鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、目錄一設(shè)計(jì)資料2二、荷載計(jì)算32.1 計(jì)算模型的選取32.2 荷載取值計(jì)算：32.3 各部分作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算3三、內(nèi)力計(jì)算.53.1 恒載作用(標(biāo)準(zhǔn)值)下，計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值53.2 活載作用(標(biāo)準(zhǔn)值)下，計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值73.3 風(fēng)荷載作用(標(biāo)準(zhǔn)值) 下，計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值8四、內(nèi)力組合10五、剛架設(shè)計(jì)125.1 截面形式及尺寸初選125.2剛架梁的驗(yàn)算135.3剛架柱的驗(yàn)算：13六節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)18【參考文獻(xiàn)】一、設(shè)計(jì)資料某單層工業(yè)廠房，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度15m，長(zhǎng)度60m，柱距6m，檐口標(biāo)高6m，屋面坡度1/10。屋面及墻面板均為彩色鋼板，內(nèi)填充保溫層，考慮經(jīng)濟(jì)、制造和安裝方便，檁

2、條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊c型鋼，鋼材采用q345鋼，基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號(hào)c30，焊條采用e50型.柱網(wǎng)布置圖，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：二、荷載計(jì)算2.1 計(jì)算模型的選取取一榀剛架進(jìn)行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計(jì)。2.2 荷載取值計(jì)算：（1） 屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值色鋼板巖棉夾芯板 0.25 檁條及支撐 0.1鋼架梁自重 0.15 合計(jì) 0.5 屋蓋自重標(biāo)準(zhǔn)值 （2） 屋面活載和雪載 0.2。（3） 輕質(zhì)墻面及柱自重標(biāo)準(zhǔn)值 色鋼板巖棉夾芯板 0.25 檁條及支撐 0.1 鋼架梁自重 0.15 合計(jì) 0.5 （4） 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本風(fēng)壓：。根據(jù)地面粗糙度類別為b類，查得風(fēng)荷載高度變化系數(shù)：當(dāng)高度小于

3、10時(shí)，按10高度處的數(shù)值采用，=1.0。風(fēng)荷載體型系數(shù)：迎風(fēng)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。2.3 各部分作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算（1） 屋面恒載： 標(biāo) 準(zhǔn) 值：柱身恒載：圖3 屋面恒載（2） 屋面活載 屋面活載：圖4 屋面活載（3） 風(fēng)荷載以左吹風(fēng)為例計(jì)算，右吹風(fēng)同理計(jì)算，根據(jù)公式計(jì)算，查表，取1.0，取值如圖1.2所示。（地面粗糙度b類）迎風(fēng)側(cè)面屋頂被風(fēng)面屋頂 圖5 風(fēng)荷載三、內(nèi)力計(jì)算根據(jù)各個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖，用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下：注：剪力圖：“+”表示方向“”；軸力圖：拉為正，壓為負(fù)。3.1 恒載作用(標(biāo)準(zhǔn)值)下，計(jì)算簡(jiǎn)圖

4、及內(nèi)力值： 圖6 恒載作用下軸力圖圖7 恒載作用下剪力圖圖8 恒載作用下彎距圖3.2 活載作用(標(biāo)準(zhǔn)值)下，計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值：圖9 活荷載作用下軸力圖圖10 活荷載作用下剪力圖圖11 活荷載作用下彎矩圖3.3 風(fēng)荷載作用(標(biāo)準(zhǔn)值) 下，計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值：圖12 風(fēng)荷載作用下軸力圖圖13 風(fēng)荷載作用下剪力圖圖14風(fēng)荷載作用下彎矩圖由對(duì)稱性可知，右風(fēng)作用下，鋼架的內(nèi)力圖與上述各圖分別對(duì)稱，可不做分析。四、內(nèi)力組合所需考慮的荷載效應(yīng)組合主要有：（a）1.2永久荷載+1.4【max屋面均布活荷載，雪荷載+風(fēng)荷載】（b）1.2永久荷載+1.4豎向可變荷載（c）1.0永久荷載1.4豎向可變荷載控制截面內(nèi)力

5、組合主要有： 最大軸壓力和同時(shí)出現(xiàn)的m及v較大值。 最大彎矩和同時(shí)出現(xiàn)的n及v較大值。鑒于輕型門式鋼架自重較輕，錨栓在強(qiáng)風(fēng)下可能受到拔起力，需考慮組合 最小軸壓力和同時(shí)出現(xiàn)的m及v較大值，出現(xiàn)在永久荷載和風(fēng)荷載共同作用 表1單元節(jié)點(diǎn)號(hào)恒載活載左風(fēng)右風(fēng)(1)1標(biāo)準(zhǔn)值m(kn/m)0000n(kn)3610.8-26.88-13.66v(kn)-4.34-2.6112.4-6.39組合1m（kn/m）0n(kn)1.2*3.6+1.4*10.8=58.32v(kn)1.2*(-4.34)+1.4*(-2.01)=-8.862組合2m（kn/m）0n(kn)1.0*36+1.4*(-26.88)=-

6、1.632v(kn)1.0*(-4.34)+1.4*12.4=13.022標(biāo)準(zhǔn)值m(kn/m)-26.05-15.6356.002.20n(kn)1810.8-26.88-13.66v(kn)-4.34-2.616.267.12組合1m(kn/m)1.2*(-26.05)+1.4*(-15.63)=-53.142n(kn)1.2*18+1.4*10.8=36.72v(kn)1.2*(-4.34)+1.4*(-2.61)=-8.862組合2m(kn/m)1.0*(-26.05)+1.4*56=52.35n(kn)1.0*18+1.4*(-26.88)=-19.632v(kn)1.0*(-4.34

7、)+1.4*6.26=4.424(2)2標(biāo)準(zhǔn)值m(kn/m)-26.05-15.6356.002.20n(kn)6.113.67-8.90-8.44v(kn)17.4810.49-26.13-12.88組合1m(kn/m)1.2*(-26.05)+1.4*(-15.63)=-53.142n(kn)1.2*6.11+1.4*3.67=12.47v(kn)1.2*17.48+1.4*10.49=35.662組合2m(kn/m)1.0*(-26.05)+1.4*56.00=52.35n(kn)1.0*6.11+1.4*(-8.90)=-6.35v(kn)1.0*17.48+1.4*(-26.13)=

8、-19.1023標(biāo)準(zhǔn)值m(kn/m)25.3415.21-27.10-27.10n(kn)4.322.59-8.90-8.44v(kn)0.430.26-3.201.45組合1m(kn/m)1.2*25.34+1.4*15.21=51.702n(kn)1.2*4.32+1.4*2.59=8.81v(kn)1.2*0.43+1.4*0.26=0.88組合2m(kn/m)1.0*25.34+1.4*(-27.10)=-12.6n(kn)1.0*4.32+1.4*(-8.90)=-8.14v(kn)1.0*0.43+1.4*(-3.20)=-4.05五、剛架設(shè)計(jì)5.1 截面形式及尺寸初選梁柱都采用焊

9、接的工字型鋼，梁截面高度h一般取（1/301/45）l，故取梁截面高度300 表2截面截面名稱面積（mm2）ixwx3iyixiy梁h3001806105280866757897312.8柱h250240610618075206022304116.15.2剛架梁的驗(yàn)算a梁有效截面特征b.整體穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力：n=12.47kn，m=-53.142knma.剛架梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：計(jì)算長(zhǎng)度取橫梁長(zhǎng)度=6000mm，46.8750.6c局部穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求5.3剛架柱的驗(yàn)算：1號(hào)單元柱，2節(jié)點(diǎn)端有效截面特征a強(qiáng)度驗(yàn)算b.整體穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力：n=36.7

10、2kn，m=53.14knma.剛架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算剛架柱高h(yuǎn)=6000mm，柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度54.55 0.6c局部穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求d變形驗(yàn)算（1）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海?）撓度驗(yàn)算單位力作用下示意圖（15）彎矩圖（16）恒載作用下彎矩圖（17）如下圖所示. 圖15 單位力作用下示意圖 圖16 彎矩圖圖17 恒載作用下彎矩圖由恒荷載作用下彎矩圖與單位力作用下彎矩圖圖乘得到豎向撓度，其計(jì)算過(guò)程如下：各單元分別圖乘得：則剛架梁豎向撓度限制六節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）構(gòu)造要求螺栓排列應(yīng)符合構(gòu)造要求，如圖布置，采用端板豎放。應(yīng)滿足扣緊螺栓所用工具的凈

11、空要求，通常不小于35mm，此節(jié)點(diǎn)取=75mm, =40mm. 螺栓排列端距不應(yīng)小于2倍螺栓孔徑。選取螺栓為8.8級(jí)m20型號(hào)，則=21.5mm,端距大于43mm,因此寬度方向端距可取47mm，長(zhǎng)度方向端距取50mm。 兩排螺栓之間最小距離為3倍螺栓直徑，最大距離不應(yīng)超過(guò)400mm，因此確定螺栓排列l(wèi)=50*2+75*2=250mm。 （2）梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)門式鋼架斜梁與柱的剛接一般采用高強(qiáng)螺栓與端板連接。此結(jié)構(gòu)采用端板豎放，為了滿足強(qiáng)度要求，采用高強(qiáng)摩擦型螺栓，并對(duì)螺栓施加預(yù)拉力來(lái)增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。 圖18端板支撐構(gòu)造圖 節(jié)點(diǎn)螺栓驗(yàn)算單元（1）號(hào)柱上2號(hào)節(jié)點(diǎn)：m=53.14kn/m,n=36.7

12、2 kn ,v=8.862 kn單元（2）號(hào)柱上2號(hào)節(jié)點(diǎn)：m=53.14kn/m,n=12.47 kn ,v=35.66 kn一個(gè)抗拉高強(qiáng)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：=0.8p查表8.8級(jí)m20型號(hào)螺栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力p=125 kn，則=0.8p=0.8*125=100 kn一個(gè)高強(qiáng)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 柱截面：得：梁截面： 端板厚度設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)的端板厚度t可根據(jù)支撐條件可按懸臂類端板公式計(jì)算，但不應(yīng)小于16mm，和梁端板相連的柱翼緣部分應(yīng)與端板等厚度。懸臂類端板公式： 腹板強(qiáng)度驗(yàn)算剛架構(gòu)件的翼緣與端板的連接應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，腹板與端板的連接應(yīng)用角焊縫。在端板設(shè)置螺栓處，應(yīng)按照下列公式驗(yàn)算構(gòu)件腹板強(qiáng)度

13、：柱截面：梁截面：因此腹板強(qiáng)度滿足要求。 梁柱節(jié)點(diǎn)域剪力驗(yàn)算故不需要設(shè)置斜加勁肋。（3）梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)螺栓驗(yàn)算單元（2）號(hào)梁上3號(hào)節(jié)點(diǎn)：m=51.702，n=8.81kn,v=0.88kn一個(gè)抗拉高強(qiáng)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：梁截面：得：腹板強(qiáng)度驗(yàn)算：梁截面：（4）柱腳設(shè)計(jì)門式剛架的柱腳一般采用平板式鉸接柱腳，當(dāng)有橋式吊車或剛架側(cè)向剛度過(guò)弱時(shí)，則采用剛接柱腳。此結(jié)構(gòu)采用的是鉸接柱腳。錨栓采用q345鋼材制作。錨栓的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底的水平剪力，此水平剪力可由底板與混凝土基礎(chǔ)之間的摩擦力（摩擦力系數(shù)取0.4）承擔(dān)，不必再設(shè)置抗剪鍵?；A(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)c15，即。由于此截面無(wú)拉應(yīng)力，即無(wú)拔起力，所以不構(gòu)造配錨栓，則配置2個(gè)錨栓。一個(gè)錨栓的承載力由公式得，查表選用，=20mm。布置如圖所示。以下是板底的計(jì)算：（1）底板的寬度b：由柱截面高度b，靴梁厚度t和板底懸臂部分組成 (2)底板的長(zhǎng)度：根據(jù)柱腳的構(gòu)造形式，可以取b與l大致相同，也可以取l比b大得很多，但是不允許l大于b兩倍。取l=b=300mm， 則 （滿足要求） （3）底板的厚度t：底板被劃分為四邊支承部分，三邊支承部分，兩邊支承