同濟大學鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

單層單跨門式剛架設(shè)計計算一、設(shè)計資料（1）設(shè)計參數(shù)單層房子為單跨門式剛架，剛架跨度30m，長度90m，柱距6m，檐口標高8m，屋面坡度1：10。屋面資料采納壓型鋼板，墻面資料采納彩鋼板，天溝為彩板天溝?；A(chǔ)混凝土標號為C30，fc14.3N/mm2，鋼材材質(zhì)為Q345，fy310kN/mm2,fc180N/mm2。（2）設(shè)計荷載屋面恒荷載為0.5kN/m2，活荷載為0.5kN/m2；雪荷載為0.2kN/m2，基本風壓為0.55kN/m2，地面粗拙度為B類，風荷載體型系數(shù)如圖1所示。圖1計算模型機風荷載體型系數(shù)二、荷載組合1、1.20恒載+1.40活載2、1.00恒載+1.40風載3、1.00恒載+1.40x0.90活載+1.40x0.90風載4、1.35恒載三、內(nèi)力計算1、計算模型（如圖2）圖2節(jié)點及單元編號圖、荷載工況荷載工況如圖3恒載活載左風右風圖3荷載工況圖、各工況內(nèi)力恒載、活載、作風和右風作用下的鋼架內(nèi)力如圖4—圖7。軸力爭（KN）剪力爭（KN）彎距圖(kN.m)圖4恒載作用下鋼架內(nèi)力爭軸力爭(kN)剪力爭(kN)彎距圖(kN.m)圖5活載作用下鋼架內(nèi)力爭軸力N圖(kN)剪力爭(kN)彎距圖(kN.m)圖6左風作用下鋼架內(nèi)力爭軸力爭(kN)剪力爭(kN)彎距圖(kN.m)圖7右風作用下鋼架內(nèi)力爭、組合內(nèi)力采納荷載組合1（1.20恒載+1.40活載）對構(gòu)件內(nèi)力值進行驗算。該組合下的構(gòu)件內(nèi)力值見表1。表1工況1下組合內(nèi)力表小節(jié)點小節(jié)點小節(jié)點大節(jié)點大節(jié)點大節(jié)點組合號單元號N(kN)V(kN)M(kN.m)N(kN)V(kN)M(kN.m)1-163.576.00.0-129.676.0-584.92-91.8-119.3-592.5-82.8-29.1190.413-78.9-4.4258.0-82.834.3190.44-82.8-34.3190.4-78.94.4258.05-82.829.1190.4-91.8119.3-592.56-129.6-76.0-584.9-163.5-76.00.0、構(gòu)件尺寸和截面特色表2構(gòu)件尺寸和截面特色長度

面積

繞x軸

繞y軸單元號

截面名稱(mm)(mm

2)

慣性矩

慣性矩(x104mm4)(x104mm4)Z400~800x200x8x7040188721335柱177001010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335柱277001010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁1105521010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁245221010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁345221010240940501337Z400~800x200x8x7040188721335梁4105521010240940501337表中：面積和慣性矩的上下行分別指小頭和大頭的值四、構(gòu)件截面驗算1、寬厚比驗算翼緣板自由外伸寬厚比2008/2235/fy12.4，知足規(guī)程限值要109.615求。（）97.5250235/fy206，知足規(guī)程限值要求。腹板高厚比8002108柱腹板高度變化率（800-400）/850mm/m60mm/m,故腹板抗剪可以考慮屈曲后強度。柱腹板不設(shè)加勁肋，k5.34,whw/tw97.5，w1.3820.8，因此k235/fy375.34235/34537fv'10.64(w0.8)fv0.628fv，Vd0.628hwtwfv。因為梁截面尺寸同柱，故計算同柱。2、①號（柱）單元截面驗算①號節(jié)點端：M120，V1276.0kN,N12163.5kN②號節(jié)點端：M12-270kN?m,V1276.0kN,N12-163.5kN（1）強度驗算①號節(jié)點端有效寬度計算：柱下端彎矩為零，1.0，1N/A163.5103/704023.22N/mm2，K164（120.112（12））（1）因1f，R·11.123.2225.54N/mm2p=hw/tw=47.50.2790.8，故有效寬度系數(shù)28.1K235/fy28.14235/25.541，1=N/A<f310N/mm2。V1276.6Vd0.628hwtwfv0.628(400210)8180103343kN①號節(jié)點端截面強度知足要求。②號節(jié)點端：1N/A+M/We129.6103/10240584.9106400/94050104261.4N/mm21N/AM/We129.6103/10240584.9106400/94050104236.1N/mm22/1236.1/261.40.9K161621.520.112（12）（120.112（12（1））（10.9）0.9）（10.9）因1f，R·11.1261.4287.6N/mm2，則0.8p=hw/tw=97.50.8281.228.1K28.121.5235/fy235/287.610.9(p0.8)10.9(0.8280.8)0.975，故②號節(jié)點端截面所有有效。V12760.5Vd0.5(800210)8180103561.6kNMeNMeNWe/Ae(fN/Ae)We(310129.6103/10240)94050104/400699.1106N?mmM21584.9kN?MMeN699.1kN?M故②號節(jié)點截面強度知足要求。堅固驗算A.鋼架柱平面內(nèi)整體堅固：柱小頭慣性矩IC018872104mm4，大頭慣性矩IC194050104mm4，梁最小截面為IC018872104mm4。柱的線剛度K1IC1/h94050104/8000117562.5mm3。1d1180011,2d2180011,0.3,插值得0.34。d0400d0400柱的線剛度K2Ib0/(2s)18872104/(20.3415074)18411mm3。K2/K118411/117562.50.157,IC0/IC10.201,查得r1.546xL0x1.546770072.7,NEx'02EA3.1422.061057040Lc0x/Ac018872104/7040(1.1x2)1.172.7224.59105N。長細比換算為72.734588,查表得xr0.568。235楔形柱平面內(nèi)堅固驗算：N0mxMxxrAe0[1xr(N/NEx')]We1163.51031.0584.910640030.568704094050104(10.568163.5103)299.8N/mm2310N/mm2245910f知足要求。鋼架柱平面外整體堅固：B.ly3000mmyL0y300069,長細比換算為6934584,查得y0.661Lc0y/Ac01334104/7040235柱楔率d1180011,d0400t1N/NE'x00.75(N/NE'x0)21163.5103/24.591050.75(163.5103/24.59105)20.912s10.023lh0/Af10.02313000400/(20010)1.563w10.00385l/iy010.0038513000/40.51.033y0sl/iy01.5633000/40.51164320A0h0(s)2(y0t0)223543207040400by2W()1162943600w4.4hfyy0x00(1.563)2(11610)2(235)2.010.6,by'1.070.2820.931.0334.4400345byN0tM1163.51030.912584.91064002知足要求。yAe0brWe10.661102400.934268.1310N/mm9405010（3）②號單元截面驗算②號節(jié)點端：M12592.5kN?M，V12119.3kN,N1291.8kN③號節(jié)點端：M12190.4kN?m，V1229.1kN,N12-82.8kN強度驗算②號節(jié)點端：1N/A+M/We91.8103/10240592.5106400/94050104261.0N/mm21N/AM/We91.8103/10240592.5106400/94050104243.0N/mm22/1243.0/261.00.931K161622.320.112（12）（120.112（12（1））（10.931）0.931）（10.931）因1f，R·11.1260.0287.1N/mm2，則0.8p=hw/tw=97.50.811.2K28.122.328.1235/fy235/287.110.9(p0.8)10.9(0.810.8)0.9911，故可以為②號節(jié)點端截面全部有效，截面仍采納全截面。V23119.30.5Vd0.5(800210)8180103561.6kNMeNMeNWe/Ae(fN/Ae)We(31091.8103/10240)94050104/400707.8106N?mmM21584.9kN?MMeN707.6kN?M故②號節(jié)點截面強度知足要求。B.平面外驗算L0y300069,長細比換算為34584,查得y0.661yLc0y/Ac01337104/704069235ly3000mm柱楔率d1180011,t0.60.4M20.60.4190.40.471d0400M1592.5s10.023lh0/Af10.02313000400/(20010)1.563w10.00385l/iy010.0038513000/40.51.033y0sl/iy01.5633000/40.51164320A0h0(s)2(y0t0)2(235by2Wx0)y0w4.4h0fy43207040400(1.563)2(11610)2(235)11629436001.0334.44003452.010.6'1.070.2820.93bybyN0tM191.81030.417592.5106400127310N/mm2知足要求。yAe0brWe10.661102400.9394050104（4）②號單元截面驗算②號節(jié)點端：M12190.4kN?M，V1234.3kN,N1282.8kN④號節(jié)點端：M12258kN?m，V124.4kN,N1278.9kN強度驗算②號節(jié)點端：1N/A+M/We78.9103/10240258106400/94050104117.4N/mm21N/AM/We78.9103/10240258106400/94050104102.0N/mm22/1243.0/261.00.869K161626.420.112（12）（120.112（12（1））（10.869）0.869）（10.869）因1f，R·11.1117.4129.1N/mm2，則p=hw/tw=97.50.500.8K235/fy28.128.122.3235/129.11，故②號節(jié)點端截面所有有效。V234.40.5Vd0.5(800210)8180103561.6kNMeNMeNWe/Ae(fN/Ae)We(31078.9103/10240)94050104/400710.8106N?mmM21258kN?MMeN710.8kN?M故②號節(jié)點截面強度知足要求。平面外驗算yL0y300069,長細比換算為69345查得y0.661Lc0y/Ac01337104/704023584,ly3000mm柱楔率d1180011,d0400t0.60.4M20.60.4190.40.895M1258s10.023lh0/Af10.02313000400/(20010)1.563w10.00385l/iy010.0038513000/40.51.033y0sl/iy01.5633000/40.5116by4320A0h0(s)2(y0t0)2(235)2Wx0fyy0w4.4h0432070404001.5632116102(2352943600()(4.4))1161.0334003452.010.6'0.2820.93by1.07byN0tM178.91030.895258106400117.3310N/mm2知足要求。yAe0brWe10.661102400.9394050104五、節(jié)點驗算1、梁柱連結(jié)節(jié)點螺栓螺栓強度驗算采納端板豎放連結(jié)，以以下列圖：圖8梁柱節(jié)點表示圖⑴.連結(jié)節(jié)點螺栓強度驗算梁柱節(jié)點采納10.9級M27摩擦型高強度螺栓連結(jié)，構(gòu)件接觸面采納噴砂辦理，摩擦面抗滑移系數(shù)：0.5，每個高強螺栓的預(yù)拉力=290kN,連結(jié)處內(nèi)力值：M=-584.9kN·M,V=-119.3kN,N=-91.8kN2、梁梁節(jié)點1設(shè)計：螺栓承受的最大拉力Nt1My1N584.90.5119.30.8P232kNy21n4(0.220.320.52)184.912每個螺栓承受的剪力：NvV91.87.65[Nvb]0.9nfP0.90.52901130.5kN,抗剪知足要求。n12最外排螺栓驗算：NvNt9.18184.9知足要求.NvbNtb130.4232(2).端板厚度驗算端板厚度取25mm,按兩邊支承板外伸計算t6efewNt[ewb2ef(efew)]f66060184.410322.1mm,知足要求。60220260(6060)295節(jié)點域剪應(yīng)力計算(3).M584.9106120.2180N/mm2,知足要求。dbdctc(80020)28(4).螺栓處腹板強度驗算翼緣內(nèi)第二排第一個螺栓的軸向拉力設(shè)計值Nt2My1N584.90.391.2/12107.80.4P116kNy12n4(0.320.220.52)0.4P116103241.7f310,知足要求。ewtw608梁梁節(jié)點1采納8.8級M20摩擦型高強度螺栓連結(jié)，構(gòu)件接觸面采納噴砂辦理，摩擦面抗滑移系數(shù)：0.45，每個高強螺栓的預(yù)拉力=125kN,連結(jié)處內(nèi)力值：螺栓承受的最大拉力Nt1My1N2580.47578.9y21n4(0.32520.4752)84.60.8P=100kN10每個螺栓承受的剪力：NvV4.40.44[Nvb]0.9nfP0.90.45125150.6kN,抗剪知足要求。n10最外排螺栓驗算：NvNt0.4484.6知足要求.NvbNtb50.6100(2).端板厚度驗算M=258kN·M,V=4.4kN,N=78.9kN圖9梁梁節(jié)點1表示圖端板厚度取mm,按兩邊支承板外伸計算20t6efeNtweeew)]f[ewb2f(f6606084.610315.0mm,知足要求。60220260(6060)295(3).螺栓處腹板強度驗算翼緣內(nèi)第二排第一個螺栓的軸向拉力設(shè)計值Nt2My1N2580.325y2n4(0.325278.9/1055.4>0.4P50kN0.4752)1Nt255.410351.3f310,知足要求。ewtw6083、梁梁節(jié)點2設(shè)計：⑴.連結(jié)節(jié)點螺栓強度驗算梁梁節(jié)點2采納10.9級M24摩擦型高強度螺栓連結(jié)，構(gòu)件接觸面采納噴砂處理，摩擦面抗滑移系數(shù)：0.5，每個高強螺栓的預(yù)拉力=225kN,連結(jié)處內(nèi)力值：M=190.4kN.M,V=34.3kN,N=-82.8kN螺栓承受的最大拉力Nt1My1N4190.40.282.8160.80.8P=180kNy21n(0.12520.22)8每個螺栓承受的剪力：圖10梁梁節(jié)點2表示圖NvV34.3b]0.9nfP0.90.5抗剪知足要求。n8最外排螺栓驗算：NvNt4.29160.8知足要求.NvbNtb101.31800.9361,(2).端板厚度驗算端板厚度取mm,按兩邊支承板外伸計算25t6efewNteeew)]f[ewb2f(f66060190.410322.5mm,知足要求60220260(6060)295(3).螺栓處腹板強度驗算翼緣內(nèi)第二排第一個螺栓的軸向拉力設(shè)計值Nt2My1N190.40.12582.8/896.6>0.4P72kNy12n4(0.12520.22)Nt296.6103201f310,知足要求。ewtw608、柱腳設(shè)計：圖11柱腳表示圖連結(jié)處內(nèi)力值：V=-163.5kN,N=-79.3kN⑴.柱腳底板面積確實定Bb02t2c8040080560mmLh02t2c8020080360mm基礎(chǔ)采納C30混凝土，f