钢结构课程设计轻钢门式刚架厂房设计.doc

轻钢门式刚架厂房设计 钢结构课程设计 班 级 * 姓 名 * 学 号 *指导老师 * 日 期 *门式刚架计算书1、设计资料(1)厂房柱网布置厂房为单跨双坡门式刚架（见图11）。长度90m，柱距6m，跨度18m，门式刚架檐高9m，屋面坡度为1：10。 图11 门式刚架简图(2)材料选用屋面材料：单层彩板。墙面材料：单层彩板。天沟：钢板天沟(3)结构材料材质 钢材：， 基础混凝土：(4)荷载（标准值） 静载： 活载： 风载：基本风压，地面粗糙度为B类，风载体型系数按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用。 确定Z值： 取较小值为3.6m，根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程表A.0.2-1注3，因柱距，故风荷载取中间值。 详见图12所示 图12 风荷载体型系数示意图（左风） 雪荷载：(5)其它 本课程设计不考虑地震作用2、荷载计算(1)荷载取值屋面静载： 屋面活载：轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）：风荷载：基本风压，按地面粗糙度为B类；以柱顶为准风压高度变化系数；以屋顶为准风压高度变化系数(2)各部分作用荷载1)屋面静载 标准值：活载 标准值：2)柱荷载静载 标准值：3)风荷载迎风面：柱上 横梁上背风面：柱上 横梁上3、内力分析采用结构力学求解器求解内力，计算简图及结果如下：(1)静载作用下的内力计算图3-1-1 静载内力计算简图（单位：KN/m）图3-1-2 静载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-1-3 静载作用下剪力图（单位：KN）图3-1-4 静载作用下轴力图（单位：KN） (2)活载作用下的内力计算图3-2-1 活载内力计算简图（单位：KN/m）图3-2-2 活载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-2-3 活载作用下剪力图（单位：KN）图3-2-4 活载作用下轴力图（单位：KN）(3)风载作用下的内力计算 1)左风情况下：图3-3-1 左风载内力计算简图（单位：KN/m） 图3-3-2 左风载作用下弯矩图（单位：KN·m）图3-3-3 左风载作用下剪力图（单位：KN）图3-3-4 左风载作用下轴力图（单位：KN） 2)右风情况下：右风荷载作用下，个内力图与左风荷载作用下的内力图刚好对称，不再画出。4、内力组合(1)计算刚架内力组合时，按照如下四种荷载组合进行： ； ； ； 。图41 门式刚架计算截面各工况作用下的截面内力见下表4.1。各荷载作用下的截面内力 表4.1截面内力静载活载左风右风-30.14-36.1669.063.86-4.68-5.627.356.9513.1715.80-21.0810.427.9033.4831.5031.50-3.3-4.006.957.35-0.33-0.401.14-2.57-30.14-36.1669.063.86-13.57-16.2821.7111.04-3.35-4.025.19-5.830000-40.57-16.2821.7111.04-3.35-4.0210.155.03由以上计算内力，按照荷载组合规则进行计算，内力组合值如下表4.2所示。 内力组合值 表4.2截面内力 左风右风左风右风左风右风-86.8-28.8-83.525.8-66.266.5-24.7-13.5-7.31-7.65-0.8334-1.395.615.0537.920.246.71.7845.8-16.327.780.4106.8106.8110.4110.47272-9.56-3.72-3.391.852.416.436.99-0.9560.0016-3.110.808-4.391.27-3.93-86.8-28.8-83.525.1-66.266.5-24.7-39.1-20.8-29.8-1.84.-16.816.81.89-9.65-5.29-14.5-0.694-16.13.92-11.50000000-71.5-53.2-62.2-34.2-49.2-10.2-25.1-9.65-1.12-5.426.25-0.91810.93.695、截面选择与强度验算(1)截面形式及尺寸初选 截面尺寸长度面积L500×200×6×10900068801334.20134.4229542.901181.72900068801334.20134.4229542.901181.72Z500×200×6×10904568801334.20134.4229542.901181.72904568801334.20134.4229542.901181.72截面参数表 表5.1图51 梁、柱截面形式和尺寸(2) 刚架横梁 1)截面特性 2)局部稳定验算翼缘：,满足要求；腹板： ，满足要求。 3）强度验算 因为梁是等截面，因此高度变化率符合的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。 所以截面的强度验算 因为截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算： a、正应力验算： 故截面的边缘正应力比值用代替公式中的：因为，所以，即截面全部有效。截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行强度验算：经验算截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：经验算截面强度满足要求。截面的强度验算截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、 正应力验算： 故截面的边缘正应力比值因为，用代替公式中的： 因为，所以，即截面全部有效。截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行强度验算：经验算截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算： 4）整体稳定验算a、平面内稳定 根据协会规程第6.1.6条第一款的规定，实腹式刚架梁当屋面坡度小于 时，在刚架平面内可可仅按压弯构件计算其强度。屋面坡度为小于，故可不验算梁平面内的稳定性。b、平面外稳定 (3) 刚架柱1)截面特性平面内有效长度查钢结构设计规范表D-2得 2)局部稳定验算翼缘：，满足要求。腹板：，满足要求。3）强度验算因为柱是等截面，因此高度变化率符合的条件，所以考虑板件的屈曲后强度，腹板抗剪承载力按照下式计算：。梁柱都不设置横向加劲肋。 所以 -截面的强度验算-截面受到压弯作用，采用以下荷载组合进行验算：a、正应力验算： 故截面的边缘正应力比值因为，用代替公式中的： 因为，所以，即-截面全部有效。-截面受到剪力、弯矩、轴力的共同作用 所以采用以下公式进行强度验算：经验算-截面强度满足要求。截面利用率b、剪应力验算：截面的强度验算因为截面只存在轴力和剪力，分别验算截面的正应力和剪应力。 正应力验算采用荷载组合：剪应力验算采用荷载组合： a、正应力验算：弯矩为0，故截面的边缘正应力比值。因为，用代替公式中的： 因为，所以，即-截面全部有效。b、剪应力验算：4）整体稳定验算a、平面内稳定b、平面外稳定 6、位移计算（荷载采用标准值）(1)柱顶侧移计算 图61 刚架柱顶侧移荷载计算简图 杆端位移值 表6.1单元码杆端1杆端2 u v u v 10.0000.000-0.00857.8210.0000.003257.8210.0000.00357.950-1.2870.001357.950-1.2870.00158.0790.0000.003458.0790.0000.0030.0000.000-0.009图62 柱顶侧向位移图（单位：mm）因此柱顶水平位移满足要求。 (2)横梁挠度计算 竖向荷载标准值作用下横梁挠度（取1.0静载1.0活载），用结构力学求解器求解得杆端位移值见下表6.2图63 1.0静载与1.0活载作用下挠度计算简图 杆端位移值 表6.2单元码杆端1杆端2 u v u v 10.0000.0000.003-4.4420.0000.0052-4.4420.0000.0050.000-44.4170.00030.000-44.4170.0004.4420.0000.00544.4420.0000.0050.0000.000-0.003 图64 1.0静载和1.0活载作用下的竖向位移（单位：mm） 横梁挠度满足要求。7、构件连接节点设计(1)梁柱节点设计梁柱节点连接采用端板竖放的连接形式，如图71所示，连接处内力采用以下组合： 图71 梁柱连接节点示意图 图72 螺栓布置图(1-1)采用10.9级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用个高强度螺栓。螺栓群的布置如图7-2所示。螺栓验算顶排螺栓的拉力最大抗拉满足要求 第二排螺栓： 第三排螺栓：因为，所以取第四排螺栓：，取螺栓群的抗剪承载力端板厚度端板厚度t根据支承条件计算确定。在本例中有两种计算类型：两边支承类端板（端板平齐）以及无加劲肋端板，分别按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值，然后取最大的板厚作为最终值。a、两边支承类端板（端板平齐）：b、 无加肋端板：综上所得结果可取端板厚度为。(1)梁梁节点设计 梁梁拼接节点连接形式如图73所示，连接处选用如下组合内力值： 采用级摩擦型高强度螺栓连接，连接表面采用喷砂的处理方法，摩擦面的抗滑移系数，预拉力，则每个螺栓的抗剪承载力为：初步采用8个高强度螺栓。螺栓群的布置如图74所示。图73 梁梁连接节点示意图图74 螺栓布置图(2-2)螺栓验算底排螺栓的拉力最大 抗拉满足要求。 因为剪力很小，所以无需验算剪力。端板厚度 端板厚度的取值与梁柱节点端板一致，取。8、柱脚设计按照计算假定，柱脚的形式为铰接，不能抵抗弯矩。剪力由底板与混凝土之间的摩擦力承担（若经过验算不满足，则需设置抗剪键）。柱脚的形式如图81所示，采用四个锚栓与基础连接。锚栓为，。基础砼标号。基础底板设计采用如下荷载组合进行：，。 图81 柱脚详图(1)柱脚底板尺寸的确定假定底板宽度底板长度取(2)柱脚底板厚度的确定底板压力底板按三边支承板一边自由板计算查表得。 因此，底板厚度底板的厚度不小16，所以实际取用底板厚度。(3)柱脚抗剪承载力验算 柱底组合内力均为受压，基础混凝土与柱脚底板间的摩擦系数为0.4，由于，故无需设置抗剪键。9、 抗风柱设计(1)、结构的计算模型抗风柱在风荷载作用下计算模型为一简支梁，如图91所示。计算高度。(2)、截面选择选用，(3)、内力验算 q=4.34KN/m9m 图91 抗风柱计算模型风载标准值： 风载设计值： 弯矩设计值： 剪力设计值： 所以，<，<经验算，强度满足要求。