右柱风载作用下 左侧跨中：= 右侧跨中: = 右柱风载作用下的计算简图和内力图，如下图3-12，3-13所示图3-13 作用下的计算简图 图3-13 作用下的内力图（M,N,V） (3) 作用下分解成水平均布荷载后计算内力： 风载水平分荷载作用下的计算简图和内力图，如下图3-14、3-15所示 图3-14 水平分荷载计算简图图3-15 水平分荷载内力图分解成竖向均布荷载后计算内力： 风载竖向分荷载作用下的计算简图和内力图，如下图3-16、3-17所示图3-16 竖向分荷载作用下计算简图图3-17 竖向分荷载作用下内力图(4) 作用下分解成水平均布荷载后计算内力： 风载水平分荷载作用下的计算

5、简图和内力图，如下图3-18、3-19所示图3-18 水平分荷载作用下计算简图图3-19 水平分荷载作用下内力图 分解成竖向均布荷载后计算内力： 风载竖向分荷载作用下的计算简图和内力图，如下图3-16、3-17所示图3-16 竖向分荷载作用下计算简图图3-17 竖向分荷载作用下内力图 3.2.3.2右风作用与左风作用产生的内力为对称关系，步骤省略。 3.3 各荷载工况内力 计算项目计算简图及内力值(M、N、Q)备注恒载作用恒载下弯矩恒载下剪力 恒载下轴力（忽略柱自重） 弯矩图剪力图 轴力图拉正压负活荷载作用活荷载(标准值) 弯矩图活荷载(标准值)剪力图活荷载(标准值)轴力图弯矩图剪力图轴力图拉

6、正压负风荷载作用风荷载(标准值)弯矩图.风荷载(标准值)剪力图风荷载(标准值)轴力图弯矩图剪力图轴力图拉正压负2、 内力组合按承载能力极限状态进行内力分析，门式钢架的荷载效应一般有可变荷载控制，则荷载效应组合值从下列组合值中取最不利值确定： A1.2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 B1.2恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4左风荷载标准值计算的荷载效应 C1.2恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4右风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)及相

7、应的、； (2)及相应的、 梁跨中截面：(1)及相应的、；(2)及相应的、对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有： (1)及相应的、； (2)及相应的、 (3)及相应的、； (4)及相应的、由于结构对称，取五个控制截面进行设计，如下图：内力组合见下表一：表一：各情况作用下的截面内力表组合一组合二组合三组合四截面内力恒载活载左风右风一M0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 N-21.60 -16.20 29.38 19.67 -48.60 15.21 -23.92 -0.66 V-8.57 -6.43 15.57 -0.76 -19.29 11.51 -

8、6.21 5.21 二M-51.41 -38.56 78.55 37.24 -115.68 48.28 -49.69 10.49 N-21.60 -16.20 29.38 19.67 -48.60 15.21 -23.92 -0.66 V-8.57 -6.43 10.62 -11.65 -19.29 4.58 -10.37 -1.72 三M-51.41 -38.56 78.55 37.24 -115.68 48.28 -49.69 10.49 N-10.68 -8.01 13.49 13.55 -24.03 6.07 -12.70 -1.78 V20.64 15.48 -28.18 18.41

9、 46.44 -14.68 22.77 0.49 四M17.63 13.22 -15.14 -24.03 39.66 -0.04 26.95 12.92 N-9.60 -7.20 13.49 13.56 -21.60 7.37 -10.27 0.31 V9.89 7.42 -13.26 18.69 22.26 -6.70 11.12 0.58 五M38.08 28.56 -41.34 -41.34 85.68 -12.18 50.95 15.81 N-8.53 -6.39 13.49 13.55 -19.18 8.65 -7.85 2.39 V-0.85 -0.64 1.67 -1.04 -1

10、.92 1.32 -0.51 0.69 备注：组合一：1.2+1.4组合二：1.2+1.4组合三：1.2+1.4+1.40.6组合四：1.2+1.40.7+1.4五、构件截面设计 5.1 梁截面设计 梁上最不利内力值： 按强度条件选取截面 初选截面： ，查表有 取 翼缘宽度为，取， 腹板厚度：，取 选用 ，图5-1为所选截面。 截面特性：图5-1 梁截面尺寸 5.2 梁截面验算5.2.1 强度验算 支座处局部压应力为： 满足要求。5.2.2 刚度验算 图5-2 单位力作用M图图5-3 恒载作用下M图 各单元分别图层得： 则 满足要求。5.2.3 整体稳定由于门式钢架横梁的坡度很小，故而横梁中的

11、轴力较小，视为纯弯构件，不会发生平面内失稳。 平面外考虑有檩条对梁的支撑及隅撑，取为隅撑间距： ，按类截面查表得 取最大值计算， 截面影响系数： 满足要求。5.2.4 局部稳定 翼缘：，满足要求。 腹板： 满足要求。 5.2.5 梁变截面验算 图5-4 梁变截面最小尺寸 截面特性： 6号节点端： ， ， 截面边缘正应力比值： 因为 ，代替 则 所以有效宽度系数，即此时3号节点端截面全部有效。 综上6节点截面强度满足要求。5.3 柱截面设计初选截面： ，查表有 取 翼缘宽度为，取， 腹板厚度：，取 选用 ，图5-5为所选截面。 截面特性： 图5-5 柱截面尺寸 5.4 柱截面验算5.4.1 强度

12、验算正应力： 剪应力：满足要求。5.4.2 刚度验算 ，查表得： 计算长度：， ， 满足要求。5.4.3 整体稳定平面内稳定：按类截面查表得 ,结构为侧移框架柱，则：, 满足要求。 平面外稳定：因为下端弯矩为零 满足要求。5.4.4 局部稳定翼缘：，满足要求。腹板： 满足要求。5.4.5 侧移验算 刚架柱侧移主要由水平荷载引起，柱脚为铰接，则柱顶水平位移： 横向水平风荷载作用下，等效柱顶水平荷载下： 刚架侧移： 满足要求。 5.4.6柱底变截面验算 截面特性： 图5-6柱变截面最小尺寸 宽厚比验算： 翼缘：，满足要求。 腹板：，满足要求。 梁腹板高厚比变化率： ， 故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度

13、，腹板不设加劲肋。 ， 故，柱的抗剪承载力设计值 柱下端荷载值：, 柱下端弯矩为0，截面边缘正应力比值 因，计算参数可用代替，则 所以有效宽度系数，即此时柱下端截面全部有效。 强度满足要求。六、节点设计 6.1 梁柱连接 6.1.1 节点螺栓设计 梁柱节点采用8.8级M20摩擦型高强度螺栓连接，构件孔径，摩擦面 要求作喷砂处理，摩擦抗滑移系数，螺栓预拉力。梁与柱连接节点及螺栓布置如图6-1所示。连接处组合内力设计值为： 图6-1 梁柱连接节点螺栓布置 6.1.2 螺栓强度验算 螺栓承受的拉力： 第一排 第二排 螺栓抗拉满足要求。 每个螺栓承受的剪力： 螺栓抗剪满足要求。 最外排螺栓验算： 满足

14、要求。 6.1.3 端板厚度验算 端板厚度t根据支承条件计算确定，该节点螺栓均为两边支承类端板（端板外伸）。 由图5-1可知 取端板厚度为t=20mm. 6.1.4 节点域剪力计算 节点域剪应力满足要求。 6.1.5 端板螺栓处腹板强度验算 钢架梁腹板强度满足要求。 6.2 斜梁连接 6.2.1 节点螺栓设计 梁截面为。采用级摩擦型高强度螺栓连接，构件孔径，摩擦面要求作喷砂处理，摩擦抗滑移系数，螺栓预拉力。梁与柱连接节点及螺栓布置如图6-2所示。连接处组合内力设计值为： 。图6-2 斜梁连接节点螺栓布置 6.2.2 螺栓强度验算 螺栓承受的拉力： 第一排 第二排 螺栓抗拉满足要求。 螺栓群抗剪

15、力验算（下排不记外加压力，只考虑预压力）： 满足要求。 6.2.3 端板厚度验算 端板厚度t根据支承条件计算确定，该节点螺栓均为两边支承类端板（端板外伸）。 由图5-1可知 取端板厚度为 6.2.4 端板螺栓处腹板强度验算 钢架梁腹板强度满足要求。 6.3 柱脚的计算 柱底内力组合的最大内力为， 采用带靴梁的柱脚，底板与靴梁采用钢材，型焊条，基础采用混凝土强度 等级为， ，设锚栓孔面积 6.3.1底板计算 因柱翼缘的截面高度为，必须大于，取 作用在底板单位面积上的压力为 各区格单位宽度的最大弯矩 四边支承板的弯矩 由，查表得 三边支承板的弯矩 ，按悬臂长为的悬臂板来计算 悬臂板的弯矩 最大弯矩 底板厚度为 故取底板厚度为 6.3.2靴梁计算 柱与靴梁的竖直焊缝的焊脚尺寸用 柱与靴梁的竖直焊缝为 ，取 焊缝为8条，考虑内部4条焊缝焊接条件较差，计算时只考虑外面4条焊缝。 靴梁高度取，厚度为，柱脚尺寸见图6-3所示。图6-3 铰接柱脚 因柱与底板直接连接的焊缝质量不能保证，柱端与底板可能有较大的缝隙，故偏安 全不考虑其受力，靴梁与底板连接焊缝总长度为 取 靴梁板承受的最大弯矩为 6.3.3 抗剪验算 柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础间 的摩擦力（摩擦系数可取）或设置抗剪键承受。 抗剪