门式钢架轻型钢结构.docx

门式钢架轻型钢结构.docx

《门式钢架轻型钢结构.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《门式钢架轻型钢结构.docx（29页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

门式钢架轻型钢结构

浙江科技学院

钢结构课程设计

题目门式刚架轻型钢结构设计

学院建筑工程学院

专业班级

学号

学生姓名

指导教师

完成日期2011年7月5日

1.设计资料3

2.钢架的布置及类型5

3.屋面构件与支撑设置6

4.荷载计算6

5.内力和侧移计算7

6内力组合16

6.钢架柱截面设计17

7.钢架梁截面设计18

8.梁翼缘和腹板宽厚比验算18

9.刚架柱的验算19

10.刚架柱在弯，剪，压共同作用下的强度验算20

11.刚架柱的稳定性验算20

12.节点设计21

13.螺栓强度验算22

14.刚架横梁屋脊处节点连接23

15.柱脚设计25

16.参考书目26

门式刚架轻型钢结构设计》计算书

1.设计资料

钢结构课程设计”任务书

题目：

某轻型门式刚架结构设计

一、设计目的

本课程设计是在完成了《钢结构基本原理》和《建筑钢结构设计》两门主课相关内容的学习后，通过一轻钢门式刚架结构的设计实践，较全面地掌握钢结构设计的全过程：

结构选型、结构布置、荷载计算、内力分析、构件设计、节点设计、绘制钢结构施工图。

通过课程设计，加深对钢结构设计过程的认识，提高对所学知识的综合运用能力。

二、设计资料

1.车间或仓库的柱网及檐高：

a.长度：

90m柱距分别为：

a）6mb）7.5mc）9m

b.跨度：

a）15mb）18mc）21md）24me）27m

c.檐高：

a）6mb）8m

2.屋面坡度：

1:

10

3.屋面材料：

彩板夹芯板

4.墙面材料：

彩板夹芯板

5.天沟：

彩板天沟

6.荷载标准值

1）活载：

0.5kN/m2

2）风载：

基本风压0.45kN/m2

地面粗糙度：

B类，风载体型系数（可按右图取）

3）雪载：

0.4kN/m2

7.材质：

Q235B

恒载：

彩钢板檩条灯饰隅撑等0.3墙体彩钢板0.25

三、学生的选题规则

按学号末两位进行选题。

学号末两位设为xy

x=0,3,6,9的，设计柱距为6m；

x=1,4,7的，设计柱距为7.5m；

x=2，5，8的，设计柱距为9m；

y=1，2，3，4，5则跨度分别设计为15m，18m，21m，24m，27m,檐高6m；y=6，7，8，9，0则跨度分别设计为15m，18m，21m，24m，27m,檐高8m。

69柱距6m跨度24m檐高8mh550*250*10/12L1

四、基本内容和要求

一）基本内容

1．柱网及屋面结构布置（包括支撑体系布置）

2．门式刚架选型

3．确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸4．梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度确定5．荷载计算

6．用结构力学方法计算各工况下的内力

7．荷载组合和内力组合

8．构件及连接节点（梁柱连接节点、屋面梁拼接节点、柱脚）设计9．绘制施工图

二）基本要求

1.结构设计计算书

2.设计图纸

a.结构平面布置图（包括支撑、檩条等布置）——A4

b.门式刚架结构详图（包括结构设计说明）——A3或A2

3.计算书要求计算正确，条理清楚，书写端正；施工图纸绘制应选择适当的图幅和比例，线型和符号应规范准确。

4.按时（一周内上交）独立完成设计任务要求的全部工作。

参考资料：

[1]陈绍蕃钢结构（上）钢结构基础

钢结构（下）房屋建筑钢结构设计中国建筑工业出版社

[2]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS10：

22002

[3]钢结构设计规范GB50017-2003

[4]有关“门式刚架轻型钢结构房屋”的设计手册及其他资料

钢结构课程建设组2011．06

无吊车门式刚架跨度24m，柱距6m，共16榀。

檐高8m，屋面坡度1/10，彩板天沟，墙面材料为彩板夹芯板，钢材采用Q345钢。

恒载：

为0.3kN/m；活载：

0.5kN/m2；墙体自重0.25kN/m2；雪载：

0.4kN/m2；风载：

基本风压W0=0.45kN/m2，地面粗糙度B类。

3.屋面构件与支撑设置

3.1屋面板根据保温隔热的要求及建筑外形设计要求,考虑施工方便选用JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩

色钢制夹芯板,芯板面板厚为0.50mm，板厚为80mm.。

3.2檩条根据屋面板对檩条的要求,檩条间距采用1.5m.按荷载采用冷弯薄壁C型钢C180x70x20x3,跨中设拉条一道。

3.2屋面支撑与柱间支撑

为了保证厂房的强度，空间结构的稳定性，门式钢架结构左右跨横梁顶面设置横向水平支撑，在柱间设置柱间支撑。

3.3屋面横向支撑

根据CECS102:

2002的要求：

屋盖的横向支撑和柱间的支撑一般设置在温度区段端部或第一或第二开间区。

（柱网布置图和檩条布置图，另）

4.荷载计算

4.1荷载取值计算（标准值）：

222

（1）恒载：

屋面板0.3kN/m墙体彩钢板自重：

0.25kN/m

（2）活载：

0.5kN/m

2

雪载：

0.2kN/m（3）风荷载：

2

基本风压wo0.45kN/m地面粗糙类别B类，按CECS102：

2002的规定，基本风压

标准值：

0.361.8kN/m

设计值：

1.21.82.16kN/m

柱身恒载：

0.25×6=1.5kN

设计值：

1.5×1.2=1.8kN

（2）屋面活荷载：

标准值：

0.563kN/m

设计值：

1.434.2kN/m

3）风荷载：

仅以左风为例，右风相反。

屋面风压设计值：

ql1.41.00.451.056kN3.9m69/

qr1.40.650.451.056k2.N57m985/

柱顶集中风载设计值：

pbw1.40.250.451.05463.969kN

pDw1.40.550.451.0546kN8.7318

5.内力和侧移计算

5.1内力计算

内力计算采用弹性分析法。

用梁，柱平均刚度将梁，柱简化为等截面刚梁，然后采用结构力学求解器进行求解。

屋面恒载作用

结构力学求解器计算：

结点,1,0,0

结点,2,0,8

结点,3,12,9.2

结点,4,24,8

结点,5,24,0

单元,1,2,1,1,0,1,1,1

单元,2,3,1,1,1,1,1,1

单元,3,4,1,1,1,1,1,1

单元,4,5,1,1,1,1,1,0

结点支承,5,4,0,0,0

结点支承,1,4,0,0,0

单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,0,-1

单元材料性质,2,3,-1,7.9,1,0,-1

单元材料性质,4,4,-1,10.1,1,0,-1

单元荷载,2,3,2.16,0,1,90

单元荷载,3,3,2.16,0,1,90

单元荷载,4,3,1.8,0,1,180,2

单元荷载,1,3,1.8,0,1,0,2

内力计算

杆端内力值（乘子=1）

杆端1

杆端2

单元码轴力剪力

1

-40.3200149

-10.6000934

0.00000000

2

-13.1265869

24.7366337

-84.8007473

3

-13.1266174

1.31268077

56.4441634

4

-25.9199793

10.6000378

-84.8003023

弯矩

轴力

剪力

-25.9200149

-10.6000934

-84.8007473

-13.1265869

-1.31264387

56.4441634

-13.1266174

-24.7365968

-84.8003023

-40.3199793

10.6000378

-0.00000000

弯矩

屋面活载结点,1,0,0结点,2,0,8结点,3,12,9.2结点,4,24,8结点,5,24,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,0结点支承,5,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,0,-1单元材料性质,2,3,-1,7.9,1,0,-1单元材料性质,4,4,-1,10.1,1,0,-1单元荷载,2,3,4.2,0,1,90单元荷载,3,3,4.2,0,1,90内力计算杆端内力值（乘子=1）

杆端1杆端2

单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩

-50.4000290

-20.6112927

0.00000000

-50.4000290

-20.6112927

-164.890342

-25.5239868

48.0990100

-164.890342

-25.5239868

-2.55236308

109.752540

-25.5239257

2.55243483

109.752540

-25.5239257

-48.0989383

-164.889476

-50.3999599

20.6111846

-164.889476

-50.3999599

20.6111846

0.00000000

4.20

12.06

m=1

EI=10.1

EA=79000000000

（1）

8.00

4.20

12.06

m=1

EI=10.1

EA=79000000000

（4）

8.00

风载作用结点,1,0,0结点,2,0,8结点,3,12,9.2结点,4,24,8结点,5,24,0单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,0结点支承,5,4,0,0,0结点支承,1,4,0,0,0单元材料性质,1,1,-1,10.1,1,0,-1单元材料性质,2,3,-1,7.9,1,0,-1单元材料性质,4,4,-1,10.1,1,0,-1结点荷载,2,1,3.969,0结点荷载,4,-1,8.7318,180单元荷载,2,-3,3.989,0,1,90单元荷载,3,-3,2.57985,0,1,90

内力计算

杆端内力值（乘子=1）

杆端1

杆端2

剪力

弯矩

单元码

轴力

剪力

弯矩

轴力

1

47.2680866

21.4752028

0.00000000

47.2680866

21.4752028

171.801622

2

22.1228027

-45.2915908

171.801622

22.1228027

2.81515377

-84.3281232

3

22.2424316

-1.62132268

-84.3281232

22.2424316

29.4912832

83.7256592

4

31.5580945

-10.4657074

83.7256592

31.5580945

-10.4657074

0.00000000

6内力组合

选取控制截面。

由于刚架布置，恒载和活载作用下对称。

故选择取控制截面为a-a，b-b，c-c，d-d。

d

如图所示：

cb

bc

d

内力组合：

内力组合考虑以下三种

（1）永久荷载+活荷载

（2）永久荷载+风荷载

（3）永久荷载+0.85（活荷载+风荷载）

a

a

控制截面组合内力见表：

表.刚架组合内力：

截面

内力

恒荷载

活荷载

风荷载

恒荷载+活荷载

恒荷载+风荷载

恒荷载+0.85（风荷载+活荷载）

a-a

N

-40.32

-50.4

47.27

-90.72

6.95

-42.9805

V

-10.6

-20.61

21.48

-31.21

10.88

-9.8605

M

0

0

0

0

0

0

b-b

N

-25.92

-50.4

47.27

-76.32

21.35

-28.5805

V

-10.6

-20.61

21.485

-31.21

10.885

-9.85625

M

-84.8

-164.89

171.8

-249.69

87

-78.9265

c-cN

-13.13

-25.52

22.12

-38.65

8.99

-16.02

V

24.74

48.1

-45.29

72.84

-20.55

27.1285

M

-84.8

-164.89

171.8

-249.69

87

-78.9265

d-dN

-13.13

-25.52

22.12

-38.65

8.99

-16.02

V

-1.31

-2.55

2.815

-3.86

1.505

-1.08475

M

56.44

109.75

-84.328

166.19

-27.888

78.0487

注：

表中N、V

的单位为

kN，M的单位为kN·m。

6.钢架柱截面设计

选用Q345H600*300*12*14右图为所选的截面高度H=600（mm）

翼缘宽Bu=300（mm）

腹板厚Tw=12（mm）

翼缘厚Tu=14（mm）

截面积A=15264.0（mm2）

单重g=119.822（kg/m）

x轴惯性矩Ix=90841.8048X1e4（mm4）

x轴抵抗矩Wx=3028.0602X1e3（mm3）

x轴回转半径ix=243.9544（mm）

x轴半截面面积矩Sx=1721.3760X1e3（mm3）y轴惯性矩Iy=6308.2368X1e4（mm4）

y轴抵抗矩Wy=420.5491X1e3（mm3）

y轴回转半径iy=64.2865（mm）

y轴半截面面积矩Sy=325.2960X1e3（mm3）

扭转惯性矩It=97150.0416X1e4（mm4）柱翼缘和腹板宽厚比验算

翼缘部分：

30012b12

c14

腹板部分：

hw600214tw12

7.钢架梁截面设计选用Q345H500*250*10*12右图为所选的截面高度H=500（mm）

翼缘宽Bu=250（mm）腹板厚Tw=10（mm）翼缘厚Tu=12（mm）

截面积A=10760.0（mm2）单重g=84.466（kg/m）

x轴惯性矩Ix=44716.3147X1e4（mm4）

x轴抵抗矩Wx=1788.6526X1e3（mm3）

x轴回转半径ix=203.8576（mm）

x轴半截面面积矩Sx=1015.2200X1e3（mm3）

y轴惯性矩Iy=3128.9667X1e4（mm4）y轴抵抗矩Wy=250.3173X1e3（mm3）

y轴回转半径iy=53.9255（mm）

y轴半截面面积矩Sy=193.4500X1e3（mm3）扭转惯性矩It=47845.2813X1e4（mm4）

8.梁翼缘和腹板宽厚比验算

翼缘部分：

腹板部分：

250

刚梁横梁和柱的计算长度

1）横梁在刚梁平面内的计算长度

由于刚架坡度1：

10<1：

5，因此，刚架横梁在平面内稳定性能够得到保证，不需要验算平面内的稳定性。

（2）横梁在刚梁平面内的计算长度

但为

考虑屋面压型钢板与檩条紧密的连接，有一定的蒙皮效应，在平面能起到支撑作用，了安全计算长度按两个檩条之间考虑即

l0y215003000mm

加劲肋设置

1）柱加劲肋：

腹板均匀剪力

则柱腹板可不设加劲肋，仅在柱端设置加劲肋。

2）梁加劲肋：

故，梁腹板可不设加劲肋，仅在梁端设置加劲肋

9.刚架柱的验算

fv180N/mm2

，满足要求。

Vuhwtwfv572121801031235.52kNV

10.刚架柱在弯，剪，压共同作用下的强度验算

对于柱脚a-a截面和柱顶b-b截面，分别验算其承受的内力分别为：

a-a截面M=0，V=31.21kN，N=90.72kN；b-b截面M=249.69kN，V=31.21kN，N=76.32kN

（1）a-a截面在弯、剪、压共同作用下的强度验算

Vuhwtwfv572123101032127.84kN

V31.210.5Vu0.52127.841063.92kN取V0.5Vu

M249.69kN.mMf,取MMf故：

11.刚架柱的稳定性验算

1）刚架柱平面内的稳定性

等截面

b类截面，查表17-2

y0.594x0.899

N/（A）42.9805*1000/（0.594*15264）295310刚架平面内的欧拉临界力：

则，刚架柱在平面外的稳定性：

N0tM142.9805103178.9265106

yAe0b'We10.594152641.06730.28105

22

291.69N/mm2f310N/mm2

，满足要求刚架整体稳定性满足要求

12.节点设计

11.1

10.9级M16高强度摩擦型螺栓

梁柱的节点：

刚架横梁与刚架柱连接采用端板竖放的连接方式。

螺栓采用进行连接

11.2节点构造及螺栓布置

11.3

1）节点的构造见图

13.螺栓强度验算

螺栓采用10.9级M16高强度摩擦型，查得每个螺栓预应力P=100KN，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑采用0.45.连接处传递内力直接用c-c截面内力即：

M=249.69kN·mN=38.6523.38kN，V=72.84kN

（1）螺栓抗剪验算：

每个螺栓抗滑承载力设计值为：

Nvb10.9nfp0.910.45100kN40.5

螺栓群的抗剪承载力设计值：

Nvb10Nvb11040.5405kNV72.84kN

2）每个螺栓承受的拉力

My1N249.690.6

yi2n40.220.420.552

Ntb0.8P0.8100k8N0

满足要求。

最外排螺栓在拉、剪共同作用下的验算：

端板的平面—180×580

端板的厚度：

按两边支撑类端板计算

选取端板厚度20mm，满足要求。

端板设螺处腹板的强度：

Nt222.08kN0.4p40kN

0.4P

twlw

0.410010

1038

105.26

2

N/mmf

满足要求。

梁柱节点域验算

M

dbdctc

1.0249.69106

50050010

22

99.876N/mm2fv180N/mm2，满足要求。

综上，梁柱节点采用端板竖放的方式连接，端板为，螺栓选用10颗10.9级M16摩擦型高强螺栓。

14.刚架横梁屋脊处节点连接

同梁柱连接一样采用端板竖放，螺栓连接的方式，螺栓仍选用栓，节点的构造、端板及螺栓的布置见图所示。

10.9级M16摩擦型高强螺

N=38.65KN螺栓群的抗剪承载力

V=3.86KN

M=166.19KN·M

Nvb140.910.45100567kNV3.86kN，满足要求

各螺栓承受的拉力

M

Nt1yi2

y1

33.650.6

22238.76.52k8N

n40.220.420.55214

Nt2

My2N33.650.2

2222

yi2n40.220.420.552

38.65

14

0.5875kN

最外排螺栓在拉、剪共同作用下的验算：

NvbNtb567800.0981，满足要求

端板的厚度：

按三边支撑类考虑

6tftwNt6504840103

tfwt10mmtwb2tftftwf481802505048*310

选取端板厚度20mm，满足要求。

15.柱脚设计

根据计算假定，柱脚设计或铰接。

本工程柱脚采用一对锚栓的平板式柱脚。

基础混凝土等级为C20，fc9.6N/mm2。

柱脚设计

柱脚底板计算：

（1）地板的厚度。

按构造

Bb0x24022050280340mm

取B=340mm满足要求

2）底板长度L

N

BL

fcc

c偏安全地取为1.0

N

fc

38.65

310

3409.6

11.8m4m

按构造仍取Lh0x60025070m0m

则柱脚底板如图：

3）底板厚度：

底板厚度应大于栓孔的直径，取柱脚地板为26mm由于柱脚全截面受压，故取2M24的锚栓布置如图柱脚抗剪连接。

但对Nmin组合有：

Vmax3.86kN0.N40.438.65k1N5.46

满足要求

。

V=5.6kN〉0.4N=0.4x7.3=2.92kN故应设置抗剪连接件综上：

柱脚采用一对锚栓的平板式柱脚，底板为-340x700x26。

锚栓为2M24

16.参考书目

1.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：

2002）

2.钢结构设计规范GB50017-2003.

3.混凝土设计规范GB50010-2002.

4.梁启智.钢结构.华南理工大学出版社.

5.黄呈伟.钢结构设计.科学出版社.