钢结构课程设计计算书

钢结构课程设计任务书、指导书14学年第二学期姓名学号班级指导教师常州工学院成教学院二〇一四年十月1—轻型门式刚架结构设计—任务书一、课程设计题目设计北京市某郊外（B类地区）一汽车展厅—轻型门式刚架结构，建筑剖面如下图所示。二、设计资料该展厅为单跨双坡门式刚架结构，见图1所示。屋面坡度为1:15，刚架为变截面梁、柱，柱脚铰接，柱距6m，展厅总长54m，跨度分别为24m、30m、36m，其余尺寸见表1。图1刚架简图刚架尺寸（mm）表1尺寸跨度L1L2L3h1h224000450050002500700080030000550060003500780010003600069007000410090001200材料采用Q235-B、Q345-B二种钢材，焊条对应采用E43型及E50型。屋面和墙面采用75mm厚及100mm厚双层彩色压型钢板荚芯板，彩板均为0.6mm厚镀锌彩板，镀锌层厚为275g/㎡；屋面檩条及墙面檩条均采用镀锌冷弯薄壁型钢檩条，镀锌层厚为160g/㎡。荚芯板厚根据展厅所在当地温度计算确定，保温材料2可选聚胺脂、玻璃棉或岩棉等。自然条件：基本雪压与基本风压W0见表2所示。课程设计分组表2基本风压基本雪压0.45(kN/㎡)0.40(kN/㎡)24000Q2351，7,13,19,25,31,37,43Q3452，8,14,20,26,32,38,4430000Q2353，9,15,21,27,33,39,45Q3454，10,16,22,28,34,40,4636000Q2355，11,17,23,29,35,41,47Q3456，12,18,24,30,36,42,48地面粗糙度为B类，地下水位均低于地面5m，修正后的地基承载力设计值分别为：f=160kN/㎡。本选题不考虑地震作用。三、设计内容及要求1、选题：每位学生按表2（课程设计分组）选择自己所设计的题目及计算参数（用﹡号标注在表2对应右侧行中）。2、结构平面布置根据柱网、变形缝、支撑等布置原则，绘制结构平面布置图（按比例绘在计算书中）。3、屋顶结构平面及纵向立面支撑布置图（按比例绘在计算书中）。4、完成“门式刚架结构计算书”一份，要求步骤清楚、计算正确、书写工整、图文并茂。5、绘制刚架施工图一张（2号或2号加长图），内容包括：刚架立面图；梁、柱与梁、梁节点详图；柱脚详图；设计说明及材料表。6、统计刚架钢材总用量及材料用量指标（即房屋每平米材料用量），与其它方案进行比较，做出经济分析、评价。要求达到施工图深度，即交付施工单位付诸于构件制作、拼装，图面必须按“房屋建筑制图统一标准”、“建筑结构制图标准”规定绘制，要求布图匀称，表学号跨度度3达正确，线条清晰，图面整洁。四、参考资料1、建筑结构荷载规范（GB50009）；2、钢结构设计规范（GB50017-2003）；3、房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）；4、建筑结构制图标准（GB/T50105-2001）；5、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）；6、冷弯薄壁型钢结构设计规范（GB50018-2002）；7、轻型钢结构设计指南（实例与图集）第二版中国建筑工业出版社；8、钢结构设计原理赵风华主编高等教育出版社；9、钢结构设计与计算柴昶、宋曼华主编（第二版）机械工业出版社；10、轻型钢结构设计手册（第二版）《轻型钢结构设计手册》编辑委员会中国建筑工业出版社。五、参考进度第××周周一上午布置设计任务、阅读课程设计任务书及相关设计资料、例题，复习有关课程内容，对设计题目及设计内容有所了解；进行结构平面及支撑布置等；周二～周三进行荷载计算、内力计算与组合、刚架梁柱截面验算、位移验算及节点设计；周四刚架施工图绘制；周五统计材料用量及材料表绘制；周五下午五点准时交设计成果。六、注意事项1．要求学生高标准、高质量地完成课程设计；2．在教师指导下，明确设计方法与步骤，独立完成设计，杜绝抄袭现象；3．必须按上课时间在教室内进行设计。4—轻型门式刚架结构设计—指导书一、课程设计目的钢结构课程设计是教学计划中一个重要的实践教学环节，能够培养和提高学生的基本技能，使学生得到系统的工程师的基本训练以及对实际工程结构工作的认识，并对巩固所学的理论知识具有重要作用。因此，课程设计是钢结构课程的重要教学环节之一。通过课程设计，欲达如下目的：1．复习和巩固加深对已学的钢结构基本构件中轴心受力构件及压弯、拉弯构件等章节的理论知识。2．了解钢结构设计的一般程序和设计计算内容，为毕业设计及今后从事实际设计、施工等工作奠定基础。3．掌握钢结构中门式刚架轻型房屋钢结构的一般设计步骤与方法，如：（1）了解门式刚架轻型钢结构的结构组成及各部分构件的作用；（2）了解门式刚架轻型钢结构的结构平面布置及变形缝、支撑等设计原则；（3）确定门式刚架轻型钢结构的计算单元及计算简图；（4）掌握门式刚架轻型钢结构的荷载计算及受力分析；（5）掌握门式刚架轻型钢结构的内力分析方法，对梁、柱为变截面的刚架进行内力分析时，应计入截面变化对内力分布的影响。（6）确定门式刚架轻型钢结构梁、柱的控制截面、几种内力组合以及最不利内力的求解。（7）掌握门式刚架轻型钢结构构件的截面设计与验算，以及构件间连接节点的设计与构造。（8）明确门式刚架轻型钢结构柱脚的构造与设计方法。（9）掌握钢结构施工图的绘制方法和制图规定，学会编制构件材料表。（10）学习书写结构计算书。（11）学习运用各种规范、图集及手册进行结构设计。5二、设计程序1．熟悉设计资料2．结构平面及支撑布置除绘制结构平面布置图及支撑布置图外，初选梁、柱截面及截面特性计算。3．荷载计算包括屋面永久荷载作用、屋面可变荷载作用、柱身永久荷载及风荷载作用等。4．内力计算及组合（1）刚架内力计算绘制刚架在各种荷载作用下的弯矩(M)、剪力(V)、轴力（N）图。（2）刚架内力组合绘制刚架内力组合表。（3）最不利组合荷载作用下刚架M、N、V图5．刚架梁、柱截面验算6．位移计算（1）柱顶水平位移的验算（2）梁跨中最大挠度的验算7．节点设计（1）梁柱结点设计（2）梁梁节点设计（3）铰接柱脚节点设计8．刚架施工图9．经济分析本课程设计的主要任务是技术设计和结构施工图的绘制。三、设计技术与要求(一)、结构形式和布置1．结构形式门式刚架的结构形式是多种多样的。按构件体系分，有实腹式与格构式；按截面形式分，有等截面和变截面；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢和钢管6等。实腹式刚架的截面一般为工字形，格构式刚架的截面为矩形或三角形。根据跨度、高度和荷载的不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形；必要时也可改变腹板厚度。结构构件在安装单元内一般不改变翼缘截面，当必要时，可改变翼缘厚度；邻接的安装单元可采用不同的翼缘截面，两单元相邻截面高度宜相等。在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。2．结构布置（1）柱网的布置刚架的跨度是柱纵向定位轴线之间的尺寸，刚架柱距是柱子在横向定位轴线之间的尺寸。门式刚架的跨度宜采用9~36m，以3m为模数，必要时也可采用非模数跨度。边柱的截面宽度不相等时，其外侧要对齐。门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m；跨度较小时也可用4.5m。门式刚架的高度宜采用4.5~9.0m，必要时可适当加大。在多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙墙架（端部刚架），或直接采用门式刚架。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。（2）变形缝的布置门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m，横向温度区段长度不大于150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩或设置双柱。（3）墙梁布置7门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护墙时墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定，但不应大于计算确定的值。门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度不高于6度时，可采用轻型钢墙板或砌体；当抗震设防烈度为7度、8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。（4）支撑布置在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30~45m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑，可由檩条兼作；若刚度或承载力不足，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面形式的杆件。门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在30°～60°范围内，宜接近45°。当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向刚架。（二）、门式刚架计算简图的确定在确定计算简图时，门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应符合下列规定：门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离；门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度，应根据使用要求的室内净高度，设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定；柱的轴线可取通过柱下端(较小端)中心的竖向直线，工业建筑边柱的定位轴线8宜取柱外皮，斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为刚接。柱脚铰接的门式刚架的计算简图如图3所示。檐口高度，取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度，取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；房屋的宽度，取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度，取两端山墙墙梁外皮之间的距离。(1-β)图1门式刚架的计算简图（三）、门式刚架的荷载计算和荷载组合1．屋面荷载（1）永久荷载包括屋面板、檩条、支撑、刚架等结构自重及吊顶、管线、天窗、风帽等悬挂或建筑设施荷重。实腹式檩条的自重标准值大约0.1KN/m2，而格构式檩条的自重标准值大约0.05KN/m2。（2）可变荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载等。屋面活荷载按屋面水平投影面积计算。考虑到使用及施工检修荷载，对房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载应如下考虑：不上人屋面均布活荷载的标准值应取0.5kN/m2；上人屋面均布活荷载的标准值取2.0kN/m2；设计屋面板和檩条时应考虑施工或检修集中荷载1.0kN；9当使用及施工荷载较大时，应按实际情况采用。屋面雪荷载、积灰荷载等按《建筑结构荷载规范》（GB50009）的规定采用。荷载效应组合时应符合下列原则：1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；2）积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其它荷载同时考虑。2．风荷载风荷载标准值与建筑物所在地区基本风压、建筑物体型、高度以及建筑地面粗糙度等因素有关，并且认为风荷载垂直作用于建筑物表面上，其值可按下式计算：01.05kszww风荷载