同济大学钢结构课程设计(轻型钢结构构件手算验算).doc

钢结构课程设计 轻型门式钢架手算验算姓 名：学 号： 目录1结构基本信息11.1材料特性11.2内力组合12刚架柱构件验算计算书22.1构件信息22.1.1几何信息22.1.2荷载组合42.2有效截面计算42.2.1腹板有效宽度42.2.2有效截面特性计算62.2.3抗剪承载力72.3截面验算72.3.1强度验算72.3.2平面内稳定性验算82.3.3平面外整体稳定性验算93刚架梁构件验算计算书103.1构件信息103.1.1几何信息103.1.2荷载组合123.2有效截面计算123.2.1腹板有效宽度123.2.2有效截面特性计算143.2.3抗剪承载力153.3截面验算163.3.1强度验算163.3.2平面外整体稳定性验算164刚架梁构件验算计算书174.1构件信息174.1.1几何信息174.1.2荷载组合184.2有效截面计算194.2.1腹板有效宽度194.2.2有效截面特性计算204.2.3抗剪承载力214.3截面验算214.3.1强度验算224.3.2平面外整体稳定性验算225梁柱节点验算235.1构件信息235.1.1梁柱几何尺寸235.1.2高强螺栓信息235.1.3端板信息245.1.4内力设计值245.2高强螺栓承载力验算255.2.1高强螺栓承载力设计值255.2.2高强螺栓群内力验算255.3端板厚度验算255.4腹板抗拉验算265.5节点域抗剪验算265.5.1节点域尺寸265.5.2抗剪验算266跨中梁梁节点验算266.1构件信息276.1.1梁的几何尺寸276.1.2高强螺栓信息276.1.3端板信息286.1.4内力设计值286.2高强螺栓承载力验算286.2.1高强螺栓承载力设计值286.2.2高强螺栓群内力验算286.3端板厚度验算296.4腹板抗拉验算291结构基本信息1.1材料特性主钢架采用钢材标号为Q345B，其主要特性如下：屈服强度：抗拉强度设计值：抗剪强度设计值：弹性模量：1.2内力组合取组合（1）1.20 恒载 + 1.40 活载工况1，进行构件验算。由主钢架分析得组合（1）的内力图如下：第 1 种组合轴力N图(单位：kN)第 1 种组合剪力V图(单位：kN)第 1 种组合弯距M图(单位：kN.m)2刚架柱构件验算计算书2.1构件信息2.1.1几何信息该柱采用工字型变截面钢架柱，截面为H350600x200x8x10，几何尺寸如下：截面高度：，翼缘宽度：腹板厚度：翼缘厚度：柱高度：不设加劲肋。 （注：若未特别指明，下标0表示小头，下标1表示大头，下同。）由几何尺寸可算得截面特性如下：截面积：截面惯性矩：抗弯模量：回转半径：2.1.2荷载组合由内力图可得构件内力如下：轴力设计值：，剪力设计值：弯矩设计值：，2.2有效截面计算2.2.1腹板有效宽度1、构造要求 板件宽厚比： 大头： 小头： 综上，板件几何尺寸满足利用屈曲后强度的要求。2、腹板正应力计算轴力引起的正应力：弯矩引起轴力：截面边缘最大应力：（受压为正，受拉为负）腹板边缘最大应力3、有效宽度系数腹板两边缘的压力分布不均匀系数受压板件稳定系数计算参数有效宽度系数2.2.2有效截面特性计算由于大头的有效宽度系数为1，因此仅需计算小头的有效截面特性。1、腹板有效宽度2、有效截面特性失效腹板高度有效截面积有效截面模量 2.2.3抗剪承载力受剪腹板平均高度受剪腹板长宽比鼓曲系数参数腹板屈曲后抗剪强度设计值抗剪承载力2.3截面验算2.3.1强度验算大头小头2.3.2平面内稳定性验算1、 计算长度 柱线刚度梁线刚度由技术规程附录D.0.1-2查得：长度系数查技术规程表6.1.3得：2、稳定性验算长细比b类截面，故查钢规附表C-2得：2.3.3平面外整体稳定性验算取梁隅撑间距为钢架柱平面外计算长度，即：查表得：整体稳定系数平面外整体稳定计算综上，柱截面满足要求。3刚架梁构件验算计算书3.1构件信息3.1.1几何信息该柱采用工字型变截面钢架柱，截面为H400750x180x6x8，几何尺寸如下：截面高度：，翼缘宽度：腹板厚度：翼缘厚度：梁长度：不设加劲肋。由几何尺寸可算得截面特性如下：截面积：截面惯性矩：抗弯模量：回转半径：3.1.2荷载组合由内力图可得构件内力如下：轴力设计值：，剪力设计值：，弯矩设计值：，3.2有效截面计算3.2.1腹板有效宽度1、构造要求 板件宽厚比： 大头： 小头： 综上，板件几何尺寸满足利用屈曲后强度的要求。2、腹板正应力计算轴力引起的正应力：弯矩引起轴力：腹板边缘最大应力3、有效宽度系数腹板两边缘的压力分布不均匀系数受压板件稳定系数计算参数有效宽度系数3.2.2有效截面特性计算（一）小头（全截面受压）1、腹板有效宽度2、有效截面特性失效腹板高度有效截面积有效截面模量（二）大头（部分截面受压，部分截面受拉）1、腹板有效宽度2、有效截面特性失效腹板高度有效截面积有效截面模量 3.2.3抗剪承载力受剪腹板平均高度受剪腹板长宽比鼓曲系数参数腹板屈曲后抗剪强度设计值抗剪承载力3.3截面验算3.3.1强度验算大头小头3.3.2平面外整体稳定性验算取梁隅撑间距为钢架梁平面外计算长度，即：整体稳定系数平面外整体稳定计算注：虽然根据课本及规范推荐方法计算得平面外整体稳定不满足要求，但是通过电算分析结构是安全的，我认为电算结果比较合理。主要原因有：1、规范方法将小头的长细比用来计算整体稳定系数是偏于安全的。2、用小头的轴力产生的内力与大头弯矩产生的内力组合，也是偏于安全的。3、规范方法的稳定系数修正是针对考虑楔率的计算方法，但用一般方法算得的稳定系数是否需要修正还值得探讨。我认为比较合理的算法应该是：用无修正平面外稳定系数验算最不利的内力组合。4刚架梁构件验算计算书4.1构件信息4.1.1几何信息该柱采用工字型变截面钢架柱，截面为H400x160x6x8，几何尺寸如下：截面高度：， 翼缘宽度：腹板厚度：翼缘厚度：梁长度：不设加劲肋。由几何尺寸可算得截面特性如下：截面积：截面惯性矩：抗弯模量： 回转半径：4.1.2荷载组合由内力图可得构件内力如下：(认为弯矩较大的为大头)轴力设计值：，剪力设计值：，弯矩设计值：，4.2有效截面计算4.2.1腹板有效宽度1、构造要求 板件宽厚比： 综上，板件几何尺寸满足利用屈曲后强度的要求。2、腹板正应力计算轴力引起的正应力：弯矩引起轴力：腹板边缘最大应力3、有效宽度系数腹板两边缘的压力分布不均匀系数受压板件稳定系数计算参数有效宽度系数4.2.2有效截面特性计算由于大头的有效宽度系数为1，因此仅需计算小头的有效截面特性。1、腹板有效宽度2、有效截面特性失效腹板高度有效截面积有效截面模量4.2.3抗剪承载力受剪腹板平均高度受剪腹板长宽比鼓曲系数参数腹板屈曲后抗剪强度设计值抗剪承载力4.3截面验算4.3.1强度验算大头小头4.3.2平面外整体稳定性验算取梁隅撑间距为钢架梁平面外计算长度，即：整体稳定系数平面外整体稳定计算 综上，该梁构件满足要求。5梁柱节点验算5.1构件信息5.1.1梁柱几何尺寸 梁端为H750x180x6x8柱端为H600x200x8x105.1.2高强螺栓信息螺栓布置方式如下图：其中：螺栓为10.9级M24高强螺栓，共计12个，摩擦面采用喷砂后涂无机富锌漆的处理方式。各参数的取值如下：，5.1.3端板信息端板水平设置，尺寸如下：厚度22mm，宽度220mm，长度790mm。5.1.4内力设计值由内力图可得端板内力如下：轴力设计值：，剪力设计值：弯矩设计值：，5.2高强螺栓承载力验算5.2.1高强螺栓承载力设计值高强螺栓预拉力高强螺栓抗拉承载力设计值高强螺栓抗剪承载力设计值5.2.2高强螺栓群内力验算高强螺栓在弯矩作用下绕型心转动。5.3端板厚度验算根据构造，应按照两相邻边支承区格（端板外伸）验算：5.4腹板抗拉验算 5.5节点域抗剪验算5.5.1节点域尺寸节点域宽度：节点域高度：节点域厚度：5.5.2抗剪验算综上，该梁柱节点满足要求6跨中梁梁节点验算6.1构件信息6.1.1梁的几何尺寸 一端为H400x160x6x8，另一端为H400x180x6x86.1.2高强螺栓信息螺栓布置方式如下图：其中：螺栓为10.9级M16高强螺栓，共计8个，摩擦面采用喷砂后涂无机富锌漆的处理方式。各参数的取值如下：， ， 6.1.3端板信息端板水平设置，尺寸如下：厚度16mm，宽度200mm，长度580mm。6.1.4内力设计值由内力图可得端板内力如下：轴力设计值：，剪力设计值：弯矩设计值：，6.2高强螺栓承载力验算6.2.1高强螺栓承载力设计值高强螺栓预拉力高强螺栓抗拉承载力设计值高强螺栓抗剪承载力设计值6.2.2高强螺栓群内力验算高强螺栓在弯矩作用下绕型心转动。6.3端板厚度验算根据构造，应按照两相邻边支承区格（端板外伸）验算：6.4腹板抗拉验算 综上，该梁梁节点满足要求。