钢结构课程设计--轻钢门式钢架厂房设计

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轻钢门式刚架厂房设计钢结构课程设计班级*****姓名****学号*****指导老师******日期********22 门式刚架计算书1、设计资料(1)厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架（见图1－1）。长度90m，柱距6m，跨度18m，门式刚架檐高9m，屋面坡度为1：10。图1－1门式刚架简图(2)材料选用屋面材料：单层彩板。墙面材料：单层彩板。天沟：钢板天沟(3)结构材料材质钢材：，基础混凝土：(4)荷载（标准值）Ⅰ静载：Ⅱ活载：Ⅲ风载：基本风压，地面粗糙度为B类，风载体型系数按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。确定Z值：①②取较小值为3.6m，根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》表A.0.2-1注3，因柱距，故风荷载取中间值。22 详见图1－2所示图1－2风荷载体型系数示意图（左风）Ⅳ雪荷载：(5)其它本课程设计不考虑地震作用2、荷载计算(1)荷载取值屋面静载：屋面活载：轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）：风荷载：基本风压，按地面粗糙度为B类；以柱顶为准风压高度变化系数；以屋顶为准风压高度变化系数(2)各部分作用荷载1)屋面静载标准值：活载标准值：2)柱荷载静载标准值：3)风荷载迎风面：柱上横梁上背风面：柱上横梁上3、内力分析采用结构力学求解器求解内力，计算简图及结果如下：(1)静载作用下的内力计算22 图3-1-1静载内力计算简图（单位：KN/m）图3-1-2静载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-1-3静载作用下剪力图（单位：KN）图3-1-4静载作用下轴力图（单位：KN）(2)活载作用下的内力计算22 图3-2-1活载内力计算简图（单位：KN/m）图3-2-2活载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-2-3活载作用下剪力图（单位：KN）图3-2-4活载作用下轴力图（单位：KN）(3)风载作用下的内力计算22 1)左风情况下：图3-3-1左风载内力计算简图（单位：KN/m）图3-3-2左风载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-3-3左风载作用下剪力图（单位：KN）图3-3-4左风载作用下轴力图（单位：KN）2)右风情况下：右风荷载作用下，个内力图与左风荷载作用下的内力图刚好对称，不再画出。22 4、内力组合(1)计算刚架内力组合时，按照如下四种荷载组合进行：①；②；③；④。图4－1门式刚架计算截面各工况作用下的截面内力见下表4.1。各荷载作用下的截面内力表4.1截面内力静载活载左风右风Ⅰ－Ⅰ-30.14-36.1669.063.86-4.68-5.627.356.9513.1715.80-21.0810.4Ⅱ－Ⅱ27.9033.4831.5031.50-3.3-4.006.957.3522 -0.33-0.401.14-2.57Ⅲ－Ⅲ-30.14-36.1669.063.86-13.57-16.2821.7111.04-3.35-4.025.19-5.83Ⅳ－Ⅳ0000-40.57-16.2821.7111.04-3.35-4.0210.155.03由以上计算内力，按照荷载组合规则进行计算，内力组合值如下表4.2所示。内力组合值表4.2截面内力左风右风左风右风左风右风Ⅰ－Ⅰ-86.8-28.8-83.525.8-66.266.5-24.7-13.5-7.31-7.65-0.8334-1.395.615.0537.920.246.71.7845.8-16.327.7Ⅱ－Ⅱ80.4106.8106.8110.4110.47272-9.56-3.72-3.391.852.416.436.99-0.9560.0016-3.110.808-4.391.27-3.93Ⅲ－Ⅲ-86.8-28.8-83.525.1-66.266.5-24.7-39.1-20.8-29.8-1.84-16.816.81.89-9.65-5.29-14.5-0.694-16.13.92-11.5Ⅳ－Ⅳ0000000-71.5-53.2-62.2-34.2-49.2-10.2-25.1-9.65-1.12-5.426.25-0.91810.93.695、截面选择与强度验算(1)截面形式及尺寸初选22 截面尺寸长度面积Ⅰ－ⅠL500×200×6×10900068801334.20134.4229542.901181.72Ⅱ－Ⅱ900068801334.20134.4229542.901181.72Ⅲ－ⅢZ500×200×6×10904568801334.20134.4229542.901181.72Ⅳ－Ⅳ904568801334.20134.4229542.901181.72截面参数表表5.1图5－1梁、柱截面形式和尺寸(2)刚架横梁1)截面特性2)局部稳定验算翼缘：,满足要求；腹板：，满足要求。3）强度验算因为梁是等截面，因此高度变化率符合22 的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。所以①Ⅰ－Ⅰ截面的强度验算因为Ⅰ－Ⅰ截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、正应力验算：故截面的边缘正应力比值用代替公式中的：因为，所以，即Ⅰ－Ⅰ截面全部有效。Ⅰ－Ⅰ截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用所以采用以下公式进行强度验算：22 经验算Ⅱ－Ⅱ截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：经验算Ⅰ－Ⅰ截面强度满足要求。②Ⅱ－Ⅱ截面的强度验算Ⅱ－Ⅱ截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、正应力验算：故截面的边缘正应力比值因为，用代替公式中的：因为，所以，即Ⅱ－Ⅱ截面全部有效。22 Ⅱ－Ⅱ截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用所以采用以下公式进行强度验算：经验算Ⅱ－Ⅱ截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：4）整体稳定验算a、平面内稳定根据协会规程第6.1.6条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于时，在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度。屋面坡度为小于，故可不验算梁平面内的稳定性。b、平面外稳定(3)刚架柱1)截面特性22 平面内有效长度查《钢结构设计规范》表D-2得2)局部稳定验算翼缘：，满足要求。腹板：，满足要求。3）强度验算因为柱是等截面，因此高度变化率符合的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。所以①Ⅲ-Ⅲ截面的强度验算Ⅲ-Ⅲ截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、正应力验算：22 故截面的边缘正应力比值因为，用代替公式中的：因为，所以，即Ⅲ-Ⅲ截面全部有效。Ⅲ-Ⅲ截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用所以采用以下公式进行强度验算：经验算Ⅲ-Ⅲ截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：②Ⅳ－Ⅳ截面的强度验算因为Ⅳ－Ⅳ截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力。正应力验算采用荷载组合：剪应力验算采用荷载组合：a、正应力验算：22 弯矩为0，故截面的边缘正应力比值。因为，用代替公式中的：因为，所以，即Ⅲ-Ⅲ截面全部有效。b、剪应力验算：4）整体稳定验算a、平面内稳定22 b、平面外稳定6、位移计算（荷载采用标准值）(1)柱顶侧移计算22 图6－1刚架柱顶侧移荷载计算简图杆端位移值表6.1单元码杆端1杆端2uvθuvθ10.0000.000-0.00857.8210.000－0.003257.8210.000－0.00357.950-1.2870.001357.950-1.2870.00158.0790.000－0.003458.0790.000－0.0030.0000.000-0.009图6－2柱顶侧向位移图（单位：mm）因此柱顶水平位移满足要求。(2)横梁挠度计算竖向荷载标准值作用下横梁挠度（取1.0静载＋1.0活载），用结构力学求解器求解得杆端位移值见下表6.2图6－31.0静载与1.0活载作用下挠度计算简图22 杆端位移值表6.2单元码杆端1杆端2uvθuvθ10.0000.0000.003-4.4420.000－0.0052-4.4420.000－0.0050.000-44.4170.00030.000-44.4170.0004.4420.0000.00544.4420.0000.0050.0000.000-0.003图6－41.0静载和1.0活载作用下的竖向位移（单位：mm）横梁挠度满足要求。7、构件连接节点设计(1)梁柱节点设计梁柱节点连接采用端板竖放的连接形式，如图7－1所示，连接处内力采用以下组合：图7－1梁柱连接节点示意图图7－2螺栓布置图(1-1)22 采用10.9级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用个高强度螺栓。螺栓群的布置如图7-2所示。①螺栓验算顶排螺栓的拉力最大抗拉满足要求第二排螺栓：第三排螺栓：因为，所以取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承载力②端板厚度端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型：两边支承类端板（端板平齐）以及无加劲肋端板，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值。a、两边支承类端板（端板平齐）：22 a、无加肋端板：综上所得结果可取端板厚度为。(1)梁梁节点设计梁梁拼接节点连接形式如图7－3所示，连接处选用如下组合内力值：采用级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用8个高强度螺栓。螺栓群的布置如图7－4所示。图7－3梁梁连接节点示意图图7－4螺栓布置图(2-2)22 ①螺栓验算底排螺栓的拉力最大抗拉满足要求。因为剪力很小，所以无需验算剪力。②端板厚度端板厚度的取值与梁柱节点端板一致，取。8、柱脚设计按照计算假定，柱脚的形式为铰接，不能抵抗弯矩。剪力由底板与混凝土之间的摩擦力承担（若经过验算不满足，则需设置抗剪键）。柱脚的形式如图8－1所示，采用四个锚栓与基础连接。锚栓为，，。基础砼标号。基础底板设计采用如下荷载组合进行：，。图8－1柱脚详图(1)柱脚底板尺寸的确定假定底板宽度底板长度取(2)柱脚底板厚度的确定底板压力底板按三边支承板一边自由板计算22 查表得。因此，底板厚度底板的厚度不小16，所以实际取用底板厚度。(3)柱脚抗剪承载力验算柱底组合内力均为受压，基础混凝土与柱脚底板间的摩擦系数为0.4，由于，故无需设置抗剪键。9、抗风柱设计(1)、结构的计算模型抗风柱在风荷载作用下计算模型为一简支梁，如图9－1所示。计算高度。(2)、截面选择选用，(3)、内力验算q=4.34KN/m9m图9－1抗风柱计算模型风载标准值：22 风载设计值：弯矩设计值：剪力设计值：所以，<，<经验算，强度满足要求。22