鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)輕型門式鋼架設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào)2009021225鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)哈爾濱市輕型門式鋼架設(shè)計(jì)院（系）名稱：航天與建筑工程學(xué)院專業(yè)名稱：土木工程學(xué)生姓名：宋健指導(dǎo)教師：陳樹華2012年6月1.設(shè)計(jì)資料哈爾濱市某單層工業(yè)廠房，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度15m，柱距9m，柱高8m，屋面坡度1/10，地震設(shè)防烈度為6度。剛架平面布置如下圖1.1所示，剛架形式及幾何尺寸如下圖1.2所示。屋面及墻面板均為彩色壓型鋼板，內(nèi)填充以保溫玻璃棉板，考慮經(jīng)濟(jì)、制造和安裝方便，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距為1.5米，采用Q345鋼，焊條采用E43型。圖1.1 剛架平面布置圖圖1.2 剛架形式及幾何尺寸2.荷載計(jì)算2.1荷載取值

2、計(jì)算：（1）屋蓋永久載荷標(biāo)準(zhǔn)值（對(duì)水平投影面）YX51-380-760型彩色壓型鋼板0.15kN/m50mm后保溫玻璃棉板0.05kN/mPVC鋁箔及不銹鋼絲0.02kN/m檁條及支撐0.10kN/m剛架斜梁自重（有吊頂）0.15kN/m懸掛設(shè)備(有附加荷載) 0.50kN/m合計(jì)： 0.97kN/m（2）屋面可變載荷標(biāo)準(zhǔn)值屋面活荷載：按不上人屋面考慮，取為0.48kN/m。雪荷載：基本雪壓。對(duì)于單跨雙坡屋面，屋面坡角=54238，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值。取屋面活荷載與雪荷載中的較大值0.48kN/m，不考慮積灰荷載。（3）輕質(zhì)墻面及柱自重標(biāo)準(zhǔn)值（包括柱、墻骨架等）0.50kN/m（4）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按門

3、式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102:2002）附錄A規(guī)定計(jì)算。基本風(fēng)壓，地面粗糙類別為B類；風(fēng)荷載高度變化系數(shù)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 50009-2001）規(guī)定采用，當(dāng)高度小于10m時(shí)，按10m高度處的數(shù)值采用，。風(fēng)荷載體型系數(shù)。迎風(fēng)面柱及屋面分別為+0.25和-1.0，背風(fēng)面柱及屋面分別為-0.55和-0.65（CECS102:2002中間區(qū)）。（5）地震作用據(jù)全國民用建筑工程設(shè)計(jì)措施結(jié)構(gòu)中第條建議：單層門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)一般在抗震烈度小于7度的地區(qū)可不進(jìn)行抗震計(jì)算。故本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮地震作用。2.2各部分作用的載荷標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算（1）屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（2）柱

4、荷載恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（3）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值迎風(fēng)面：柱上橫梁上背風(fēng)面：柱上橫梁上3.內(nèi)力分析考慮本工程剛架跨度較小，廠房高度較低、荷載情況及剛架加工制造方便，剛架采用等截面，梁柱選用相同截面。柱腳按鉸接支承設(shè)計(jì)。采用彈性分析方法確定剛架內(nèi)力。3.1在恒荷載作用下：4.50kN/m4.50kN/m8.73kN/m圖3.1 恒荷載作用簡圖-117.93-117.93116.55-117.93-117.93ABCDEABCDE 圖3.2 恒荷載作用下的M圖ABCDE圖3.3 恒荷載作用下的N圖21.1865.47101.47101.4765.4721.1814.67ABCDE圖3.4 恒荷載作

5、用下的V圖14.7463.681.4714.7414.741.4714.7463.683.2在活荷載作用下：-58.3657.675-58.36ABCDE圖3.6 活荷載作用下的 M圖4.32kN/m圖3.5 活荷載作用簡圖ABCDEABCDE圖3.7 活荷載作用下的N圖10.4832.4032.407.2610.4832.4032.40ABCDE圖3.8 活荷載作用下的V圖7.2931.510.737.297.290.737.2931.513.3在風(fēng)荷載作用下：ABCDE圖3.10 左風(fēng)向荷載作用下的M圖圖3.9 左風(fēng)向荷載作用簡圖ABCDE3.393kN/m5.22kN/m5.22kN/m

6、3.393kN/m119.47-53.97-3.201.305kN/m2.871kN/m-24.57ABCDEABCDE43.8743.87-20.73-20.7314.0314.0313.0913.099.7120.1542.683.346.0519.5211.0811.88圖3.11 左風(fēng)向荷載作用下的N圖圖3.12 左風(fēng)向荷載作用下的V圖4.內(nèi)力組合剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 500092001）的規(guī)定，采用荷載效應(yīng)的基本組合：。本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級(jí)為二級(jí)，。本工程不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。最不利內(nèi)力組合的計(jì)算截面取柱底、柱頂、梁端及梁跨中截面。對(duì)于剛架梁，截

7、面可能的最不利組合如下。梁端截面：Mmax及相應(yīng)的N、V；Mmin及相應(yīng)的N、V。梁跨中截面：Mmax及相應(yīng)的N、V；Mmin及相應(yīng)的N、V。對(duì)于剛架柱，截面可能的最不利組合有Mmax及相應(yīng)的N、V；Mmin及相應(yīng)的、V；Nmax及相應(yīng)的Mma、V；Nmin及相應(yīng)的Mma、N。內(nèi)力組合見表4.1表4.1截面內(nèi)力組合項(xiàng)目荷載組合方式荷載組合項(xiàng)目M/kNmN/kNV/kN剛架柱柱頂BMmax及相應(yīng)的N、V（1）1.2恒+1.4活-223.22123.92-27.89()Mmin及相應(yīng)的N、V（2）1.0恒+1.4風(fēng)49.334.28-1.15()Nmax及相應(yīng)的Mma、V（1）1.2恒+1.4活-

8、223.22123.92-27.89()Nmin及相應(yīng)的Mma、N（2）1.0恒+1.4風(fēng)49.334.29-1.15()柱底AMmax及相應(yīng)的N、VMmin及相應(yīng)的N、VNmax及相應(yīng)的Mma、V（1）1.2恒+1.4活0167.12-27.89()Nmin及相應(yīng)的Mma、N（2）1.0恒+1.4風(fēng)040.0513.47()剛架梁支座BMmax及相應(yīng)的N、 V（1）1.2恒+1.4活-223.2240.09120.53()Mmin及相應(yīng)的N、V（2）1.0恒+1.4風(fēng)49.331.543.93()跨中CMmax及相應(yīng)的N、V（1）1.2恒+1.4活220.6027.77-2.79()Mmin

9、及相應(yīng)的N、V（2）1.0恒+1.4風(fēng)40.991.54-6.15()5.剛架設(shè)計(jì)5.1截面設(shè)計(jì)：初選梁柱截面均用焊接工字鋼450200812，截面特性：B=200mm，H=450mm，mm，mm，A=82.1，=28181，=1252，=18.53cm，=1602,，=160.2，=4.42cm。5.2構(gòu)件驗(yàn)算：（1）構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算翼緣部分： =96/12=8腹板部分：=426/8=53.25（2）剛架梁的驗(yàn)算抗剪驗(yàn)算梁截面最大剪力為=120.53，考慮到僅有支座加勁，滿足要求。彎、剪、壓共同作用下的驗(yàn)算取梁段截面進(jìn)行驗(yàn)算，N=40.09，V=120.53，M=223.22。因VM=223.

10、22,取M=故,滿足要求。整體穩(wěn)定性驗(yàn)算N=40.09，M=223.22梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：計(jì)算長度取橫梁長度=15075，=/=81.35=150，b類截面，查表得0.679。,=187.62，滿足要求。梁平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：考慮壓型鋼板與檁條緊密連接，有蒙皮作用，檁條可作為橫梁平面外的支撐點(diǎn)，但為安全起見，計(jì)算長度按兩個(gè)檁距或隅撐間距考慮，即=3015。對(duì)于等截面構(gòu)件，b類截面，查表得=0.762。取,滿足要求。按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500172003）校核該梁腹板容許高厚比。粱端截面：故，滿足要求。梁跨中截面：故，滿足要求。.驗(yàn)算檁條集中荷載下的局部受壓承載力a檁條傳給橫梁上翼

11、緣的集中荷載b驗(yàn)算腹板上邊緣處的折算應(yīng)力取梁端截面處的內(nèi)力M=223.22，N=40.09，V=120.53。，滿足要求。（3）剛架柱的驗(yàn)算A.抗剪驗(yàn)算柱截面的最大剪力是=27.89kN，考慮到僅有支座加勁肋，滿足要求。B.彎、剪、壓共同作用下的驗(yàn)算取柱端截面進(jìn)行驗(yàn)算N=123.82，V=27.89，M=223.22。因V,取M=故,滿足要求。C.整體穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力：N=167.12N，M=223.22a.剛架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算剛架柱高H=8000，梁長L=15075，柱的線剛度，梁的線剛度，查表得柱的計(jì)算長度系數(shù)=2.612。剛架柱的計(jì)算長度。=150，b類截面，查表得=0.4

12、76。,，滿足要求。b.剛架柱作用平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮屋面壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱連接的墻梁可作為柱平面外的支撐點(diǎn)，但為安全起見，計(jì)算長度按兩個(gè)墻梁間距或隅撐間距考慮，即。對(duì)等截面構(gòu)件，b類截面，查表得=0.762。取0.970,.按輕型門式剛架設(shè)計(jì)規(guī)程校核剛架柱腹板容許高厚。a. 柱頂截面。故，滿足要求。b. 柱底截面。，滿足要求。（4）驗(yàn)算剛架在風(fēng)荷載作用下的側(cè)移，剛架柱頂?shù)刃搅Γ浩渲袧M足。5.3節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算：（1）梁柱連接節(jié)點(diǎn).螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算梁柱節(jié)點(diǎn)采用10.9級(jí)M30高強(qiáng)摩擦型螺栓連接，構(gòu)件截面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)=0.45，每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是3

13、55kN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=40.09kN，V=120.53kN，M=223.22kNm。H450200812H450200812（a）（b）圖5.1 剛架柱與剛架梁的連接節(jié)點(diǎn)螺栓抗拉承載力驗(yàn)算：螺栓抗剪承載力驗(yàn)算：滿足。最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉承載力驗(yàn)算：，滿足要求。.端板厚度驗(yàn)算端板厚度取t=22mm，按二邊支撐類端板計(jì)算:.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求。螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算。，滿足要求。（2）橫梁跨中節(jié)點(diǎn).螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算橫梁跨中節(jié)點(diǎn)采用10.9級(jí)M30高強(qiáng)摩擦型螺栓連接，構(gòu)件接觸面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)=0.45，每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是355kN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=2

14、7.77kN，V=2.79kN，M=220.60kNm。H450200812圖5.2 剛架梁跨中節(jié)點(diǎn)螺栓抗拉承載力驗(yàn)算：螺栓抗剪承載力驗(yàn)算：，滿足。最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉承載力驗(yàn)算，滿足要求。.端板厚度驗(yàn)算端板厚度取t=22mm，按二邊支撐類端板計(jì)算.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算。，滿足要求。（3）柱腳設(shè)計(jì)剛架柱與基礎(chǔ)鉸接，采用平板式鉸接柱腳。 a.柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值：Nmax=167.12kN，相應(yīng)的V=27.89kN；Nmin=1.54kN，相應(yīng)的V=3.93kN。 b.由于柱腳剪力較小，Vmax=27.89kN0，考慮柱間支撐豎向上拔力后，錨栓仍不承受拉力，故僅考慮柱在安裝過程中的穩(wěn)定，按構(gòu)造要求

15、設(shè)置錨栓即可，采用4M24。c.柱腳底板面積和厚度計(jì)算。H450200812M24圖5.3 剛架柱鉸接.柱腳底板面積確定,取b=300mm，取h=550mm底板布置如圖，基礎(chǔ)采用C20混凝土，=9.6，驗(yàn)算底板下混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：-17.8+6.290.969+9.78=23.078上翼緣板：上翼緣板為最大壓應(yīng)力作用于部分加勁板件的支撐邊，-10.906.受壓板件的有效寬度腹板：，1.1板組約束系數(shù)：由于0，取，。，則截面有效寬度為：=0.4=23.22mm，=0.6=34.83mm。上翼緣板：0，取，則截面有效寬度為：=0.4=16.46mm，=0.6=24.69mm。下翼緣板：下

16、翼緣板全截面受拉，全部有效。.有效凈截面模量圖6.1-2檁條上翼緣及腹板的有效凈截面上翼緣緣板的扣除面積寬度為，腹板的扣除面積寬度為，同時(shí)在腹板的計(jì)算截面有一直徑13mm拉條連接孔（距上翼緣35mm），孔位置與扣除面積基本相同，所以腹板的扣除面積按直徑13mm拉條連接孔計(jì)算。有效凈截面模量為，（3）強(qiáng)度驗(yàn)算按屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)考慮，當(dāng)檁條間距為0.75m時(shí)，強(qiáng)度驗(yàn)算滿足（縮小檁條間距，選取較大尺寸的檁條）（4）撓度計(jì)算，滿足要求。（5）構(gòu)造要求，滿足要求，滿足要求。6.2隅撐的設(shè)計(jì)：隅撐按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，軸心力為連接螺栓采用普通C級(jí)螺栓M12，隅撐的計(jì)算長度取兩端連接螺栓中心的距離為。選用L504，截面特性：,，查表得。單面連接的角鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘折減系數(shù)，滿足要求。C18070202.2圖6.3 檁條上翼緣及腹板的有效凈截面6.3墻梁的設(shè)計(jì)：本工程為單層廠房，剛架柱距為9m，標(biāo)高1.200 m以上采用彩色壓型鋼板。墻梁間距1.2m，跨中設(shè)二道拉條，鋼材為Q345.（1）荷載計(jì)算墻梁采用冷彎薄壁卷邊型鋼，自重，墻梁重?；撅L(fēng)壓，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按CECS102=2002中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算本工程外墻為落地墻，計(jì)算墻梁時(shí)不計(jì)墻重，另因墻梁先安裝故不計(jì)拉條作用。，（2）內(nèi)力計(jì)算，（3）強(qiáng)度計(jì)算墻梁，開口朝上，參考屋面檁條的計(jì)算結(jié)果及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取,在風(fēng)吸力下拉條位置