鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)(例子)

1、門(mén)式剛架廠房設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、設(shè)計(jì)資料該廠房采用單跨雙坡門(mén)式剛架，廠房跨度 21m，長(zhǎng)度 90m，柱距 9m，檐高7.5m，屋面坡度 1/10。剛架為等截面的梁、柱，柱腳為鉸接。材料采用 Q235 鋼材，焊條采用 E43 型。屋面和墻面采用75mm厚EPS夾芯板，底面和外面二層采用0.6mm厚鍍鋅彩板， 鋅板厚度為275/gm2；檁條采用高強(qiáng)鍍鋅冷彎薄壁卷邊Z形鋼檁條，屈服強(qiáng)度f(wàn) ³ 450N / mm2，鍍鋅厚度為160g / mm2。(不考慮墻面自重)y自然條件：基本風(fēng)壓：WO= 0.5KN / m2 ，基本雪壓0.3KN / m2地面粗糙度 B 類(lèi)二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房長(zhǎng)

2、度 90m，跨度 21m，柱距 9m，共有 11 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>60m，因此在廠房第二開(kāi)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，由于柱高<柱距，因此柱間支撐不用分層布置。（布置圖詳見(jiàn)施工圖） 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，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計(jì)。廠房檐高 7.5m，考慮到檁條和梁截面自身高度，近似取柱高為 7.2m；屋面坡度為 1： 10。因此得到剛

3、架計(jì)算模型：2. 荷載取值屋面自重：屋面板：0.18 KN / m2 檁條支撐：0.15 KN / m2 橫梁自重：0.15 KN / m2總計(jì)：0.48 KN / m2屋面雪荷載：0.3 KN / m2屋面活荷載：0.5 KN / m2 （與雪荷載不同時(shí)考慮） 柱自重：0.35 KN / m2風(fēng)載：基本風(fēng)壓W0= 0.5kN / m23. 各部分作用荷載：（1） 屋面荷載：標(biāo)準(zhǔn)值： 0.48 ´1cosq ´ 9 = 4.30KN / M柱身恒載： 0.35 ´ 9 = 3.15 KN / Mkn/mkn/mkn/m（2） 屋面活載屋面雪荷載小于屋面活荷載，取活

4、荷載0.50 ´1´ 9 = 4.50KN / Mcosqkn/m（3） 風(fēng)荷載以風(fēng)左吹為例計(jì)算，風(fēng)右吹同理計(jì)算：根據(jù)公式w = m m w 計(jì)算:kz s 0（地面粗糙度 B 類(lèi)）m 根據(jù)查表h £ 10m，取1.0，m 根據(jù)門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)規(guī)范，zs取下圖：迎風(fēng)面?zhèn)让鎤k屋頂wk風(fēng)載體形系數(shù)示意圖= 1.0´ 0.25´ 0.5 = 0.125kN / m2，q1= -1.0 ´1.0 ´ 0.5 = -0.50kN / m2，q2= 0.125´ 9 = 1.125kN / m= -0.50 ´ 9

5、= -4.5kN / m背風(fēng)面?zhèn)让鎤k屋頂wk= -1.0 ´ 0.55´ 0.5 = -0.275kN / m2，q3= -1.0 ´ 0.65´ 0.5 = -0.325kN / m2，q4= -0.275´ 9 = -2.475kN / m= -0.325´ 9 = -2.925kN / m荷載如下圖：kn/mkn/mkn/mkn/m4. 內(nèi)力計(jì)算：（1） 截面形式及尺寸初選： 梁柱都采用焊接的 H 型鋼梁的截面高度h一般取(1/30 1/45)L,故取梁截面高度為600mm； 暫取H600´300´ 6 &

6、#180;8，截面尺寸見(jiàn)圖所示y30086x485柱的截面采用與梁相同柱H 600 ´ 300 ´ 6 ´ 8 72009472520173362423423461.661.6梁H 600 ´ 300 ´ 6 ´ 8 1055294725201733624長(zhǎng)度面積IxWxIyWyiixy截面截面名稱(chēng)(mm)(mm )2(´10 mm )(mm64´10 mm )(43´10 mm )(64´10 mm )Mm43EA = 2.06´108 ´ 9472´10-6 =

7、 1.95´106 kn, EIx（2） 截面內(nèi)力：= 2.06´108 ´ 520´106 ´10-12 = 1.07´105 kn · m2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：計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值(M、N、Q)備注項(xiàng)目彎矩圖恒載下彎矩恒剪 力 圖載“+”作用恒載下剪力軸 力 圖( 拉 為正，壓為負(fù))恒載下軸力（忽略柱自重）活荷載作用活荷載(標(biāo)準(zhǔn)值) 彎矩圖彎矩圖活荷活荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)剪力圖載作用活荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)軸力圖剪 力 圖“+”軸力圖 (拉為 正，壓為負(fù))彎矩圖風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)彎

8、矩圖風(fēng)荷載作用.風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)剪力圖剪 力 圖“+”軸 力 圖( 拉 為正，壓為負(fù))風(fēng)荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)軸力圖（3） 內(nèi)力組合(由于恒載和活載關(guān)于結(jié)構(gòu)豎向?qū)ΨQ(chēng)，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)按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力分析，需要進(jìn)行以下可能的組合： 1.2×恒載效應(yīng)+1.4×活載效應(yīng) 1.2×恒載效應(yīng)+1.4×風(fēng)載效應(yīng) 1.2×恒載效應(yīng)+1.4×0.85×活載效應(yīng)+風(fēng)載效應(yīng)取四個(gè)控制截面：如下圖：截面內(nèi)力恒載活載左風(fēng)M000各情況作用下的截面內(nèi)力N-45.36-47.2546.95Q-

9、19.32-18.0524.55M-127.84-129.94147.59N-45.36-47.2546.95Q-19.32-18.0516.45M-127.84-129.94147.59N-21.75-22.6621.04Q43.4145.22-45.08M92.8396.70-77.574N-21.75-22.6621.04Q2.182.27-1.81內(nèi)力組合值截面內(nèi)力1.2恒1.4活1.2恒+1.4風(fēng)1.2恒+1.4 ´ 0.85 ´(風(fēng)+活）M000N-120.5811.30-54.85Q-48.4511.19-15.45M-335.3353.22-132.40N-

10、120.5811.3054.79Q-48.4511.19-25.09M-335.3353.22-132.40N-64.303.36-28.03Q115.40-11.0251.93M246.782.79134.16N-57.82-3.36-28.03Q5.790.083.164. 截面驗(yàn)算控制內(nèi)力組合項(xiàng)目有： Mmax 與相應(yīng)的 N，V(以最大正彎矩控制) Mmax 與相應(yīng)的 N，V(以最大負(fù)彎矩控制) Nmax 與相應(yīng)的 M，V(以最大軸力控制) Nmin 與相應(yīng)的 M，V(以最小軸力控制)所以以上內(nèi)力組合值，各截面的控制內(nèi)力為：1-1 截面的控制內(nèi)力為M = 0，N = -120.58KN，

11、Q = -48.45KN2-2 截面的控制內(nèi)力為M = -335.33kN × m，N = -120.58kN，Q = -48.45KN3-3 截面的控制內(nèi)力為M = -335.33kN × m，N = -64.30kN，Q = 115.40kN4-4 截面的控制內(nèi)力為M = 246.78kN × m，N = -57.82kN，Q = 5.79kNA：剛架柱驗(yàn)算：取 2-2 截面內(nèi)力平面內(nèi)長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)： c R m = 2 + 0.45K，其中K= I l= 10.5 = 1.46， m= 2 + 0.45´1.46 = 2.66，0H= 7.2

12、0; 2.66 = 19.1M0 xI H7.20，R平面外計(jì)算長(zhǎng)度：考慮壓型鋼板墻面與墻梁緊密連接，起到應(yīng)力蒙皮作用，與柱連接的墻梁可作為柱平面外的支承點(diǎn)，但為了安全起見(jiàn)計(jì)算長(zhǎng)度按兩個(gè)墻梁間距考慮，即H= 7200 / 2 = 3600mm0Yl = 19100 = 81.6，lx234y3600= 61.6 = 58.4 局部穩(wěn)定驗(yàn)算構(gòu)件局部穩(wěn)定驗(yàn)算是通過(guò)限制板件的寬厚比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。(150 - 4) 2 柱翼緣235fy235235b = 12.17 < 15= 15= 15 （滿(mǎn)足要求）t6 柱腹板235fy235235h600 -16 w = = 146 < 250= 25

13、0= 250 （滿(mǎn)足要求）t4w（2）柱有效截面特征M = -335.33kN× m，N = -120.58kN，Q = -48.45kN × msmax ü = N ± M= 120.58 ´103 ± 335.33´106ý sminþAWX9472173´104ì 206.56î= 12.73 ±193.83 = í-181.10 N/mm2ao-ss=max0maxmin= 206.56 +181.10 = 1.88 206.56 0 h = 58

14、4 = 97 < 48a + 0.5l t 60x w- 26.2 = 105.28因97>70，故可以考慮屈曲后強(qiáng)度。由于考慮屈曲后強(qiáng)度：b= s2 = -181.1 = -0.88 o206.561584h = 206.56 ´ = 311.2mmc206.56 + 181.1k =1628.1´ 21.28o(1+ b)2 + 0.112(1- b)2 0.5 +1+ b= 21.28ww28.1 k235 / fsyl =h / t=584 / 8£ 0.8,p則r = 1，截面全部有效。（3） 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：柱截面的最大剪力為Vmax= 48

15、.45kN37 ´ 5.34 ´1ww37 k235 / ftyl =h / t=584 / 8= 0.85w0.8 < l< 1.4,則f ' = 1- 0.64(l- 0.8) f= 0.973´125 = 121.63N / mm2wvwvV = h t f ' = 584 ´ 8´121.63´10-3 > V,滿(mǎn)足要求。dw w vmax彎剪壓共同作用下的驗(yàn)算:因?yàn)閂 < 0.5V ，按公式M £ M N = M- NW/ A 進(jìn)行驗(yàn)算，deeee其中M = W f = 17

16、3´104 ´ 215´10-6 = 371.95kN × meeM N = M - NW / A = 371.95 -120.58´ 371.95/ 9472eeee= 371.95 - 22.59 = 367.2kN × m > 335.33kN × m，滿(mǎn)足要求。（4） 穩(wěn)定性驗(yàn)算剛架柱平面內(nèi)穩(wěn)定性驗(yàn)算f / 235yl = 81.6 < l= 180, l = lxx= 81.6b類(lèi)截面，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附表C-2查得，jx= 0.681 'N= p 2 EA = 3.142 ´ 2.0

17、6 ´105 ´ 9472 = 2388kN , bEx(1.1l2 )(1.1´ 81.62 )mxx= 1.0,則Nb M120.58 ´1031.0 ´ 335.33´106j A + gx1-xmx0.8(Nx/ N 'Ex)Wx=+0.681´ 94721.05´173´104 ´ (1- 0.8´120.58) 2388= 18.69 +192.39 = 211.08N / mm2 < f滿(mǎn)足要求。剛架柱平面外穩(wěn)定性驗(yàn)算：l = lf / 235y= 58.4

18、b類(lèi)截面，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范查得，jy= 0.818bM1= 0.65 + 0.35 2 = 0.65 + 0.35´ = 0.825txM21j = 1.07 - l258.42= 1.07 -= 0.99b440044000Nh b M120.58´1030.825´ 335.33´106則 + txx = +1.0 j Aj Wyb px0.818´ 94720.99´173´104= 15.56 +161.52 = 177N / mm2 < f 滿(mǎn)足要求。B：剛架梁驗(yàn)算：取 3-3 截面內(nèi)力M = -335.33

19、KN · M，N = -64.30KN，Q = 115.40KN 局部穩(wěn)定驗(yàn)算(150 - 4) 2 梁翼緣b =t6= 12.17 < 15= 15= 15 （滿(mǎn)足要求）235fy235235 梁腹板235fy235235h600 -16 w = = 146 < 250= 250= 250 （滿(mǎn)足要求）t4w（2）梁有效截面特征門(mén)式剛架坡度為1/10<1/5，可以不考慮橫梁軸梁的影響，按受彎構(gòu)件驗(yàn)算。o üM335.33´1061 ý = ± = ± = ±193.83N / mm2þoW173

20、´1042Xb= s2 = -1s11h = 584 ´ = 292mm160.112 ´ 4c2k =16o(1+ b)2 + 0.112(1- b)2 0.5 +1+ b= 23.91lh / t584 / 8ww28.1 k235 / fsy28.1´ 23.91= 0.53 £ 0.8,p則r = 1，截面全部有效。（3）強(qiáng)度驗(yàn)算 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：柱截面的最大剪力為Vmax= 115.4kNk = 5.34tww37 k235 / ftyl =h / tw=584 / 8= 0.8537 ´ 5.34 ´10.8 &l

21、t; l< 1.4,則f ' = 1- 0.64(l- 0.8) f= 0.973´125 = 121.63N / mm2wvwvV = h t f ' = 584 ´ 8´121.63´10-3 = 568.25kN > V,滿(mǎn)足要求。dw w vmax彎矩作用下的驗(yàn)算:M = M = 173´104 ´ 215´10-6d= 371.95kN × m > 335.33kN× m，滿(mǎn)足要求。（4)穩(wěn)定性驗(yàn)算剛架梁平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算驗(yàn)算方法與柱平面內(nèi)的穩(wěn)定驗(yàn)算相同，由于N梁剛

22、架梁平面外穩(wěn)定驗(yàn)算一般剛架平面外穩(wěn)定靠支撐來(lái)保證，< N ，M柱梁=M ，因而可以滿(mǎn)足要求。柱考慮檁條處設(shè)置隅撐以保證屋脊負(fù)彎矩使下翼緣受壓時(shí)有支撐， 在支撐點(diǎn)處設(shè)置隅撐以保證橫梁全截面受支承，則橫梁成為平面外3m支撐的壓彎構(gòu)件，取其中一段計(jì)算。由l = 3000 = 48.7及b類(lèi)截面查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范得，j= 0.865y 61.6yl2由于有端彎矩與橫梁荷載，取b = 1.0，則j = 1.07 - y= 1.02txb44000由于內(nèi)力沿桿件線性變化，取較大值64.3kN從而 N +b M 64.3´1031.0 ´ 335.33 ´106htxx =

23、+1.0 ´j Aj Wyb px0.865 ´ 94721.03´173´104= 7.85 +188.19 = 196.04 N / mm2 < f 滿(mǎn)足要求。5. 位移驗(yàn)算：（1） 柱頂水平位移驗(yàn)算：由矩陣位移法結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算程序計(jì)算位移，位移驗(yàn)算為正常使用極限狀態(tài)下的承載力驗(yàn)算，荷載應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)值。構(gòu)件截面參數(shù)：EA = 2.06 ´108 ´ 9472 ´10-6 = 1.95´106 kn,EI = 2.06´108 ´ 520 ´106 ´10-12 = 1.

24、07 ´105 kn · m2x荷載標(biāo)準(zhǔn)值即風(fēng)載，位移圖如下：d = 18.1 = 1 <1 滿(mǎn)足要求H7200397200（2） 橫梁擾度驗(yàn)算：荷載標(biāo)準(zhǔn)值=1.0 ´ 恒載+1.0 ´活載=4.3+4.5=8.8kN/m ，位移圖如下：d = 63.6 = 1 <1 滿(mǎn)足要求L21000330250四、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：（1） 梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：梁柱節(jié)點(diǎn)形式見(jiàn)下圖：連接處選用如下組合內(nèi)力值：M = -335.33KN · M，N = -64.30KN（使螺栓受壓），Q = 115.40KN采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，采用10.9級(jí)M24螺栓，預(yù)壓力P

25、=225kN, 摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)m=0.45，螺栓承受拉力為：MyN335.33´ 0.37264.30第一排：N = 1 - = - = 155.37 - 6.43 = 148.94kN1第二排：N2第三排：N3åy2iMy= 2åy2iMy= 3åy2in4 ´(0.1322 +0.2122 + 0.3722）10- N335.33 0.21264.30´ = - = 88.54 - 6.43 = 82.11kNn4 ´(0.1322 +0.2122 + 0.3722）10- N335.33 0.132

26、64.30´ = - = 55.13 - 6.43 = 48.70kNn4 ´(0.1322 +0.2122 + 0.3722）10，其抗拉承載力為：ìNb =0.8P=0.8´ 225=180kNít>148.94kN，滿(mǎn)足要求。îNb = p d 2 ´ f b / 4 = p ´ 21.182 ´ 500 / 4 = 176.2kNtet螺栓群的抗剪力(M24螺栓)（下面三排不計(jì)外加壓力，只考慮預(yù)壓力）Vb = å 0.9mm (P -1.25N ) = 20.9´ 0.4

27、5´(225 -1.25´148.94) + 0.9´ 0.45´ft(225 -1.25´ 82.11)+ 0.9 ´ 0.45´(225 -1.25´ 48.70) + 0.9´ 0.45´ 225´ 6= 810.26kN > 115.40kN端板厚確定：6e Nf tbf6 ´ 68 ´148.94 ´103400 ´ 205第一排螺栓端板厚 ：t ³= 27.2 mm，6e e Ne b + 2e (e + e ) ff

28、 w twffw6 ´ 68 ´ 97 ´ 82.11 ´10397 ´ 400 + 2 ´ 68 ´ (68 + 97) ´ 2053 ´ 97 ´ 48.70 ´103(0.5 ´ 80 + 97) ´ 205第二排螺栓端板厚 ：t ³= 16.1mm，3e N(0.5a + e ) fww t第三排螺栓端板厚 ：t ³采用端板厚 t = 28mm。= 22.5mm，端部腹板設(shè)置加勁肋，加強(qiáng)腹板強(qiáng)度，詳見(jiàn)施工圖（2） 梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)： 梁梁節(jié)點(diǎn)

29、形式見(jiàn)下圖：連接處選用如下組合內(nèi)力值：M = 246.78kN × m，N = -57.82kN（使螺栓受壓），Q = 5.79kN采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，采用10.9級(jí)M24螺栓，預(yù)壓力P=225kN, 摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)m=0.45，螺栓承受拉力為：第一排：N =1My1åy2iMy- N =246.78 ´ 0.372- 57.82 = 125.17 - 7.23 = 119.94kNn4 ´(0.2122 + 0.3722）8N246.78 ´ 0.21257.82第二排：N = 2- = - = 71.34 - 7.23 = 64.11kN2 åy2 in4 ´(0.2122 + 0.3722）8其抗拉承載力為：ìNb=0.8P=0.8´ 225=180kN