設(shè)計(jì)計(jì)算書鋼結(jié)構(gòu)課程

1、1設(shè)計(jì)資料一、工程概況某車間倉(cāng)庫，無吊車、無振動(dòng)，采納單層單跨門式鋼架。二、車間柱網(wǎng)布置1 .長(zhǎng)度：90m2 .跨度：24m3 .檐高：6m三、屋而坡度1：10四、材料1 .屋面材料：壓型鋼板2 .墻面材料：彩鋼板3 .天溝：彩板天溝或鋼板天溝4 .基礎(chǔ)混凝土：C25,/c=12.5N/mm25 .鋼材：Q235-BF五、荷載信息1 .恒載：無吊頂O.2kN/mnf2 .活載：O.3klS/mm23 .風(fēng)荷載：大體風(fēng)壓O.55kN/mnf地而粗糙程度B類荷載體型系數(shù)（見圖1-1）4 .荷載組合：a) X恒荷載+X活荷載：b) X恒荷載+X風(fēng)荷載；c) X恒荷載+X(X恒荷載+X風(fēng)荷載)六、操縱

2、指標(biāo)1 .柱頂水平位移：/75：2 .橫梁撓度：L/250：七、設(shè)計(jì)依據(jù)1 .設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的各類數(shù)據(jù)文件和資料。2 .我國(guó)現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程，要緊包括：建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)(GB50009-2006)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50017)冷彎薄壁型鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB50018-2002)門式鋼架輕型衡宇鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(CECS102-2002)上海市輕型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(DBJ08-68-1997)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50007-2002)2屋面結(jié)構(gòu)平面布置圖一、溫度縫的設(shè)置該廠房長(zhǎng)度90m,跨度27m,柱距6m,共有16根剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于220m、橫向溫度區(qū)段不大于120m,因此不用設(shè)

3、置伸縮縫。二、柱間支撐，1 .廠房長(zhǎng)度60m,且無吊車，因此在廠房第一開間和中部開間設(shè)置柱間支撐，現(xiàn)在支撐間距36m.2 .由于柱距二柱高，圓鋼與構(gòu)件的夾角為45°,因此柱間支撐不用分層布置。三、屋面支撐在設(shè)置柱間支撐的相應(yīng)開間同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，并在屋而支撐的相應(yīng)部位設(shè)置拉條。（見附錄1）3截面初步設(shè)計(jì)一、計(jì)算模型內(nèi)力計(jì)算模型如圖3-1所示：圖3-1節(jié)點(diǎn)及單元編號(hào)圖二、荷載分析1 .恒荷載（不包括結(jié)構(gòu)自重）：%）二單位而荷載x跨度=X6=m如圖3-2所示:2 .活荷載:%二單位而荷載乂跨度二乂6二111如圖3-3所示;3,風(fēng)荷載：依照建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)可得風(fēng)壓高度轉(zhuǎn)變系數(shù)如表3-1

4、所示，鋼架風(fēng)荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-4所示。表3-1風(fēng)壓高度轉(zhuǎn)變系數(shù)從(B類粗糙度)標(biāo)高(m)5103柱頂離室外地坪高度為6m,由表3T得.=：屋面坡度為I：10,可得屋脊離外地坪高度為，由表1得從二。因此，可得各方向風(fēng)荷載的大?。簈x=1.0x1.0x0.25x0.55x6=0.825kN/m%=限心。=1.0xl.0x(-1.0)x0.55x6=-3.3kN/m%=/3pzpsW()=1.0x1.0x(-0.55)x0.55x6=-1.815kN/mq4=1.0x1.0x(-0.65)x0.55x6=-2.145kN/mQd=L2圖3-2恒載Ql=1.8圖3-3活載qq=3.3qq=2.145

5、圖3-4風(fēng)載（左風(fēng)）因右風(fēng)和左風(fēng)的荷載情形反對(duì)稱，在此省略。三、內(nèi)力分析軸力N剪力V彎矩MA=-O.75kNNr=0.75kNDVA=T.578kNVB=1.422kNM=9.468<Nm%=-8.32*Nm%=-L23ScN-mr一1A一江1KbNa=-9kN%=3kNDV.=-3.26kNVB=3.26kNM=19.584kNmM、=-19.58<Nr一M、=12499kNm0791/%S=-O.27kb%=0.27kNV.=T).6161<NfVB=0.5833<NM=3.7kN-mM,=3.52kNm%=2.2kN-m1.單位荷載下的內(nèi)力單位荷載下的內(nèi)力表3-2

6、2 .單一荷載下的內(nèi)力表3-3單一荷載下的內(nèi)力表截面恒載活載左風(fēng)NVMNVMNVM12345678彎矩剪力14 496314.4659+9865+8669+9696軸力圖3-5恒載作用下剛架的內(nèi)力圖彎矩圖3-5活載作用下剛架的內(nèi)力剪力剪力圖36風(fēng)載作用下剛架的內(nèi)力3 .荷載組合a) X恒荷載+X活荷載：b) X恒荷載+X風(fēng)荷載：c) X恒荷載+X活荷載+XX風(fēng)荷載d) X恒荷載+XX活荷載+X風(fēng)荷載表3-4各組合作用下截面內(nèi)力表截面+(+NVMNVMNVM12345678四、操縱截面依照上表得：最不利荷載下的操縱截而別離為：1 .柱：3(4)截而2 .梁：5(6)截而這些截面在不考慮自重時(shí)，彎

7、矩最大，軸力最大，因此取為操縱截而,五、截面初選：按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)截面，且因?yàn)椴倏v截面上的彎矩相同，因此只需進(jìn)行一次計(jì)算即可。剛架在第一種荷載組合時(shí)，構(gòu)件的彎矩和軸力最大，因此依照第一種荷載組合下的內(nèi)力值選擇截而。1 .需要的截而抗擊矩：將彎矩?cái)U(kuò)大倍-，按受彎構(gòu)件計(jì)算卬1.2Mw154.84xl06x1.23W>=8.23x10,mm3yf1.06x2152 .選擇截而選用組合工字鋼截面500X200X8X10,如圖：一 U J圖3-7組合工字鋼截面圖3 .截面驗(yàn)算4=2x200x10+8x480=7840mm2/=5(200xSOO,-192x4803)=313861333.3mm4W=

8、1255445.3mm3>685891.47mm3250知足要求。475x1()37840=122. 41N/mm2</ = 215 N/mm2NMcr=+=A/W154.84xlO61.06x1255445.3知足要求。4考慮自重后的截面驗(yàn)算一、考慮自重下的內(nèi)力分析1 .自重計(jì)算方式：構(gòu)件截面積為A=784O2,Q235鋼材密度為7.85g/cm3,那么，自重下的線荷載為：q=Axpxg=7840x10x7.85xl03x9.8xl0-3=0.6kN/m2 .經(jīng)計(jì)算可得，各截而在自重下的內(nèi)力，如表4-1所示：表4-1各截面在自重下的內(nèi)力表截面自重NVM10203-1L0670S0

9、3 .將自重考慮到恒載中后，恒載下的各截而內(nèi)力值為:(a)彎矩(b)剪力（c）軸力圖47考慮自重恒載下的各截面內(nèi)力圖4 .考慮自重后，各類荷載組合下的內(nèi)力值如下表4-2表4-2考慮自重各類荷載組合下的內(nèi)力值表截面1.2D+1.4L1.2D+1.4W1.2D+0.85(1.4L+1.4W)NVMNVNVM100200345678二、操縱截面的選擇操縱內(nèi)力組合項(xiàng)目有：1. "max與相應(yīng)的N,V（以最大正彎矩操縱）一截而3、4、五、62. Mmax與相應(yīng)的N,V（以最大軸力操縱）一截而一、2三、操縱截面的驗(yàn)算1 .操縱截面參數(shù)表4-3操縱截面參數(shù)表截而規(guī)格面積/mm2繞2軸慣性制104m

10、m4繞3軸慣性軀104mm4H500x200x8xl078401335313862 .寬厚比驗(yàn)算按門式鋼架輕型衡宇結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102：2002）（以下簡(jiǎn)稱技術(shù)規(guī)程）第條規(guī)定驗(yàn)算。a）翼緣板自由外伸寬厚比嗎”2=9,6<157235/7；=12.4知足規(guī)程限值要求。b）腹板高厚比500；2xl0=60<250235/77=206知足規(guī)程限值要求。3 .剛架梁的驗(yàn)算a）抗剪驗(yàn)算梁截而最大剪力為匕.=46.26mm。/=/,=125N/mnr%=/M/=159.75kN匕.<%，知足要求。b）壓彎一起作用下的驗(yàn)算=叫/=269.91kNm=M"匕=291.91-

11、4.12=287.79kN>M=54.84kN'Ac）整體穩(wěn)固驗(yàn)算I橫梁平面內(nèi)整體穩(wěn)固驗(yàn)算計(jì)算長(zhǎng)度取橫梁長(zhǎng)度。=12060mmk=12060=6027<囚=220ix200.1b類截面，查得例=0.807rr2FA=A=4033kN£|/扃=4.07+123.96=128.03N/mm2</=215N/mm2知足要求。其中%二為材料分項(xiàng)系數(shù)；0心=1II橫梁平面外整體穩(wěn)固驗(yàn)算考慮屋面壓型鋼板與槐條緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，槐條可作為橫梁平面外的支承點(diǎn)，但為了平安起見，計(jì)算長(zhǎng)度按兩個(gè)楝條間距考慮，即/3016nmu關(guān)于等截而構(gòu)件九二0,按公式L=4=10人=

12、21竺=76.59'41.26依如實(shí)驗(yàn)，按b類截面，查得名,=0.710樂號(hào)昔夢(mèng)卷令N JM 1取血=1.07=4.624+129.29=133.91N/知足要求。4.剛架柱的驗(yàn)算a）抗剪驗(yàn)算柱截面最大剪力為£=/=125N/"m2%=/M/=159.75kN憶匕“知足要求。b）壓彎一起作用下的驗(yàn)算=269.9lkNemNWM：=Me-Me-=291.91-4.12=287.79kN>M=154.84kNA-知足要求。c）整體穩(wěn)固驗(yàn)算剛架柱平面內(nèi)整體穩(wěn)固驗(yàn)算剛架柱高H=6000mm,梁長(zhǎng)L=12060mm。按公式計(jì)算得，梁線剛度比如下:假設(shè)/7,=/'

13、，那么K、K=H/L=6000/12060=0.498由于柱等截面，依照規(guī)程查表可得柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)=2.65剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度為15900mm/12060,Z=-=79.46<A=220i200.1由于柱等截面，依照規(guī)程查表可得柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)=2.65剛架柱的計(jì)算長(zhǎng)度為15900mm匕="=79.46v福=220'i200.1b類截而，查得以=0.691腌1=三孕=232供Nyr萬x十”也=8.77+125.09=133.86kN<fNei知足要求。其中以二為材料分項(xiàng)系數(shù);pm=loII剛架柱平面外整體穩(wěn)固驗(yàn)算考慮屋而壓型鋼板墻而與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用

14、，與柱連接的墻梁可、,二3000mm。作為柱平面外的支承點(diǎn)，但為了平安起見，計(jì)算長(zhǎng)度按兩個(gè)墻梁間距考慮,關(guān)于等截而構(gòu)件九=0,按公式依如實(shí)驗(yàn)，按b類截面，查得0、.=0.73443204%/v44V</o/235石正忻:)WV取=1.07取月=1-+=8.258+129.29=137.56N/mm:"9Ml知足要求o5位移及撓度驗(yàn)算一、柱頂水平位移驗(yàn)算：1 .內(nèi)力分析由于在風(fēng)荷載作用下，柱頂?shù)膹澗刈畲?。因此僅進(jìn)行在風(fēng)荷載作歷時(shí)，柱頂?shù)乃轿灰乞?yàn)算?，F(xiàn)在，剛架的彎矩圖為：2 .位移計(jì)算采納結(jié)構(gòu)力學(xué)中的圖層法計(jì)算剛架柱頂水平位移。a）使勁法求出在單位1力作用在柱頂時(shí)的彎矩圖:圖7-

15、2單位力彎矩圖b）對(duì)這兩個(gè)圖利用圖層法在此，因?yàn)閯偧軜?gòu)件可視為壓彎構(gòu)件，計(jì)算位移時(shí)可僅計(jì)彎矩阻礙。-x70.79x6xX1.81+-x6x-x1.815x62xxl.8121128.9x6+-x6x-x0.825x62x-x4.192iii-xl2x-x3.3x122xx(4.19+0.83)-66.4x12xx(128.9+66.4)x12x3822-(4.19-0.83)+0.83oi-x12x-x2.145x122x(-2.64-2+0.83)+66.4x12x(-2.64-2+0.83)+3821-x2.64 + 0.83 x-x12x(70.76 + 66.4)/2.06x105x3

16、1386x104_(1111.29+404.7-226069-223.57)x10此2.06x105x31386x104=16.56mm<H/75=80mm符合要求。二、橫梁撓度驗(yàn)算:1.內(nèi)力分析由于在恒載和活載一起作用下，橫梁上彎矩最大。因此進(jìn)行再恒我和活載組合下,柱頂?shù)乃轿灰乞?yàn)算?，F(xiàn)在，剛架荷載標(biāo)準(zhǔn)值，Ox恒載+l.0x活載=L2+l.8=3kN/m,在此荷我下,剛架的彎矩圖為:2.位移計(jì)算采納結(jié)構(gòu)力學(xué)中的圖層法計(jì)算剛架柱頂水平位移。a）使勁法求出在單位1力作用在柱頂時(shí)的彎矩圖:b）對(duì)這兩個(gè)圖利用圖層法1,211一一=(X141.1x6xyx1.14)+86.7x12xx(4.28

17、-1.44)-x(141.1+86.7)x12x0.472 1+-xl2x-x3xl22x-x(4.28-1.44)x2-£/3 82_(1048764+613.44)x2-2.06x105x31386<104=51.42mm<L/250=96mm知足要求。6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算、223雙卯|1IT11 .梁柱竹點(diǎn)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算梁柱方點(diǎn)采納級(jí)M20摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接.構(gòu)件接觸面采納途理方式為噴砂，摩擦而弄滑移系數(shù)二,每一個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力為夕=155kN,連接處內(nèi)力設(shè)計(jì)值:M=-183.4kNm,V=T1.OkN,N=-34.86kNa）螺栓經(jīng)受的最大拉力183.4xO.

18、3 _巴理11 4x(o.32 +O.192)8= 104.7kN<0.8P = 124kN螺栓抗拉知足要求。b）每一個(gè)螺栓的剪力Nv=5.13kN<此=0.9%P=69.75kN螺栓抗剪知足要求.最外排螺栓驗(yàn)算y4104rN、=5.13kNvM=0.9/P=69.75kN知足要求。2 .端板厚度驗(yàn)算端板厚度取120mm,接兩邊支承端板外伸計(jì)算6ee、N6x50x50xl04.7xl03，t>7=i=I-=19.1mmA|ewb+2ef(ef+ew)f丫50x220+2x50x(50+50)205知足要求。3 .節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力計(jì)算M183.4x10八八仃z/,T=99.5kN/

19、mm-<180N/mm"480x480x8知足要求4 .螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算翼緣內(nèi)第二排第一個(gè)螺栓的軸向拉力設(shè)計(jì)值為MyN183.4x0.1934.86ArN,=+=-=64.7kN>0.4P=62kN/2n4x(0.32+0.192)8N647=161.75kN/mm2<215kN/nini2ewtw50x8剛架梁腹板強(qiáng)度知足要求C二、梁梁結(jié)點(diǎn)驗(yàn)算截而設(shè)計(jì)與梁柱結(jié)點(diǎn)處設(shè)計(jì)相同。、 223 雙 50 rfM連接處內(nèi)力設(shè)計(jì)值：M=-99.4kNm,V=T1.OkN,N=-25.74kN因內(nèi)力都比梁柱結(jié)點(diǎn)處小,可適當(dāng)調(diào)小端板厚度，取t=14mm=13.9mm6je、N_I6x50x50x55.9x10se,+2e,(e,+q.)/一也50x220+2x50x(50+50)205三、柱腳設(shè)計(jì).知足要求。1 .底板驗(yàn)算B-L-230mm,軸力N=60.6kN作用在底板單位面積上的壓力為N前一60.6x103 _230x230 1.15N/mm2 <fe= 12.5N/mm2區(qū)格單位寬度的最大彎距，按三邊技承計(jì)算由。/=113200=0.575查表得0=0.0700M=Pqcr=0.0709xl.l5x2002=3253.5kNm底板厚度為曲16x3253.51ct=/=J=9.75mm取t=12mm'fN2052 .抗剪連接件：按構(gòu)造在每一個(gè)