設計計算書鋼結構課程Word版

1、1 設計資料一、 工程概況某車間倉庫，無吊車、無振動，采用單層單跨門式鋼架。二、 車間柱網(wǎng)布置1. 長度：2. 跨度：3. 檐高：三、 屋面坡度1：10四、 材料1. 屋面材料：壓型鋼板2. 墻面材料：彩鋼板3. 天 溝：彩板天溝或鋼板天溝4. 基礎混凝土：5. 鋼材：五、 荷載信息1. 恒載：無吊頂 2. 活載： 3. 風荷載：基本風壓 地面粗糙程度 B類 荷載體型系數(shù)（見圖1-1）1 / 24圖1-1 計算模型及風荷載體型系數(shù)4. 荷載組合：a) 1.2×恒荷載+1.4×活荷載；b) 1.2×恒荷載+1.4×風荷載；c) 1.2×恒荷載+0

2、.85×（1.4×恒荷載+1.4×風荷載）六、 控制指標1. 柱頂水平位移:；2. 橫梁撓度：；七、 設計依據(jù)1. 設計任務書提供的各種數(shù)據(jù)文件和資料。2. 我國現(xiàn)行有關規(guī)范、規(guī)程，主要包括：建筑結構荷載規(guī)范（GB 50009-2006）鋼結構設計規(guī)范（GB 50017）冷彎薄壁型鋼技術規(guī)范（GB 50018-2002）門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范（CECS 102-2002）上海市輕型鋼結構技術規(guī)程(DBJ 08-68-1997)建筑地基基礎設計規(guī)范（GB 50007-2002） 2 屋面結構平面布置圖一、 溫度縫的設置該廠房長度90m，跨度27m，柱距6m，

3、共有16榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于220m、橫向溫度區(qū)段不大于120m，因此不用設置伸縮縫。二、 柱間支撐，1. 廠房長度>60m，且無吊車，因此在廠房第一開間和中部開間設置柱間支撐，此時支撐間距36m。2. 由于柱距=柱高，圓鋼與構件的夾角為45O，因此柱間支撐不用分層布置。三、 屋面支撐在設置柱間支撐的相應開間同時設置屋蓋橫向支撐，并在屋面支撐的相應部位設置拉條。（見附錄1） 3 截面初步設計一、 計算模型 內力計算模型如圖3-1所示：圖3-1 節(jié)點及單元編號圖二、 荷載分析1. 恒荷載（不包括結構自重）： =單位面荷載跨度=0.2×6=1.2kN/m 如圖3-2所示；

4、2. 活荷載： =單位面荷載×跨度=0.3×6=1.8kN/m 如圖3-3所示；3. 風荷載：根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范可得風壓高度變化系數(shù)如表3-1所示，鋼架風荷載計算簡圖如圖3-4所示。表3-1 風壓高度變化系數(shù)（B類粗糙度） 標高（m）5101.01.0柱頂離室外地坪高度為6m，由表3-1得 =1.0；屋面坡度為1：10，可得屋脊離外地坪高度為7.2m，由表1得 =1.0。因此，可得各方向風荷載的大小：圖3-2 恒載 圖3-3 活載圖3-4 風載（左風）因右風和左風的荷載情況反對稱，在此省略。三、 內力分析1. 單位荷載下的內力表3-2 單位荷載下的內力軸力剪力彎矩2. 單

5、一荷載下的內力表3-3 單一荷載下的內力表截面恒載活載左風1-14.4 7.8 0.0 -21.6 11.7 0.0 37.9 -24.0 0.0 2-14.4 -7.8 0.0 -21.6 -11.7 0.0 27.1 8.3 0.0 3-14.4 7.8 -46.9 -21.6 11.7 -70.4 37.9 -19.1 128.9 4-14.4 -7.8 -46.9 -21.6 -11.7 -70.4 27.1 19.2 82.2 5-7.8 -14.3 -46.9 -11.7 -21.5 -70.4 10.1 37.8 128.9 6-7.8 14.3 -46.9 -11.7 21.5

6、 -70.4 7.9 -26.8 82.2 7-7.8 0.1 30.1 -11.7 0.1 45.2 10.1 -1.8 -66.4 8-7.8 -0.1 30.1 -11.7 -0.1 45.2 7.1 -1.1 -66.4 彎矩剪力963659+9865+8669+-96969696969636+3軸力圖3-5 恒載作用下剛架的內力圖彎矩剪力軸力圖3-5 活載作用下剛架的內力彎矩剪力剪力圖3-6 風載作用下剛架的內力3. 荷載組合a) 1.2×恒荷載+1.4×活荷載；b) 1.2×恒荷載+1.4×風荷載；c) 1.2×恒荷載+1.4

7、15;活荷載+1.4×0.6×風荷載d) 1.2×恒荷載+1.4×0.7×活荷載+1.4×風荷載表3-4 各組合作用下截面內力表截面1.2D+1.4L1.2D+1.4W1.2D+0.85（1.4L+1.4W)1-47.5 25.7 0.0 27.1 -19.6 0.0 45.5 -28.8 0.0 2-47.5 -25.7 0.0 12.0 -2.4 0.0 32.5 10.0 0.0 3-47.5 25.7 -154.8 27.1 -12.7 96.0 45.5 -22.9 154.7 4-47.5 -25.7 -154.8 12.

8、0 12.8 30.6 32.5 23.0 98.6 5-25.7 -47.3 -154.8 0.1 27.1 96.0 12.1 45.4 154.7 6-25.7 47.3 -154.8 -3.0 -11.7 30.6 9.5 -32.2 98.6 7-25.7 0.3 99.4 0.1 -2.4 -38.7 12.1 -2.2 -79.7 8-25.7 -0.3 99.4 -4.1 -1.6 -38.7 8.5 -1.3 -79.7 四、 控制截面根據(jù)上表得：最不利荷載下的控制截面分別為：1. 柱：3（4）截面2. 梁：5（6）截面這些截面在不考慮自重時，彎矩最大，軸力最大，所以取為控制

9、截面。五、 截面初選：按壓彎構件設計截面，且因為控制截面上的彎矩相同，所以只需進行一次計算即可。剛架在第一種荷載組合時，構件的彎矩和軸力最大，所以根據(jù)第一種荷載組合下的內力值選擇截面。1. 需要的截面抵抗矩：將彎矩擴大1.2倍，按受彎構件計算2. 選擇截面選用組合工字鋼截面500×200×8×10，如圖：圖3-7 組合工字鋼截面圖3. 截面驗算滿足要求。 滿足要求。4 考慮自重后的截面驗算一、 考慮自重下的內力分析1. 自重計算方法：構件截面積為，鋼材密度為，則，自重下的線荷載為：2. 經(jīng)計算可得，各截面在自重下的內力，如表4-1所示： 表4-1 各截面在自重下的

10、內力表截面自重1-10.97.602-10.9-7.603-7.37.6-23.84-7.3-7.6-23.85-7.6-10.8-23.86-7.610.8-23.87-7.6011.48-7.6011.43. 將自重考慮到恒載中后，恒載下的各截面內力值為：圖4-1 考慮自重恒載下的各截面內力圖4. 考慮自重后，各種荷載組合下的內力值如下表4-2表4-2 考慮自重各種荷載組合下的內力值表截面1-60.634.9027.1-19.6045.5-27.4-20.22-60.6-34.9012.0-2.4032.512.8-20.23-56.334.9-183.427.1-12.796.045.5

11、-18.7134.54-56.3-34.9-183.412.012.830.632.528.678.55-34.9-60.2-183.40.127.196.012.152.4143.86-34.960.2-183.4-3.00-11.730.69.5-23.887.77-34.9-4.1113.10.1-2.4-38.712.17.6-90.68-34.94.1113.1-4.1-1.6-38.78.59.9-90.6二、 控制截面的選擇控制內力組合項目有：1. max與相應的， (以最大正彎矩控制) 截面3、4、5、62. max與相應的， (以最大軸力控制) 截面1、2三、 控制截面的驗算

12、1. 控制截面參數(shù)表4-3 控制截面參數(shù)表截面規(guī)格78401335313862. 寬厚比驗算按門式鋼架輕型房屋結構技術規(guī)程（CECS102：2002）（以下簡稱技術規(guī)程）第6.1.1條規(guī)定驗算。a) 翼緣板自由外伸寬厚比滿足規(guī)程限值要求。b) 腹板高厚比滿足規(guī)程限值要求。3. 剛架梁的驗算a) 抗剪驗算梁截面最大剪力為。,滿足要求。b) 壓彎共同作用下的驗算c) 整體穩(wěn)定驗算I 橫梁平面內整體穩(wěn)定驗算計算長度取橫梁長度b類截面，查得 滿足要求。其中=1.087為材料分項系數(shù)；。II 橫梁平面外整體穩(wěn)定驗算考慮屋面壓型鋼板與檁條緊密連接，起到應力蒙皮作用，檁條可作為橫梁平面外的支承點，但為了安全

13、起見，計算長度按兩個檁條間距考慮，即=3016mm。對于等截面構件=0，按公式根據(jù)試驗，按b類截面，查得=2.43>0.6取取滿足要求。4. 剛架柱的驗算a) 抗剪驗算柱截面最大剪力為25.74KNVmax<,滿足要求。b) 壓彎共同作用下的驗算滿足要求。c) 整體穩(wěn)定驗算剛架柱平面內整體穩(wěn)定驗算剛架柱高，梁長。按公式計算得，梁線剛度比如下：假設，則由于柱等截面，根據(jù)規(guī)程查表可得柱的計算長度系數(shù)剛架柱的計算長度為15900mm由于柱等截面，根據(jù)規(guī)程查表可得柱的計算長度系數(shù)剛架柱的計算長度為15900mmb類截面，查得 滿足要求。其中=1.087為材料分項系數(shù)；。II 剛架柱平面外整

14、體穩(wěn)定驗算考慮屋面壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，起到應力蒙皮作用，與柱連接的墻梁可作為柱平面外的支承點，但為了安全起見，計算長度按兩個墻梁間距考慮，=3000mm。 對于等截面構件=0，按公式根據(jù)試驗，按b類截面，查得=2.43>0.6取取N/mm2滿足要求 。5 位移及撓度驗算一、 柱頂水平位移驗算：1. 內力分析由于在風荷載作用下，柱頂?shù)膹澗刈畲蟆Ｋ詢H進行在風荷載作用時，柱頂?shù)乃轿灰乞炈?。此時，剛架的彎矩圖為：圖7-1 左風 彎矩圖2. 位移計算采用結構力學中的圖層法計算剛架柱頂水平位移。a) 用力法求出在單位1力作用在柱頂時的彎矩圖； 圖7-2 單位力彎矩圖b) 對這兩個圖使用圖

15、層法在此，因為剛架構件可視為壓彎構件，計算位移時可僅計彎矩影響。符合要求。二、 橫梁撓度驗算：1.內力分析由于在恒載和活載共同作用下，橫梁上彎矩最大。所以進行再恒載和活載組合下，柱頂?shù)乃轿灰乞炈?。此時，剛架 ，在此荷載下，剛架的彎矩圖為：2. 位移計算采用結構力學中的圖層法計算剛架柱頂水平位移。a) 用力法求出在單位1力作用在柱頂時的彎矩圖；b) 對這兩個圖使用圖層法 滿足要求。6 節(jié)點設計一、 梁柱節(jié)點驗算1. 梁柱節(jié)點螺栓強度驗算梁柱節(jié)點采用10.9級摩擦型高強度螺栓連接.構件接觸面采用處理方法為噴砂,摩擦面搞滑移系數(shù)=0.5,每個高強螺栓的預拉力為,連接處內力設計值:a) 螺栓承受的最

16、大拉力螺栓抗拉滿足要求。b) 每個螺栓的剪力螺栓抗剪滿足要求.最外排螺栓驗算滿足要求。2. 端板厚度驗算端板厚度取t=20mm, 接兩邊支承端板外伸計算滿足要求。3. 節(jié)點域剪應力計算滿足要求4. 螺栓處腹板強度驗算翼緣內第二排第一個螺栓的軸向拉力設計值為 剛架梁腹板強度滿足要求。二、 梁梁結點驗算截面設計與梁柱結點處設計相同。連接處內力設計值:因內力都比梁柱結點處小,可適當調小端板厚度，取滿足要求。三、 柱腳設計. 1. 底板驗算,軸力作用在底板單位面積上的壓力為區(qū)格單位寬度的最大彎距,按三邊技承計算由 查表得底板厚度為 取 2. 抗剪連接件：按構造在每個柱底設置兩個抗剪連接件。3. 柱腳與基礎的連接構造用兩個直徑為，材料為鋼的錨栓。7 變截面設計一、 斜梁的變截面設計1. 斜梁的跨中彎矩