轻型门式刚架钢结构课程设计

《钢结构》课程设计姓班学名：梅健级：土木61001号：201060464班内序号：16指导老师：刘功力时间：2013/06/25轻型门式刚架厂房主体结构1、设计条件1.1、设计资料某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱距6m，长度48m。一侧墙上两个开间设3.6m×3.6m门一扇，两纵墙轴线位置上，各开间均设窗3.6m×1.2m。刚架柱柱脚标高设为±0.000m，刚架檐口高度为9.0m，从而刚架柱柱高为h=9.0m。屋面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，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1.5米，钢材采用Q345钢，焊条采用E50型。1.2、设计参数地面粗糙度：B类地震设防烈度：6度设计使用年限：50年结构重要性系数：γ0=1.0基本风压：ω0=0.50kN/m2屋面活载和雪压:ζ0=0.50kN/m22、布置形式刚架平面布置如图所示，刚架形式及几何尺寸如图所示。3、初选截面钢柱采用等截面H型钢，梁柱初选截面均为H450×200×8×12。截面特性：Ix=28181cm4Iy=1602cm4Wx=1252cm3Wy=160.2cm3ix=18.53cmiy=4.42cmSx=707.07cm3A=8210cm24、荷载计算4.1屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）彩色型钢板檩条及支撑刚架斜梁自重合计0.25kNm20.05kNm20.15kNm20.45kNm24.2屋面可变荷载标准值基本风压：ω0=0.5kN/m24.3轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.5kNm24.4风荷载标准值基本风压：0=1.05×0.50kNm2=0.53kNm2；根据地面粗糙度列别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，z=1.0。风荷载体型系数s：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。4.5地震作用荆州地区抗震设防烈度为6度，根据《全国民用建筑工程设计技术措施----结构》中第18.8.1条的建议，所以不考虑地震作用。4.6荷载标准值计算A、屋面恒荷载标准值：0.45×6/cosα=2.72kNm活荷载标准值：0.50×6=3.00kNmB、柱荷载柱自重标准值：0.45×6=2.70kNmC、风荷载标准值迎风面：柱上qw1k=0.53×6×（+0.25）=0.80kN/m横梁上qw2k=0.53×6×（-1.0）=－3.18kN/m背风面：柱上qw3k=0.53×6×（-0.55）=－1.75kN/m横梁上qw4k=0.53×6×（-0.65）=－2.07kN/m4.7荷载设计值计算屋面恒载g1=γGgk1=1.2×2.72=3.26kN/m柱身恒载g2=γGgk2=1.2×2.70=3.24kN/m屋面活载q=γQQk=1.4×3.0=4.2kN/m风载迎风面：柱上qw1=γQqw1k=1.4×0.80=1.12kN/m横梁上qw2=γQqw2k=－1.4×3.18=-4.45kN/m背风面：柱上qw3=γQqw3k=－1.4×1.75=-2.45kN/m横梁上qw4=γQqw4k=－1.4×2.07=-2.90kN/m5、内力分析（用结构力学求解器计算求得内力,用AutoCAD绘制）qw3=-1.75kN/mqw1=0.80kN/mqw2=-3.18kN/mqw4=-2.07kN/mq=3.00kN/mg1=2.70kN/m荷载图1g2=2.70kN/m119.60kN·mg2=2.70kN/m243.45kN·m16.24kN59.02kN8.25kN38.29kN18.33kN142.45kN·mM图39.23kN1.85kN0.60kNQ图41.26kN22.34kN70.42kN60.93kN22.22kN90.09kN12.20kN12.32kNN图6、构件设计和验算及节点设计和验算6.1、截面验算构件宽厚比的验算翼缘部分：b/tf96/12896/12815235fy12腹板部分：h0/tw426/853.25250235fy206满足要求。6.2、刚架梁的验算6.2.1抗剪验算梁截面最大剪力为Vmax=39.23kNVuhwtwfv=426×8×180N=613440N=613.44kN＞Vmax=39.23kN满足要求。6.2.2抗弯验算取梁端截面进行验算，N=-22.22kN，V=-59.02kN，M=-243.45kN•m由于V＜0.5VuMeNMeNWe/AeWxfNWx/A333=384879019N•mm=384.88kN•m≥M=-243.45kN•m满足要求。6.2.3平面内的稳定N=-22.22kN，M=-243.45kN•m，梁平面内的稳定性验算：计算长度取横梁长度l0x1350021350227135mmxl0x/ix27135/185.3146.44150b类截面，查附表可知，x0.9861.1xWex1x125210310.986=200.66kN/mm＜f=310N/mmyt0s235f12521068.268.2122354.44263450.75N0.969243.4510612521031.925=98.29N/mm＜f=310N/mmkN707.6kNNEx0220610382101.1146.4422EAe02mx1.022.22707.6222200.98682101.0243.45106NmxMxNEx0NxAe022满足要求。6.2.4平面外的稳定横梁平面外的稳定性验算：考虑屋面压型钢板与檩条紧密相连，有蒙皮效应，檩条可以作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即l0y3015mm对于等截面构件，γ=0，sw1,yl0yiy3015/44.268.2,b类截面，查附表得，y0.668。y24w4.4h04320A0h02yWx0by=2144320821042623=1.925＞0.6取y1.070.283/by1.07-0.283/1.925=0.9232NExoNNEx0t1.0=1.0-22.22/707.6+0.75×(22.22/707.6)2=0.969222200.6688210tMWe1byNyAe022满足要求。6.2.5按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）校核横梁腹板容许高厚比。梁端截面：minmin281811021818108max222208210243.4510621328181104MyIxNAEoN/mm2186.72181.30=2.71184.011.97maxminmax0故235fyh0tw53.254800.5x26.284.60，满足要求。梁跨中截面：max12320142.45106213821028181104MyIxNAEoN/mm2109.17106.17=1.50107.671.97maxminmax0故235fyh0tw53.254800.5x26.284.60，满足要求。6.2.6檩条集中荷载下的局部受压承载力。檩条传给横梁上翼缘的集中荷载F=（1.2×0.27×6+1.4×3.0）×1.5kN=9.21kNlz=a+5hy+2hR=（70+5×12+0）mm=130mm1.09.211038130Ftwlz8.86N/mm2f310N/mm2c满足要求。验算腹板上边缘的折算应力取梁端截面处的应力N=-22.22kN，V=-59.02kN，M=-243.45kN•mMy1InN/mm2183.9N/mm2243.351062134VSItwN/mm234.00N/mm259.021032001241942c2c32183.928.862183.98.86334.002=197.47N/mm＜1.2f=372N/mm1.1x22满足要求。6.3刚架柱的验算6.3.1抗剪验算柱截面最大剪力为Vmax=38.29kN,考虑仅有支座加劲肋53.25415.34235/3450.6810.8h0/tw415.34235fysVuhwtwfv4268180N613440N613.44kNVmax38.29kN满足要求。6.3.2抗弯验算取梁端截面进行验算，N=-60.93kN，V=16.24kN，M=-243.45kN•m由于V＜0.5Vu，故MeNMeNWe/AeWxfNWx/A333=378828361N•mm=378.83kN•m≥M=-243.45kN•m满足要求。6.3.3刚架柱平面内整体稳定性验算。构件最大内力：N=-90.09kN，M=-243.45kN•m刚架柱高H=9000mm，梁长L=27135mm，柱的线刚度为：k2Ic1/h28181104/9000mm331312mm3梁的线刚度为：k1Ib0/2s28181104/27135mm310385mm3k1/k210385/313120.332查表得柱的计算长度系数μ=2.934.刚架柱的计算长度l0xh2.9349000mm26406mmxl0x/ix26406/185.3142.5150b类截面，查附表得，x0.333N747.3kNNEx0220610382101.1142.522EAe02mx1.0Wex1x125210310.333=235.83kN/mm＜f=310N/mmyt0s235f12521068.268.2122354.44263450.75N0.890243.4510612521031.925=106.35/mm＜f=310N/mm90.09747.3900900.33382101.0243.45106NmxMxNEx0NxAe0226.3.3刚架柱平面外整体稳定性验算。考虑屋面压型钢板与檩条紧密相连，有蒙皮效应，与柱连接的墙梁可以作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即l0y3015mm对于等截面构件，γ=0，sw1,yl0yiy3015/44.268.2,b类截面，查附表得，y0.668。y24w4.4h04320A0h02yWx0by=2144320821042623=1.925＞0.6取y1.070.283/by1.07-0.283/1.925=0.9232NExoNNEx0t1.0=1.0-90.09/707.6+0.75×(90.09/747.3)2=0.890900900.6688210tMWe1byNyAe022满足要求。6.3.4按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）校核横梁腹板容许高厚比。柱顶截面：maxmin609308210243.4510621328181104MyIxNAEoN/mm2109.17106.17=7.42107.671.97maxminmax0y14.2650.16kN160.70kNNtb180kNNVN