课程设计 门式钢架轻型钢结构 - 副本

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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26 目录1.设计资料32.钢架的布置及类型33.屋面构件与支撑设置34.荷载计算45.内力和侧移计算56内力组合146.钢架柱截面设计147.钢架梁截面设计158.梁翼缘和腹板宽厚比验算169.刚架柱的验算1710.刚架柱在弯，剪，压共同作用下的强度验算1711.刚架柱的稳定性验算1812.节点设计1913.螺栓强度验算2014.刚架横梁屋脊处节点连接2115.柱脚设计2216.参考书目2426 《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)9mb.跨度：a)15mb)18mc)21md)24me)27mc.檐高：a)6mb)8m2.屋面坡度：1:103.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/m22)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/m27.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26 按学号末两位进行选题。学号末两位设为xyx=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）——A4b.门式刚架结构详图（包括结构设计说明）——A3或A23.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：26 [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CECS102：2002[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/m2；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。1.钢架的布置及类型按CECS102:2002规范,门式钢架轻型钢结构广房的纵向温度区(伸缩缝间距)应不达于300m,横向温度区段应不大于150m.该工程可不设伸缩缝.柱网及平面布置如图。（补充）26 1.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）2.荷载计算4.1荷载取值计算（标准值）：（1）恒载：屋面板墙体彩钢板自重：0.25（2）活载：0.5雪载：0.2（3）风荷载：基本风压地面粗糙类别B类，按CECS102：2002的规定，基本风压乘以1.05的系数。即以柱顶为标准风压高度变化系数：4.2各部分作用荷载：（1）屋面恒载：标准值：设计值：柱身恒载：0.25×6=1.2设计值：1.2×1.2=1.44(2)屋面活荷载：标准值：设计值：26 （3）风荷载：仅以左风为例，右风相反。屋面风压设计值：柱顶集中风载设计值：1.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226 ----------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩1-40.3200149-10.60009340.00000000-25.9200149-10.6000934-84.80074732-13.126586924.7366337-84.8007473-13.1265869-1.3126438756.44416343-13.12661741.3126807756.4441634-13.1266174-24.7365968-84.80030234-25.919979310.6000378-84.8003023-40.319979310.6000378-0.0000000026 26 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26 1-50.4000290-20.61129270.00000000-50.4000290-20.6112927-164.8903422-25.523986848.0990100-164.890342-25.5239868-2.55236308109.7525403-25.52392572.55243483109.752540-25.5239257-48.0989383-164.8894764-50.399959920.6111846-164.889476-50.399959920.61118460.0000000026 26 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,-3,2.57985,0,1,9026 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147.268086621.47520280.0000000047.268086621.4752028171.801622222.1228027-45.2915908171.80162222.12280272.81515377-84.3281232322.2424316-1.62132268-84.328123222.242431629.491283283.7256592431.5580945-10.465707483.725659231.5580945-10.46570740.0000000026 26 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。如图所示：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）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-40.32-50.447.27-90.726.95-42.9805V-10.6-20.6121.48-31.2110.88-9.8605M000000b-bN-25.92-50.447.27-76.3221.35-28.580526 　　V-10.6-20.6121.485-31.2110.885-9.85625M-84.8-164.89171.8-249.6987-78.9265c-c　　N-13.13-25.5222.12-38.658.99-16.02V24.7448.1-45.2972.84-20.5527.1285M-84.8-164.89171.8-249.6987-78.9265d-d　　N-13.13-25.5222.12-38.658.99-16.02V-1.31-2.552.815-3.861.505-1.08475M56.44109.75-84.328166.19-27.88878.0487注：表中N、V的单位为kN，M的单位为kN·m。1.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：，满足要求；腹板部分：满足要求;26 1.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)2.梁翼缘和腹板宽厚比验算翼缘部分：，满足要求；腹板部分：满足要求;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26 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，但为了安全计算长度按两个檩条之间考虑即加劲肋设置（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：c-c截面：故，梁腹板可不设加劲肋，仅在梁端设置加劲肋1.刚架柱的验算9.1刚架柱的抗剪验算由于柱顶和柱脚剪力相等V=31.21KN，但柱脚截面较小，故仅对柱脚截面进行抗剪验算：按仅有支座加劲肋考虑，满足要求。26 1.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故：满足要求（2）b-b截面：故：，满足要求。2.刚架柱的稳定性验算（1）刚架柱平面内的稳定性等截面，=78.125，=32.78626 b类截面，查表17-2刚架平面内的欧拉临界力：等弯系数则：满足要求(2)柱平面外的整体稳定性等效弯矩系数：由于一端弯矩为零故：则，刚架柱在平面外的稳定性：，满足要求刚架整体稳定性满足要求1.节点设计11.1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10.9级M16高强度摩擦型螺栓进行连接26 11.2节点构造及螺栓布置（1）节点的构造见图图.梁柱节点构造和端板螺栓的布置端板螺栓应成对对称布置，在受拉和受压翼缘都应布置。并且宜使用螺栓群中心与翼缘中心重合或接近，因此采用将端板伸出截面高度如图所示：1.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：螺栓群的抗剪承载力设计值：，满足要求。（2）每个螺栓承受的拉力26 满足要求。最外排螺栓在拉、剪共同作用下的验算：，满足要求。端板设计;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：，满足要求。梁柱节点域验算，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。1.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10.9级M16摩擦型高强螺栓，节点的构造、端板及螺栓的布置见图所示。26 N=38.65KNV=3.86KNM=166.19KN·M螺栓群的抗剪承载力，满足要求各螺栓承受的拉力26 最外排螺栓在拉、剪共同作用下的验算：，满足要求端板的厚度：按三边支撑类考虑选取端板厚度20mm，满足要求。1.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，。柱脚设计柱脚底板计算：（1）地板的厚度。按构造取B=340mm满足要求（2）底板长度L，偏安全地取为1.0按构造仍取则柱脚底板如图：26 （3）底板厚度：底板反力：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。但对组合有：V=5.6kN〉0.4N=0.4x7.3=2.92kN故应设置抗剪连接件,满足要求。综上：柱脚采用一对锚栓的平板式柱脚，底板为-340x700x26。锚栓为2M24。1.参考书目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.26