钢结构设计计算书

1、 钢结构课程设计 工民建12-4班 赵梓达 3120512237目录一、设计资料2二、结构平面柱网及支撑布置2三、屋面构件31.夹芯板32.檩条33.屋面支撑3四、柱间支撑4五、荷载的计算41.计算模型的选取42.荷载取值计算5六、构件截面设计61.截面形式及尺寸初选62.截面内力73.钢架梁的验算94.钢架柱的验算115.钢架柱顶位移计算13七、节点设计及验算131.梁柱连接节点螺栓强度验算132.端部厚度验算143.梁柱节点域的剪应力验算144.螺栓处腹板强度验算145.梁跨中拼接节点及钢架柱脚14八、位移验算15九、施工图16一、设计资料某厂房采用单跨双坡门式刚架结构，长度为90m，柱距

2、分别为6m，根据学号不同，确定跨度为：15m ， 柱高为4.8m屋面坡度： 1:10（=5.71度）屋面材料： 夹芯板墙面材料： 夹芯板檩条墙梁： 薄壁卷边C型钢风载： 基本风压（0.4KN/m2） ，地面粗糙度：B类，风载体型系数如下图雪载： 0.25kN/m2材质： 钢材采用Q235钢，焊条E43型二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m，跨度15m，柱距6m，共有16榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝。厂房长度>60m，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m

3、；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑。结构平面布置如图所示三、屋面构件1.夹芯板 夹芯板可采用JXB42-333-1000，芯板面板厚度为0.5mm，板厚为80mm2.檩条檩条可以采用冷弯薄壁卷边槽钢180×70×20×3.0，跨中设拉条一道。檩托布置详见图纸。3.屋面支撑a) 屋面支撑布置檩条间距1.5m，水平支撑节距3m，见下图b) 屋面支撑荷载及内力屋面支撑斜杆采用张紧的圆钢。一侧山墙支撑取s=1.0。节点荷载标准值 Fwk=0.4×1.0×1.0×3×4.8+0.3+0.62=3.42kN节点荷载设

4、计值 Fw=3.42×1.4=4.79kN斜杆拉力设计值 N=1.5×4.79/cos26.6°=8.03KNc) 斜杆斜杆选用16的圆钢，截面面积A=201mm2强度校核： NA=8030201=39.9N/mm2<f 满足要求 四、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。a) 柱间支撑布置：b) 柱间支撑荷载及内力柱间支撑为斜杆，采用张紧的圆钢。计算见图：作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取4.5m）： 取 s=0.8+0.5=1.3w1=1.3×1.0×0.4×15×4.52

5、=17.55kN按一半山墙作用风荷载的1/3考虑节点荷载标准值为： FWK=13×12×17.55=2.93kN 柱间支撑计算简图节点荷载设计值 Fw=2.93×1.4=4.1kN斜杆反力设计值 N=4.1/cos37°=5.13kNc) 斜杆校核斜杆选用16的圆钢，截面面积A=201mm2强度校核： NA=5130201=25.5N/mm2<f，满足要求。 五、荷载的计算1.计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房柱高4.8m，屋面坡度为1：10。因此得到刚架计算模型： 钢架计算模型2.荷载取值计算a) 永久

6、荷载标准值（对水平投影面） 屋面夹心板 0.25 kN/m2 檩条 0.05 kN/m2 悬挂设备 0.15 kN/m2合计 0.45 kN/m2gk=0.45*(1/cos)*6= 2.72 kN/mb) 可变荷载标准值 活荷载标准值（不上人） 0.3 kN/m2 雪荷载 0.25 kN/m2 不同时考虑，取较大值 0.3 kN/m2 qk=0.3*6 = 1.8 kN/mc) 风荷载标准值基本风压值0.4 kN/m2，地面粗糙度：B类,z=1.0 ,s按设计资料取值,风压调整系数取1.05 迎风面： 墙面w1k=1.05*1.0*0.25*0.4*6=0.63kN/m 屋面w2k=1.05

7、*1.0*-1.0*0.4*6=-2.52kN/m 背风面： 墙面w4k=1.05*1.0*-0.55*0.4*6=-1.39kN/m 屋面w3k=1.05*1.0*-0.65*0.4*6=-1.64kN/m风荷载如下图：六、构件截面设计1.截面形式及尺寸初选梁柱都采用焊接的H型钢梁的截面高度h一般取（1/301/45）L，故取梁截面高度为500mm；暂取H500×250×8×10，截面尺寸见下图所示，柱的截面采用与梁相同截面特性： A=8.84×10-3 m2 Ix=3.7389×10-4m4 Iy=2.6062×10-5m4 ix

8、=2.0566×10-1 m iy=5.4297×10-2m Wx=1.4956×10-3 m3 Wy=2.085×10-4m3梁柱宽厚比验算：翼缘部分 b1t=250-82×110=12.1<15235fy =15 （满足要求）腹板部分 hwtw=500-2×108=60<250235fy =250 （满足要求）2.截面内力利用PKPM输入以上荷载，考虑活荷载的最不利布置及各种组合，得到内力图如下：由pkpm经过荷载组合得到以上内力包络图3.钢架梁的验算a) 强度钢架梁端部为最不利截面，N=29kN，V=47.4kN，M

9、=118.7kN·m1) 梁抗剪承载力设计值Vd梁截面的最大剪力为 Vmax=47.4kN考虑仅有支座加劲肋，k=5.34w=hw/tw37k235fy=60375.34×1=0.70<0.8所以 fv'=fv=125N/mm2 Vd=hwtwfv'=500-2×10×8×125=480kN>Vmax=47.4kN 满足要求。2) 梁抗弯承载力设计值Me先计算梁的有效截面：腹板最大应力max和最小应力min:maxmin=NA±MWx=29×1038840±118.7×1061

10、.4956×106=3.3±79.4=82.7 N/mm2(受压）-76.1 N/mm2（受拉）腹板受压区高度：hc=82.7×48082.7+76.1=249.9mm=minmax=-76.182.7=-0.920得： k=16(1+)2+0.112×(1-)2+(1+) = 16(1-0.920)2+0.112×(1+0.920)2+(1-0.920) =21.92由于 max=82.7N/mm2< f=215 N/mm2，故取 Rmax=1.1×82.7=90.97 N/mm2代替fy计算p，即p=hw/tw28.1kfy

11、235=6028.1×21.6190.97235=0.285<0.8因此，=1，全截面有效Me=Wef=Wxf=1.4956×106×215=321.55kN·m3) 弯剪压共同作用下的验算由于 V=47.4kN<0.5Vd=0.5×480=240kN 因此MeN=Me-NWeAe=321.55×106-29×103×1.4956×1068840=295.90kN·m>M=103.7kN·mb) 整体稳定验算1) 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

12、轴力很小可按压弯构件计算其强度和钢架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。2) 横梁平面外的整体稳定性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支撑点，但为了安全起见计算长度按两个檩条或隅撑间距考虑，即取 ly=3m y=lyiy=300054.297=55.25轻型H型钢可按b类截面，查附表4.2得 y=0.832 b=4320y2A0h0Wx0yz4+yt04.4h02(235fy) =432055.252×8840×4801.4956×106×1+55.25×104.4×4802(235235) = 4.1

13、5>0.6 b'=1.07-0.282b=1.07-0.2824.15=1.0NyAe0+tMb'We1=29×1030.832×8840+1.0×118.7×1061.0×1.4956×106 =3.95+79.3=83.7N/mm2< f 满足要求4.钢架柱的验算a) 强度钢架柱的强度也需要按弯、剪、压共同作用下的压弯构件计算，并取最不利的柱顶截面，N=55kN ， V=24.7kN ， M=118.7kN·m。 1) 柱抗剪承载力设计值Vd3w=hw/tw37k235fy=60375.34&

14、#215;1=0.70<0.8所以 fv'=fv=125N/mm2 Vd=hwtwfv'=500-2×10×8×125=480kN>Vmax=24.7N 满足要求。2) 柱抗弯承载力设计值Me先计算梁的有效截面：腹板最大应力max和最小应力min:maxmin=NA±MWx=55×1038840±118.7×1061.4956×106=6.3±79.3=85.6 N/mm2(受压）-73 N/mm2（受拉）腹板受压区高度：hc=85.6×48085.6+73=260m

15、m=minmax=-7385.6=-0.852得： k=16(1+)2+0.112×(1-)2+(1+) = 16(1-0.852)2+0.112×(1+0.852)2+(1-0.852) =20.38由于 max=85.6N/mm2< f=215 N/mm2，故取 Rmax=1.1×85.6=94.16 N/mm2代替fy计算p，即p=hw/tw28.1kfy235=6028.1×20.2494.16235=0.300<0.8因此，=1，全截面有效，故同样可得Me=Wef=Wxf=1.4956×106×215=321.5

16、5kN·m3) 弯剪压共同作用下的验算由于 V=24.7kN<0.5Vd=0.5×480=240kN 因此MeN=Me-NWeAe=321.55×106-55×103×1.4956×1068840=312.24kN·m>M=103.7kN·mb) 整体稳定性验算构件的最大内力N=60kN ， M=118.7kN·m。1) 钢架柱平面内的整体稳定性验算钢架柱高H=3.9m，梁长L=15.07m，由于梁柱采用等截面设计，故梁柱线刚度比 K=HL=0.26查表得柱的计算长度系数 =3.17钢架柱的计

17、算长度 l0=H=3.17×3.9=12.363m x=l0ix=12.3632.0566×10-1=60.1 b类截面，查附表4.2得 x=0.807 NEx0'=2EAe01.1x2=2×206×103×88401.1×60.12=4523.5kN有侧移钢架取mx=1.0，有N0xAe0+mxM1(1-NNEx0'x)We1=60×1030.807×8840+1×118.7×106(1-604523.5×0.807)×1.4956×106=8.4

18、+80.1=88.5 N/mm2< f，满足要求2) 钢架柱平面外的整体稳定性验算考虑压型钢板与墙梁紧密连接，有应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支撑点，但为了安全起见，计算长度按两个墙梁或隅撑间距考虑，即取 ly=3m y=lyiy=300054.297=55.25轻型H型钢可按b类截面，查附表4.2得 y=0.832 b=4320y2A0h0Wx0yz4+yt04.4h02(235fy) =432055.252×8840×4801.4956×106×1+55.25×104.4×4802(235235) = 4.15

19、>0.6 b'=1.07-0.282b=1.07-0.2824.15=1.0NyAe0+tMb'We1=60×1030.832×8840+1.0×118.7×1061.0×1.4956×106 =8.2+79.3=87.5 N/mm2< f 满足要求5.钢架柱顶位移计算由于钢架梁坡度不大于1:5，故有 t=IcLIbh=Lh=15.073.9=3.86 H=0.67Wk=0.671k+4kh=0.67×0.63+1.39×3.9=5.3kN u=Hh312EIc2+t=5.3×

20、103×3900312×2.06×105×3.7389×108×2+3.86 =2mm<h60=65mm,满足要求。七、节点设计及验算1.梁柱连接节点螺栓强度验算梁柱节点（详见节点详图）采用10.9级M20高强度螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑系数=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为155kN，连接处传递内力设计值N=29kN，V=47.4kN，M=118.7 kN·m。每个螺栓的拉力：N1=My1yi2-Nn=118.7×0.2964×0.2962+0.1962-298=69.7-

21、3.6=66.1kNN2=My2yi2-Nn=118.7×0.1964×0.2962+0.1962-298=46.1-3.6=42.5kN螺栓群的抗剪力：Nvb=0.9fP=0.9×1×0.45×155×8=502.2kN>V=47.4kN 满足要求最外排一个螺栓的抗剪、抗拉：NvNvb+NtNtb=47.48502.28+570.8×155=0.55<1, 满足要求。2.端部厚度验算端板厚度取为t=20mm，宽度b=250mm，按伸臂类端板计算：ef=45mmt6efNtbf=6×45×57000250×205=17.3mm 满