鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)門式鋼架（完整版）

1、 1.設(shè)計(jì)資料某車間跨度 9m，長(zhǎng)度 90m,柱高 4.5m，柱距 6m，采用單跨雙破門式鋼架，檁條間距1.5m，屋面坡度i 1/10，當(dāng)?shù)匮┖奢d 0.25kN/，基本風(fēng)壓 0.4 KN/，地面粗糙度： B類，風(fēng)載體型系數(shù)如下圖鋼材采用 Q235鋼，焊條 E43型。屋面材料：夾芯板墻面材料：夾芯板檁條墻梁：薄壁卷邊 C型鋼本課程設(shè)計(jì)不考慮地震作用2屋面構(gòu)件1.夾芯板夾芯板型號(hào)采用 JXB42-333-1000，芯板面板厚為 0.50，板厚為 80。2.檁條檁條采用冷彎薄壁卷邊槽鋼18070203.0，跨中設(shè)拉條一道。3荷載和內(nèi)力計(jì)算31荷載1.永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面夾芯板檁條0.25 kN/0.0

2、5 kN/0.15 kN/懸掛構(gòu)件0.50 kN/2.可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值由于鋼架的受荷水平投影面積為96=54 60，故取屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/.0.5kN/，雪荷載為 0.25kN/，取屋面活荷載與雪荷載中較大值3.風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本風(fēng)壓 0.4 kN/，地面粗糙度為 B類， =1.0,風(fēng)荷載形體系數(shù) 迎風(fēng)面柱及屋面分別為 +0.25zs和-1.0；背風(fēng)面柱及屋面分別為 -0.55和-0.65。3.2荷載計(jì)算值1.屋面風(fēng)荷載迎風(fēng)面：背風(fēng)面：23=1.4 -0.1 1.00.4 6=-3.36 kN/=1.4 -0.65 1.00.46=-2.18 kN/2.墻面風(fēng)荷載背風(fēng)面： =1.40.

3、25 1.00.46=0.84 kN/1背風(fēng)面：4=1.4 -0.55 1.00.46=-1.85 kN/14.5=2.45 kN/3.屋面恒荷載 g =1.20.451cos 4.柱身恒荷載 g =1.2 0.456=3.24 kN/25.屋面活荷載 q=1.40.54.5=3.15 kN/4.屋面支撐1.屋面支撐布置檁條間距 1.5m，水平支撐截距 3m。2.屋面荷載及內(nèi)力屋面支撐斜桿采用張緊的圓鋼。節(jié)點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值F =0.41.0 1.03.0 4.50.30.45 23.15kNwk節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值 F =3.15 1.4=4.41kNw斜桿拉力設(shè)計(jì)值 N=4.41cos26.6=4.9

4、3kN3.斜桿斜桿選用 12的圓鋼，截面面積 A=113.0N 4932強(qiáng)度校核：43.6N / 2fA1135.柱間支撐柱間支撐直桿用檁條兼用，因檁條留有一定的應(yīng)力余量，可不再驗(yàn)算。1柱間支撐布置2.柱間支撐荷載及內(nèi)力作用于兩側(cè)山墻頂部節(jié)點(diǎn)的風(fēng)荷載為（山墻高度取5.25m）取=0.8+0.5=1.3s =1.31.00.4 9 5.25 =16.38kN12按一半山墻面作用風(fēng)荷載的1/3考慮節(jié)點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：1 116.38 2.73kN3 2Fwk= 節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值 F =2.731.4=3.82kNw斜桿反力設(shè)計(jì)值 N=3.82/cos37=4.78kN3.斜桿校核斜桿選用 12的圓鋼，

5、截面面積 A=113.0N 4780N43.3 / 2 f強(qiáng)度校核：A1136.桿件內(nèi)力計(jì)算各種荷載作用下的門式鋼架內(nèi)力，恒荷載加活荷載組合控制。并經(jīng)最不利組合得出內(nèi)力圖。計(jì)算結(jié)果顯示鋼架內(nèi)力一般由1.截面內(nèi)力恒載(單位： kN m)(單位： kN) (單位： kN)活荷載(單位： kN m)(單位 :kN) (單位 :kN)風(fēng)荷載(單位： kN m)(單位 :kN) (單位 :kN)2.內(nèi)力組合 截面1 12 23 34 4內(nèi)力1.2恒荷載 +0.91.4（屋面活 +風(fēng)）1.0恒荷載 +1.4風(fēng)MNVMNV00-27.720611.9076-28.9944-27.720610.1436-28

6、.9944-2.871-2.4548.53-12.164-2.4546.57MNV-12.1643.58221.934-7.5964.682-1.52440.319420.80560.2256MNV-1.79941-1截面控制內(nèi)力： M=0kN m， N=-27.72kN ， V=11.9kN2-2截面控制內(nèi)力： M=-29.0kN m， N=-27.72kN， V=10.14kN3-3截面控制內(nèi)力： M=-29.0kN m，N=3.58kN， V=40.3kN4-4截面控制內(nèi)力： M=20.80kN m， N=0.23kN，V=-1.80kN7.構(gòu)件截面設(shè)計(jì)1.構(gòu)件截面幾何參數(shù)， ，I 45

7、0.22cm4y梁柱均為高頻焊接輕鋼H型鋼（ mm）300150 4.58，I =5976.11xW 398.4cm W 60.03cm i 12.75cm， i y 3.50cm A 36.78cm 233，。xxy2）構(gòu)件寬厚比的驗(yàn)算b1 150 4.5 1235f y翼緣部分：9.09 1515t28hw 300 2 8235f y腹板部分：63.1 250250tw4.5(3)剛架梁的驗(yàn)算1強(qiáng)度剛架梁端部為最不利截面，M=-29.0kN m，N=3.58kN， V=40.3kNa梁截面的最大剪力為 V =40.3kNmaxhwaa考慮僅有支座加勁肋，即按1或者=0計(jì)算，因不設(shè)中間加勁肋

8、，所以k =5.34，hw hw / tw23563.10.74 0.8=w23523537? k37 5.34f yV = h t f =(30028)4.5125=159.75kNdw wvVmax =40.3kN V ,滿足要求db梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值 M e先計(jì)算梁的有效截面：腹板的最大應(yīng)力和最小盈應(yīng)力：minmaxM y62NA3.58 103367829.0 10 1425976.11 10468.87N /mm（受拉）ymaxmin=0.9768.9 =2I x- 67.93N/mm（受壓）腹板的受壓區(qū)高度：68.87 284hc =143.068.87 67.93/=67.93

9、68.87=0.986maxmin16k2)2 (1 )(1 ) 0.112*(116=23.722（1- 0.986） 0.112（1 0.986）（1- 0.986）222由于= 68.87 N / mm f= 215 N / mm ,故取= 1.168.87 =75.76 N / mmmaxmaxRf y63.175.76235h / tww=0.2620.8p23528.1 k28.1 23.7因此，=1，即梁腹板不屈曲全部有效。從而可得按有效設(shè)計(jì)截面計(jì)算的梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值：M =W f W f = 398.4103215=85.66 kN meexc彎剪壓共同作用下的驗(yàn)算由于 V=

10、40.3 M=29.0 kN mM eM10 -=85.66=85.72e36782整體穩(wěn)定驗(yàn)算a橫梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 當(dāng)斜梁坡度不超過(guò) 1:5 時(shí)，因軸力很小可按彎壓構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度和剛架平面外的穩(wěn)定，不計(jì)算平面內(nèi)的穩(wěn)定。b橫梁平面外的整體穩(wěn)定驗(yàn)算考慮屋面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承點(diǎn)，但為了安全起見(jiàn)計(jì)算長(zhǎng)度按兩個(gè)檁條或者隅撐間距考慮，即l y = 3015 mml yb235f3015150因= 20.1 16,因此需計(jì)算剛架梁平面外整體穩(wěn)定。對(duì)于等截面構(gòu)件=0，有=1.0zy= 3015/35 = 86.1y根據(jù)試驗(yàn)，輕型 H型鋼課按 b類截面，查附

11、表 4.2得=0.647。y計(jì)算：42t4320 A h0235yzy 0 00?by2y0Wx 04.4h0f y4320 36.78 28.41（ 86.1 0.84.4 28.4235= 1.745 0.62352=）86.12398.40.282b=1.07=0.911.745又有：2NN1.00.751tN Ex0N Ex0NM3580We1 0.647 3678 0.91 398.4 103b1 29.0 106t2= 81.5 N / mm 1或者=0計(jì)算：hwf yhw / tw= 0.740.8w23537 5.34f f = 125 N / mm2vvV = h t f =

12、2844.5125 = 159.75 kNdw wvVmax V滿足要求db柱抗彎承載力設(shè)計(jì)值 M e先計(jì)算柱的有效截面：腹板的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力為：maxminM y62NA27.72 10 3 29 10 14276.44N / mm（受壓）ymaxmin=7.5468.9=I x36785976.11 104- 61.36N /mm (受拉）2腹板的受壓區(qū)高度：76.44 284h =c157.576.44 61.36=61.3676.44=0.80得：16k2)2 (1 )(1 ) 0.112*(116=20.6222（1- 0.8） 0.112（1 0.8）（1- 0.8）2= 76

13、.44 N / mm f= 215 N / mm2 ,故取= 1.1 76.44=84.08 N / mm2由于f代替 ，即：ymaxRmaxh / twf y63.184.08235w?=0.300.823528.1 k28.1 20.62得=1，即柱腹板全部有效，故同樣可得：M e W f = 398.4103215=85.66kN mxc 彎壓剪共同作用下的驗(yàn)算由于 V=10.14kN M= 29.0 kN me36782整體穩(wěn)定性驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力 N= -27.72kN，M=29.0kN m。a剛架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算剛架柱高 H= 4500 mm，梁長(zhǎng) L= 9060mm。課計(jì)

14、算得梁柱線剛度比：k2 I1H H=0.497Lk1IL由于柱為等截面，根據(jù)柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為= 2.65l yl 0 =11925127.5=93.53剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度 l = H = 2.65 4500 = 11925，則0xix ixb類截面，查附表 4.2得=0.598x2EAe0 3.14 206 10 36781.1 x223N Ex0=776kN1.1 93.532另外，對(duì)有側(cè)翼剛架取=1.0，有：mxNmxM 127.72 1031 29 10 62= 86.98 N / mm 0.6by2y0Wx 04.4h0f y0.282b= 1.07=0.91br2NN1.00.75=

15、1.027.727760.75 27.72776=0.96tN Ex0N Ex0NM27.72 1030.96 29 106t2= 88.39 N / mm f,滿足要求Ae0We1 0.65 3678 0.91 398.4 103bY5.剛架柱頂位移計(jì)算由于剛架梁坡度不大于1:5，故剛架側(cè)移可估算，且其數(shù)值不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的h/60。I cL L = 9060 4500 = 2.01I bh ht0.84 1.851.40.67W 0.67(k)h = 0.67(4kH=)4.5 = 5.76 kN1kHh35.76 10 4500 353h2= (2+2.01) = 14.24 mm= 83.

16、3 mm，t412EI c12 2.06 10 5976.11 1060滿足要求。8.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) M16高強(qiáng)度螺栓摩擦連接，構(gòu)件接觸面采用噴砂處理，摩擦面抗滑移系數(shù)=0.45，每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)壓應(yīng)力按表M=29kN m。3.8為 100kN，見(jiàn)圖，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值 N=-3.58kN，V=40kN，每個(gè)螺栓的拉力：My1yiN29 0.193.58N1N 228.78kN15.7kN222n 4（0.19 0.105） 8My 2yiN29 0.1053.58222n 4（0.19 0.105） 8螺栓群得抗拉力：N vb 0.9P 0.

17、9 10.45100 8=324kNV=40.0kNf最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉力，應(yīng)用式： N vN vbN t 40/ 8 28.78N tb 324 /80.48 180從安全和構(gòu)造上考慮最好采用大于M20的螺栓。（2）端部厚度驗(yàn)算端板厚度取為 t=22mm，寬度 b=150mm。按式伸臂類端板計(jì)算：85 - 8eft38.5mm26e N tf6 38.5 28780150 20514.7mmbf若計(jì)算不能滿足，可在兩塊端板外側(cè)分別加設(shè)加勁肋后按相鄰邊支撐的端板計(jì)算，能滿足要求。（3）梁柱點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算根據(jù)式：M29.0 10679.9125N/2d d t284 284 4.5bc

18、 c4.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算當(dāng) N =29.8kN 0.4P時(shí)t20.4P 0.4 100 1000e t 37 4.5240.2N/2 f=215N/w w經(jīng)計(jì)算不能滿足要求，此時(shí)設(shè)置腹板加勁肋或局部加厚腹板。本題采用局部加厚腹板的方法來(lái)解決。取距端板 3000范圍腹板厚為 6。0.4P 0.4 100 1000180.2 N/2f=215N/2e t37 6w w5.梁跨中拼接節(jié)點(diǎn)及鋼架柱腳橫梁中拼接節(jié)點(diǎn)如圖所示，計(jì)算從略。柱腳節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖，柱底板、地腳錨栓采用Q235B鋼制作，地腳錨栓選用 M20，基礎(chǔ)材料采用 C20混凝土， f =9.6N/mm 2，柱底軸力 N= -27.72 KN。c柱腳底板面積柱腳底板應(yīng)力驗(yàn)算：N27.72 10340 20.28 /N2 fe 9.6N /A A0100800 - 240.28 120-6 1941按一邊支承（懸臂板）計(jì)算彎矩212124.52M 1ql 21941N柱腳底