轻型门式钢架设计..

《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院1HuazhongUniversityofScienceandTechnology建筑钢结构课程设计——————轻型门式钢架设计班级：土木工程1202班姓名：学号：U2012154指导老师：聂肃非2015年11月11日《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院2目录一、设计资料………………………3二、荷载计算………………………4三、内力分析………………………5四、内力组合………………………15五、钢架设计………………………18（1）截面设计………………………18（2）构件验算………………………18（3）节点验算………………………23六、其它构件设计………………………27（1）隅撑的设计………………………27（2）檩条的设计………………………28（3）墙梁设计………………………31（1）山墙抗风柱设计……………………32（2）屋面支撑设计………………………35（3）雨篷设计………………………36《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院31、设计资料某市某加工厂一厂房，该厂房为单层，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，柱高6m；共有20榀刚架，柱距6.6m，屋面坡度1:10；地震设防列度为6度，地面粗糙度为B类。刚架平面布置见图1(a)，刚架形式及几何尺寸见图1(b)，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。图（）刚架平面布置《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院42、荷载计算（一）荷载取值计算1．有吊顶时屋盖永久荷载标准值：0.45KN/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0.30KN/m2（计算刚架时）、0.50KN/m2（计算檩条时）。雪荷载：基本雪压S0=0.50KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=5°42′36″，μr=1.0，雪荷载标准值kS=μrS0=0.50KN/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．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=1.05×0.35=0.37KN/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)。4．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。本工程结构设计抗震设防烈度为7度，故可不考虑地震作用。（二）各部分作用的荷载标准值计算屋面：恒荷载标准值：0.45×6=2.70KN/m活荷载标准值：0.50×6=3.00KN/m柱荷载：恒荷载标准值：0.5×6×12+2.70×12=68.40KN活荷载标准值：3.00×12=36.00KN风荷载标准值：《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院5迎风面：柱上qw1=0.37×6×0.25=0.555KN/m横梁上qw2=－0.37×6×1.0=－2.22KN/m背风面：柱上qw3=－0.37×6×0.55=－1.22KN/m横梁上qw4=－0.37×6×0.65=－1.44KN/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。采用弹性分析方法确定刚架内力。引用《钢结构设计与计算》（包头钢铁设计研究院编著，机械工业出版社）中表2－29（铰接柱脚门式刚架计算公式）计算刚架内力。1．在恒荷载作用下λ=l/h=24/9=2.67ψ=f/h=1.0/9=0.11k=h/s=9/12.0416=0.7474μ=3+k+ψ(3+ψ)=3+0.7474+0.11×(3+0.11)=4.089585850.110.5227444.0895HA=HE=qlλΦ/8=2.7×24×2.67×0.5227/8=11.30KNMC=ql2[1－(1+ψ)Φ]/8=2.7×242×[1－(1+0.11)×0.5227]/8=81.61KN·mMB=MD=－ql2Φ/8=－2.7×242×0.5227/8=－101.61KN·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。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院6《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院72．在活荷载作用下VA=VE=36.00KNHA=HE=3.00×24×2.67×0.5227/8=12.56KNMC=3.00×242[1－(1+0.11)×0.5227]/8=90.68KN·mMB=MD=－3.00×242×0.5227/8=－112.90KN·m刚架在活荷载作用下的内力如图。6000图4.刚架在恒荷载作用下的V图24000AE31.35KN11.30KNB0.94KNCD-+-11.30KN-++31.35KN0.94KN11.30KN11.30KN《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院83．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《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院911(85)(850.11)0.130716164.0895222.22126.662224EqaVKNlVA=2.22×12－6.66=19.98KNHA=HE=qlλΦ/4=2.22×24×2.67×0.1307/4=4.65KNMB=MD=4.65×9=41.85KN·mMC=ql2[α2－(1+ψ)Φ]/4=2.22×242×[0.52－1.15×0.1307]/4=31.87KN·m刚架在qw2y作用下的内力如图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下221.44124.322224EqaVKNlVA=1.44×12－4.32=12.96KNHA=HE=qlλΦ/4=1.44×24×2.67×0.1307/4=3.02KNMB=MD=3.02×9=27.18KN·mMC=ql2[α2－(1+ψ)Φ]/4=1.44×242×[0.52－1.11×0.1307]/4=21.76KN·m刚架在qw4y作用下的内力如图。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院10(3)在迎风面柱上风荷载qw1作用下α=1，221[6(2)]41[6(20.110.7474)0.74741]1.0044.0895KKVA=－VE=－qh12/2L=－0.555×92/(2×24)=－0.94KN0.555911(2)(21.00)3.752222AqhHKNHE=0.555×9－3.75=1.25KN22220.55591(2)(21.00)11.2444BqhMKNmMD=1.25×9=11.25KN·m22220.55591[1(1)][1(10.11)1.00)]1.2444CqhMKNm刚架在qw1作用下的内力如图。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院11(4)在背风面柱上风荷载qw3作用下VA=－VE=－qh12/2L=－1.22×92/(2×24)=－2.31KN1.22911(2)(21.00)8.242222EqhHKNHA=1.22×9－8.24=2.74KNMD=8.24×9－1.22×92/2=24.75KN·mMB=2.74×9=24.66KN·m22221.2291[1(1)][1(10.11)1.00)]2.7244CqhMKNm刚架在qw3作用下的内力如图。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院12(5)在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下α=1，β=00.11(42.6710.11)0.014484.08952.221.0(291.0)0.88224AEVVKNHA=2.22×1.0(1+0.0144)/2=1.13KNHE=2.22×1.0－1.13=1.09KN2.221.09[0.110.51.150.0144]0.382CMKNmMB=1.13×9=10.17KN·mMD=1.09×9=9.81KN·m刚架在qw2x作用下的内力如图。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院13(6)在背风面横梁上风荷载水平分力qw4x作用下1.441.0(291.0)0.57224AEVVKNHA=1.44×1.0(1+0.0144)/2=0.73KNHE=1.44×1.0－0.73=0.71KN1.441.09[0.110.51.150.0144]0.252CMKNmMB=0.73×9=6.57KN·mMD=0.71×9=6.39KN·m刚架在qw4x作用下的内力如图。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院14(7)用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院154、内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)的规定，采用荷载效应的基本组合：γ0S≤R。本工程结构构件安全等级为二级，γ0=1.0。对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定：A．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应B．1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应C．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应+0.6×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院16D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：梁端截面：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V梁跨中截面：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：(1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V(3)Nmax及相应的±Mmax、V；(4)Nmin及相应的±Mmax、V内力组合见表1。《建筑钢结构设计》大作业华中科技大学土木工程与力学学院17刚架内力组合表（以左半跨为例）表1注：内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受压为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M（KN·m）N（KN）V（KN）刚架柱柱顶（B点）Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活240.0089.28－31.14（←）Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×风－40.25-17.831.72（→）Nmax及相应的±Mmax、VA1.2×恒+1.4×活240.0089.28－31.14（←）Nmin及相应的±