輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書姓名學(xué)號(hào)班級(jí)指導(dǎo)教師2011.06目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書?????????????????????2二、計(jì)算書???????????????????????3（1）設(shè)計(jì)資料???????????????????3（2）屋面構(gòu)件設(shè)計(jì)??????????????????4（3）荷載計(jì)算????????????????????7（4）內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合??????????????8（5）鋼架柱驗(yàn)算???????????????????19（6）鋼架梁驗(yàn)算???????????????????20（7）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)???????????????????21三、參考文獻(xiàn)??????????????????????27輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)目的1、復(fù)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程2、學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)3、學(xué)習(xí)編制結(jié)構(gòu)計(jì)算書4、為畢業(yè)設(shè)計(jì)做必要的準(zhǔn)備二、基本要求1、掌握門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法和步驟，認(rèn)真考慮影響設(shè)計(jì)的各項(xiàng)因素。2、了解和掌握及設(shè)計(jì)有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)定，并能在設(shè)計(jì)中正確應(yīng)用。3、根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，正確選擇結(jié)構(gòu)形式，合理布置結(jié)構(gòu)。4、掌握門式剛架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法和構(gòu)造要求。5、認(rèn)真繪制施工圖和編寫說明書、計(jì)算書。三、設(shè)計(jì)資料1、結(jié)構(gòu)形式：門式剛架，見附件1，具體尺寸見分配表格。2、屋面板和墻面板：彩色壓型鋼板3、構(gòu)件形式：梁柱為等截面實(shí)腹式焊接H型截面，檁條為冷彎薄壁C型截面4、節(jié)點(diǎn)形式：梁柱剛接節(jié)點(diǎn)；梁梁連接（端板剛接）；柱腳5、基礎(chǔ)：柱下獨(dú)立基礎(chǔ)；混凝土：C30；鋼筋二級(jí)筋；基礎(chǔ)埋深1.5m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：6、荷載種類：恒載，活載和風(fēng)荷載（見分組單），不考慮其它荷載四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、剛架設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)立面圖、結(jié)構(gòu)平面布置圖；2、檁條設(shè)計(jì)：檁條詳圖，檁條、支撐布置圖3、節(jié)點(diǎn)及構(gòu)造詳圖：梁柱連接、梁梁連接及柱腳詳圖；4、設(shè)計(jì)說明書及計(jì)算書1份；五、參考文獻(xiàn)1、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003.北京：中國計(jì)劃出版社.20032、《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002，北京：中國計(jì)劃出版社.20023、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002.北京：中國計(jì)劃出版社.20024、\o"查看該書詳細(xì)信息"輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)例，本書編委會(huì)編人民交通出版社20085、李星榮.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國建筑工業(yè)出版社.20056、陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì).北京：中國建筑工業(yè)出版社.20037、\o"查看該書詳細(xì)信息"輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料一本全，本書編委會(huì)編中國建材工業(yè)出版社20078、舒贛平,王恒華,范圣剛編著.\o"查看該書詳細(xì)信息"輕型鋼結(jié)構(gòu)民用及工業(yè)建筑設(shè)計(jì)，中國電力出版社2006，9、周緒紅.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)及實(shí)例精選.北京：中國建筑工業(yè)出版社.200810.朱海寧，王東，趙瑜編著.\o"查看該書詳細(xì)信息"輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)造設(shè)計(jì).東南大學(xué)出版社2003.11，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)計(jì)算書一、設(shè)計(jì)資料1、采用單跨雙坡輕型門式剛架，剛架跨度15m，柱高3.9m；共有10榀剛架，柱距6m，屋面坡度1:10，不考慮地震作用。剛架平面布置見下圖，剛架形式及幾何尺寸。屋面及墻面板均為彩色壓型鋼板,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1.5m，鋼材采用Q235鋼。柱網(wǎng)及平面布置圖2、永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面恒荷載：0.25kN/m2活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.5kN/m2風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.45kN/m2屋面構(gòu)件設(shè)計(jì)1、檁條計(jì)算恒載：0.25kN/m2活載：0.5kN/m2風(fēng)載：0.45kN/m2假設(shè)檁條自重：0.05kN/m①恒載和活載組合情況：q=(0.25×1.2+0.5×1.4)×1.5+0.05×1.2=1.56kN/mqx=q×cose=1.55kN/mqy=q×sine=0.155kN/mqk=(0.5+0.25)×1.5+0.05=1.18kN/mMx=1/8×1.55×62=6.98kN·mMy=1/8×0.155×32=0.17kN·m②恒載和風(fēng)載組合情況：qx=(0.25×1.2×cose-0.45×1.4×sine)×1.5+0.05×1.2×cose=0.41kN/mqy=(0.25×1.2×sine+0.45×1.4×cose)×1.5+0.05×1.2×sine=0.99kN/mqk=(0.25+0.45)×1.5+0.05=1.1kN/mMx=1/8×0.41×62=1.845kN/mMy=1/8×0.99×32=1.11kN/m③恒載、活載和風(fēng)載組合情況：qx=[0.25×1.2×cose+（0.5×1.4×cose-0.45×1.4×sine）×0.9]×1.5+0.05×1.2×cose=1.36kN/mqy=[0.25×1.2×sine+（0.5×1.4×sine+0.45×1.4×cose）×0.9]×1.5+0.05×1.2×sine=0.99kN/mMx=1/8×1.36×62=6.12kN·mqk=(0.5+0.25+0.45)×1.5+0.05=1.85kN/mMy=1/8×0.71×32=1.11kN·m檁條的計(jì)算簡(jiǎn)圖選C200×70×20×2.5,=538.21，=53.82，,7.74cm,=2.5cm.2、截面驗(yàn)算：（1）強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。（2）剛度驗(yàn)算qkx=qkcose=1.85×10/=1.84kN/m滿足要求（3）長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算，滿足要求。三、荷載計(jì)算荷載取值計(jì)算屋面自重0.256=1.5檁條0.0691 總1.5691屋面活荷載作用0.5×6=3柱身自重荷載0.25×6=1.5風(fēng)振系數(shù)，高度變化系數(shù)，體形系數(shù)均取為1.0，則墻面、屋面風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值為qAB=0.45qBC=0.45qCD=0.45qDE=0.45初估截面鋼架斜梁h=L/60—L/40=250mm—375mm,取h=350mm,初選HN350×175×7×11×16.則有=13700，=985，=782，，A=63.66cm2鋼架柱h=H/20—H/15=195mm—260mm，取h=250mm,b=h/3—h/2=83mm—125mm,初選HW=250×250×9×14×16.則有=10800，=3650，=867，,A=92.18cm2.四、內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合1、鋼架內(nèi)力計(jì)算（1）鋼架在恒載（包含重力）的作用下的彎矩（M）、剪力（V）、軸力（N）如圖示：鋼架上的恒載作用圖（單位：KN）恒載彎矩圖（單位：KN·m）恒載剪力圖(單位：KN)恒載軸力圖(單位：KN)鋼架在活載荷載的作用下的彎矩（M）、剪力（V）、軸力（N）如圖示：活載作用圖(單位：KN)活載彎矩圖(單位：KN·m)活載剪力圖(單位：KN)活載軸力圖(單位：KN)鋼架在風(fēng)荷載的作用下的彎矩（M）、剪力（V）、軸力（N）如圖示：

風(fēng)荷載作用圖風(fēng)載彎矩圖(單位：KN·m)風(fēng)載剪力圖(單位：KN)風(fēng)載軸力圖(單位：KN)鋼架內(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》(GB50009－2001)的規(guī)定，采用荷載效應(yīng)的基本組合,對(duì)于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S從下列組合值中取最不利值確定：A．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)B．1.2×恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4×風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)C．1.2×恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)+1.4×0.9×(活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)＋風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng))（1）、左側(cè)柱內(nèi)力組合表：梁截面荷載彎矩（M）剪力(V)軸力(N)截面1-1恒荷載①17.43-10.66-11.83活荷載②33.17-20.29-22.5風(fēng)荷載③-11.587.750.29截面2-2恒荷載①-24.16-10.66-11.83活荷載②-45.96-20.29-22.5風(fēng)荷載③2.22-0.670.29梁截面內(nèi)力1.2×①＋1.4×②1.2×①＋1.4×③1.2×①＋1.4×0.9×（②＋③Mmax相應(yīng)的V、N組合值|N|max相應(yīng)的M、V組合值截面1-1M66.514.5546.7566.5166.51V－40.69-1.895-27.93－40.69－40.69N－44.98-13.78-41.5－44.98－44.98截面2-2M－92.187－25.839-82.88－92.187－92.187V－40.692－13.689-38.55－40.692－40.692N－44.97－13.78-41.5－44.97－44.97（2）、右側(cè)柱內(nèi)力組合表：梁截面荷載彎矩（M）剪力(V)軸力(N)截面9－9恒荷載①-24.1610.66-11.83活荷載②-45.9620.29-22.5風(fēng)荷載③-2.160.470.29截面10－10恒荷載①17.4310.66-11.83活荷載②33.1720.29-22.5風(fēng)荷載③9.955.74－0.29梁截面內(nèi)力1.2×①＋1.4×②1.2×①＋1.4×③1.2×①＋1.4×0.9×（②＋③Mmax相應(yīng)的V、N組合值|N|max相應(yīng)的M、V組合值截面9－9M-92.15-32.07-88.74-92.15-92.15V40.6513.5238.6640.6540.65N-44.97-14.6-42.29-44.97-44.97截面10－10M66.435.0274.9874.9866.4V40.6520.8945.345.340.65N-44.97-14.6-42.29-42.29-44.97（3）、左跨梁內(nèi)力組合表：梁截面荷載彎矩（M）剪力(V)軸力(N)截面3-3恒荷載①-24.1610.71-11.79活荷載②-45.9620.37-22.43風(fēng)荷載③2.22-0.35-0.64截面4-4恒荷載①4.694.82-11.20活荷載②8.939.17-21.31風(fēng)荷載③1.0-0.29-0.04截面5-5恒荷載①12.19-1.06-10.61活荷載②23.19-2.02-20.19風(fēng)荷載③0.02-0.230.57梁截面內(nèi)力1.2×①＋1.4×②1.2×①＋1.4×③1.2×①＋1.4×0.9×（②＋③Mmax相應(yīng)的V、N組合值|V|max相應(yīng)的M、V組合值截面3-3M-92.19-25.84-82.88-92.19-92.19V40.7112.3437.4640.7140.71N-44.97-14.99-42.48-44.97-44.97截面4-4M17.137.0718.2318.2317.13V17.375.3716.6916.6917.37N-40.49-13.44-39.64-39.64-40.49截面5-5M45.9814.6742.8445.9845.98V-4.05-1.60-4.11-4.05-4.05N-40.5-11.89-37.11-40.5-40.5（4）、右跨梁內(nèi)力組合表：梁截面荷載彎矩（M）剪力(V)軸力(N)截面6-6恒荷載①12.191.06-10.61活荷載②23.192.02-20.19風(fēng)荷載③0.02-0.340.51截面7-7恒荷載①4.69-4.82-11.20活荷載②8.93-9.17-21.31風(fēng)荷載③-1.16-0.290.01截面8-8恒荷載①-24.16-10.71-11.79活荷載②-45.96-20.37-22.43風(fēng)荷載③-2.16-0.24-0.5梁截面內(nèi)力1.2×①＋1.4×②1.2×①＋1.4×③1.2×①＋1.4×0.9×（②＋③Mmax相應(yīng)的V、N組合值|V|max相應(yīng)的M、V組合值截面6-6M45.9814.6742.8445.9845.98V4.050.783.324.054.05N-40.5-11.97-37.18-40.5-40.5截面7-7M17.143.9715.2717.1417.14V-17.36-6.20-17.46-17.36-17.36N-40.49-13.44-39.95-40.49-40.49截面8-8M-92.15-32.07-88.74-92.15-92.15V-40.71-13.19-38.24-40.71-40.71N-44.93-14.90-42.68-44.93-44.93（5）、最不利荷載組合:構(gòu)件彎矩（kN·m）剪力（kN）軸力（kN）鋼架柱－92.187－40.692－44.97鋼架梁-92.1940.71-44.97五、剛架柱的驗(yàn)算1、柱正截面強(qiáng)度驗(yàn)算HW=250×250×9×14×16.則有=10800，=3650，=867，,A=92.18cm2.10.8cm,=6.29cm.106.14<,滿足要求。2、鋼架柱正截面剛度驗(yàn)算計(jì)算長(zhǎng)度取橫梁長(zhǎng)度=1950mm，度=1950mm<150,滿足要求λy==31<150,滿足要求鋼架柱正截面整體穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算長(zhǎng)度取=1950mm,=18.05，截面關(guān)于x軸和y軸都屬于b類截面，查表得=0.9272，，βmx=1.0 =111.66N/mm2<f=215N/mm2，滿足要求。（2）柱平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算λy==31<150,b類截面，查表得y=0.932,滿足要求六、剛架梁的驗(yàn)算1、梁正截面強(qiáng)度驗(yàn)算初選HN350×175×7×11×16.則有=13700，=985，=782，，A=63.66cm2，14.7cm,=3.93cm.119.3<,滿足要求。<,滿足要求。2、鋼架梁截面剛度驗(yàn)算經(jīng)計(jì)算撓度v-36mm<[v]=mm,滿足要求3、鋼架梁正截面整體穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）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，截面關(guān)于x軸和y軸都屬于b類截面，查表得=0.852，，βmx=1.0 =136.4N/mm2<f=215N/mm2，滿足要求。（2）柱平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算=，b類截面，查表得y=0.712,滿足要求。七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)采用10.9級(jí)M20高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接，構(gòu)件接觸面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)μ=0.45，每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力為155KN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=－44.97KN，V=40.71KN，M=－92.19KN·m。每個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：最外排螺栓的拉力為：<0.8P=124KN第二排螺栓的拉力為：Nt2=86.67×=46.88KN每個(gè)螺栓的抗剪力：最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉力：，滿足要求。端板厚度驗(yàn)算假設(shè)端板厚度取為t=24mm按二邊支承類端板計(jì)算：第一排螺栓位置端板厚度為：==25.5mm第二排螺栓位置端板厚度為：=14mm,滿足假設(shè)要求取腹板厚度為28mm.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算，滿足要求 螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算Nt2=86.67×=46.88KN<0.4P=0.4×155=62KN，滿足要求。梁梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）梁柱節(jié)點(diǎn)采用8.8級(jí)M16高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接，構(gòu)件接觸面采用噴砂，摩擦面抗滑移系數(shù)μ=0.45，每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力為80KN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=－40.5KN，V=-4.05KN，M=45.98KN·m。每個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：最外排螺栓的拉力為：<0.8P=64KN第二排螺栓的拉力為：Nt2=35.36×=19.13KN每個(gè)螺栓的抗剪力：最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉力：，滿足要求。端板厚度驗(yàn)算假設(shè)端板厚度取為t=20mm。按二邊支承類端板計(jì)算：第一排螺栓位置端板厚度為：==19.1mm第二排螺栓位置端板厚度為：=8.4mm,滿足假設(shè)要求取腹板厚度為20mm.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算，滿足要求 螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算Nt2=35.36×=19.13KN<0.4P=0.4×80=32KN，滿足要求。柱腳設(shè)計(jì)柱腳采用剛性柱腳，構(gòu)造如下圖所示：設(shè)混凝土局部受壓的提高系數(shù)=1.1，則。初選在柱的外側(cè)用兩根20a的槽鋼及柱和底板用角焊縫連接起來。取底板上錨栓的孔徑為d=60mm。柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值為M=74.98KN·m,V=45.3KN,N=-42.29KN。確定底板平面尺寸取每側(cè)底板懸出22mm,則底板的寬度根據(jù)基礎(chǔ)的最大受壓應(yīng)力確定底板的長(zhǎng)度L,,由此的L=312mm,取L=500mm估算底板下應(yīng)力=3.77=0.17－3.6=－3.43，柱腳需要用錨栓來承擔(dān)拉力確定錨栓直徑=261.8mm