钢结构课程设计 门式钢架

钢结构课程设计

1. 设计资料 某车间跨度9m，长度90m, 柱高4.5m，柱距6m，采用单跨双破门式钢架，檩条间距1.5m，屋面坡度

i?1/10，当地雪荷载0.25kN/㎡，基本风压0.4 KN/㎡，地面粗糙度：B类，风载体型系数如下图

钢材采用Q235钢，焊条E43型。 屋面材料： 夹芯板 墙面材料： 夹芯板

檩条墙梁： 薄壁卷边C型钢 本课程设计不考虑地震作用

2．屋面构件

1.夹芯板

夹芯板型号采用JXB42-333-1000，芯板面板厚为0.50㎜，板厚为80㎜。 2.檩条

檩条采用冷弯薄壁卷边槽钢18037032033.0，跨中设拉条一道。

3．荷载和内力计算

3．1 荷载 1. 永久荷载标准值

屋面夹芯板 0.25 kN/㎡ 檩条 0.05 kN/㎡ 悬挂构件 0.15 kN/㎡

0.50 kN/㎡

2.可变荷载标准值

由于钢架的受荷水平投影面积为936=54㎡＜60㎡，故取屋面活荷载标准值为0.5kN/㎡，雪荷载为0.25kN/㎡，取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.5kN/㎡.

3.风荷载标准值

基本风压0.4 kN/㎡，地面粗糙度为B类，μz=1.0,风荷载形体系数μs迎风面柱及屋面分别为+0.25和-1.0；背风面柱及屋面μ分别为-0.55和-0.65。

3.2 荷载计算值

1.屋面风荷载

迎风面：ω2=1.43﹙-0.1﹚31.030.436=-3.36kN/㎡ 背风面：ω3=1.43﹙-0.65﹚31.030.436=-2.18kN/㎡ 2.墙面风荷载

背风面：ω1=1.430.2531.030.436=0.84kN/㎡ 背风面：ω4=1.43﹙-0.55﹚31.030.436=-1.85kN/㎡

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3.屋面恒荷载 g1=1.230.453

1cos?34.5=2.45 kN/㎡

4.柱身恒荷载 g2=1.230.4536=3.24 kN/㎡ 5.屋面活荷载 q=1.430.534.5=3.15 kN/㎡

4. 屋面支撑

1.屋面支撑布置

檩条间距1.5m，水平支撑截距3m。 2.屋面荷载及内力

屋面支撑斜杆采用张紧的圆钢。

节点荷载标准值 Fwk =0.431.031.033.03﹙4.5＋0.3＋0.45﹚／2＝3.15kN 节点荷载设计值 Fw =3.1531.4=4.41kN 斜杆拉力设计值 N=4.41／cos26.6°=4.93kN 3.斜杆

斜杆选用φ12的圆钢，截面面积A=113.0㎜2 强度校核：

NA?4932113?43.6N/㎜2＜f

5. 柱间支撑

柱间支撑直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力余量，可不再验算。 1．柱间支撑布置

2.柱间支撑荷载及内力

作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取5.25m） 取μs=0.8+0.5=1.3

ω1=1.3×1.0×0.4×9×

5.252=16.38kN

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按一半山墙面作用风荷载的1/3考虑节点荷载标准值为： Fwk =?3112?16.38?2.73kN

节点荷载设计值 Fw =2.7331.4=3.82kN 斜杆反力设计值 N=3.82/cos37°=4.78kN 3.斜杆校核

斜杆选用φ12的圆钢，截面面积A=113.0㎜2 强度校核：

NA?4780113?43.3N/㎜2＜f

6. 杆件内力

计算各种荷载作用下的门式钢架内力，并经最不利组合得出内力图。计算结果显示钢架内力一般由恒荷载加活荷载组合控制。

1.截面内力 恒载

(单位：kN·m)

(单位：kN)

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(单位：kN)

活荷载

(单位：kN·m)

(单位:kN)

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(单位:kN)

风荷载

(单位：kN·m)

(单位:kN)

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得?=1，即柱腹板全部有效，故同样可得：

Me?Wxf= 398.431033215=85.66kN2m

c． 弯压剪共同作用下的验算

由于V=10.14kN < 0.5Vd= 79.9kN，即：

NeM=Me?N?WeAe= 85.66?10－

627.72?10?398.4?10367833= 82.66kN2m>M= 29.0 kN2m

2整体稳定性验算 ○

构件的最大内力N= -27.72kN，M=29.0kN2m。 a． 刚架柱平面内的整体稳定性验算

刚架柱高H= 4500 mm，梁长L= 9060mm。课计算得梁柱线刚度比：

k2k1I1HILHL ??=0.497

由于柱为等截面，根据柱的计算长度系数为?= 2.65

lyixl0ix11925127.5刚架柱的计算长度l0=?H= 2.6534500 = 11925，则?x?b类截面，查附表4.2得?x=0.598 N'Ex0??EAe01.?1x22?= =93.53

=

3.14?206?10?36781.1?93.53223=776kN

另外，对有侧翼刚架取?mx=1.0，有： N?YAe0?(1??mxM1NN'Ex0=

?x?)We1+ = 86.98N/mm

27.720.598?36783（1-?0.598）?398.4?1077627.72?1031?29?1062足要求

b． 刚架柱平面外的整体稳定性验算

考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁课作为柱平面外的支承点，但为了安全起见，计算长度按两个墙梁或隅撑间距考虑，即ly=3000mm。

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对于等截面构件?=0：

??y???z=1.0 ?y=3000／35 = 85.7

b类截面，查附表4.2得?y= 0.650。 计算：

4320A0h0Wx00.282?by??2y0????y?????z?235????y0t0????? =1.76 > 0.6 ???????4.4h0???fy?42?'b?= 1.07－

?br =0.91

2?t?1.0?NNN'Ex0?N??0.75??=1.0－27.72／776＋0.753﹙27.72／776﹚2=0.96

?N'Ex0??YAe0??tM?b?We1?27.72?1030.65?3678＋

0.96?29?10630.91?398.4?10= 88.39N/mm2

5.刚架柱顶位移计算

由于刚架梁坡度不大于1:5，故刚架侧移可估算，且其数值不应超过规定的h/60。

IcLIbhLh?t??= 9060／4500 = 2.01

0.84?1.851.434H=0.67Wk?0.67(?1k??4k)h= 0.673(??Hh3)34.5 = 5.76 kN

h6012EIc?2??t?=

5.76?10?45005312?2.06?10?5976.11?103(2+2.01) = 14.24 mm<= 83.3 mm，

满足要求。

8.节点验算

1.梁柱连接节点螺栓强度验算

梁柱节点采用10.9级M16高强度螺栓摩擦连接，构件接触面采用喷砂处理，摩擦面抗滑移系数μ=0.45，每个高强度螺栓的预压应力按表3.8为100kN，见图，连接处传递内力设计值N=-3.58kN，V=40kN，M=29kN2m。

每个螺栓的拉力：

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N1?My1??yi2?NnNn??224?（0.19?0.105）29?0.1054?（0.19229?0.193.5883.588?28.78kN

N2?My2yi2???2?0.105）?15.7kN

螺栓群得抗拉力：

Nv?0.9?f?P?0.9×1×0.45×100×8=324kN＜V=40.0kN

b最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力，应用式： NvNvb?NtNtb?40/8324/8?28.7880?0.48?1

从安全和构造上考虑最好采用大于M20的螺栓。 （2）端部厚度验算

端板厚度取为t=22mm，宽度b=150mm。 按式伸臂类端板计算：

ef?85-82?38.5mm

t?6efNtbf?6?38.5?28780150?205?14.7mm

若计算不能满足，可在两块端板外侧分别加设加劲肋后按相邻边支撑的端板计算，能满足要求。 （3）梁柱点域的剪应力验算 根据式：

??Mdbdctc?29.0?106284?284?4.5?79.9＜125N/㎜2

4.螺栓处腹板强度验算 当Nt2=29.8kN≤0.4P时

0.4Pewtw?0.4?100?100037?4.5?240.2N/㎜2＞f=215N/㎜2

经计算不能满足要求，此时设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。本题采用局部加厚腹板的方法来解决。取距端板3000㎜范围腹板厚为6㎜。

0.4Pewtw?0.4?100?100037?6?180.2 N/㎜2＜f=215N/㎜2

5.梁跨中拼接节点及钢架柱脚

横梁中拼接节点如图所示，计算从略。

柱脚节点见图，柱底板、地脚锚栓采用Q235B钢制作，地脚锚栓选用M20，基础材料采用C20混凝土，fc=9.6N/mm2 ，柱底轴力N= -27.72 KN。

柱脚底板面积 柱脚底板应力验算：

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??NA?A0?27.72?10100800-2?3240??4?0.28N/㎜2＜fe?9.6N/㎜2

按一边支承（悬臂板）计算弯矩 M1?12ql24.5????0.28??120-??1941N2㎜

22??12柱脚底板厚度： ??6Mfmax?6?1941215=7.36㎜

宜按构造取底板厚度δ=20㎜ 9.位移及用钢量

根据计算结果，钢架最大相对竖向位移为 15.6㎜＜刚架用钢量为：635.9kg

10.门式钢架施工图见图示

门式钢架轻型房屋钢结构的柱脚，宜采用平板式铰接柱脚，当有必要时，也可采用刚接柱脚。变截面柱下端的宽度应根据具体情况确定，但不宜小于200mm。

6 主要参考资料

1、戴国欣主编．钢结构（第三版）．武汉：武汉理工大学出版社，2007 2、建筑结构荷载规范（GB50009—2001 ） 3、钢结构设计规范（GB50017—2003） 4、建筑结构制图标准（GB/T50105—2001）

l（满足规范要求）。 180 14

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7ocx.html