鋼結構課程設計--輕鋼門式鋼架廠房設計

1、<p>　　輕鋼門式剛架廠房設計 </p><p><b>　　鋼結構課程設計</b></p><p>　　班 級 *****</p><p>　　姓 名 ****</p><p>　　學 號 *****</p><p>　　指導老師

2、 ******</p><p>　　日 期 ********</p><p><b>　　門式剛架計算書</b></p><p><b>　　1、設計資料</b></p><p><b>　　(1)廠房柱網布置</b></p><

3、p>　　廠房為單跨雙坡門式剛架（見圖1－1）。長度90m，柱距6m，跨度18m，門式剛架檐高9m，屋面坡度為1：10。</p><p>　　圖1－1 門式剛架簡圖</p><p><b>　　(2)材料選用</b></p><p>　　屋面材料：單層彩板。墻面材料：單層彩板。天溝：鋼板天溝</p><p><

4、b>　　(3)結構材料材質</b></p><p><b>　　鋼材：，</b></p><p><b>　　基礎混凝土：</b></p><p>　　(4)荷載（標準值）</p><p>　　Ⅰ靜載： Ⅱ活載：</p><p>　?、?/p>

5、風載：基本風壓，地面粗糙度為B類，風載體型系數(shù)按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102：2002）封閉式建筑類型中間區(qū)的風荷載體型系數(shù)采用。</p><p><b>　　確定Z值： ①</b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　取較小值為3.6m，根據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》

6、表</p><p>　　A.0.2-1注3，因柱距，故風荷載取中間值。</p><p><b>　　詳見圖1－2所示</b></p><p>　　圖1－2 風荷載體型系數(shù)示意圖（左風）</p><p><b>　?、粞┖奢d：</b></p><p><b>　　(

7、5)其它</b></p><p>　　本課程設計不考慮地震作用</p><p><b>　　2、荷載計算</b></p><p><b>　　(1)荷載取值</b></p><p>　　屋面靜載： 屋面活載：</p><p>　　輕質墻面及柱自

8、重（包括柱、墻骨架）：</p><p>　　風荷載：基本風壓，按地面粗糙度為B類；</p><p>　　以柱頂為準風壓高度變化系數(shù)；</p><p>　　以屋頂為準風壓高度變化系數(shù)</p><p>　　(2)各部分作用荷載</p><p><b>　　1)屋面</b></p><

9、;p><b>　　靜載 標準值：</b></p><p><b>　　活載 標準值：</b></p><p><b>　　2)柱荷載</b></p><p><b>　　靜載 標準值：</b></p><p><b>　　3)風荷載<

10、/b></p><p><b>　　迎風面：柱上</b></p><p><b>　　橫梁上</b></p><p><b>　　背風面：柱上</b></p><p><b>　　橫梁上</b></p><p><b&g

11、t;　　3、內力分析</b></p><p>　　采用結構力學求解器求解內力，計算簡圖及結果如下：</p><p>　　(1)靜載作用下的內力計算</p><p>　　圖3-1-1 靜載內力計算簡圖（單位：KN/m）</p><p>　　圖3-1-2 靜載作用下彎矩圖（單位：KN·m）</p><

12、;p>　　圖3-1-3 靜載作用下剪力圖（單位：KN）</p><p>　　圖3-1-4 靜載作用下軸力圖（單位：KN）</p><p>　　(2)活載作用下的內力計算</p><p>　　圖3-2-1 活載內力計算簡圖（單位：KN/m）</p><p>　　圖3-2-2 活載作用下彎矩圖（單位：KN·m）</

13、p><p>　　圖3-2-3 活載作用下剪力圖（單位：KN）</p><p>　　圖3-2-4 活載作用下軸力圖（單位：KN）</p><p>　　(3)風載作用下的內力計算</p><p><b>　　1)左風情況下：</b></p><p>　　圖3-3-1 左風載內力計算簡圖（單位：KN

14、/m）</p><p>　　圖3-3-2 左風載作用下彎矩圖（單位：KN·m）</p><p>　　圖3-3-3 左風載作用下剪力圖（單位：KN）</p><p>　　圖3-3-4 左風載作用下軸力圖（單位：KN）</p><p>　　2)右風情況下：右風荷載作用下，個內力圖與左風荷載作用下的內力圖剛好對稱，不再畫出。<

15、/p><p><b>　　4、內力組合</b></p><p>　　(1)計算剛架內力組合時，按照如下四種荷載組合進行：</p><p><b>　　① ；</b></p><p><b>　　② ；</b></p><p><b>　?、?；&l

16、t;/b></p><p><b>　?、?。</b></p><p>　　圖4－1 門式剛架計算截面</p><p>　　各工況作用下的截面內力見下表4.1。</p><p>　　各荷載作用下的截面內力 表4.1</p><p>　　由以上計算內力，按照荷載組合

17、規(guī)則進行計算，內力組合值如下表4.2所示。</p><p>　　內力組合值 表4.2</p><p>　　5、截面選擇與強度驗算</p><p>　　(1)截面形式及尺寸初選</p><p>　　截面參數(shù)表 表5.1</p><p&g

18、t;　　圖5－1 梁、柱截面形式和尺寸</p><p><b>　　(2) 剛架橫梁</b></p><p><b>　　1)截面特性</b></p><p><b>　　2)局部穩(wěn)定驗算</b></p><p><b>　　翼緣：,滿足要求；</b>&

19、lt;/p><p>　　腹板： ，滿足要求。</p><p><b>　　3）強度驗算</b></p><p>　　因為梁是等截面，因此高度變化率符合的條件，所以考慮板件的屈曲后強度，腹板抗剪承載力按照下式計算：。梁柱都不設置橫向加勁肋。</p><p><b>　　所以</b></p>

20、<p>　?、佗瘢窠孛娴膹姸闰炈?lt;/p><p>　　因為Ⅰ－Ⅰ截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進行驗算：</p><p><b>　　a、正應力驗算：</b></p><p>　　故截面的邊緣正應力比值</p><p><b>　　用代替公式中的：</b></p>&l

21、t;p>　　因為，所以，即Ⅰ－Ⅰ截面全部有效。</p><p>　?、瘢窠孛媸艿郊袅Α澗?、軸力的共同作用 </p><p>　　所以采用以下公式進行強度驗算：</p><p>　　經驗算Ⅱ－Ⅱ截面強度滿足要求。</p><p><b>　　截面利用率</b></p><p><b&

22、gt;　　b、剪應力驗算：</b></p><p>　　經驗算Ⅰ－Ⅰ截面強度滿足要求。</p><p>　　②Ⅱ－Ⅱ截面的強度驗算</p><p>　?、颍蚪孛媸艿綁簭澴饔茫捎靡韵潞奢d組合進行驗算：</p><p><b>　　正應力驗算：</b></p><p>　　故截面的邊緣

23、正應力比值</p><p>　　因為，用代替公式中的：</p><p>　　因為，所以，即Ⅱ－Ⅱ截面全部有效。</p><p>　　Ⅱ－Ⅱ截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 </p><p>　　所以采用以下公式進行強度驗算：</p><p>　　經驗算Ⅱ－Ⅱ截面強度滿足要求。</p><p>

24、<b>　　截面利用率</b></p><p><b>　　b、剪應力驗算：</b></p><p><b>　　4）整體穩(wěn)定驗算</b></p><p><b>　　a、平面內穩(wěn)定</b></p><p>　　根據協(xié)會規(guī)程第6.1.6條第一款的規(guī)定，實腹

25、式剛架梁當屋面坡度小于 時，在剛架平面內可可僅按壓彎構件計算其強度。屋面坡度為小于，故可不驗算梁平面內的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　b、平面外穩(wěn)定</b></p><p><b>　　(3) 剛架柱</b></p><p><b>　　1)截面特性</b></p><p&

26、gt;<b>　　平面內有效長度</b></p><p>　　查《鋼結構設計規(guī)范》表D-2得</p><p><b>　　2)局部穩(wěn)定驗算</b></p><p><b>　　翼緣：，滿足要求。</b></p><p><b>　　腹板：，滿足要求。</b>

27、;</p><p><b>　　3）強度驗算</b></p><p>　　因為柱是等截面，因此高度變化率符合的條件，所以考慮板件的屈曲后強度，腹板抗剪承載力按照下式計算：。梁柱都不設置橫向加勁肋。 </p><p><b>　　所以</b></p><p>　?、佗?Ⅲ截面的強度驗算&l

28、t;/p><p>　?、?Ⅲ截面受到壓彎作用，采用以下荷載組合進行驗算：</p><p><b>　　a、正應力驗算：</b></p><p>　　故截面的邊緣正應力比值</p><p>　　因為，用代替公式中的：</p><p>　　因為，所以，即Ⅲ-Ⅲ截面全部有效。</p><

29、p>　　Ⅲ-Ⅲ截面受到剪力、彎矩、軸力的共同作用 </p><p>　　所以采用以下公式進行強度驗算：</p><p>　　經驗算Ⅲ-Ⅲ截面強度滿足要求。</p><p><b>　　截面利用率</b></p><p><b>　　b、剪應力驗算：</b></p><p&g

30、t;　?、冖簦艚孛娴膹姸闰炈?lt;/p><p>　　因為Ⅳ－Ⅳ截面只存在軸力和剪力，分別驗算截面的正應力和剪應力。</p><p>　　正應力驗算采用荷載組合：</p><p>　　剪應力驗算采用荷載組合：</p><p><b>　　a、正應力驗算：</b></p><p>　　彎矩為0，故截面

31、的邊緣正應力比值。</p><p>　　因為，用代替公式中的：</p><p>　　因為，所以，即Ⅲ-Ⅲ截面全部有效。</p><p><b>　　b、剪應力驗算：</b></p><p><b>　　4）整體穩(wěn)定驗算</b></p><p><b>　　a、平面內

32、穩(wěn)定</b></p><p><b>　　b、平面外穩(wěn)定</b></p><p>　　6、位移計算（荷載采用標準值）</p><p><b>　　(1)柱頂側移計算</b></p><p>　　圖6－1 剛架柱頂側移荷載計算簡圖</p><p>　　桿端位移值

33、 表6.1</p><p>　　圖6－2 柱頂側向位移圖（單位：mm）</p><p>　　因此柱頂水平位移滿足要求。</p><p><b>　　(2)橫梁撓度計算</b></p><p>　　豎向荷載標準值作用下橫梁撓度（取1.0靜載＋1.0活載），用結構力學求解器求解得桿端

34、位移值見下表6.2</p><p>　　圖6－3 1.0靜載與1.0活載作用下?lián)隙扔嬎愫唸D</p><p>　　桿端位移值 表6.2</p><p>　　圖6－4 1.0靜載和1.0活載作用下的豎向位移（單位：mm）</p><p><b>　　橫梁撓度滿足要求。</b>&l

35、t;/p><p>　　7、構件連接節(jié)點設計</p><p><b>　　(1)梁柱節(jié)點設計</b></p><p>　　梁柱節(jié)點連接采用端板豎放的連接形式，如圖7－1所示，連接處內力采用以下組合：</p><p>　　圖7－1 梁柱連接節(jié)點示意圖 圖7－2 螺栓布置圖(1-1)</p><

36、p>　　采用10.9級摩擦型高強度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預拉力，則每個螺栓的抗剪承載力為：初步采用個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖7-2所示。</p><p><b>　?、俾菟炈?lt;/b></p><p><b>　　頂排螺栓的拉力最大</b></p><p>　　抗拉滿足要求

37、 </p><p>　　第二排螺栓： </p><p><b>　　第三排螺栓：</b></p><p><b>　　因為，所以取</b></p><p><b>　　第四排螺栓：&l

38、t;/b></p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　螺栓群的抗剪承載力</b></p><p><b>　　②端板厚度</b></p><p>　　端板厚度t根據支承條件計算確定。在本例中有兩種計算類型：兩邊支承類端板（端板平齊）以及無加勁肋

39、端板，分別按照協(xié)會規(guī)程中相應的公式計算各個板區(qū)的厚度值，然后取最大的板厚作為最終值。</p><p>　　a、兩邊支承類端板（端板平齊）：</p><p><b>　　無加肋端板：</b></p><p>　　綜上所得結果可取端板厚度為。</p><p><b>　　(1)梁梁節(jié)點設計</b><

40、;/p><p>　　梁梁拼接節(jié)點連接形式如圖7－3所示，連接處選用如下組合內力值：</p><p>　　采用級摩擦型高強度螺栓連接，連接表面采用噴砂的處理方法，摩擦面的抗滑移系數(shù)，預拉力，則每個螺栓的抗剪承載力為：</p><p>　　初步采用8個高強度螺栓。螺栓群的布置如圖7－4所示。</p><p>　　圖7－3 梁梁連接節(jié)點示意圖<

41、/p><p>　　圖7－4 螺栓布置圖(2-2)</p><p><b>　?、俾菟炈?lt;/b></p><p><b>　　底排螺栓的拉力最大</b></p><p><b>　　抗拉滿足要求。 </b></p><p>　　因為剪力很小，所以無需驗算剪

42、力。</p><p>　?、诙税搴穸?</p><p>　　端板厚度的取值與梁柱節(jié)點端板一致，取。</p><p><b>　　8、柱腳設計</b></p><p>　　按照計算假定，柱腳的形式為鉸接，不能抵抗彎矩。剪力由底板與混凝土之間的摩擦力承擔（若經過驗算不滿足，則需設置抗剪鍵）。柱腳的形式如圖8－1所示，

43、采用四個錨栓與基礎連接。錨栓為，，。基礎砼標號?；A底板設計采用如下荷載組合進行：，。</p><p>　　圖8－1 柱腳詳圖</p><p>　　(1)柱腳底板尺寸的確定</p><p><b>　　假定底板寬度</b></p><p><b>　　底板長度</b></p><

44、;p><b>　　取</b></p><p>　　(2)柱腳底板厚度的確定</p><p><b>　　底板壓力</b></p><p>　　底板按三邊支承板一邊自由板計算</p><p><b>　　查表得。 </b></p><p><

45、;b>　　因此，</b></p><p><b>　　底板厚度</b></p><p>　　底板的厚度不小16，所以實際取用底板厚度。</p><p>　　(3)柱腳抗剪承載力驗算</p><p>　　柱底組合內力均為受壓，基礎混凝土與柱腳底板間的摩擦系數(shù)為0.4，由于</p><p

46、>　　，故無需設置抗剪鍵。</p><p><b>　　抗風柱設計</b></p><p>　　(1)、結構的計算模型</p><p>　　抗風柱在風荷載作用下計算模型為一簡支梁，</p><p><b>　　如圖9－1所示。</b></p><p><b>

47、　　計算高度。</b></p><p><b>　　(2)、截面選擇</b></p><p><b>　　選用，</b></p><p><b>　　(3)、內力驗算</b></p><p>　　圖9－1 抗風柱計算模型</p><p>&

48、lt;b>　　風載標準值：</b></p><p><b>　　風載設計值： </b></p><p><b>　　彎矩設計值：</b></p><p><b>　　剪力設計值：</b></p><p><b>　　所以，<，<</