門式鋼架房屋鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、一、設(shè)計(jì)資料- 3 -二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置- 4 -三、荷載的計(jì)算- 6 -（1）、計(jì)算模型選取- 6-（2）、荷載計(jì)算- 8 -（3）、內(nèi)力計(jì)算- 9 -四、主鋼架設(shè)計(jì)- 15 -（1）、剛架梁驗(yàn)算- 19 -（2）、剛架柱驗(yàn)算- 20 -（3）、位移驗(yàn)算- 21 -五、次結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- 22 -（1）梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)- 22 -（2）梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)- 23-（3）柱間支撐的設(shè)計(jì)- 26 -（4）、檁條設(shè)計(jì)- 27 -（5）墻梁的構(gòu)造與計(jì)算.-34-六、施工圖設(shè)計(jì)- 37 -七、參考文獻(xiàn)- 37 -鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書一、 基本設(shè)計(jì)資料 臺(tái)州某地欲建一輕鋼廠房，擬采用單跨雙坡門式剛架結(jié)構(gòu)，共12

2、榀。其設(shè)計(jì)資料如下（1）車間柱網(wǎng)布置柱距： 9m跨度： 30m（2）檐口高度 【A】 6m （3）屋面坡度：1/10（4）屋面、墻面材料：彩色壓型鋼板，內(nèi)填充50mm厚保溫玻璃棉板，PVC鋁箔及不銹鋼絲網(wǎng)；檁條及墻梁均采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，間距1.5m。（5）荷載：1）屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：彩色壓型鋼板： 222222）屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值：【b】計(jì)算剛架時(shí)為0.78 kN/m2，計(jì)算檁條時(shí)為0.98 kN/m23）風(fēng)載：臺(tái)州市基本風(fēng)壓0.75 kN/m2，地面粗糙度為B類。4）輕質(zhì)墻面及柱自重：0.50 kN/m2荷載計(jì)算：按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001（2006 年版）及門式剛架輕型

3、房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 102：2002 取值變形控制：按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 102：2002 取值（6）材料： 鋼材：Q235B焊材：自動(dòng)焊或 E43 型焊條的手工焊(7)設(shè)計(jì)依據(jù)：建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 （GB50009-2001） 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50017-2003） 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002） 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 （CECS 102:2002） 門式剛架輕型房屋鋼構(gòu)件 （JG 144-2002） 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)程（JGJ 82-1991） 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程 （JGJ 181-2002）高強(qiáng)度螺栓

4、10.9 級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓，摩擦面采用噴砂后涂無(wú)機(jī)富鋅漆處理二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房長(zhǎng)度911=99m，跨度18m，柱距9m，共有12榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于300m、橫向溫度區(qū)段不大于150m，因此不用設(shè)置伸縮縫。檁條間距為1.5m。廠房長(zhǎng)度99m60m，因此在廠房第二開間和中部設(shè)置屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應(yīng)部位設(shè)置檁條、斜拉條、拉條和撐桿；同時(shí)應(yīng)該在與屋蓋橫向水平支撐相對(duì)應(yīng)的柱間設(shè)置柱間支撐，柱間支撐不用分層布置。結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置圖縱向框架立面布置圖檁條平面布置圖橫向鋼架立面柱間支撐三、荷載的計(jì)算1、計(jì)算模型選取取一榀剛架進(jìn)行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用變截面設(shè)計(jì)。廠

5、房檐高6m,屋面坡度為1：10。因此得到剛架計(jì)算模型： 鋼架簡(jiǎn)圖初選的梁、柱截面及其截面特性：部位截面簡(jiǎn)圖截面特性剛架斜梁1-1剖面2-2剖面3-3剖面鋼架柱4-4剖面5-5剖面2、荷載計(jì)算（一）荷載取值計(jì)算1屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值（對(duì)水平投影面）YX51-380-760型彩色壓型鋼板0.15 50mm厚保溫玻璃棉板0.05 檁條及支撐0.10 剛架斜梁自重0.15 懸掛設(shè)備0.20 合計(jì)0.67 2屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)于單跨雙坡屋面，屋面坡角=54238。不考慮積灰荷載。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，地面粗糙度類別為B類；風(fēng)荷

6、載高度變化系數(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，。風(fēng)荷載體型系數(shù)：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))。5地震作用據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011的規(guī)定：?jiǎn)螌娱T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)一般在抗震設(shè)防烈度小于等于8度的地區(qū)可不進(jìn)行抗震計(jì)算。故本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮地震作用。（二）各部分作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算屋面：恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：； 柱身恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（屋面雪荷載小于屋面活載，故計(jì)算時(shí)去活荷載）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（以風(fēng)左吹為例，風(fēng)右吹同理計(jì)算：根據(jù)公式計(jì)

7、算：且，根據(jù)表查 取1.0，根據(jù)門鋼設(shè)計(jì)規(guī)范取下表。地面粗糙度取B類） 計(jì)算模型及風(fēng)載體型系數(shù)（三）內(nèi)力分析： 采用結(jié)構(gòu)矩陣分析方法計(jì)算鋼架內(nèi)力所得到的鋼架在各種荷載作用下的彎矩（M）、剪力（V）、軸力（N）圖以及鋼架內(nèi)力組合如下：（1） 鋼架恒載作用圖（單位：kN/m) （2） 活載內(nèi)力包絡(luò)圖（3） 左風(fēng)及右風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖：（4） 內(nèi)力組合：(由于恒和活載關(guān)于結(jié)構(gòu)豎向?qū)ΨQ，因而風(fēng)荷載只要考慮一個(gè)方向作用風(fēng)荷載只引起剪力不同，而剪力不起控制作用)按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力分析，需要進(jìn)行以下內(nèi)力組合風(fēng)載效應(yīng)風(fēng)載效應(yīng)各情況下的截面內(nèi)力截面內(nèi)力恒載活載左風(fēng)1-1MNV2-2M-10NV3-3MN

8、V6-6MNV5-5M000N-45V內(nèi)力組合值截面內(nèi)力組合1組合組合3組合41-1MNV2-2M28.36 NV3-3MNV4-4MNV5-5M0000NV控制內(nèi)力組合的項(xiàng)目有1）與相應(yīng)的N,V（意最大正彎矩控制）2）3）4）所以以上內(nèi)力組合值，各截面的控制內(nèi)力為：四、鋼架梁、柱的截面驗(yàn)算1、構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算： （1）梁翼緣 （2）柱翼緣 （3）梁腹板 1-1截面 2-2截面 3-3截面 （4）柱腹板 柱頂4-4截面 柱底5-5截面 2、有效截面特性梁、柱的翼緣板件均滿足寬厚比的要求，故構(gòu)件的翼緣板全部有效。僅需計(jì)算構(gòu)件腹板的有效截面。（1） 柱腹板的有效截面 柱頂4-4截面腹板為非均勻受壓板

9、件，其最大與最小應(yīng)了為： 腹板受壓區(qū)高度： 截面邊緣正應(yīng)力比值： 得參數(shù)： 因?yàn)?，故取，則由，取 。腹板有效截面分布如圖則腹板截面有效截面為：截面有效寬度為：，其有效寬度的分布為：，柱的有效截面特性計(jì)算如下：， 柱底5-5截面的腹板為均勻受壓板件，故截面邊緣正應(yīng)力比值：參數(shù) ，因?yàn)楣嗜。磪?shù)0.8, 取。故柱底腹板全截面有效。（2） 梁腹板的有效截面 梁1-1截面腹板為非均勻受壓構(gòu)件，其最大與最小應(yīng)力為： 腹板受壓區(qū)高度：截面邊緣正應(yīng)力比值： 得參數(shù)：因?yàn)?故取 ，則參數(shù)：，。腹板有效截面分布如下圖：則腹板截面有效截面為：截面有效寬度為：，其有效寬度的分布為：，梁的有效截面特性計(jì)算如下：，

10、梁2-2截面的腹板為非均勻受壓板件，其最大與最小應(yīng)力為：腹板受壓區(qū)高度：截面邊緣正應(yīng)力比值： 得參數(shù)：因?yàn)?故取 ，則參數(shù)：,故取，梁3-3截面腹板為非均勻受壓板件，其最大與最小應(yīng)力為：腹板受壓區(qū)高度：截面邊緣正應(yīng)力比值： 得參數(shù)因?yàn)?故取 ，則參數(shù)：,故取，即 3-3截面梁腹板全截面有效。（3）、鋼架梁的驗(yàn)算：1、抗剪承載力的驗(yàn)算梁僅設(shè)有支座加勁肋，沒有設(shè)置中間橫向加勁肋，故取，計(jì)算高度取鍥形腹板的平均高度 參數(shù)，得腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 ，梁的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：，梁的截面最大剪力，滿足要求。2、 在剪力V、彎矩M和軸壓力N共同作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算 1-1 截面驗(yàn)算。，由于，滿足要求。2-

11、2截面驗(yàn)算：。，由于，滿足要求。3-3截面驗(yàn)算：，由于，滿足要求。（4） 、鋼架柱的驗(yàn)算： 1、抗剪承載力的驗(yàn)算柱僅設(shè)有支座加勁肋，沒有設(shè)置中間橫向加勁肋，故取，計(jì)算高度取楔形腹板的平均高度 參數(shù)得腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 ，柱的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：，柱的截面最大剪力，滿足要求。2、 在剪力V、彎矩M和軸壓力N共同作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算，滿足要求。3、 平面內(nèi)整體穩(wěn)定驗(yàn)算： 由式和計(jì)算變截面柱在鋼架平面內(nèi)的穩(wěn)定性，計(jì)算時(shí)除彎矩值及相應(yīng)的截面模量按大頭計(jì)算外，公式中其余各項(xiàng)包括軸力值均按小計(jì)算。 查得計(jì)算長(zhǎng)度為1352mm；，按小頭計(jì)算的長(zhǎng)細(xì)比為：，查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范穩(wěn)定系數(shù)表得，有側(cè)移鋼架取。，滿足

12、要求4、 平面外整體穩(wěn)定驗(yàn)算： 計(jì)算變截面柱在鋼架平面外的穩(wěn)定性，計(jì)算時(shí)除彎矩值及相應(yīng)的截面模量按大頭計(jì)算外，公式中其余各項(xiàng)包括軸力值均按小計(jì)算。 鍥率 ， 受壓翼緣面積 受壓翼緣與受壓腹板1/3高度組成的截面繞y軸的回轉(zhuǎn)半徑為：，平面外計(jì)算長(zhǎng)度L取支撐點(diǎn)間距1500mm,則參數(shù)為: 進(jìn)入塑性階段，要對(duì)取修正如下：，滿足要求.五、位移驗(yàn)算1、柱頂側(cè)移的驗(yàn)算計(jì)算鋼架柱頂?shù)膫?cè)移，柱頂側(cè)移限值為。風(fēng)載作用下柱頂最大水平位移: H/ 940 柱頂位移容許值: H/ 60, 滿足要求 2、梁跨中最大撓度驗(yàn)算梁的(恒+活)最大撓跨比: 1/ 945 梁的容許撓跨比: 1/ 180，滿足要求6、 次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

13、1、梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)： 梁柱拼接節(jié)點(diǎn) （1）連接螺栓計(jì)算：采用10.9級(jí)，M27高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，構(gòu)件摩擦面采用噴砂后涂無(wú)機(jī)富鋅漆處理。預(yù)拉力，得抗滑移系數(shù)。已知：假定翼緣內(nèi)螺栓中心線為計(jì)算中和軸，分別計(jì)算各排受拉螺栓的內(nèi)力如下：沿受力方向的連接長(zhǎng)度對(duì)整個(gè)連接的螺栓抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算：（3） 端板計(jì)算第一排螺栓位置端板厚度：第二排螺栓位置端板厚度：第三排螺栓位置端板厚度：取端板厚度為：(3) 節(jié)點(diǎn)域剪應(yīng)力驗(yàn)算：，為了防止節(jié)點(diǎn)域在剪力作用下局部失穩(wěn)在節(jié)點(diǎn)域設(shè)置斜加勁肋（4）端板螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算滿足 2、梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) （1）2-2剖面梁梁節(jié)點(diǎn)形式 采用10.9級(jí)，M16高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，構(gòu)件

14、接觸面采用噴砂后涂無(wú)機(jī)富鋅漆處理。預(yù)拉力，得抗滑移系數(shù)。已知：頂排螺栓的拉力為：第二排螺栓的拉力為：沿受力方向的連接長(zhǎng)度對(duì)整個(gè)連接的螺栓抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算：滿足要求.端板設(shè)計(jì)：第一排螺栓位置端板厚度：第二排螺栓位置端板厚度：取端板厚度為：（2）鉸接柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 柱腳節(jié)點(diǎn)如圖：柱底板，地腳錨栓采用，地腳錨栓選用M20，基礎(chǔ)材料采用C20混泥土，柱底軸力柱腳底板面積：柱腳底板應(yīng)力驗(yàn)算：，按一邊支承板（懸臂板）計(jì)算彎矩：柱腳底板厚度：柱腳抗剪承載力驗(yàn)算：，抗剪承載力不滿足要求，故應(yīng)設(shè)置抗剪鍵。3、柱間支撐的設(shè)計(jì)1) 柱間支撐的布置2). 柱間支撐為斜桿，采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐。直桿用檁條兼

15、用，因檁條留有一定的應(yīng)力裕量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及類似工程，不再作壓彎桿件的剛度及承載力驗(yàn)算。3).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7.9m）：0.7918kN 按一半山墻面作用風(fēng)載的1/3考慮節(jié)點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： =1/31/2=kN=kN 斜桿拉力設(shè)計(jì)值N=/cos=kN 斜桿截面設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算 斜桿選用20圓鋼， 強(qiáng)度驗(yàn)算： 剛度驗(yàn)算：張緊的圓鋼不需要考慮長(zhǎng)細(xì)比的要求。但從構(gòu)造上考慮采用16。4、檁條設(shè)計(jì)（檁條尺寸如下） 已知荷載：屋面板及其檁條自重,活荷載，基本風(fēng)壓，風(fēng)荷載體形系數(shù)-1.4（吸力），建筑位置地面粗糙度為B類。已知結(jié)構(gòu)條件：檁條跨度檁條間距為1.5m

16、,兩端簡(jiǎn)支，中間設(shè)兩道拉條，屋面坡度1:10，檐口高度6m.選用的截面和鋼材：鋼，冷彎薄壁型鋼卷槽形截面，鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。（1） 檁條截面幾何特性和相關(guān)數(shù)據(jù) 查得截面面積對(duì)對(duì)X軸慣性矩、回轉(zhuǎn)半徑、截面模量分別為，對(duì)Y軸慣性矩、回轉(zhuǎn)半徑、截面模量分別為，形心距。截面扭轉(zhuǎn)慣性矩和扇形慣性矩分別為屋面坡度。（2）荷載組合 恒載標(biāo)準(zhǔn)值 活載標(biāo)準(zhǔn)值 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 （方向垂直屋面向上，風(fēng)荷載高度變化系數(shù)值為1.0）因活荷載大于雪荷載，荷載組合中采用活荷載。驗(yàn)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性時(shí)，考慮以下兩種基本組合：工況L1； 工況L2； (3)、檁條內(nèi)力 工況L1：彎矩支座最大剪力：工況L2：彎矩，工況L1時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖和彎

17、矩圖如下圖（5） 、強(qiáng)度驗(yàn)算： 1）校核卷邊剛度 卷邊高厚比且符合滿足卷邊的剛度要求，翼緣可以作為部分加勁板件。 2）計(jì)算荷載組合L1下的有效截面模量、按毛截面計(jì)算最大彎矩截面（跨中截面）的應(yīng)力分布點(diǎn)1、2、3、4由產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力：（點(diǎn)1、2為壓應(yīng)力，點(diǎn)3、4為拉應(yīng)力）點(diǎn)1、4由產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力：點(diǎn)2、3由產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力：則各點(diǎn)應(yīng)力為：、計(jì)算翼緣及腹板的穩(wěn)定系數(shù) 受壓翼緣： 腹板：、計(jì)算翼緣及腹板的有效寬度受壓翼緣：。腹板： 則 。、計(jì)算有效截面的截面特性翼緣：翼緣扣除部分寬度為 100-77.32=22.68mm.腹板：左圖所示為工況L1時(shí)的檁條的有效截面，截面空白處表示無(wú)效截面，X、Y軸為全

18、截面的形心軸，為有效截面的形心軸。從圖中可以看出，有效截面是一個(gè)雙軸不對(duì)稱截面，其內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算均應(yīng)對(duì)主軸進(jìn)行。由于主軸計(jì)算較繁，為了簡(jiǎn)化計(jì)算并考慮到截面的無(wú)效部分所占比例較小，可假定主軸方向仍與原主軸平行。根據(jù)圖上所示的有效截面和上述假定，可計(jì)算得到的有效截面特性為：有效截面的面積有效截面的的形心在X、Y軸的坐標(biāo)為（-0.82，,-18.9），單位為毫米（mm）;對(duì)軸的慣性矩，相應(yīng)的1和2點(diǎn)的截面模量，3和4點(diǎn)的截面模量；對(duì)軸的慣性矩，相應(yīng)的1和4點(diǎn)的截面模量，2和3點(diǎn)的截面模量。3） 截面強(qiáng)度驗(yàn)算 2點(diǎn)的壓應(yīng)力 4點(diǎn)的拉應(yīng)力 抗彎強(qiáng)度滿足要求。 4）其他 設(shè)檁條端部與鋼架梁連接處有兩個(gè)的螺

19、栓孔，則檁條的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算為：，但連接強(qiáng)度計(jì)算另行考慮。（5） 整體穩(wěn)定計(jì)算在工況L1條件下，檁條上翼緣受壓，假設(shè)屋面板與檁條有可靠連接，阻止檁條上翼緣的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，可不計(jì)其整體穩(wěn)定。但在工況L2的作用下，檁條下翼緣受壓，計(jì)算檁條的整體穩(wěn)定性。 1) 計(jì)算檁條的整體穩(wěn)定系數(shù) 查得2） 計(jì)算L2工況下有效截面模量 L2工況下檁條截面各點(diǎn)的應(yīng)力由產(chǎn)生在點(diǎn)1、2上的拉應(yīng)力：（拉應(yīng)力）由產(chǎn)生在點(diǎn)3、4上的壓應(yīng)力：（壓應(yīng)力）由產(chǎn)生在點(diǎn)1、4上的拉應(yīng)力：（拉應(yīng)力）由產(chǎn)生在點(diǎn)2、3上的拉應(yīng)力：（拉應(yīng)力）L2工況下檁條截面各點(diǎn)的應(yīng)力為： 計(jì)算翼緣及腹板的穩(wěn)定系數(shù)： 受壓翼緣 ： 腹板：、計(jì)算翼緣及腹板的有效寬度受壓翼緣：受壓寬度 腹板：受壓高度 腹板受壓區(qū)全部有效。 、計(jì)算有效截面的截面特性左圖為工況L2時(shí)的檁條的有效截面，截面空白處表示無(wú)效截面，X、Y軸為全截面的形心軸，為有效截面的形心軸。根據(jù)圖上所示的有效截面，可