鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)-門式鋼架

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 日 期 2011/12/23門式剛架計(jì)算書1、設(shè)計(jì)資料(1)廠房柱網(wǎng)布置廠房為單跨雙坡門式剛架（見圖11）。長度90m，柱距6m，跨度18m，門式剛架檐高9m，屋面坡度為1：10。 圖11 門式剛架簡圖(2)材料選用屋面材料：單層彩板。墻面材料：單層彩板。天溝：鋼板天溝(3)結(jié)構(gòu)材料材質(zhì) 鋼材：， 基礎(chǔ)混凝土：(4)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值） 靜載：有吊頂（含附加荷載）0.5 活載： 風(fēng)載：基本風(fēng)壓，地面粗糙度為B類，風(fēng)載體型系數(shù)按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102：2002）封閉式建筑類型中間區(qū)的風(fēng)荷載體型系數(shù)采用。 確定Z值： 取較小值為3

2、.6m，根據(jù)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程表A.0.2-1注3，因柱距，故風(fēng)荷載取中間值。 詳見圖12所示 圖12 風(fēng)荷載體型系數(shù)示意圖（左風(fēng)） 雪荷載：(5)其它 本課程設(shè)計(jì)不考慮地震作用2、荷載計(jì)算(1)荷載取值屋面靜載： 屋面活載：輕質(zhì)墻面及柱自重（包括柱、墻骨架）：風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓，按地面粗糙度為B類；以柱頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)；以屋頂為準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)(2)各部分作用荷載1)屋面靜載 標(biāo)準(zhǔn)值：活載 標(biāo)準(zhǔn)值：2)柱荷載靜載 標(biāo)準(zhǔn)值：3)風(fēng)荷載迎風(fēng)面：柱上 橫梁上背風(fēng)面：柱上 橫梁上3、內(nèi)力分析采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解內(nèi)力，計(jì)算簡圖及結(jié)果如下：(1)靜載作用下的內(nèi)力計(jì)算圖3-1-1 靜載

3、內(nèi)力計(jì)算簡圖（單位：KN/m）圖3-1-2 靜載作用下彎矩圖（單位：KNm）圖3-1-3 靜載作用下剪力圖（單位：KN）圖3-1-4 靜載作用下軸力圖（單位：KN） (2)活載作用下的內(nèi)力計(jì)算圖3-2-1 活載內(nèi)力計(jì)算簡圖（單位：KN/m）圖3-2-2 活載作用下彎矩圖（單位：KNm）圖3-2-3 活載作用下剪力圖（單位：KN）圖3-2-4 活載作用下軸力圖（單位：KN）(3)風(fēng)載作用下的內(nèi)力計(jì)算 1)左風(fēng)情況下：圖3-3-1 左風(fēng)載內(nèi)力計(jì)算簡圖（單位：KN/m） 圖3-3-2 左風(fēng)載作用下彎矩圖（單位：KNm）圖3-3-3 左風(fēng)載作用下剪力圖（單位：KN）圖3-3-4 左風(fēng)載作用下軸力圖（單

4、位：KN） 2)右風(fēng)情況下：右風(fēng)荷載作用下，個內(nèi)力圖與左風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖剛好對稱，不再畫出。4、內(nèi)力組合(1)計(jì)算剛架內(nèi)力組合時，按照如下四種荷載組合進(jìn)行： ； ； ； 。圖41 門式剛架計(jì)算截面各工況作用下的截面內(nèi)力見下表4.1。各荷載作用下的截面內(nèi)力 表4.1截面內(nèi)力靜載活載左風(fēng)右風(fēng)11-59.36-59.3669.063.86-9.25-9.257.356.9526.2126.21-21.0810.42256.2056.2031.5031.50-6.56-6.566.957.35-0.66-0.661.14-2.5733-59.36-59.3669.063.86-27.00-27.0

5、021.7111.04-6.60-6.605.19-5.83440000-54.00-36.0021.7111.04-6.60-6.6010.155.03由以上計(jì)算內(nèi)力，按照荷載組合規(guī)則進(jìn)行計(jì)算，內(nèi)力組合值如下表4.2所示。 內(nèi)力組合值 表4.2截面內(nèi)力 左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)左風(fēng)右風(fēng)11-154.3-96.41-151.5-32.72-124.037.32-53.96-24.05-17.91-18.22-9.87-10.431.040.4868.1550.3276.8827.6371.70-3.340.7722146.12119.7119.778.4278.4212.112.1-17.06-10.

6、92-10.88-9.73-9.173.173.73-1.72-2.68-3.88-3.03-5.04-2.26-4.2633-154.3-96.42-151.1-32.7-124.037.32-54.0-70.2-51.85-60.9-28.47-43.416.81.89-17.1-12.76-21.3-7.12-21.433.39-11.5440000000-115.2-96.85-105.9-69.7-84.62-23.6-38.54-17.1-8.57-12.87-0.178-7.347.610.445、截面選擇與強(qiáng)度驗(yàn)算(1)截面形式及尺寸初選 截面參數(shù)表 表5.1截面尺寸長度面積1

7、1L42018061090006000972.76108.0818332872.952290006000972.76108.0818332872.9533Z42018061090456000972.76108.0818332872.954490456000972.76108.0818332872.95圖51 梁、柱截面形式和尺寸(2) 剛架橫梁 1)截面特性 2)局部穩(wěn)定驗(yàn)算翼緣：腹板： 3）強(qiáng)度驗(yàn)算 因?yàn)榱菏堑冉孛?，因此高度變化率符合的條件，所以考慮板件的屈曲后強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按照下式計(jì)算：。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。 ， 所以11截面的強(qiáng)度驗(yàn)算 因?yàn)?1截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合

8、進(jìn)行驗(yàn)算： a、正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值用代替公式中的：因?yàn)椋?，?1截面全部有效。11截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算22截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算11截面強(qiáng)度滿足要求。22截面的強(qiáng)度驗(yàn)算22截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、 正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)椋么婀街械模?因?yàn)?，所以，?2截面全部有效。22截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算22截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算： 4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算a、平面內(nèi)穩(wěn)定 根據(jù)協(xié)會規(guī)程第6.1.6條第一

9、款的規(guī)定，實(shí)腹式剛架梁當(dāng)屋面坡度小于 時，在剛架平面內(nèi)可可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度。屋面坡度為小于，故可不驗(yàn)算梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性。b、平面外穩(wěn)定 故平面外穩(wěn)定滿足要求。 (3) 剛架柱1)截面特性 2)局部穩(wěn)定驗(yàn)算翼緣：腹板：3）強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)橹堑冉孛妫虼烁叨茸兓史系臈l件，所以考慮板件的屈曲后強(qiáng)度，腹板抗剪承載力按照下式計(jì)算：。梁柱都不設(shè)置橫向加勁肋。 ， 所以 3-3截面的強(qiáng)度驗(yàn)算3-3截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算：a、正應(yīng)力驗(yàn)算：故截面的邊緣正應(yīng)力比值因?yàn)?，用代替公式中的?因?yàn)?，所以，?-3截面全部有效。3-3截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 所以采用以下公式進(jìn)行強(qiáng)度

10、驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算3-3截面強(qiáng)度滿足要求。截面利用率b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：44截面的強(qiáng)度驗(yàn)算因?yàn)?4截面只存在軸力和剪力，分別驗(yàn)算截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 驗(yàn)算采用荷載組合： a、正應(yīng)力驗(yàn)算：彎矩為0，故截面的邊緣正應(yīng)力比值。因?yàn)?，用代替公式中的?因?yàn)?，所以，?-3截面全部有效。b、剪應(yīng)力驗(yàn)算：4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算a、平面內(nèi)穩(wěn)定b、平面外穩(wěn)定 故平面外穩(wěn)定滿足要求。故平面外穩(wěn)定滿足要求。6、位移計(jì)算（荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值）(1)柱頂側(cè)移計(jì)算 圖61 剛架柱頂側(cè)移荷載計(jì)算簡圖 桿端位移值 表6.1單元碼桿端1桿端2 u v u v 10.0000.000-0.00857.8210.0000.003257.8210.

11、0000.00357.950-1.2870.001357.950-1.2870.00158.0790.0000.003458.0790.0000.0030.0000.000-0.009圖62 柱頂側(cè)向位移圖（單位：mm）因此柱頂水平位移滿足要求。 (2)橫梁撓度計(jì)算 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下橫梁撓度（取1.0靜載1.0活載），用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解得桿端位移值見下表6.2圖63 1.0靜載與1.0活載作用下?lián)隙扔?jì)算簡圖 桿端位移值 表6.2單元碼桿端1桿端2 u v u v 10.0000.0000.003-4.4420.0000.0052-4.4420.0000.0050.000-44.4170.

12、00030.000-44.4170.0004.4420.0000.00544.4420.0000.0050.0000.000-0.003 圖64 1.0靜載和1.0活載作用下的豎向位移（單位：mm） 橫梁撓度滿足要求。7、構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(1)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)連接采用端板豎放的連接形式，如圖71所示，連接處內(nèi)力采用以下組合： 圖71 梁柱連接節(jié)點(diǎn)示意圖 圖72 螺栓布置圖(1-1)采用10.9級摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力，則每個螺栓的抗剪承載力為：初步采用個高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖7-2所示。螺栓驗(yàn)算頂排螺栓的拉力最大抗拉滿足要求 第二

13、排螺栓： 第三排螺栓：因?yàn)椋匀〉谒呐怕菟ǎ?，取螺栓群的抗剪承載力端板厚度端板厚度t根據(jù)支承條件計(jì)算確定。在本例中有兩種計(jì)算類型：兩邊支承類端板（端板平齊）以及無加勁肋端板，分別按照協(xié)會規(guī)程中相應(yīng)的公式計(jì)算各個板區(qū)的厚度值，然后取最大的板厚作為最終值。a、兩邊支承類端板（端板平齊）：b、 無加肋端板：綜上所得結(jié)果可取端板厚度為t20mm。(1)梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 梁梁拼接節(jié)點(diǎn)連接形式如圖73所示，連接處選用如下組合內(nèi)力值： 采用級摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力，則每個螺栓的抗剪承載力為：初步采用8個高強(qiáng)度螺栓。螺栓群的布置如圖74所示。圖73 梁梁連接節(jié)點(diǎn)示意圖圖74 螺栓布置圖(2-2)螺栓驗(yàn)算底排螺栓的拉力最大 抗拉滿足要求。 因?yàn)榧袅苄?，所以無需驗(yàn)算剪力。端板厚度 端板厚度的取值與梁柱節(jié)點(diǎn)端板一致，取t20mm。8、柱腳設(shè)計(jì)按照計(jì)算假定，柱腳的形式為鉸接，不能抵抗彎矩。剪力由底板與混凝土之間的摩擦力承擔(dān)（若經(jīng)過驗(yàn)算不滿足，則需設(shè)置抗剪鍵）。柱腳的形式如圖81所示，采用四個錨栓與基礎(chǔ)連接。錨栓為，。基礎(chǔ)砼標(biāo)號。基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)采用如下荷載組合進(jìn)行：，。 圖81 柱腳詳圖(1)柱腳底板尺寸的確定假定底板寬度底板長度取(2)柱腳底板厚度的確定底板壓力底板按三邊支承板一邊自由板計(jì)算 ，查表得。 因此，底板