门式钢架房屋钢结构课程设计计算书

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1、目录一、设计资料- 3 -二、结构平面柱网及支撑布置- 4 -三、荷载的计算- 6 -（1）、计算模型选取- 6-（2）、荷载计算- 8 -（3）、内力计算- 9 -四、主钢架设计- 15 -（1）、刚架梁验算- 19 -（2）、刚架柱验算- 20 -（3）、位移验算- 21 -五、次结构结构- 22 -（1）梁柱节点设计- 22 -（2）梁梁节点设计- 23-（3）柱间支撑的设计- 26 -（4）、檩条设计- 27 -（5）墙梁的构造与计算.-34-六、施工图设计- 37 -七、参考文献- 37 -钢结构课程设计计算书一、 基本设计资料 台州某地欲建一轻钢厂房，拟采用单跨双坡门式刚架结构，共

2、12榀。其设计资料如下（1）车间柱网布置柱距： 9m跨度： 30m（2）檐口高度 【A】 6m （3）屋面坡度：1/10（4）屋面、墙面材料： 彩色压型钢板，内填充50mm厚保温玻璃棉板，PVC铝箔及不锈钢丝网；檩条及墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距1.5m。（5）荷载：1）屋盖永久荷载标准值：彩色压型钢板： 50mm厚保温玻璃棉板: 0.05kN/m2PVC铝箔及不锈钢丝网: 0.02kN/m2檩条及支撑： 0.10kN/m2刚架斜梁自重： 0.15kN/m2悬挂设备： 0.20kN/m22）屋面活载标准值：【b】计算刚架时为0.78 kN/m2，计算檩条时为0.98 kN/m23）风载：

3、台州市基本风压0.75 kN/m2，地面粗糙度为B类。4）轻质墙面及柱自重：0.50 kN/m2荷载计算：按建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006 年版）及门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002 取值变形控制：按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002 取值（6）材料： 钢材：Q235B焊材：自动焊或 E43 型焊条的手工焊(7)设计依据：建筑结构荷载规范 （GB50009-2001） 钢结构设计规范 （GB50017-2003） 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002） 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 （CECS 102:2002）

4、门式刚架轻型房屋钢构件 （JG 144-2002） 钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程（JGJ 82-1991） 建筑钢结构焊接规程 （JGJ 181-2002）高强度螺栓 10.9 级摩擦型高强度螺栓，摩擦面采用喷砂后涂无机富锌漆处理二、结构平面柱网及支撑布置该厂房长度911=99m，跨度18m，柱距9m，共有12榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝。檩条间距为1.5m。厂房长度99m60m，因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，

5、柱间支撑不用分层布置。结构柱网布置图纵向框架立面布置图檩条平面布置图横向钢架立面柱间支撑三、荷载的计算1、计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用变截面设计。厂房檐高6m,屋面坡度为1：10。因此得到刚架计算模型： 钢架简图 初选的梁、柱截面及其截面特性：部位截面简图截面特性刚架斜梁1-1剖面2-2剖面3-3剖面钢架柱4-4剖面5-5剖面 2、荷载计算 （一）荷载取值计算1屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）YX51-380-760型彩色压型钢板0.15 50mm厚保温玻璃棉板0.05 PVC铝箔及不锈钢丝网0.02檩条及支撑0.10 刚架斜梁自重0.15 悬挂设备0.20

6、合计0.67 2屋面可变荷载标准值屋面活荷载：计算刚架时为0.78，计算檩条时为0.98。对于单跨双坡屋面，屋面坡角=54238。不考虑积灰荷载。3轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.504风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002附录A的规定计算。基本风压，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，。风荷载体型系数：迎风面柱及屋面分别为0.25和1.0，背风面柱及屋面分别为-0.55和0.65(CECS102：2002中间区)。5地震作用据建筑抗震设计规范

7、GB50011的规定：单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于8度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。（二）各部分作用的荷载标准值计算屋面：恒荷载标准值：； 柱身恒荷载标准值：活荷载标准值：（屋面雪荷载小于屋面活载，故计算时去活荷载）风荷载标准值：（以风左吹为例，风右吹同理计算：根据公式计算：且，根据表查 取1.0，根据门钢设计规范取下表。地面粗糙度取B类） 计算模型及风载体型系数迎风面：侧面 =1.00.250.7889=1.773 屋顶 =1.01.00.7889=7.092背风面：侧面 =-1.00.550.7889=-3.9横梁上 =1.00.650.7

8、889=4.61（三）内力分析： 采用结构矩阵分析方法计算钢架内力所得到的钢架在各种荷载作用下的弯矩（M）、剪力（V）、轴力（N）图以及钢架内力组合如下：（1） 钢架恒载作用图（单位：kN/m) （2） 活载内力包络图（3） 左风及右风荷载作用下的内力图： （4） 内力组合：(由于恒和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用)按承载力极限状态进行内力分析，需要进行以下内力组合1）1.2恒载效应+1.4活载效应2）1.2恒载效应+1.4风载效应3）1.2恒载效应+1.4活载效应+1.4风载效应4）1.2恒载效应+1.40.7活载效应+1.4风载

9、效应各情况下的截面内力截面内力恒载活载左风1-1M-196.8-241.6315.8N-33.0-40.449.37V-35.3-41.456.972-2M35.335.3-10N-30.9-33.349.37V-14.3-22.224.183-3M33.450.3-48.7N-29.2-35.949.37V2.99.5-8.606-6M-196.8-241.6315.8N-38.45-45.261.6V29.436.1-43.465-5M000N-45-45.261.6V29.436.1-50.83内力组合值截面内力组合1组合组合3组合41-1M-574.4205.96-309.128-30

10、.81N-96.1629.518-54.69-10.074V-100.3237.398-52.47-3.1742-2M91.7828.36 83.3862.954N-83.732.038-42.23-0.596V-48.2416.692-27.93-5.0643-3M110.5-28.169.5921.194N-85.334.08-43.83-1.104V16.78-8.569.560.754-4M-574.4205.96-309.128-30.808N-109.4240.1-57.68-4.196V85.82-25.56449.319.8145-5M0000N-117.2832.24-65.

11、54-12.06V85.82-35.8843.12-0.504控制内力组合的项目有1）与相应的N,V（意最大正弯矩控制）2）3）4）所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1：M=0 KN.m N=-117.28KN V=85.82KN2-2: M=-574.4KN.m N=-109.42KN V=85.82KN3-3：M=-574.4KN.m N=-96.16KN V=-100.32KN4-4：M=91.78KN.m N=-83.7KN V=-48.24KN5-5：M=110.5KN.m N=-85.3KN V=16.78KN四、钢架梁、柱的截面验算 1、构件宽厚比验算： （1）梁翼缘

12、（2）柱翼缘 （3）梁腹板 1-1截面 2-2截面 3-3截面 （4）柱腹板 柱顶4-4截面 柱底5-5截面 2、有效截面特性梁、柱的翼缘板件均满足宽厚比的要求，故构件的翼缘板全部有效。仅需计算构件腹板的有效截面。（1） 柱腹板的有效截面 柱顶4-4截面腹板为非均匀受压板件，其最大与最小应了为： 腹板受压区高度： 截面边缘正应力比值： 得参数： 因为 ，故取，则由 ，取 。腹板有效截面分布如图则腹板截面有效截面为：截面有效宽度为：，其有效宽度的分布为：，柱的有效截面特性计算如下：， 柱底5-5截面的腹板为均匀受压板件，故截面边缘正应力比值：参数 ，因为故取，即参数0.8, 取。故柱底腹板全截面

13、有效。（2） 梁腹板的有效截面 梁1-1截面腹板为非均匀受压构件，其最大与最小应力为： 腹板受压区高度： 截面边缘正应力比值： 得参数： 因为 故取 ，则参数：，。腹板有效截面分布如下图：则腹板截面有效截面为：截面有效宽度为：，其有效宽度的分布为：，梁的有效截面特性计算如下：，梁2-2截面的腹板为非均匀受压板件，其最大与最小应力为：腹板受压区高度：截面边缘正应力比值： 得参数：因为 故取 ，则参数：,故取，梁3-3截面腹板为非均匀受压板件，其最大与最小应力为：腹板受压区高度：截面边缘正应力比值： 得参数因为 故取 ，则参数：,故取，即 3-3截面梁腹板全截面有效。（3）、钢架梁的验算：1、抗剪

14、承载力的验算梁仅设有支座加劲肋，没有设置中间横向加劲肋，故取，计算高度取锲形腹板的平均高度 参数，得腹板屈曲后抗剪强度设计值为 ，梁的抗剪承载力设计值为：，梁的截面最大剪力，满足要求。2、 在剪力V、弯矩M和轴压力N共同作用下的强度验算 1-1 截面验算 。，由于，满足要求。2-2截面验算： 。 ，由于，满足要求。3-3截面验算： ，由于，满足要求。（4） 、钢架柱的验算： 1、抗剪承载力的验算柱仅设有支座加劲肋，没有设置中间横向加劲肋，故取，计算高度取楔形腹板的平均高度 参数得腹板屈曲后抗剪强度设计值为 ，柱的抗剪承载力设计值为：，柱的截面最大剪力，满足要求。2、 在剪力V、弯矩M和轴压力N

15、共同作用下的强度验算 ，满足要求。3、 平面内整体稳定验算： 由式和计算变截面柱在钢架平面内的稳定性，计算时除弯矩值及相应的截面模量按大头计算外，公式中其余各项包括轴力值均按小计算。 查得计算长度为1352mm；，按小头计算的长细比为：，查钢结构设计规范稳定系数表得，有侧移钢架取。，满足要求4、 平面外整体稳定验算： 计算变截面柱在钢架平面外的稳定性，计算时除弯矩值及相应的截面模量按大头计算外，公式中其余各项包括轴力值均按小计算。 锲率 ， 受压翼缘面积 受压翼缘与受压腹板1/3高度组成的截面绕y轴的回转半径为：，平面外计算长度L取支撑点间距1500mm,则参数为: 进入塑性阶段，要对取修正如

16、下： ，满足要求.五、位移验算 1、柱顶侧移的验算计算钢架柱顶的侧移，柱顶侧移限值为。风载作用下柱顶最大水平位移: H/ 940 柱顶位移容许值: H/ 60, 满足要求 2、梁跨中最大挠度验算梁的(恒+活)最大挠跨比: 1/ 945 梁的容许挠跨比: 1/ 180，满足要求六、 次结构设计 1、梁柱节点设计： 梁柱拼接节点 （1）连接螺栓计算：采用10.9级，M27高强度螺栓摩擦型连接，构件摩擦面采用喷砂后涂无机富锌漆处理。预拉力，得抗滑移系数。已知： 假定翼缘内螺栓中心线为计算中和轴，分别计算各排受拉螺栓的内力如下： 沿受力方向的连接长度对整个连接的螺栓抗剪承载力进行验算： （2） 端板计

17、算第一排螺栓位置端板厚度：第二排螺栓位置端板厚度：第三排螺栓位置端板厚度：取端板厚度为：(3) 节点域剪应力验算： ，为了防止节点域在剪力作用下局部失稳在节点域设置斜加劲肋（4）端板螺栓处腹板强度验算 满足 2、梁梁节点设计 （1）2-2剖面梁梁节点形式 采用10.9级，M16高强度螺栓摩擦型连接，构件接触面采用喷砂后涂无机富锌漆处理。预拉力，得抗滑移系数。已知： 顶排螺栓的拉力为：第二排螺栓的拉力为： 沿受力方向的连接长度对整个连接的螺栓抗剪承载力进行验算： 满足要求.端板设计：第一排螺栓位置端板厚度：第二排螺栓位置端板厚度：取端板厚度为：（2）铰接柱脚节点设计 柱脚节点如图：柱底板，地脚锚

18、栓采用，地脚锚栓选用M20，基础材料采用C20混泥土，柱底轴力柱脚底板面积：柱脚底板应力验算：，按一边支承板（悬臂板）计算弯矩：柱脚底板厚度：柱脚抗剪承载力验算：，抗剪承载力不满足要求，故应设置抗剪键。3、柱间支撑的设计 1) 柱间支撑的布置2). 柱间支撑为斜杆，采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力裕量，根据经验及类似工程，不再作压弯杆件的刚度及承载力验算。3).柱间支撑荷载及内力： 作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取7.9m）： 取 =0.8+0.5=1.3， =1.31.00.79187.9/2=73.02kN 按一半山墙面作用风载的1/3考虑

19、节点荷载标准值为： =1/31/273.02=12.17kN 节点荷载设计值Fw=1.412.17=17.04kN 斜杆拉力设计值N=17.04/cos33.69=20.48kN 斜杆截面设计及强度验算 斜杆选用20圆钢， 强度验算： 刚度验算：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求。但从构造上考虑采用16。4、檩条设计（檩条尺寸如下） 已知荷载：屋面板及其檩条自重,活荷载，基本风压，风荷载体形系数-1.4（吸力），建筑位置地面粗糙度为B类。已知结构条件：檩条跨度檩条间距为1.5m,两端简支，中间设两道拉条，屋面坡度1:10，檐口高度6m.选用的截面和钢材：钢，冷弯薄壁型钢卷槽形截面，钢材强度设计值

20、。（1） 檩条截面几何特性和相关数据 查得截面面积对对X轴惯性矩、回转半径、截面模量分别为，对Y轴惯性矩、回转半径、截面模量分别为，形心距。截面扭转惯性矩和扇形惯性矩分别为屋面坡度。（2）荷载组合 恒载标准值 活载标准值 风荷载标准值 （方向垂直屋面向上，风荷载高度变化系数值为1.0）因活荷载大于雪荷载，荷载组合中采用活荷载。验算强度及稳定性时，考虑以下两种基本组合：工况L1； 工况L2； (3)、檩条内力 工况L1：弯矩 支座最大剪力：工况L2：弯矩 ，工况L1时的计算简图和弯矩图如下图（4） 、强度验算： 1）校核卷边刚度 卷边高厚比且符合满足卷边的刚度要求，翼缘可以作为部分加劲板件。 2

21、）计算荷载组合L1下的有效截面模量 、按毛截面计算最大弯矩截面（跨中截面）的应力分布 点1、2、3、4由产生的弯曲应力：（点1、2为压应力，点3、4为拉应力）点1、4由产生的弯曲应力：点2、3由产生的弯曲应力：则各点应力为：、计算翼缘及腹板的稳定系数 受压翼缘： 腹板：、计算翼缘及腹板的有效宽度受压翼缘： 。 腹板： 则 。、计算有效截面的截面特性翼缘：翼缘扣除部分宽度为 100-77.32=22.68mm.腹板：腹板扣除部分宽度为 265.96-227.94=38.02mm左图所示为工况L1时的檩条的有效截面，截面空白处表示无效截面，X、Y轴为全截面的形心轴，为有效截面的形心轴。从图中可以看

22、出，有效截面是一个双轴不对称截面，其内力及应力计算均应对主轴进行。由于主轴计算较繁，为了简化计算并考虑到截面的无效部分所占比例较小，可假定主轴方向仍与原主轴平行。根据图上所示的有效截面和上述假定，可计算得到的有效截面特性为：有效截面的面积有效截面的的形心在X、Y轴的坐标为（-0.82，,-18.9），单位为毫米（mm）;对轴的惯性矩，相应的1和2点的截面模量，3和4点的截面模量；对轴的惯性矩，相应的1和4点的截面模量，2和3点的截面模量。3） 截面强度验算 2点的压应力 4点的拉应力 抗弯强度满足要求。 4）其他 设檩条端部与钢架梁连接处有两个的螺栓孔，则檩条的抗剪强度验算为：，但连接强度计算

23、另行考虑。（5） 整体稳定计算在工况L1条件下，檩条上翼缘受压，假设屋面板与檩条有可靠连接，阻止檩条上翼缘的侧向变形和扭转，可不计其整体稳定。但在工况L2的作用下，檩条下翼缘受压，计算檩条的整体稳定性。 1) 计算檩条的整体稳定系数 查得2） 计算L2工况下有效截面模量 L2工况下檩条截面各点的应力由产生在点1、2上的拉应力：（拉应力）由产生在点3、4上的压应力：（压应力）由产生在点1、4上的拉应力：（拉应力）由产生在点2、3上的拉应力：（拉应力）L2工况下檩条截面各点的应力为 ： 计算翼缘及腹板的稳定系数： 受压翼缘 ： 腹板：、计算翼缘及腹板的有效宽度受压翼缘：受压宽度 无效宽度=100-

24、95.44=4.56mm腹板：受压高度 腹板受压区全部有效。 、计算有效截面的截面特性左图为工况L2时的檩条的有效截面，截面空白处表示无效截面，X、Y轴为全截面的形心轴，为有效截面的形心轴。根据图上所示的有效截面，可计算得到的有效截面特性为：有效截面的面积有效截面的的形心在X、Y轴的坐标为（-1.1，,10.6），单位为毫米（mm）;对轴的惯性矩，相应的1和2点的截面模量，3和4点的截面模量；对轴的惯性矩，相应的1和4点的截面模量，2和3点的截面模量。3) 验算檩条在风吸力作用下的整体稳定 整体稳定满足要求。（6） 、挠度计算 取工况L1沿y 轴作用的荷载标准值 跨中挠度5、 墙梁的构造与计算

25、1) 设计资料柱距9m，纵墙高6m，基本风压，地面粗糙度类别B，采用自承重墙，强梁间距1.5m，跨中设两根拉条，刚才为Q235。2) 荷载计算1. 强梁采用C型钢C500X100X25X2.5，自重14.52kg/m2. 墙重3. 风荷载高度6m18m，风荷载标准值可按CECS102:2002中的围护结构计算（落地强不计墙重，因强梁先装不计拉条作用）3) 内力计算4) 截面选择及截面特性C500X100X25X2.5，平放，开口朝下 ，。先按毛截面计算截面应力为：1. 受压板件稳定系数a. 腹板腹板为加劲板件，b. 翼缘板缘板为最大压应力作用于部分加劲板件的支承边2. 受压板件的有效宽度a. 腹板由于b. 翼缘板由于3. 有效净截面模量有效净截面模量为：4. 强度计算C型钢圆弧半径取3t 5. 挠度计算,满足要求。六、 施工图设计（详见图纸）七、 参考文献1周绪红钢结构设计指导与实例精选M北京：中国建筑工业出版社，2008，3（1）2邱洪兴建筑结构设计-设计示例M北京：中国建筑工业出版社，2008，2（1）3陈树华钢结构设计M武汉：华中科技大学出版社，2008，6（1）- 36 - / 36