钢结构厂房课程设计

钢结构厂房课程设计Preparedon22November2020学号11《钢结构设计》课程设计哈尔滨市某雪糕厂轻型门式刚架设计院（系）名称：航天与建筑工程学院专业名称：土木工程学生姓名：韩学彬指导教师：张建华副教授2014年6月2）3）4.5.（1）（2）1.设计资料哈尔滨市某雪糕厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱距6m，柱高6m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。刚架平面布置如下图（a）所示，刚架形式及几何尺寸如下图（b）所示。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，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，间距为米，钢材采用Q345钢，焊条采用E43型。（a）钢架平面布置图（b）钢架形式及几何尺寸2.荷载计算1）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m250mm厚保温玻璃棉板m2PVC铝箔及不锈钢丝网m2檩条及支撑m2刚架斜梁自重m2悬挂设备m2合计m2（2）屋面可变荷载标准值屋面活荷载：m雪荷载：基本雪压S0=m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=5°42'38,μz=，雪荷载标准值Sk=μzS0=。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值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）m2（4）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0=，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=。风荷载体型系数μs。迎风面柱及屋面分别为+和，背风面柱及屋面分别为和（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。2）各部分作用的荷载标准值计算（1）屋面恒荷载标准值：×6kN/m2=m2活荷载标准值：m2=m2（2）柱荷载恒荷载标准值：（+×）kN=活荷载标准值：×=（3）风荷载标准值迎风面：柱上qw1=×6×m=m横梁上qw2=背风面：柱上qw3=×m=m横梁上qw4=内力分析考虑本工程刚度跨度较小，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《建筑结构静力计算手册》（中国建筑工业出版社）中表8-7公式计算刚架内力。（1）在恒荷载作用下（见图3-1~3-3)λ=l/h=27/6=Ψ=f/h=6=k=h/s=6/=μ=3+k+Ψ(3+Ψ)=3++(3+=Φ=458=4.1678×40.225×8＋＋=HA=HE=8qlλΦ=82ql82ql图3-1恒荷载作用下的M图图3-2恒荷载作用下的N图图3-3恒荷载作用下的V图刚架的内力图符号规定：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。（2）在活荷载作用下（见图3-4~3-6）VA=VE=2ql=×27／2kN=HA=HE=8qlλΦ=0.5474×4.5×827×97.2kN=MC=82ql[1-（1+Ψ）Φ]=827×70.22[1-(1+]kN·m=·mMB=MD=-82qlΦ=图3-4活荷载作用下的M图图3-5活荷载作用下的N图图3-6活荷载作用下的V图（3）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。（1）在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y作用下（见图3-7）Φ=161（8+5Ψ）=1866.4161（8+）=VE=8ql=×27／8kN=;VA=4ql0.1368×4.5×427×48.342ql40.1368×27×3.48242ql427×3.482图3-7风荷载qw2y作用下的M图(2)在背风面横梁上风荷载竖向分力qw4y作用下（见图3-8）VA=8ql=×27／8kN=;VE=4ql42ql)1([422ql427×26.22图3-8风荷载qw4y作用下M图（3）在迎风面柱上风荷载qw1作用下（见图3-9）α=1Φ=]5)2(6[41k=1866.441[6(2++]=VA=-VE=lqh22=(227)kN=HE=422qh﹚0.9334-2×41×6×87.022（422qh41×6×87.022（1-（1+）×﹚kN·m=·mMD=·m=·m图3-9风荷载qw1作用下的M图（4）在背风面柱上风荷载qw3作用下（见图3-10）VA=-VE=lqh22=(227)kN=HE=22(2qhΦ)=-21×6×91.1×（2-20.9334）kN=HA=)1(1[422qh0.9334]×－﹙﹙1＋0.225[1×41×6×91.122=·m图3-10风荷载qw3作用下的M图（5）在迎风面横梁上风荷载水平分力qw2x作用下（见图3-11）α=1;Φ=)34(8=﹚0.225×﹙4＋3×4.1678×8225.0=VA=-VE=)2(211fhlqf=-21.35×48.3×(1+=HA=)1(21qf=21.35×48.3(1+kN=HE=])1(5.0[2qfh0.0315]×0.2251-0.225×0.5[×26×1.35×48.3）（=·mMB=·m=·mMD=·m=·m图3-11风荷载qw2x作用下的M图(6)在背风面横梁上风荷载水平风力qw4x作用下（见图3-12）VA=-VE=×／(2×27)×(2×6+kN=HE=，MD=·m=·m图3-12风荷载qw4x作用下的M图（7）用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力（见图3-13~3-3-16）图3-13左风向风荷载qw作用下的M图图3-14右风向风荷载qw作用下的M图图3-15风荷载qw作用下的N图图3-16左风向风荷载qw作用下的V图4.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：0SR。本工程结构构件安全等级为二级，0=。(1)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①恒荷载标准值计算的荷载效应+活荷载标准值计算的荷载效应；②恒荷载标准值计算的荷载效应+风荷载标准值计算的荷载效应；③恒荷载标准值计算的荷载效应+活荷载标准值计算的荷载效应+风荷载标准值计算的荷载效应；④恒荷载标准值计算的荷载效应+风荷载标准值计算的荷载效应+活荷载标准值计算的荷载效应；⑤恒荷载标准值计算的荷载效应+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如下。梁端截面:Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。梁跨中截面：Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。对于刚架柱,截面的最不利组合有Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V；Nmax及相应的Mmax、V；Nmin及相应的Mmax、V。内力组合见表4-1。表钢架内力组合（左半跨）截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M/kN﹒mN/kNV/kN刚架柱柱顶BmaxMNV及相应的、（1）2.1恒4.1活minMNV及相应的、（2）0.1恒4.1风maxmaxNMV及相应的、（1）2.1恒4.1活minmaxNMV及相应的、（2）0.1恒4.1风柱底AmaxMNV及相应的、—————minMNV及相应的、—————maxmaxNMV及相应的、（1）2.1恒4.1活0minmaxNMV及相应的、（2）0.1恒4.1风0刚架梁支座BmaxMNV及相应的、（1）2.1恒4.1活minMNV及相应的、（2）0.1恒4.1风跨中CmaxMNV及相应的、（2）0.1恒4.1风minMNV及相应的、（1）2.1恒4.1活5.刚架设计截面设计初选梁柱截面均用热轧普通工字钢I63c:630×180×17×22，截面特性：B=180mm,H=630mm,wt=mm，ft=mm，A=2mm，xI=1023394cm,xW=3cm，xi=cm；yI=4cm，yW=3cm，yi=cm。构件验算（1）验算刚架柱在风荷载作用下的侧移cI=bI=1023394cm，t=lIc/hIb=27000/6000=刚架柱顶等效水平力：W=21h=691.187.0kN=kNH=W670.=kN=tcEIHh2123=5.4210102339102061260001018.114333mm=mm[]=h/60=100mm（2）构件宽厚比验算翼缘部分：b/t=22=y／f235=15满足腹板部分：0h/wt=586/17=y／f235=250满足（3）刚架梁的验算①抗剪验算：梁截面最大剪力为maxV=kN，考虑到仅有支座加劲肋，s=34.537/0wth=34.53717/586=，uV=vwwfth=586×17×125kN=1245kNmaxV=，满足要求。②弯、剪、压共同作用下的验算：取梁端截面进行验算，N=kN,V=kN，M=mkN。因VuV,取V=uV，按《钢结构设计规范》（GB50017—2003）验算fM=fhAhhAff222211﹚1797972100﹙310－30422180304304221802=mkNM=mkN，取M=fM故feufuMMMMVV2150.=01，满足要求。③整体稳定验算：N=kN,M=mkN梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度xl0=27135mm，x=xl0/xi=27135/=[]=150，b类截面，查表得x=。ExN=202ReEA=23273.1171.11797910206kN=kN,mx=ANx+ExXxxxmxNNWM11=17979472.072100+5.25661.72472.01109.32481097.5180.136=2mmN/f=2952mmN/，满足要求横梁平面外的整体稳定验算：考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可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yl0=3015mm。对于等截面构件,01WSy=yl0/yi=3015/32=,b类截面，查表得y=。0.1,0.1tx﹚f345﹙﹚4.4λ＋﹙﹚μμ(λ4320φy200y04ws02y000bhtWhAx=＞848.0φ2.82／-1.07＇φbybxbxtxyWMAN=363103248.9×848.01097.51885.00.117979593.0101.722mmN/=2mmN/f=2952mmN/④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：maxmin=663101023392131097.51817979101.722mmN/=0.10402.1122mmN/0=maxminmax=故wth0=yf2352.265.0480=，满足要求梁跨中截面：maxmin=46310102339213103.312179791011.582mmN/=77.6123.682mmN/0=maxmi