鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、設(shè)計(jì)資料xxx市某單層工業(yè)廠房，采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度21m，柱距6m，柱高6m，屋面坡度1/10，地震設(shè)防烈度為6度。剛架平面布置如下圖a所示，剛架形式及幾何尺寸如下圖b所示。屋面及墻面板均為彩色壓型鋼板，內(nèi)填充以保溫玻璃棉板，考慮經(jīng)濟(jì)、制造和安裝方便，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距為1.5米，鋼材采用Q235鋼，焊條采用E43型。 （a） （b）一、 荷載計(jì)算1、荷載取值計(jì)算（1）屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值彩色壓型鋼板 0.15 kN/m250 mm厚保溫玻璃棉板 0.05 kN/m2pvc 鋁箔及不銹鋼絲網(wǎng) 0.02 kN/m2檁條及支撐 0.10 kN/m2剛架斜梁自重 0.

2、20 kN/m2懸掛設(shè)備 0.20 kN/m2合計(jì) 0.72 kN/m2（2）屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面活荷載：對(duì)不上人屋面一般按0.5 kN/m2取用。雪荷載：查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范哈爾濱市，S0=0.45 kN/m2，對(duì)于單跨雙坡屋面，屋面坡角 z Sk=10.45 kN/m2=0.45 kN/m2取屋面活荷載與雪荷載中的較大值0.5 kN/m2，不考慮積灰荷載。（3）輕質(zhì)墻面及柱自重標(biāo)準(zhǔn)值0.50 kN/m2（4）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002附錄A的規(guī)定計(jì)算?；撅L(fēng)壓0=1.050.55 kN/m2=0.58 kN/m2，地面粗糙度類別為B類；風(fēng)荷載高度變

3、化系數(shù)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)的規(guī)定采用，當(dāng)高度小于10m時(shí)，按10m高度處的數(shù)值采用，z=1.0。風(fēng)荷載體型系數(shù)s：迎風(fēng)面柱及屋面分別為0.25和1.0，背風(fēng)面柱及屋面分別為-0.55和0.65(CECS102：2002中間區(qū))。2.各部分作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算（1）屋面恒活載標(biāo)準(zhǔn)值：0.726 kN/m=4.32 kN/m活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.506 kN/m=3.00 kN/m（2）柱荷載恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（0.5+4.3210.5）kN/m=63.36 kN活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：3.0010.5 kN/m= 31.50 kN（3）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值迎風(fēng)面：柱上qw1=0.5860.25

4、kN/m=0.87 kN/m橫梁上qw2=-0.5861.0 kN/m=-3.48 kN/m背風(fēng)面：柱上 qw3=-0.5860.55 kN/m=-1.91 kN/m 橫梁上qw4=-0.580.65 kN/m=-2.26 kN/m二各種荷載作用下的內(nèi)力分析1.在恒荷載作用下 圖2.1 恒荷載作用下的M圖 圖2.2 恒載作用下的N圖 圖2.3 恒載作用下的V圖2.在活荷載作用下圖2.4 在活荷載作用下M圖 圖2.5 在活荷載作用下N圖 圖2.6 在活荷載作用下V圖3.在風(fēng)荷載作用下 圖2.7 在左風(fēng)向風(fēng)荷載作用下M圖 圖2.8 在左風(fēng)向風(fēng)荷載作用下N圖 圖2.9 在左向風(fēng)荷載作用下V圖 剛架的

5、內(nèi)力圖正負(fù)號(hào)規(guī)定：彎矩圖以剛架外側(cè)受拉為正，軸力圖以桿件受拉為正，剪力以繞桿端順時(shí)針方向?yàn)檎?。三?nèi)力組合剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB500092001）的規(guī)定，采用荷載效應(yīng)的基本組合：。本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級(jí)為二級(jí)，。對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S從下列組合之中取最不利值確定： 1.2恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)； 1.0恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4左風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)； 1.0恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4右風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)； 1.2恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)

6、+0.61.4左風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng) 1.2恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+0.61.4右風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng) 1.2恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4左風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+0.61.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng) 1.2恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4右風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+0.61.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng) 1.35恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+0.71.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)本工程不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。最不利內(nèi)力組合得的計(jì)算控制截面取柱底、柱頂、梁端及梁跨中截面。對(duì)于剛架梁，截面最不利的內(nèi)力組合如下。梁端截面：Mmax及相應(yīng)的N、

7、V、Mmin及相應(yīng)的N、V。梁跨中截面：Mmax及相應(yīng)的N、V、Mmin及相應(yīng)的N、V。對(duì)于剛架柱，截面可能的最不利內(nèi)力組合有：Mmax及相應(yīng)的N、V，Mmin及相應(yīng)的N、V；Nmax及相應(yīng)的Mmax、V，Nmin相應(yīng)的Mmax、V。剛架內(nèi)力組合（左半跨）見表3.1。 表3.1 剛架內(nèi)力組合（左半跨）截面內(nèi)力組合項(xiàng)目荷載組合方式荷載組合項(xiàng)目M / kN.mN / kNV / kN剛架柱柱頂BMmax及相應(yīng)的N、V （1）1.2恒+1.4活278.29-75.69-46.38Mmax及相應(yīng)的N、V （2）1.0恒+1.4風(fēng)-15.0822.67-1.67Nmax及相應(yīng)的Mmax、V（2）1.0恒

8、+1.4風(fēng)15.0822.67-1.67Nmin及相應(yīng)的Mmax、V（1）1.2恒+1.4活278.29-75.69-46.38柱底AMmax及相應(yīng)的N、VMmax及相應(yīng)的N、VNmax及相應(yīng)的Mmax、V（2）1.0恒+1.4風(fēng)0-120.13-46.38Nmin及相應(yīng)的Mmax、V（1）1.2恒+1.4活0-14.936.17剛架梁支座BMmax及相應(yīng)的N、V（1）1.2恒+1.4活278.29-79.4893.43Mmax及相應(yīng)的N、V（2）1.0恒+1.4風(fēng)-15.08-20.43-3.16支座CMmax及相應(yīng)的N、V（2）1.0恒+1.4風(fēng)-14.823.683.116Mmax及相應(yīng)

9、的N、V（1）1.2恒+1.4活-190.31-46.15-4.62四剛架設(shè)計(jì)1. 截面設(shè)計(jì)初選梁柱截面均用焊接工字鋼。截面特性：2構(gòu)件驗(yàn)算：（1）構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算翼緣部分： =120/12=10腹板部分：=576/10=57.6Vmax=93.43 kN，滿足要求。B.彎、剪、壓共同作用下的驗(yàn)算取梁段截面進(jìn)行驗(yàn)算，N=79.48 kN，V=93.43 kN，M=278.29 kNm。 因VM=278.29 kNm,取M= 故 ,滿足要求。C.整體穩(wěn)定性驗(yàn)算N=79.48 kN， M=278.29 kNm。 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=21105 mm，=/=87.94=150

10、，b類截面，查表得0.728。kN=2808 kN。 =135.02，滿足要求。梁平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：計(jì)算長(zhǎng)度取=3015mm。對(duì)于等截面構(gòu)件，b類截面，查表得=0.701。=3.930.6取0.9981.0。133.04 ，滿足要求。D.按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500172003）校核該梁腹板容許高厚比。粱端截面： 故，滿足要求。梁跨中截面：故，滿足要求。E.驗(yàn)算檁條集中荷載下的局部受壓承載力a檁條傳給橫梁上翼緣的集中荷載 b驗(yàn)算腹板上邊緣處的折算應(yīng)力 取梁端截面處的內(nèi)力M=278.29 kNm，N=79.48 kN，V=93.43 kN。 ，滿足要求。B.彎、剪、壓共同作用下的驗(yàn)算 取柱

11、端截面進(jìn)行驗(yàn)算N=75.69 kN，V=46.38 kN，M=278.29 kNm。因VM=278.29 kNm取M= 故 ,滿足要求。C.整體穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力：N=120.13 kN，M=278.29 kNma.剛架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算剛架柱高H=6000mm，梁長(zhǎng)L=21105 mm，柱的線剛度，梁的線剛度，0.284，查表得柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度。，b類截面，查表得。=5082.96kN， =138.67，滿足要求。b.剛架柱作用平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 計(jì)算長(zhǎng)度。對(duì)等截面構(gòu)件，b類截面，查表得=0.701。 =3.890.6取0.9981.0。 滿足要求！（4）驗(yàn)算

12、剛架在風(fēng)荷載作用下的側(cè)移， 剛架柱頂?shù)刃搅Γ?=3節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算：（1）梁柱連接節(jié)點(diǎn)A.螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算梁柱節(jié)點(diǎn)采用10.9級(jí)M22高強(qiáng)摩擦型螺栓連接，構(gòu)件截面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)=0.45，每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是190kN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=79.48kN，V=93.43kN，M=278.29kN.m。 圖5.1 剛架柱與剛架梁的連接節(jié)點(diǎn)螺栓抗拉承載力驗(yàn)算：kN ，滿足。最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉承載力驗(yàn)算：0.8611，滿足要求。B.端板厚度驗(yàn)算端板厚度取t=30 mm，按二邊支撐類端板計(jì)算:C.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算 125 ，滿足要求。D.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算0.4P=76.0k

13、N。 ，滿足要求。（2）橫梁跨中節(jié)點(diǎn)A.螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算橫梁跨中節(jié)點(diǎn)采用10.9級(jí)M20高強(qiáng)摩擦型螺栓連接，構(gòu)件接觸面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)=0.45，每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是155 kN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=46.15 kN，V=4.62 kN，M=190.31 kNm。（a） （b）圖5.2 剛架梁跨中節(jié)點(diǎn)螺栓抗拉承載力驗(yàn)算：kN，滿足最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉承載力驗(yàn)算0.6491，滿足要求。B.端板厚度驗(yàn)算端板厚度取t=25 mm，按二邊支撐類端板計(jì)算C.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算kN0.4P=62 kN。 ，滿足要求。（3）柱腳設(shè)計(jì)剛架柱與基礎(chǔ)鉸接，采用平板式鉸接柱腳。 a.柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)

14、值：, ; 。 b.由于柱腳剪力較小，0，考慮柱間支撐豎向上拔力后，錨栓仍不承受拉力，故僅考慮柱在安裝過(guò)程中的穩(wěn)定，按構(gòu)造要求設(shè)置錨栓即可，采用4M27。c.柱腳底板面積和厚度計(jì)算。圖5.3 剛架柱鉸接A.柱腳底板面積確定 =290350mm，取b=320mm =640700mm，取h=660mm 底板布置如圖，基礎(chǔ)采用C20混凝土，=9.6，驗(yàn)算底板下混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：，滿足要求。B.底板厚度的確定根據(jù)柱底板被柱腹板和翼緣所分割的區(qū)段分別計(jì)算底板所承受的最大彎矩:三邊支承板：按懸臂板計(jì)算：對(duì)于懸臂板部分：底板厚度：，取t=20 mm。五其他構(gòu)件設(shè)計(jì)1.檁條設(shè)計(jì)檁條選用冷彎薄壁卷邊槽

15、型鋼（見圖5.1），按單跨簡(jiǎn)支構(gòu)件設(shè)計(jì)。屋面坡度1/10，檁條跨度6m,于跨中設(shè)一道拉條，水平檁距1.5m，材質(zhì)為剛才Q235。 圖5.1 冷彎薄壁卷槽型鋼截（1）荷載及內(nèi)力考慮永久荷載與屋面荷載的組合為控制效應(yīng)。檁條線荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 檁條線荷載設(shè)計(jì)值：彎矩設(shè)計(jì)值：（2）截面選擇及截面特性 選用。先按毛截面計(jì)算的截面應(yīng)力為 受壓腹板的穩(wěn)定系數(shù)腹板: 上翼緣板: 上翼緣板為最大壓力作用于部分加勁板件的支承邊, 受壓板件的有效寬度腹板: 板組約束系數(shù) 由于,取,則截面有效寬度, 上翼緣板: 板組約束系數(shù): 由于,則,所以 則截面有效高度, 下翼緣板:下翼緣板全截面受拉,全部有效。 有效凈截面模量 上

16、翼緣板的扣除面積寬度為；腹板的扣除面積寬度為，同時(shí)在腹板的計(jì)算截面有一直徑13mm拉條連接孔（距上翼緣板邊緣35mm），孔位置與扣除位置基本相同。所以腹板的扣除面積按直徑13mm拉條連接孔計(jì)算（見圖 ）。有效凈截面模量為 （3）強(qiáng)度驗(yàn)算 按屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)考慮（4） 撓度驗(yàn)算 ，滿足要求。（5） 構(gòu)造要求 ，滿足要求；，滿足要求。2.隅撐設(shè)計(jì) 隅撐（見圖 5.2）按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，軸心力為 圖5.2 剛架梁跨隅撐布置連接螺栓采用普通C級(jí)螺栓M12.隅撐的計(jì)算長(zhǎng)度取兩端連接螺栓中心的距離。選用，截面特性：，B類截面，查附錄D-2得。單面連接的角鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以折減系數(shù)。，滿足要求。3.墻梁設(shè)計(jì)本工程為單層廠房，剛架柱距為6m，外墻高6.15m,標(biāo)高1.200m以上采用單層彩板，墻梁間距1.6m，跨中設(shè)一道拉條，鋼材為Q235。(1) 荷載計(jì)算墻梁采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，自重7.42kg/m,墻重；基本風(fēng)壓: 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按CECS102:2002中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，本工程外墻為落地墻，計(jì)算墻梁時(shí)不計(jì)墻重，另因墻梁先安裝故不計(jì)拉條作用。， （2）內(nèi)力計(jì)算，（3）強(qiáng)度驗(yàn)算 墻梁C，平放，開口朝上，。參考屋面檁條的計(jì)算結(jié)果及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取 在風(fēng)吸力下拉條位置設(shè)在墻梁內(nèi)側(cè)，并在柱底