輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

1、Z課程設(shè)計設(shè)計題目：輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計姓名XX學(xué)號20 12 002 02專業(yè)土木工程學(xué)院土建與水利學(xué)院指導(dǎo)教師衣振華2015.07.09目錄第一部分 輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書 2一、設(shè)計目的2二、基本要求2三、設(shè)計資料2四、設(shè)計內(nèi)容2五、參考文獻(xiàn) 2第二部分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計說明3第三部分設(shè)計計算書3一、設(shè)計概況 3二、結(jié)構(gòu)布置3三、檁條設(shè)計31、設(shè)計資料42、荷載與內(nèi)力計算 43、初選截面64、截面驗算6四、墻梁設(shè)計71、設(shè)計材料72、荷載與內(nèi)力計算 73、初選截面84、截面驗算8五、鋼架設(shè)計91、鋼架荷載布置 92、鋼架內(nèi)力分析并選取最不利截面 123、梁柱截面驗算 20六、支撐設(shè)計221、

2、柱支撐設(shè)計222、梁支撐設(shè)計23七、節(jié)點設(shè)計221、梁柱節(jié)點設(shè)計 232、梁梁節(jié)點設(shè)計24八、柱腳設(shè)計251、底板尺寸確定 252、靴梁設(shè)計26第一部分 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計目的1、復(fù)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，綜合運用所學(xué)知識，學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程2、學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和施工圖設(shè)計3、學(xué)習(xí)編制結(jié)構(gòu)計算書4、為畢業(yè)設(shè)計做必要的準(zhǔn)備二、基本要求1、掌握門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟，認(rèn)真考慮影響設(shè)計的各項因素2、了解和掌握與設(shè)計有關(guān)的設(shè)計規(guī)范和規(guī)定，并能在設(shè)計中正確應(yīng)用3、根據(jù)建筑設(shè)計要求，正確選擇結(jié)構(gòu)形式，合理布置結(jié)構(gòu)4、掌握門式剛架結(jié)構(gòu)的計算方法和構(gòu)造要求5、認(rèn)真繪制施工

3、圖和編寫說明書、計算書三、設(shè)計資料1、結(jié)構(gòu)形式：門式剛架，見附件1,具體尺寸見分配表格2、屋面板和墻面板：彩色壓型鋼板3、構(gòu)件形式：梁柱為等截面實腹式焊接 H型截面，檁條為冷彎薄壁C型截面4、 節(jié)點形式：梁柱剛接節(jié)點；梁梁連接（端板剛接）； 柱腳（剛接或者鉸接）5、 基礎(chǔ)：柱下獨立基礎(chǔ)；混凝土： C30;鋼筋二級筋；基礎(chǔ)埋深1.5m，地基承載力標(biāo) 準(zhǔn)值：fk 120kN/m26荷載種類：恒載，活載和風(fēng)荷載（見分組單），不考慮其它荷載四、設(shè)計內(nèi)容1、剛架設(shè)計：結(jié)構(gòu)立面圖、結(jié)構(gòu)平面布置圖、剖面圖及節(jié)點索引圖、梁、柱設(shè)計及其詳圖2、檁條支撐等構(gòu)件設(shè)計：檁條，墻梁，支撐，抗風(fēng)柱，拉條詳圖，檁條、支撐布

4、置圖等3、節(jié)點及構(gòu)造詳圖：梁柱連接、梁梁連接及柱腳詳圖4、設(shè)計說明書及計算書1份五、參考文獻(xiàn)1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003北京：中國計劃出版社.20032、 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102: 2002,北京：中國計劃出版社.20023、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 GB50018-2002北京：中國計劃出版社.20024、 輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與實例，本書編委會編人民交通出版社20085、 李星榮.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點設(shè)計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社.20056陳紹蕃鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計北京：中國建筑工業(yè)出版社.20037、 輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)資料一本全，本書編委會編中國建材工業(yè)出版

5、社20078、 舒贛平，王恒華，范圣剛編著.輕型鋼結(jié)構(gòu)民用與工業(yè)建筑設(shè)計，中國電力出版社20069、周緒紅.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)與實例精選.北京：中國建筑工業(yè)出版社.200810、朱海寧，王東，趙瑜編著輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)造設(shè)計.東南大學(xué)出版社2003.11第二部分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計說明1. 本工程結(jié)構(gòu)體系為單層輕型剛架結(jié)構(gòu)2. 設(shè)計依據(jù)：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003 ；建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001 ；門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102:2002 ；冷彎薄壁型鋼鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002 ;3. 輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程（DBJ08-68-97）4. 設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)值

6、：恒載（結(jié)構(gòu)自重，包括屋面板、檁條、鋼架自重等），活載0.5 kN /m2，風(fēng)荷載0.35kN /m25. 焊條材料：Q235鋼，用E43焊條自動或半自動焊6. 鋼結(jié)構(gòu)剛架采用Q235B鋼，檁條采用冷彎薄壁C型鋼，材料為Q235B鋼，其機械性能即 抗拉強度、伸長率、屈服強度、冷彎性能和化學(xué)成分均符合規(guī)范規(guī)定，且具備鋼材出廠證 明和合格保證7. 本設(shè)計中的焊縫均為滿焊，且符合規(guī)范要求，焊縫等級不低于2級，未注明的焊角尺寸 均為6mm未注明的螺栓均為 C級，且為M168. 加勁肋在翼緣兩側(cè)均為對稱布置9. 本工程具體選用材料如下：檁條：冷彎薄壁型鋼 Q235b C200x 70x 20x 2.5剛

7、架梁：H 型鋼 Q235b HN400x200x8x13剛架柱：H型鋼 Q235b，HW30I0 300X 10X 15螺栓：10.9級10. 本工程的柱腳為：外露式柱腳，所用錨栓為M1211. 本工程的梁柱連接采用斜接的方式，梁梁采用頂端對接方式，具體見圖紙第三部分設(shè)計計算書一、設(shè)計概況1、結(jié)構(gòu)尺寸：跨度L 18m，檐口標(biāo)高H 6.9m，坡度i 0.1，開間6m，長度B1 66m ;2、荷載：屋面和墻面恒載0.3kN/m2，屋面活荷載0.5kN/m2，基本風(fēng)壓0.35kN/m2;3、材料：Q235鋼材（E 2.06 105Mpa ），E43焊條，M 24,8.8級高強摩擦型螺栓。二、結(jié)構(gòu)布置

8、根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖， 立面布置圖和側(cè)立面布置圖，并根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造要 求進(jìn)行檁條布置。檁條盡可能沿斜梁等間距均勻?qū)ΨQ布置，除每側(cè)斜梁兩端的兩根檁條外， 檁條間距水平距離為1.68m,兩側(cè)兩根檁條距柱軸線距離為 0.3m,每側(cè)斜梁布置6根，共 布置12根。具體布置見結(jié)構(gòu)布置附圖。三、檁條設(shè)計按照上述結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行檁條設(shè)計計算，為使所有檁條選用截面一致，單根檁條設(shè)計按水平 間距1.68m,坡向間距1.688m。單根檁條承受荷載大小為作用在檁條兩側(cè)間距之和一半（即水平距離1.68m,豎直距離0.3m,坡向距離1.688m）屋面板上的分布荷載值，據(jù)此進(jìn)行 一下步計算。1、荷載與內(nèi)力計算標(biāo)準(zhǔn)值

9、（屋面恒載）0.3 kN/m2檁條自重7.05kg / m 69.09N / m活載風(fēng)荷載cos（1）恒載與活載組合：1.681.6880.995sin0.1681.6880.099520.5kN /m基本風(fēng)壓0.35kN/m220.5 0.35kN/m標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計值0.5 1.68 1.4 (0.3 1.688 0.069) 1.21.64556kN /m設(shè)計值分解qx q sin 0.1637kN /mqk 0.5 1.68 0.3 1.688 0.0691.4154kN/mqy q cos 1.637kN /m彎矩設(shè)計值1 21.637 67.3665kN m810.1637 32 0.1

10、84kN m（2）恒載與風(fēng)荷載組合:標(biāo)準(zhǔn)值（恒載作用）qk1 0.3 1.688 0.0690.5754kN /m設(shè)計值（恒載）q qk1 1.2 0.69kN/m設(shè)計值（風(fēng)載）q2 qk2 1.40.4135kN /m設(shè)計值分解qx q1 sin0.06865kN /mqy q1 cos q20.273kN/m彎矩設(shè)計值1 2Mx - 0.273 61.2285kN m81 2My 0.06865 320.077kN m8風(fēng)載作用qk2 0.5 0.35 1.6880.2954kN/m（3）恒載、活載及風(fēng)載組合：因此種組合不用于計算撓度，可直接將設(shè)計值分解，無需計算標(biāo)準(zhǔn)值。 設(shè)計值：根據(jù)以上

11、荷載組合可得檁條的計算見圖如下:qx (0.5 1.68 1.4 (0.3 1.688 0.069) 1.2)sin0.1637kN /mqy (0.5 1.68 1.4 (0.3 1.688 0.069) 1.2)cos 0.5 0.35 1.688 1.4 1.36kN /m 1 2彎矩設(shè)計值Mx1.36 62 6.12kN m81 2M y0.1637 30.184kN m8(1) qx 0.1637kN / m,(2)qx 0.06865kN / m, (3)qx 0.1637kN / m。30003000標(biāo)茶的計算簡圖(1)qy 1.637kN/m,(2)qy 0.273kN /m,

12、(3)qy 1.36kN /m6000(1)Mx 7.3665kN m, (2)M x 1.2285kN m,(3)Mx 6.12kN m。3000(1)My 0.184kN m,(2)My 0.077kN m,(3)M y 0.184kN m。2、初選截面檁條選用C型鋼，根據(jù)C型鋼截面幾何特性，取 =4進(jìn)行截面初選，在上述荷載作用下 所需截面模量：MxMy7.3665 4 0.1841.05 2153.589 104 mm3所以初步選用C200 70 20 2.5其233.I x 538.21cm ,Wx 53.82cm ,Wy 11.25cm ,ix 7.74cm,iy 2.50cm，自重

13、 0.069kN /m。3、截面驗算（1）強度驗算通過以上荷載組合分析可知，恒載，風(fēng)載作用下的Mx,My均小于恒載與活載組合及恒載, 活載，風(fēng)載組合下的Mx,My，只需要驗算恒載，活載組合和風(fēng)載，恒載活載組合下的的 強度。在恒載，活載組合情況下:W1x WAA0.8-0. 5”*A迎風(fēng)面分布力：q迎0.35 60.81.68kN /m墻面柱：離地面300mm處：FiLq迎(0.30.8)c c、1.848kNX C C 1 ” K. 1離屋檐200mm處：F2q迎(0.80.2)1.68kN中間區(qū)域：F3q迎(0.80.8)2.688kNq背0.5 6 0.351.05kN/m背風(fēng)面分布力:墻

14、面柱:離地面300mm處：Fiq背(0.30.8)1.155kN離屋檐200mm處：F2q背(0.80.2)1.05kN中間區(qū)域：F3q背(0.80.8)1.68kN屋面板屋檐處:（F 板檐）迎1688-10! 0.36 0.35 0.62 101.44kN(F板檐)背0.3 6 0.35 0.51.2kN口210屋面板屋脊處:屋面板中間部分:（F板脊）迎1.688,1010.36 0.350.61.44kN210（F板脊）背1.6881010.36 0.350.51.2kN210（F板中）迎0.6 1.688 60.352.13kN（F板中）背0.5 61.6880.351.77kN風(fēng)荷載布

15、置如下:根據(jù)初選截面及荷載布置，不計剛架自重用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行各種荷載單獨作用下內(nèi)力 計算，計算結(jié)果見下圖。然后考慮荷載分項系數(shù)進(jìn)行3種荷載組合作用并計剛架自重情況 下的內(nèi)力計算，由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得計算結(jié)果（見附圖），選出組合荷載作用下的最不利截面內(nèi)力。所選結(jié)果見下表。恒載作用下內(nèi)力 及荷載布置桿端1軸力桿端2剪力單元碼軸力剪力彎矩1-33076.3607-6122.626530.00000000-18751.3607-6122.62653-42246.12302-7958.0712318049.0772-42246.1230-5997.99530-599.79953036667.2587

16、3-5997.99530599.79953036667.2587-7958.07123-18049.0772-42246.12304-18751.36076122.62653-42246.1230-33076.36076122.626530.00000000內(nèi)力計算彎矩結(jié)構(gòu)剪力圖:結(jié)構(gòu)彎矩圖:(2)風(fēng)荷載作用下內(nèi)力及荷載布置：桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力114402.011813807.59570.0000000014402.01182215.5957155322.010423637.65387-14110.077455322.01043637.65387-2710.07740-20

17、746.198333028.97213-3376.74001-20746.19833028.972136103.25998-8415.6643046374.36466-2406.64285-8415.664306374.364664838.357140.00000000內(nèi)力計算彎矩C i .-E-b ：S山L4：17J-4i：S： -：S門茫7牛賢nit*4結(jié)構(gòu)彎矩圖:HSK-.5;1K?- ;2T-嚴(yán)甲r了 T丄 2f 1護(hù)為0.25(3)活荷載作用下內(nèi)力:內(nèi)力計算桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩-26964.9778-8855.961800.00000000-26964.9778

18、-8855.96180-61106.1364-11495.126925949.9546-61106.1364-8672.85842-9023186-8679.75954833.12531252483.3186-11502.0280-26018.9658-61106.1364-27034.33328855.96180-61106.1364-27034.33328855.961800.00000000結(jié)構(gòu)剪力圖:結(jié)構(gòu)彎矩圖; 三種內(nèi)力組合（外加鋼架自重）的內(nèi)力:內(nèi)力計算桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩-67214.9172-7730.470390.0000000

19、0-52889.9172-19322.4703-93290.6457-24489.320150704.7769-93290.6457-19706.9756-6196.19100108309.042-20543.7070-2171.12273108309.042-25326.0514-57152.0906-159664.771-59388.492019513.5175-159664.771-73713.492026758.51750.00000000結(jié)構(gòu)剪力圖:結(jié)構(gòu)軸力圖:結(jié)構(gòu)彎矩圖:三種內(nèi)力組合:a丄Ju注：1.4活載+1.2恒載，1.2恒載+1.4風(fēng)載，1.2恒載+1.4*0.9 （活載+風(fēng)

20、載）單位（N, m控制 截面內(nèi)力恒載活載風(fēng)載AM0.0000.0000.0000.0000.0000V-6122.6-8855.97248.1-19745.32800.22-9372.948N-33076.3-26964.9-7173.5-77442.4-49734.46-82705.944BM-42246.1-61106.110061.6-136243-36609.08-115011.39V-6122.6-8855.9-4343.8-19745.3-13428.44-23978.742N-18751.3-26964.9-7173.5-60252.4-32544.46-65515.944CM-

21、7958.0-61106.110061.6-95098.14536.64-73865.67V18049.025949.96705.757988.6631046.7862804.856N-7958.0-11495.1-5036.1-25642.7-16600.14-30378.912DM0.0000.0004780.60.0006692.846023.556V8724.612523.9-8410.028002.98-1304.4815653.034N-6978.0-10083.93637.6-22491-3280.96-16495.938EM36667.252483.319158.4117477

22、.270822.4134269.182V-599.799-902.1-4694.2-1982.69-7291.638-7771.0968N-5997.9-8672.8-5036.1-19339.4-14248.02-24470.694FM36667.252483.319158.4117477.270822.4134269.182V599.799833.1-3604.01886.098-4325.841-2771.5752N-5997.9-8679.7-5865.9-19349-15409.74-25524.936GM0.0000.000-24975.30.000-34965.42-31468.

23、878V8724.6-12592.91363.2-7160.5412378-3679.902N-6978.0-10090.83028.9-22500.7-4133.14-17271.594HM-42246.1-61106.1-56312.5-136244-129532.8-198642.75V-18049.0-26018.9-13084.0-58085.2-39976.4-70928.454N-7958.011502.0-5865.96553.2-17761.86-2448.114IM-42246.1-61106.1-56312.5-136244-129532.8-198642.75V6122

24、.68855.94534.919745.3813695.9824219.528N-18751.3-27034.3-13602.7-60349.5-41545.34-73704.18JM0.0000.0000.0000.0000.0000.000V6122.68855.911779.919745.3823838.9833348.228N-33076.3-27034.3-139603-77539.5-235135.3-249654.1三種內(nèi)力組合作用下的最不利截面:構(gòu)件組合組合組合M(KN m)N(KN)V(KN)M(KN- m)N(KN)V(KN)M(KN- m)N(KN)V(KN)梁-136.

25、2-25.64-58.08129.53-17.76-39.97-198.6-30.37-70.9柱136.2-77.519.7-36.6-235.123.83-198.6-24933.33、梁柱截面驗算(1) 梁的驗算梁選用：H型鋼Q235b HN400x200x8x13截面參數(shù)：243A 84.12cm , I x 23700cm ,ix 16.8cm,iy 4.54cm,Wx 1190cm。M198.6kN m,N30.37kN,V1）強度驗算：抗彎強度驗算：NMx 30.37 103198.6106AWx84.12 1021190103荷載組合作用下最大內(nèi)力:70.9kN2170.5N

26、/mm抗剪強度驗算:2215N / mmSw 400 13 (200 逅)8 (200 13)1.146 106mm22 238N/mm2125N/mm2VSW 70.9 103 1.146 106Iwt 23700 104 92）剛度驗算：僅需驗算X-X方向長細(xì)比，梁兩端剛接，其計算長度lox 0.5 18000 9000mmx lox/ix 9000/16853.57 1503）整穩(wěn)驗算：單向彎曲彎矩作用平面內(nèi):代入計算:53.57Nex. 23553.57查表得x 0.840n2EA1.1n2 2.06 105 84121.1 53.572取 mx 1.0, x 1.05mxM5417.

27、8KNxAxWx(10.8N/Nex)330.3 100.840 841261.0 198.6 101.05 1190 103 (1 0.8 30.3/5417.8)163.9N / mm22215N / mm彎矩作用平面外:ly 2 1680 3360mmloy / i y3360/45.4 741504320 Ah dWx J代入計算:yAI；7423523574查表得y 0.726(yt1 )2 235(4.4h)432074r8412 4001190 1031 (4.：4 40。)2 S 2-50.61.07tx M X bWx0.2821.07 進(jìn)30.3 1030.726 8412

28、2.350.95198.6 10630.95 1190 102 2180.6N / mm f 215N /mm 綜上所述，斜梁強度、剛度及整體穩(wěn)定性均滿足要求。(2) 柱的驗算荷載作用下的最大內(nèi)力：M 198 .6kN m, N 249 kN ,V 33.3kN。初選截面：H型鋼Q235b HW300 300 10 15。截面參數(shù)：243A 120.4cm , Ix 20500cm ,ix 13.1cm,iy 7.49cm, wx 1370cm。1)強度驗算:抗彎強度驗算:NMx249103198.6106AnWX120.410213701032165.6N/mm2215N / mm0x2）剛

29、度驗算:2loy6900mm貝U:氣 X 6900186 37.0 1503450 43.899.1371503）整穩(wěn)驗算：彎矩作用平面內(nèi):37.037.0查表得X 0.910n2EAEX1.1 2n2 2.06 105 120401.1 37216200KN1.05代入計算：NmxMxxAxWx(1 0.8N/Nex)mx1.0,X36249 100.910 162001.0 198.6 1031.05 1370 10(1 0.8 249/16200)2156.6N /mm2215N / mm六、支撐計算支撐采用（D=20）圓鋼交叉柔性張緊拉桿。1、柱支撐設(shè)計柱支撐為收受拉支撐桿。60002

30、 690029143.8mmIxD464空 7850mm464D2疋 310mm2ixIx7850225.3mm310l桿ix咤 361.425.3400桿的剛度滿足要求2、梁支撐設(shè)計、60002 168826232.9mmlxD4642046447850mmD220242310mm ixlx7850310225.3mmix6232.925.3246.35400梁支撐滿足要求。七、節(jié)點設(shè)計1、梁柱節(jié)點設(shè)計采用螺栓端板豎板連接，根據(jù)構(gòu)造要求，取連接板厚度t=28mm，根據(jù)工程經(jīng)驗初選高強摩擦型螺栓連接，接觸面采用噴砂處理（抗滑移系數(shù)卩=0.45）,螺栓選用 M24 , 10.9級（P=225KN

31、 ）,共8個兩排排列，按照構(gòu)造要求進(jìn)行布置，具體布置如下圖。截面最大內(nèi)力：198.6kN m, N30.378kN,V70.928kN（1）螺栓承載計算:0.9nf P0.9 1 225 202.5kNNt0.8P 0.8 225 180kNNt牛 N 1986422106 250 3.378 103 155.87kNmy：n 4 (1252 2502)10Nv70.928107.09kNNt Nv155.871807.09202.50.9 1.0(2)凈截面強度驗算：取螺栓孔直徑比螺栓桿直徑大2mm。摩擦型連接VV(1 0.5n1 / n) 70.928(1 0.5 2/10)63.835k

32、N63.835kN(300 2 22) 2211.3N / mm22205N / mm凈截面符合要求。(3) 板端厚度驗算:板端厚度為26mm：6efNtbf：6 35 155.87 103300 20523mm(4) 梁柱節(jié)點域剪力驗算:Mtcd bdc198.64 10615 300 4002110N/mm2125N / mm(5) 翼緣內(nèi)第二排一個螺栓的軸向拉力設(shè)計值:NtMy1N198.64 103 12530.3787P A L-K22 2/6.4KNm yi n4 (125250 )10Nt0.4P90kN20.4Pewtw9000075 751.6N/mm2205 N / mm2、梁梁節(jié)點設(shè)計采用螺栓板豎板連接，根據(jù)構(gòu)造要求，取連接板厚度為26m m,根據(jù)工程經(jīng)驗初選高強螺栓，接觸面采用噴砂處理(0.45)，螺栓選用M22,10.9級，P=190KN， 共用10個兩排。具體布置如下:截面最大內(nèi)力：M134.269kNm, N31.46kN,V7.771kN（1）螺栓承載力計算：Nb1弋V0.9nf P0.9 10.45 190 76.95kNbNt0.8P0.8190152KNNtMy1N6134.269 1022531.46 10m y2/in4(752 2252)10NvV 7.7710.777kNn10NtNv1310.7770.871b