鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 工民建12-4班 趙梓達(dá) 3120512237目錄一、設(shè)計(jì)資料2二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置2三、屋面構(gòu)件31.夾芯板32.檁條33.屋面支撐3四、柱間支撐4五、荷載的計(jì)算41.計(jì)算模型的選取42.荷載取值計(jì)算5六、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)61.截面形式及尺寸初選62.截面內(nèi)力73.鋼架梁的驗(yàn)算94.鋼架柱的驗(yàn)算115.鋼架柱頂位移計(jì)算13七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算131.梁柱連接節(jié)點(diǎn)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算132.端部厚度驗(yàn)算143.梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪應(yīng)力驗(yàn)算144.螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算145.梁跨中拼接節(jié)點(diǎn)及鋼架柱腳14八、位移驗(yàn)算15九、施工圖16一、設(shè)計(jì)資料某廠房采用單跨雙坡門式剛架結(jié)構(gòu)，長度為90m，柱距

2、分別為6m，根據(jù)學(xué)號(hào)不同，確定跨度為：15m ， 柱高為4.8m屋面坡度： 1:10（=5.71度）屋面材料： 夾芯板墻面材料： 夾芯板檁條墻梁： 薄壁卷邊C型鋼風(fēng)載： 基本風(fēng)壓（0.4KN/m2） ，地面粗糙度：B類，風(fēng)載體型系數(shù)如下圖雪載： 0.25kN/m2材質(zhì)： 鋼材采用Q235鋼，焊條E43型二、結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)及支撐布置該廠房長度90m，跨度15m，柱距6m，共有16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。廠房長度>60m，因此在廠房第一開間和中部設(shè)置屋蓋橫向水平支撐；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

3、；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。結(jié)構(gòu)平面布置如圖所示三、屋面構(gòu)件1.夾芯板 夾芯板可采用JXB42-333-1000，芯板面板厚度為0.5mm，板厚為80mm2.檁條檁條可以采用冷彎薄壁卷邊槽鋼180×70×20×3.0，跨中設(shè)拉條一道。檁托布置詳見圖紙。3.屋面支撐a) 屋面支撐布置檁條間距1.5m，水平支撐節(jié)距3m，見下圖b) 屋面支撐荷載及內(nèi)力屋面支撐斜桿采用張緊的圓鋼。一側(cè)山墻支撐取s=1.0。節(jié)點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 Fwk=0.4×1.0×1.0×3×4.8+0.3+0.62=3.42kN節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)

4、計(jì)值 Fw=3.42×1.4=4.79kN斜桿拉力設(shè)計(jì)值 N=1.5×4.79/cos26.6°=8.03KNc) 斜桿斜桿選用16的圓鋼，截面面積A=201mm2強(qiáng)度校核： NA=8030201=39.9N/mm2<f 滿足要求 四、柱間支撐柱間支撐直桿用檁條兼用，因檁條留有一定的應(yīng)力余量，可不再驗(yàn)算。a) 柱間支撐布置：b) 柱間支撐荷載及內(nèi)力柱間支撐為斜桿，采用張緊的圓鋼。計(jì)算見圖：作用于兩側(cè)山墻頂部節(jié)點(diǎn)的風(fēng)荷載為（山墻高度取4.5m）： 取 s=0.8+0.5=1.3w1=1.3×1.0×0.4×15×4.52

5、=17.55kN按一半山墻作用風(fēng)荷載的1/3考慮節(jié)點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： FWK=13×12×17.55=2.93kN 柱間支撐計(jì)算簡圖節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值 Fw=2.93×1.4=4.1kN斜桿反力設(shè)計(jì)值 N=4.1/cos37°=5.13kNc) 斜桿校核斜桿選用16的圓鋼，截面面積A=201mm2強(qiáng)度校核： NA=5130201=25.5N/mm2<f，滿足要求。 五、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，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計(jì)。廠房柱高4.8m，屋面坡度為1：10。因此得到剛架計(jì)算模型： 鋼架計(jì)算模型2.荷載取值計(jì)算a) 永久

6、荷載標(biāo)準(zhǔn)值（對(duì)水平投影面） 屋面夾心板 0.25 kN/m2 檁條 0.05 kN/m2 懸掛設(shè)備 0.15 kN/m2合計(jì) 0.45 kN/m2gk=0.45*(1/cos)*6= 2.72 kN/mb) 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不上人） 0.3 kN/m2 雪荷載 0.25 kN/m2 不同時(shí)考慮，取較大值 0.3 kN/m2 qk=0.3*6 = 1.8 kN/mc) 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本風(fēng)壓值0.4 kN/m2，地面粗糙度：B類,z=1.0 ,s按設(shè)計(jì)資料取值,風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)取1.05 迎風(fēng)面： 墻面w1k=1.05*1.0*0.25*0.4*6=0.63kN/m 屋面w2k=1.05

7、*1.0*-1.0*0.4*6=-2.52kN/m 背風(fēng)面： 墻面w4k=1.05*1.0*-0.55*0.4*6=-1.39kN/m 屋面w3k=1.05*1.0*-0.65*0.4*6=-1.64kN/m風(fēng)荷載如下圖：六、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)1.截面形式及尺寸初選梁柱都采用焊接的H型鋼梁的截面高度h一般?。?/301/45）L，故取梁截面高度為500mm；暫取H500×250×8×10，截面尺寸見下圖所示，柱的截面采用與梁相同截面特性： A=8.84×10-3 m2 Ix=3.7389×10-4m4 Iy=2.6062×10-5m4 ix

8、=2.0566×10-1 m iy=5.4297×10-2m Wx=1.4956×10-3 m3 Wy=2.085×10-4m3梁柱寬厚比驗(yàn)算：翼緣部分 b1t=250-82×110=12.1<15235fy =15 （滿足要求）腹板部分 hwtw=500-2×108=60<250235fy =250 （滿足要求）2.截面內(nèi)力利用PKPM輸入以上荷載，考慮活荷載的最不利布置及各種組合，得到內(nèi)力圖如下：由pkpm經(jīng)過荷載組合得到以上內(nèi)力包絡(luò)圖3.鋼架梁的驗(yàn)算a) 強(qiáng)度鋼架梁端部為最不利截面，N=29kN，V=47.4kN，M

9、=118.7kN·m1) 梁抗剪承載力設(shè)計(jì)值Vd梁截面的最大剪力為 Vmax=47.4kN考慮僅有支座加勁肋，k=5.34w=hw/tw37k235fy=60375.34×1=0.70<0.8所以 fv'=fv=125N/mm2 Vd=hwtwfv'=500-2×10×8×125=480kN>Vmax=47.4kN 滿足要求。2) 梁抗彎承載力設(shè)計(jì)值Me先計(jì)算梁的有效截面：腹板最大應(yīng)力max和最小應(yīng)力min:maxmin=NA±MWx=29×1038840±118.7×1061

10、.4956×106=3.3±79.4=82.7 N/mm2(受壓）-76.1 N/mm2（受拉）腹板受壓區(qū)高度：hc=82.7×48082.7+76.1=249.9mm=minmax=-76.182.7=-0.920得： k=16(1+)2+0.112×(1-)2+(1+) = 16(1-0.920)2+0.112×(1+0.920)2+(1-0.920) =21.92由于 max=82.7N/mm2< f=215 N/mm2，故取 Rmax=1.1×82.7=90.97 N/mm2代替fy計(jì)算p，即p=hw/tw28.1kfy

11、235=6028.1×21.6190.97235=0.285<0.8因此，=1，全截面有效Me=Wef=Wxf=1.4956×106×215=321.55kN·m3) 彎剪壓共同作用下的驗(yàn)算由于 V=47.4kN<0.5Vd=0.5×480=240kN 因此MeN=Me-NWeAe=321.55×106-29×103×1.4956×1068840=295.90kN·m>M=103.7kN·mb) 整體穩(wěn)定驗(yàn)算1) 橫梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算當(dāng)斜梁坡度不超過1:5時(shí)，因

12、軸力很小可按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度和鋼架平面外的穩(wěn)定，不計(jì)算平面內(nèi)的穩(wěn)定。2) 橫梁平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮屋面壓型鋼板與檁條緊密連接，有蒙皮作用，檁條可作為橫梁平面外支撐點(diǎn)，但為了安全起見計(jì)算長度按兩個(gè)檁條或隅撐間距考慮，即取 ly=3m y=lyiy=300054.297=55.25輕型H型鋼可按b類截面，查附表4.2得 y=0.832 b=4320y2A0h0Wx0yz4+yt04.4h02(235fy) =432055.252×8840×4801.4956×106×1+55.25×104.4×4802(235235) = 4.1

13、5>0.6 b'=1.07-0.282b=1.07-0.2824.15=1.0NyAe0+tMb'We1=29×1030.832×8840+1.0×118.7×1061.0×1.4956×106 =3.95+79.3=83.7N/mm2< f 滿足要求4.鋼架柱的驗(yàn)算a) 強(qiáng)度鋼架柱的強(qiáng)度也需要按彎、剪、壓共同作用下的壓彎構(gòu)件計(jì)算，并取最不利的柱頂截面，N=55kN ， V=24.7kN ， M=118.7kN·m。 1) 柱抗剪承載力設(shè)計(jì)值Vd3w=hw/tw37k235fy=60375.34&

14、#215;1=0.70<0.8所以 fv'=fv=125N/mm2 Vd=hwtwfv'=500-2×10×8×125=480kN>Vmax=24.7N 滿足要求。2) 柱抗彎承載力設(shè)計(jì)值Me先計(jì)算梁的有效截面：腹板最大應(yīng)力max和最小應(yīng)力min:maxmin=NA±MWx=55×1038840±118.7×1061.4956×106=6.3±79.3=85.6 N/mm2(受壓）-73 N/mm2（受拉）腹板受壓區(qū)高度：hc=85.6×48085.6+73=260m

15、m=minmax=-7385.6=-0.852得： k=16(1+)2+0.112×(1-)2+(1+) = 16(1-0.852)2+0.112×(1+0.852)2+(1-0.852) =20.38由于 max=85.6N/mm2< f=215 N/mm2，故取 Rmax=1.1×85.6=94.16 N/mm2代替fy計(jì)算p，即p=hw/tw28.1kfy235=6028.1×20.2494.16235=0.300<0.8因此，=1，全截面有效，故同樣可得Me=Wef=Wxf=1.4956×106×215=321.5

16、5kN·m3) 彎剪壓共同作用下的驗(yàn)算由于 V=24.7kN<0.5Vd=0.5×480=240kN 因此MeN=Me-NWeAe=321.55×106-55×103×1.4956×1068840=312.24kN·m>M=103.7kN·mb) 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算構(gòu)件的最大內(nèi)力N=60kN ， M=118.7kN·m。1) 鋼架柱平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算鋼架柱高H=3.9m，梁長L=15.07m，由于梁柱采用等截面設(shè)計(jì)，故梁柱線剛度比 K=HL=0.26查表得柱的計(jì)算長度系數(shù) =3.17鋼架柱的計(jì)

17、算長度 l0=H=3.17×3.9=12.363m x=l0ix=12.3632.0566×10-1=60.1 b類截面，查附表4.2得 x=0.807 NEx0'=2EAe01.1x2=2×206×103×88401.1×60.12=4523.5kN有側(cè)移鋼架取mx=1.0，有N0xAe0+mxM1(1-NNEx0'x)We1=60×1030.807×8840+1×118.7×106(1-604523.5×0.807)×1.4956×106=8.4

18、+80.1=88.5 N/mm2< f，滿足要求2) 鋼架柱平面外的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮壓型鋼板與墻梁緊密連接，有應(yīng)力蒙皮作用，與柱連接的墻梁可作為柱平面外的支撐點(diǎn)，但為了安全起見，計(jì)算長度按兩個(gè)墻梁或隅撐間距考慮，即取 ly=3m y=lyiy=300054.297=55.25輕型H型鋼可按b類截面，查附表4.2得 y=0.832 b=4320y2A0h0Wx0yz4+yt04.4h02(235fy) =432055.252×8840×4801.4956×106×1+55.25×104.4×4802(235235) = 4.15

19、>0.6 b'=1.07-0.282b=1.07-0.2824.15=1.0NyAe0+tMb'We1=60×1030.832×8840+1.0×118.7×1061.0×1.4956×106 =8.2+79.3=87.5 N/mm2< f 滿足要求5.鋼架柱頂位移計(jì)算由于鋼架梁坡度不大于1:5，故有 t=IcLIbh=Lh=15.073.9=3.86 H=0.67Wk=0.671k+4kh=0.67×0.63+1.39×3.9=5.3kN u=Hh312EIc2+t=5.3×

20、103×3900312×2.06×105×3.7389×108×2+3.86 =2mm<h60=65mm,滿足要求。七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算1.梁柱連接節(jié)點(diǎn)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算梁柱節(jié)點(diǎn)（詳見節(jié)點(diǎn)詳圖）采用10.9級(jí)M20高強(qiáng)度螺栓摩擦連接，構(gòu)件接觸面采用噴砂處理，摩擦面抗滑系數(shù)=0.45，每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力為155kN，連接處傳遞內(nèi)力設(shè)計(jì)值N=29kN，V=47.4kN，M=118.7 kN·m。每個(gè)螺栓的拉力：N1=My1yi2-Nn=118.7×0.2964×0.2962+0.1962-298=69.7-

21、3.6=66.1kNN2=My2yi2-Nn=118.7×0.1964×0.2962+0.1962-298=46.1-3.6=42.5kN螺栓群的抗剪力：Nvb=0.9fP=0.9×1×0.45×155×8=502.2kN>V=47.4kN 滿足要求最外排一個(gè)螺栓的抗剪、抗拉：NvNvb+NtNtb=47.48502.28+570.8×155=0.55<1, 滿足要求。2.端部厚度驗(yàn)算端板厚度取為t=20mm，寬度b=250mm，按伸臂類端板計(jì)算：ef=45mmt6efNtbf=6×45×57000250×205=17.3mm 滿