《建筑钢结构设计》课程设计

《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院11、设计资料**集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下：1、单跨双坡门架,长度120m，柱网5.1m，跨度为21m，檐口高度为8m，屋面坡度为1/11，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料双层彩板夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。2、荷载：静荷载无吊顶为，活荷载为（计算刚架时）、（计算檩条时）；基本风压，地面粗糙度为B类；雪荷载为；地震设防烈度为6度。3、所有建筑应尽量采用铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。设计原始资料1）气象资料该地区为三级气候分区，其基本气象资料为：最冷月平均气温：3.0℃；最热月平均气温：28.8℃。极端最低温度－5℃；极端最高温度41℃。平均年总降雨量1230.6mm,日最大降雨量317.4mm。最大积雪深度：32mm。最大冻土深度：10mm。冬季平均风速2.6m/s，夏季平均风速2.5m/s，30年一遇最大风速21.9m/s。常年主导风向：东北夏季主导风向：西南风冬季主导风向：东北风2）地质水文资料建筑物场地地势平坦，地表高程38.56～38.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性。经地质勘测，地表剖面为：表层0.8～1.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。亚粘土可做持力层，地基承载力标准值为120KN/m2,地基土容重为19KN/m3。3）材料规格钢材：门式刚架采用Q345-B钢，屋面檩条、墙架采用Q235-B螺栓：采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）；焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保护焊；基础混凝土C30,垫层混凝土C10；钢筋：直径为Ⅱ级钢筋，直径为Ⅰ级钢筋。4）地震设防烈度6度；建设规模以及标准（1）建筑规模：建筑面积约212021m，为单层钢结构建筑。（2）建筑防火等级：二级（3）建筑防水等级：二级（4）建筑装修等级：高级《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院2设计依据建筑结构荷载规范（GB50009—2001）钢结构设计规范（GB50017—2003）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002）建筑制图标准（GBJ104—87）参考资料《轻型钢结构设计手册》《冷弯薄壁型钢结构设计手册》《建筑结构构造资料集》（上、下册）《建筑钢结构设计手册》（上、下册）《钢结构连接节点设计手册》《钢结构设计与计算》《房屋建筑学》（中国建筑工业出版社）《钢结构》（王国周著）《钢结构》（魏明钟）《轻型门式刚架》（张其林）《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院32、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0.15KN/m250mm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/m2合计0.67KN/m22．屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50KN/m2。雪荷载：基本雪压S0=0.45KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=5°42′38″，μr=1.0，雪荷载标准值Sk=μrS0=0.45KN/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50KN/m2，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）0.50KN/m24．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ω0=0.35KN/m2，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，μz=1.0。风荷载体型系数μs：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《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18.8.1条建议：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7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。《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院4（二）各部分作用的荷载标准值计算屋面：恒荷载标准值：0.67×6=4.02KN/m活荷载标准值：0.50×6=3.00KN/m柱荷载：恒荷载标准值：0.5×8×5.1+4.02×10.5=62.61KN活荷载标准值：3.00×10.5=31.5KN风荷载标准值：迎风面：柱上qw1=0.35×6×0.25=0.525KN/m横梁上qw2=－0.35×6×1.0=－2.1KN/m背风面：柱上qw3=－0.35×6×0.55=－1.155KN/m横梁上qw4=－0.35×6×0.65=－1.365KN/m3、内力分析考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用结构力学求解器确定刚架内力。1．在恒荷载作用下恒荷载作用示意图《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院5刚架在恒荷载作用下的M图：刚架在恒荷载作用下的N图：《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院6刚架在恒荷载作用下的V图：《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院72．在活荷载作用下《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院8λ=l/h=18/6=3ψ=f/h=0.9/6=0.15k=h/s=6/9.0449=0.6634μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.6634+0.15×(3+0.15)=4.13595289.01359.4415.058458HA=HE=qlλΦ/8=4.02×18×3×0.5289/8=14.35KNMC=ql2[1－(1+ψ)Φ]/8=4.02x182[1－(1+0.15)×0.5289]=63.78KN·mMB=MD=－ql2Φ/8=－4.02×182×0.5289/8=－86.11KN·m刚架在恒荷载作用下的内力如图。内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院9-86.11KN·m600018000ABCED63.78KN·m-86.11KN·m36.18KN18.00KN18.00KN36.18KN14.35KN14.35KNg=4.02KN/m图2.刚架在恒荷载作用下的M图54.18KN54.18KN17.68KN6000图3.刚架在恒荷载作用下的N图18000AEBCD36.18KN54.18KN14.08KN17.68KN36.18KN54.18KN++++《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院106000图4.刚架在恒荷载作用下的V图18000AE34.57KN14.35KNB1.43KNCD-+-14.35KN14.35KN14.35KN-++34.57KN1.43KN2．在活荷载作用下VA=VE=27.00KNHA=HE=3.00×18×3×0.5289/8=10.71KNMC=3.00×182[1－(1+0.15)×0.5289]/8=47.60KN·mMB=MD=－3.00×182×0.5289/8=－64.26KN·m刚架在活荷载作用下的内力如图。10.71KN-64.26KN·m6000图5.刚架在活荷载作用下的M图18000AEB47.60KN·mCq=3.00KN/mD27.00KN-64.26KN·m10.71KN27.00KN《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院116000图6.刚架在活荷载作用下的N图18000A+27.00KNE13.34KN27.00KNB10.65KN+C+D13.34KN27.00KN+27.00KN25.80KN6000图7.刚架在活荷载作用下的V图1800010.71KNA-E10.71KNB+1.07KNC-D-++1.07KN25.80KN10.71KN10.71KN3．在风荷载作用下对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx和竖向的分力qy。现分别计算，然后再叠加。(1)在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y作用下1322.0)15.058(1359.4161)58(161《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院12KNlqaVE35.6182982.2222VA=2.82×9－6.35=19.03KNHA=HE=qlλΦ/4=2.82×18×3×0.1322/4=5.03KNMB=MD=5.03×6=30.18KN·mMC=ql2[α2－(1+ψ)Φ]/4=2.82×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=22.38KN·m刚架在qw2y作用下的内力如图5.03KN19.03KN30.18KN·m6000图8.刚架在风荷载qw2y作用下的M图18000AB22.38KN·mEDqw2y=2.82KN/mC30.18KN·m5.03KN6.35KN(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下KNlqaVE12.4182983.1222VA=1.83×9－4.12=12.35KNHA=HE=qlλΦ/4=1.83×18×3×0.1322/4=3.27KNMB=MD=3.27×6=19.62KN·mMC=ql2[α2－(1+ψ)Φ]/4=1.83×182×[0.52－1.15×0.1322]/4=14.52KN·m刚架在qw4y作用下的内力如图。《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院134.12KN3.27KN6000图9.刚架在风荷载qw4y作用下的M图18000A19.62KN·mB14.52KN·mC12.35KNEDqw4y=1.83KN/m19.62KN·m3.27KN(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下α=1，9803.0]16634.0)6634.015.02(6[1359.441])2(6[4122KKVA=－VB=－qh12/2L=－0.71×62/(2×18)=－0.71KNKNqhHA22.3)9803.0212(21671.0)22(2HE=0.71×6－3.22=1.04KNMD=1.04×6=6.24KN·mmKNqhMC81.0)]9803.0)15.01(1[41671.0])1(1[42222刚架在qw1作用下的内力如图。mKNqhMB52.6)9803.02(41671.0)2(42222《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院140.71KN3.22KN6000qw1=0.71KN/m图10.刚架在风荷载qw1作用下的M图18000A6.54KN·mBC0.81KN·m1.04KN0.71KNED6.24KN·m(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下VA=－VB=－qh12/2L=－1.55×62/(2×18)=－1.55KNKNqhHE02.7)9803.0212(21655.1)22(2HA=1.55×6－7.02=2.28KNMD=7.02×6－1.55×62/2=14.22KN·mMB=2.28×6=13.68KN·mmKNqhMC78.1)]9803.0)15.01(1[41655.1])1(1[42222刚架在qw3作用下的内力如图。《建筑钢结构课程设计》华中科技大学土木工程与力学学院157.02KN1.55KN14.22KN·m2.28KNA1.55KN13.68KN·m1.78KN·mqw3=1.55KN/m6000DECB18000图