同济大学钢结构课程设计

单层单跨门式刚架设计计算一、设计资料（1）设计参数单层房子为单跨门式刚架，刚架跨度30m，长度90m，柱距6m，檐口标高8m，屋面坡度1：10。屋面资料采纳压型钢板，墙面资料采纳彩钢板，天沟为彩板天沟。基础混凝土标号为C30，fc14.3N/mm2，钢材材质为Q345，fy310kN/mm2,fc180N/mm2。（2）设计荷载屋面恒荷载为0.5kN/m2，活荷载为0.5kN/m2；雪荷载为0.2kN/m2，基本风压为0.55kN/m2，地面粗拙度为B类，风荷载体型系数如图1所示。图1计算模型机风荷载体型系数二、荷载组合1、1.20恒载+1.40活载2、1.00恒载+1.40风载3、1.00恒载+1.40x0.90活载+1.40x0.90风载4、1.35恒载三、内力计算1、计算模型（如图2）图2节点及单元编号图、荷载工况荷载工况如图3恒载活载左风右风图3荷载工况图、各工况内力恒载、活载、作风和右风作用下的钢架内力如图4—图7。轴力争（KN）剪力争（KN）弯距图(kN.m)图4恒载作用下钢架内力争轴力争(kN)剪力争(kN)弯距图(kN.m)图5活载作用下钢架内力争轴力N图(kN)剪力争(kN)弯距图(kN.m)图6左风作用下钢架内力争轴力争(kN)剪力争(kN)弯距图(kN.m)图7右风作用下钢架内力争、组合内力采纳荷载组合1（1.20恒载+1.40活载）对构件内力值进行验算。该组合下的构件内力值见表1。表1工况1下组合内力表小节点小节点小节点大节点大节点大节点组合号单元号N(kN)V(kN)M(kN.m)N(kN)V(kN)M(kN.m)1-163.576.00.0-129.676.0-584.92-91.8-119.3-592.5-82.8-29.1190.413-78.9-4.4258.0-82.834.3190.44-82.8-34.3190.4-78.94.4258.05-82.829.1190.4-91.8119.3-592.56-129.6-76.0-584.9-163.5-76.00.0、构件尺寸和截面特色表2构件尺寸和截面特色长度

面积

绕x轴

绕y轴单元号

截面名称(mm)(mm

2)

惯性矩

惯性矩(x104mm4)(x104mm4)Z400~800x200x8x7040188721335柱177001010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335柱277001010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁1105521010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁245221010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁345221010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁4105521010240940501337表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值四、构件截面验算1、宽厚比验算翼缘板自由外伸宽厚比2008/2235/fy12.4，知足规程限值要109.615求。（）97.5250235/fy206，知足规程限值要求。腹板高厚比8002108柱腹板高度变化率（800-400）/850mm/m60mm/m,故腹板抗剪可以考虑屈曲后强度。柱腹板不设加劲肋，k5.34,whw/tw97.5，w1.3820.8，因此k235/fy375.34235/34537fv'10.64(w0.8)fv0.628fv，Vd0.628hwtwfv。因为梁截面尺寸同柱，故计算同柱。2、①号（柱）单元截面验算①号节点端：M120，V1276.0kN,N12163.5kN②号节点端：M12-270kN?m,V1276.0kN,N12-163.5kN（1）强度验算①号节点端有效宽度计算：柱下端弯矩为零，1.0，1N/A163.5103/704023.22N/mm2，K164（120.112（12））（1）因1f，R·11.123.2225.54N/mm2p=hw/tw=47.50.2790.8，故有效宽度系数28.1K235/fy28.14235/25.541，1=N/A<f310N/mm2。V1276.6Vd0.628hwtwfv0.628(400210)8180103343kN①号节点端截面强度知足要求。②号节点端：1N/A+M/We129.6103/10240584.9106400/94050104261.4N/mm21N/AM/We129.6103/10240584.9106400/94050104236.1N/mm22/1236.1/261.40.9K161621.520.112（12）（120.112（12（1））（10.9）0.9）（10.9）因1f，R·11.1261.4287.6N/mm2，则0.8p=hw/tw=97.50.8281.228.1K28.121.5235/fy235/287.610.9(p0.8)10.9(0.8280.8)0.975，故②号节点端截面所有有效。V12760.5Vd0.5(800210)8180103561.6kNMeNMeNWe/Ae(fN/Ae)We(310129.6103/10240)94050104/400699.1106N?mmM21584.9kN?MMeN699.1kN?M故②号节点截面强度知足要求。坚固验算A.钢架柱平面内整体坚固：柱小头惯性矩IC018872104mm4，大头惯性矩IC194050104mm4，梁最小截面为IC018872104mm4。柱的线刚度K1IC1/h94050104/8000117562.5mm3。1d1180011,2d2180011,0.3,插值得0.34。d0400d0400柱的线刚度K2Ib0/(2s)18872104/(20.3415074)18411mm3。K2/K118411/117562.50.157,IC0/IC10.201,查得r1.546xL0x1.546770072.7,NEx'02EA3.1422.061057040Lc0x/Ac018872104/7040(1.1x2)1.172.7224.59105N。长细比换算为72.734588,查表得xr0.568。235楔形柱平面内坚固验算：N0mxMxxrAe0[1xr(N/NEx')]We1163.51031.0584.910640030.568704094050104(10.568163.5103)299.8N/mm2310N/mm2245910f知足要求。钢架柱平面外整体坚固：B.ly3000mmyL0y300069,长细比换算为6934584,查得y0.661Lc0y/Ac01334104/7040235柱楔率d1180011,d0400t1N/NE'x00.75(N/NE'x0)21163.5103/24.591050.75(163.5103/24.59105)20.912s10.023lh0/Af10.02313000400/(20010)1.563w10.00385l/iy010.0038513000/40.51.033y0sl/iy01.5633000/40.51164320A0h0(s)2(y0t0)223543207040400by2W()1162943600w4.4hfyy0x00(1.563)2(11610)2(235)2.010.6,by'1.070.2820.931.0334.4400345byN0tM1163.51030.912584.91064002知足要求。yAe0brWe10.661102400.934268.1310N/mm9405010（3）②号单元截面验算②号节点端：M12592.5kN?M，V12119.3kN,N1291.8kN③号节点端：M12190.4kN?m，V1229.1kN,N12-82.8kN强度验算②号节点端：1N/A+M/We91.8103/10240592.5106400/94050104261.0N/mm21N/AM/We91.8103/10240592.5106400/94050104243.0N/mm22/1243.0/261.00.931K161622.320.112（12）（120.112（12（1））（10.931）0.931）（10.931）因1f，R·11.1260.0287.1N/mm2，则0.8p=hw/tw=97.50.811.2K28.122.328.1235/fy235/287.110.9(p0.8)10.9(0.810.8)0.9911，故可以为②号节点端截面全部有效，截面仍采纳全截面。V23119.30.5Vd0.5(800210)8180103561.6kNMeNMeNWe/Ae(fN/Ae)We(31091.8103/10240)94050104/400707.8106N?mmM21584.9kN?MMeN707.6kN?M故②号节点截面强度知足要求。B.平面外验算L0y300069,长细比换算为34584,查得y0.661yLc0y/Ac01337104/704069235ly3000mm柱楔率d1180011,t0.60.4M20.60.4190.40.471d0400M1592.5s10.023lh0/Af10.02313000400/(20010)1.563w10.00385l/iy010.0038513000/40.51.033y0sl/iy01.5633000/40.51164320A0h0(s)2(y0t0)2(235by2Wx0)y0w4.4h0fy43207040400(1.563)2(11610)2(235)11629436001.0334.44003452.010.6'1.070.2820.93bybyN0tM191.81030.417592.5106400127310N/mm2知足要求。yAe0brWe10.661102400.9394050104（4）②号单元截面验算②号节点端：M12190.4kN?M，V1234.3kN,N1282.8kN④号节点端：M12258kN?m，V124.4kN,N1278.9kN强度验算②号节点端：1N/A+M/We78.9103/10240258106400/94050104117.4N/mm21N/AM/We78.9103/10240258106400/94050104102.0N/mm22/1243.0/261.00.869K161626.420.112（12）（120.112（12（1））（10.869）0.869）（10.869）因1f，R·11.1117.4129.1N/mm2，则p=hw/tw=97.50.500.8K235/fy28.128.122.3235/129.11，故②号节点端截面所有有效。V234.40.5Vd0.5(800210)8180103561.6kNMeNMeNWe/Ae(fN/Ae)We(31078.9103/10240)94050104/400710.8106N?mmM21258kN?MMeN710.8kN?M故②号节点截面强度知足要求。平面外验算yL0y300069,长细比换算为69345查得y0.661Lc0y/Ac01337104/704023584,ly3000mm柱楔率d1180011,d0400t0.60.4M20.60.4190.40.895M1258s10.023lh0/Af10.02313000400/(20010)1.563w10.00385l/iy010.0038513000/40.51.033y0sl/iy01.5633000/40.5116by4320A0h0(s)2(y0t0)2(235)2Wx0fyy0w4.4h0432070404001.5632116102(2352943600()(4.4))1161.0334003452.010.6'0.2820.93by1.07byN0tM178.91030.895258106400117.3310N/mm2知足要求。yAe0brWe10.661102400.9394050104五、节点验算1、梁柱连结节点螺栓螺栓强度验算采纳端板竖放连结，以以下列图：图8梁柱节点表示图⑴.连结节点螺栓强度验算梁柱节点采纳10.9级M27摩擦型高强度螺栓连结，构件接触面采纳喷砂办理，摩擦面抗滑移系数：0.5，每个高强螺栓的预拉力=290kN,连结处内力值：M=-584.9kN·M,V=-119.3kN,N=-91.8kN2、梁梁节点1设计：螺栓承受的最大拉力Nt1My1N584.90.5119.30.8P232kNy21n4(0.220.320.52)184.912每个螺栓承受的剪力：NvV91.87.65[Nvb]0.9nfP0.90.52901130.5kN,抗剪知足要求。n12最外排螺栓验算：NvNt9.18184.9知足要求.NvbNtb130.4232(2).端板厚度验算端板厚度取25mm,按两边支承板外伸计算t6efewNt[ewb2ef(efew)]f66060184.410322.1mm,知足要求。60220260(6060)295节点域剪应力计算(3).M584.9106120.2180N/mm2,知足要求。dbdctc(80020)28(4).螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值Nt2My1N584.90.391.2/12107.80.4P116kNy12n4(0.320.220.52)0.4P116103241.7f310,知足要求。ewtw608梁梁节点1采纳8.8级M20摩擦型高强度螺栓连结，构件接触面采纳喷砂办理，摩擦面抗滑移系数：0.45，每个高强螺栓的预拉力=125kN,连结处内力值：螺栓承受的最大拉力Nt1My1N2580.47578.9y21n4(0.32520.4752)84.60.8P=100kN10每个螺栓承受的剪力：NvV4.40.44[Nvb]0.9nfP0.90.45125150.6kN,抗剪知足要求。n10最外排螺栓验算：NvNt0.4484.6知足要求.NvbNtb50.6100(2).端板厚度验算M=258kN·M,V=4.4kN,N=78.9kN图9梁梁节点1表示图端板厚度取mm,按两边支承板外伸计算20t6efeNtweeew)]f[ewb2f(f6606084.610315.0mm,知足要求。60220260(6060)295(3).螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值Nt2My1N2580.325y2n4(0.325278.9/1055.4>0.4P50kN0.4752)1Nt255.410351.3f310,知足要求。ewtw6083、梁梁节点2设计：⑴.连结节点螺栓强度验算梁梁节点2采纳10.9级M24摩擦型高强度螺栓连结，构件接触面采纳喷砂处理，摩擦面抗滑移系数：0.5，每个高强螺栓的预拉力=225kN,连结处内力值：M=190.4kN.M,V=34.3kN,N=-82.8kN螺栓承受的最大拉力Nt1My1N4190.40.282.8160.80.8P=180kNy21n(0.12520.22)8每个螺栓承受的剪力：图10梁梁节点2表示图NvV34.3b]0.9nfP0.90.5抗剪知足要求。n8最外排螺栓验算：NvNt4.29160.8知足要求.NvbNtb101.31800.9361,(2).端板厚度验算端板厚度取mm,按两边支承板外伸计算25t6efewNteeew)]f[ewb2f(f66060190.410322.5mm,知足要求60220260(6060)295(3).螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值Nt2My1N190.40.12582.8/896.6>0.4P72kNy12n4(0.12520.22)Nt296.6103201f310,知足要求。ewtw608、柱脚设计：图11柱脚表示图连结处内力值：V=-163.5kN,N=-79.3kN⑴.柱脚底板面积确实定Bb02t2c8040080560mmLh02t2c8020080360mm基础采纳C30混凝土，f