門式鋼架設(shè)計(jì)

1、 鋼結(jié)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì) 院 （系）： 城市建設(shè)學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 土木1304班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 20133101170 指導(dǎo)教師： 鄒思敏 2016 年 5 月 8 日至2016 年 5 月 14 日武昌首義學(xué)院制目 錄1、 設(shè)計(jì)資料82、 結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐8三、荷載計(jì)算81.計(jì)算模型82.荷載取值83.各部分作用荷載94.內(nèi)力計(jì)算135.荷載組合136.內(nèi)力組合13四、 梁柱截面設(shè)計(jì)151.截面尺寸確定152. 截面幾何特性153. 構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算154、 剛架斜梁驗(yàn)算15 1. 抗剪驗(yàn)算16 2.有效寬度計(jì)算及在M、N、V共同作用下的驗(yàn)算163. 斜梁的

2、整體穩(wěn)定驗(yàn)算175、 剛架柱驗(yàn)算17 1.抗剪驗(yàn)算18 2.有效寬度計(jì)算及在M、N、V共同作用下的驗(yàn)算183.斜梁的整體穩(wěn)定驗(yàn)算196、 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)201.構(gòu)造要求212.節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算22 鋼結(jié)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、 設(shè)計(jì)題目1、 單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)資料 單層廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房橫向跨度12m（a）、15m（b） 、18m（c），柱頂高度5.1m（a、b）、6.3m（c），共有8榀剛架。柱距6.3m（a）6m（b、c），屋面坡度1/10，柱底鉸接。窗高出柱腳1.5m，尺寸為1.5x3m，每個(gè)柱距間居中設(shè)置一個(gè)。兩端山墻上各設(shè)門一個(gè)（居中），尺寸為3.3x4.5m。 取中間跨剛架(G

3、J-1)進(jìn)行計(jì)算，剛架構(gòu)件截面采用變截面焊接工字形。屋面及墻面均為帶100mm厚巖棉夾層的雙層壓型鋼板；檁條（墻梁）采用薄壁卷邊C型鋼，間距為1.5m。鋼材采用Q235B，焊條E43型?？拐鹪O(shè)防烈度為6度。2、 荷載1、 屋面不可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（按水平投影面）：a 0.35kN/ b 0.4kN/ c 0.5kN/2、 屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（按水平投影面）： a 0.5kN/ b 0.4kN/ c 0.3kN/3、 雪荷載（基本雪壓）： a 0.3kN/ b 0.35kN/ c 0.5kN/4、 風(fēng)荷載（基本風(fēng)壓）： a 0.35kN/ （地面粗糙度系數(shù)按C類） b 0.45kN/ c 0.35k

4、N/3、 課程設(shè)計(jì)要求1、 根據(jù)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置（含屋面支撐和柱間支撐）。并繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖（1:100）參考圖：2、 繪制屋面和墻面支撐系統(tǒng)的布置圖（1:100）提示：布置屋面檁條、拉條、隅撐；布置墻面墻梁、拉條、隅撐。布置墻面檁條時(shí)，注意預(yù)留門窗洞口的空間。3、 根據(jù)題目給定的荷載，進(jìn)行荷載組合。找出各構(gòu)件的控制截面及內(nèi)力值，并根據(jù)內(nèi)力值對(duì)剛架梁和剛架柱以及一個(gè)梁柱剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。出具相關(guān)計(jì)算書(shū)。（門式剛架內(nèi)力分析可借助分析軟件）4、 繪制GJ-1的施工圖。要求對(duì)每一個(gè)單元板件均編號(hào)并列入材料表并計(jì)算重量由此統(tǒng)計(jì)單榀剛架總重量。參考圖：5、 繪制不少于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)詳圖；繪制3個(gè)零件大樣

5、。（比例自定）參考圖：6、要求剛架柱和剛架梁均按變截面設(shè)計(jì)。7、 參考資料推薦1、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(無(wú)吊車)（02SG518-1）2、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)與設(shè)計(jì)范例 王靜峰 主編 武漢理工大學(xué)出版社3、其它與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際例子的書(shū)籍均可參考。指導(dǎo)教師（簽名）： 20 年 月 日課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表成績(jī)?cè)u(píng)定項(xiàng) 目比例得 分平時(shí)成績(jī)（百分制記分）30%業(yè)務(wù)考核成績(jī)（百分制記分）70%總評(píng)成績(jī)（百分制記分）100%評(píng)定等級(jí)優(yōu) 良 中 及格 不及格指導(dǎo)教師（簽名）： 20 年 月 日門式鋼架設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)資料 單層廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房橫向跨度12m，柱頂高度5.1m，共有8榀剛架。柱距6.

6、3m，屋面坡度1/10，柱底鉸接。窗高出柱腳1.5m，尺寸為1.5x3m，每個(gè)柱距間居中設(shè)置一個(gè)。兩端山墻上各設(shè)門一個(gè)（居中），尺寸為3.3x4.5m。取中間跨剛架(GJ-1)進(jìn)行計(jì)算，剛架構(gòu)件截面采用變截面焊接工字形。屋面及墻面均為帶100mm厚巖棉夾層的雙層壓型鋼板；檁條（墻梁）采用薄壁卷邊C型鋼，間距為1.5m。鋼材采用Q235B，焊條E43型。抗震設(shè)防烈度為6度。 二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房長(zhǎng)度44.1m，跨度12m，柱距6.3m，共有8榀剛架，由于縱向溫度區(qū)段不大于300m、橫向溫度區(qū)段不大于150m，因此不用設(shè)置伸縮縫。廠房長(zhǎng)度<60m，因此不需在廠房第一開(kāi)間和中部設(shè)置

7、屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應(yīng)部位設(shè)置檁條、斜拉條、拉條和撐桿，檁條間距為1.5m；同時(shí)應(yīng)該在與屋蓋橫向水平支撐相對(duì)應(yīng)的柱間設(shè)置柱間支撐，由于柱高<柱距，因此柱間支撐不需用分層布置。三、荷載的計(jì)算1、計(jì)算模型的選取取一榀剛架進(jìn)行分析，柱腳采用剛接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計(jì)。廠房檐高5.1m；屋面坡度為1：10。2、荷載取值計(jì)算長(zhǎng)度（m）柱距（m）跨度（m）檐高（m）恒載（kN/m2）活載（kN/m2）基本風(fēng)壓（kN/m2）44.16.3125.10.350.350.35（1）、 屋面不可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（按水平投影面）： 0.35kN/ 屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（按水平投影面）： 0.3kN/（2

8、）、雪荷載（基本雪壓）： 0.35kN/ （3）、輕質(zhì)墻面自重標(biāo)準(zhǔn)值0.25 （4）、 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002附錄A的規(guī)定計(jì)算。基本風(fēng)壓0=0.35，地面粗糙度類別為c類；風(fēng)荷載高度變化系數(shù)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)的規(guī)定采用，當(dāng)高度小于10m時(shí)，按10m高度處的數(shù)值采用，z=074。風(fēng)荷載體型系數(shù)s：迎風(fēng)面柱及屋面分別為0.25和1.0，背風(fēng)面柱及屋面分別為0.55和0.65(CECS102：2002中間區(qū))。3、各部分作用荷載：（1）屋面荷載：標(biāo)準(zhǔn)值： 柱身恒載：（2）屋面活載 屋面雪荷載大于屋面活荷載，取活荷載（3）風(fēng)荷載

9、根據(jù)公式計(jì)算風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)建筑物離地面或海平面的高度以及地面的粗糙程度進(jìn)行確定，按荷載規(guī)范中表7.2.1取值為=0.74。風(fēng)荷載體型系數(shù)按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中附錄A.0.2取值。風(fēng)荷載體型系數(shù)如下： 風(fēng)載體形系數(shù)示意圖迎風(fēng)面 側(cè)面：； 屋頂：；背風(fēng)面 側(cè)面 :; 屋頂 ：；風(fēng)荷載如下圖： （4）水平地震作用 由于單層門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的自重小，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7度及7度以下時(shí)，一般不需進(jìn)行抗震驗(yàn)算。 4、內(nèi)力計(jì)算：根據(jù)各個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算內(nèi)力，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖。(1)在不可變荷載作用下內(nèi)力圖： M圖（KN.m） N圖（KN） V圖

10、（KN）（2） 在雪荷載作用下內(nèi)力圖 M圖（KN.m） N圖（KN） V圖（KN）（3） 在風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力圖： M圖（KN.m） N圖（KN） V圖（KN）5、荷載組合該結(jié)構(gòu)值考慮屋面不可變荷載、雪荷載、風(fēng)荷載。所以進(jìn)行剛架內(nèi)力分析時(shí)，所需考慮荷載效應(yīng)組合主要有：（1）1.2x永久荷載+1.4x屋面活荷載，雪荷載max +1.4x0.7x風(fēng)荷載（2）1.2x永久荷載+1.4x0.7x屋面活荷載，雪荷載max +1.4x風(fēng)荷載（3）1.0x永久荷載+1.4x風(fēng)荷載6、內(nèi)力組合 根據(jù)不同荷載組合下的內(nèi)力分析結(jié)果，找到控制截面的內(nèi)力組合。控制截面的位置一般在柱底、柱頂、梁端、梁跨中等截面，控制截

11、面內(nèi)力組合主要有：最大軸壓力和同時(shí)出現(xiàn)的M及V較大值最大彎矩和同時(shí)出現(xiàn)的N及V較大值最小軸壓力和同時(shí)出現(xiàn)的M及V較大值其內(nèi)力組合如下表所示:截面內(nèi)力永久荷載雪荷載風(fēng)荷載1.2x永久荷載+1.4x雪荷載+1.4x0.7x風(fēng)荷載1.0x永久荷載+1.4x風(fēng)荷載柱小頭 M00000N-21.24-13.3210.69-33.651.74V-4.04-4.075.11-8.483.11柱大頭M-20.61-20.7520.46-33.738.03N-13.23-13.3210.69-24.051.74V-4.04-4.072.02-8.59-1.24梁大頭M-20.61-20.7520.46-33.7

12、38.03N-5.3-5.33.9-9.960.16V12.7612.85-10.3523.16-1.73梁小頭M16.6516.76-10.333.352.23N-4.02-4.053.9-6.671.44V-0.40-0.400.5-0.550.3由上表可知，各截面的內(nèi)力為：柱腳截面：M=0，N= -33.65KN，V=-8.48KN柱頂截面：M= -33.73KN.m，N= -24.05KN，V= -8.59N梁端截面：M= ，N= -9.96KN，V= 23.16KN梁跨中截面：M= 33.35KN.m，N=-6.67KN，V=-0.55KN四、梁柱截面設(shè)計(jì)1.截面尺寸確定 （1）焊接

13、工字型截面尺寸：截面高度h以10mm為模數(shù)；截面寬度b以5mm為模數(shù)，但工程中經(jīng)常以10mm為模數(shù)；腹板厚度可取4mm、5mm、6mm，大于6mm以2mm為模數(shù)；翼緣厚度t6mm，以2mm為模數(shù)，且大于腹板厚度。(2)工字型截面的高厚比（h/b）：通常取h/b=2-5mm；梁與柱采取端板豎放連接時(shí)，該梁端h/b6.5。 （3）變截面梁的端高不宜小于跨度的1/401/35，中段高度則不小于跨度的1/60。變截面柱在鉸接柱腳處的截面高度不宜小于200-250mm。綜上所述，選擇梁柱截面尺寸為：梁 大頭400×200×6×8 小頭300×100×6&

14、#215;8柱 大頭400×200×6×8 小頭300×100×6×8 2.截面幾何特性構(gòu)件名稱截面A（）（）（）（） （mm） (mm)梁大頭550415124106475616644小頭3304455613330411720柱大頭550415124106475616644小頭3304455613330411720 3.構(gòu)件寬厚比驗(yàn)算（1） 柱大頭 小頭 （2）斜梁大頭 小頭 五、剛架斜梁驗(yàn)算 1.抗剪驗(yàn)算大頭梁截面大頭剪力設(shè)計(jì)值為 大頭梁腹板平均切應(yīng)力為 腹板可不設(shè)中間橫向加勁肋，此時(shí)，則：所以由于,故抗剪強(qiáng)度滿足要求。小頭梁截面

15、小頭剪力設(shè)計(jì)值為 小頭梁腹板平均切應(yīng)力為 腹板可不設(shè)中間橫向加勁肋，此時(shí)，則：所以由于,故抗剪強(qiáng)度滿足要求。 2.有效寬度計(jì)算及在M、N、V共同作用下的驗(yàn)算大頭內(nèi)力設(shè)計(jì)值為,因?yàn)椋拾从?jì)算。 即：小頭內(nèi)力設(shè)計(jì)值為,因?yàn)椋拾从?jì)算。 即： 3.斜梁的整體穩(wěn)定驗(yàn)算當(dāng)斜梁坡度不超過(guò)1:5時(shí)，因軸力很小可按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度和剛架平面外的穩(wěn)定，不計(jì)算平面內(nèi)的穩(wěn)定。實(shí)腹式剛架斜梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，取側(cè)向支撐點(diǎn)的間距。當(dāng)斜梁兩翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離不相等時(shí)，應(yīng)取最大受壓翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離。斜梁不需計(jì)算整體穩(wěn)定性的側(cè)向支撐點(diǎn)間最大長(zhǎng)度，可取受壓翼緣寬度的倍。側(cè)向支撐點(diǎn)由檁條配合支撐體系來(lái)提供，其間距不超

16、過(guò)此值。任務(wù)書(shū)中檁條間距1500mm，以梁小頭200x100x6x8為例，因?yàn)?00×16×235/235=1600>=1500，故不需計(jì)算斜梁平面外整體穩(wěn)定性。六、剛架柱的驗(yàn)算 1.抗剪驗(yàn)算大頭柱截面大頭剪力設(shè)計(jì)值為 大頭柱腹板平均切應(yīng)力為 腹板可不設(shè)中間橫向加勁肋，此時(shí)，則：所以由于,故抗剪強(qiáng)度滿足要求。小頭梁截面小頭剪力設(shè)計(jì)值為 小頭梁腹板平均切應(yīng)力為 腹板可不設(shè)中間橫向加勁肋，此時(shí)，則：所以由于,故抗剪強(qiáng)度滿足要求。 2.有效寬度計(jì)算及在M、N、V共同作用下的驗(yàn)算在M、N、V共同作用下，取控制截面為柱上端截面，即柱大頭。內(nèi)力設(shè)計(jì)值為,因?yàn)椋拾从?jì)算。 即： 3

17、.柱整體穩(wěn)定性驗(yàn)算平面內(nèi)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)二階分析法計(jì)算柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)平面外整體穩(wěn)定性驗(yàn)算假定分段出內(nèi)力大小為大頭和小頭截面的平均值，即M=16.87KN.m，N=28.85KN，V=8.54KN。且其截面尺寸取平均值為350x150x6x8,可以算出分段處截面的幾何特性:, ,計(jì)算上段的平面外穩(wěn)定性，此段的小頭在分段處 查規(guī)范得，對(duì)于分段處，經(jīng)計(jì)算全截面有效，故受壓區(qū)高度為柱的楔率梁整體穩(wěn)定系數(shù)等效彎矩系數(shù)因上柱段兩端彎曲應(yīng)力相差不多，取七.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.構(gòu)造要求螺栓排列應(yīng)符合構(gòu)造要求，采用端板豎放。（1）此節(jié)點(diǎn)取。（2）螺栓排列間距不應(yīng)小于2倍螺栓孔徑，選取螺栓為8.8級(jí)M22型號(hào)，則d0=21.5mm，端距大于43mm,因此寬度方向端距取47mm,因此寬度方向端距取47mm，長(zhǎng)度方向端距取50mm。（3）兩排螺栓之間最小距離為3倍螺栓直徑，最大距離不應(yīng)超過(guò)500mm，因此確定端板長(zhǎng)L=500+40x2+2x50=680mm，寬b=8+75x2+2x47=252mm。2.節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算a、 節(jié)點(diǎn)螺栓驗(yàn)算柱節(jié)點(diǎn)處內(nèi)力值：M=33.73KN.m，N=24.05KN，V=8.59KN梁節(jié)點(diǎn)處內(nèi)力值：M=33.73KN.