钢结构设计.docx

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钢结构设计

建筑钢结构课程设计

------轻型门式钢架

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

某集团轻钢结构设计任务书

一、工程概况

某集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下：

1、长度120m，柱网为6m，跨度为21m，檐口高度为6m，屋面坡度为1/10，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料双层彩板夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。

2、荷载：

静荷载当无吊顶时为；活荷载为（计算刚架时）、（计算檩条时）；基本风压，地面粗糙度为B类；雪荷载为；地震设防烈度为6度。

3、所有建筑应尽量采用铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。

二、设计原始资料

1.气象资料

该地区为三级气候分区，其基本气象资料为：

最冷月平均气温：

3.0℃；最热月平均气温：

28.8℃。

极端最低温度－5℃；极端最高温度41℃。

平均年总降雨量1230.6mm,日最大降雨量317.4mm。

最大积雪深度：

32mm。

最大冻土深度：

10mm。

冬季平均风速2.6m/s，夏季平均风速2.5m/s，30年一遇最大风速21.9m/s。

常年主导风向：

东北

夏季主导风向：

西南风

冬季主导风向：

东北风

2.地质水文资料

建筑物场地地势平坦，地表高程38.56～38.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性。

经地质勘测，地表剖面为：

表层0.8～1.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。

亚粘土可做持力层，地基承载力标准值为120KN/m2,地基土容重为19KN/m3。

3.材料规格

钢材：

门式刚架采用Q345-B钢，屋面檩条、墙架采用Q235-B

螺栓：

采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）；

焊条：

手工焊、自动埋弧焊和CO2气保护焊；

基础混凝土C30,垫层混凝土C10；

钢筋：

直径为Ⅱ级钢筋，直径为Ⅰ级钢筋。

4.地震设防烈度6度；

三、建设规模以及标准

1.建筑规模：

建筑面积约，为单层钢结构建筑。

2.建筑防火等级：

二级

3.建筑防水等级：

二级

4.建筑装修等级：

高级

四、其它设计要求及资料

单跨双坡门架

五、设计依据

建筑结构荷载规范（GB50009—2001）

钢结构设计规范（GB50017—2003）

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:

2002

冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002）

建筑制图标准（GBJ104—87）

六、参考资料

《轻型钢结构设计手册》

《冷弯薄壁型钢结构设计手册》

《建筑结构构造资料集》（上、下册）

《建筑钢结构设计手册》（上、下册）

《钢结构连接节点设计手册》

《钢结构设计与计算》

《房屋建筑学》（中国建筑工业出版社）

《钢结构》（王国周著）

《钢结构》（魏明钟）

《轻型门式刚架》（张其林）

某集团轻钢结构设计计算书

1、设计资料

某集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下：

长度120m，柱网为6m，跨度为21m，檐口高度为8m，屋面坡度为1/11，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料双层彩板夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。

荷载：

静荷载当无吊顶时为；活荷载为（计算刚架时）、（计算檩条时）；基本风压，地面粗糙度为B类；雪荷载为；地震设防烈度为6度。

所有建筑应尽量采用铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。

钢材：

门式刚架采用Q345-B钢，屋面檩条、墙架采用Q235-B

螺栓：

采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）；

焊条：

手工焊、自动埋弧焊和CO2气保护焊；

基础混凝土C30,垫层混凝土C10；

钢筋：

直径为Ⅱ级钢筋，直径为Ⅰ级钢筋。

钢架平面布置图

钢架形式及尺寸

2、荷载计算

1.荷载取值计算

屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）

75mm厚岩棉夹心彩板0.12N/m2

檩条及支撑0.10KN/m2

钢架斜梁自重0.15N/m2

悬挂设备0.20N/m2

合计0.57N/m2

屋面可变荷载标准值

屋面活荷载：

活荷载为（计算刚架时）、（计算檩条时），雪荷载为，取屋面活荷载与雪荷载中的较大值。

轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.50KN/m2

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ω0=1.05×0.35KN/m2=0.3675KN/m2，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=1.0。

风荷载体型系数μs：

迎风面柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为-0.55和－0.65（CECS102：

2002中间区）。

据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18.8.1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

屋面：

恒荷载标准值：

活荷载标准值：

柱荷载：

恒荷载标准值：

活荷载标准值：

风荷载标准值：

迎风面：

柱上

横梁上

背风面：

柱上

横梁上

三、内力分析

考虑本工程刚架跨度较小、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。

利用结构力学求解器确定刚架内力。

1.在恒荷载作用下

刚架在恒荷载作用下M图

刚架在恒荷载作用下V图

刚架在恒荷载作用下N图

2.在活荷载作用下

刚架在活荷载作用下M图

刚架在活荷载作用下V图

刚架在活荷载作用下N图

3.在风荷载作用下

刚架在左风向风荷载作用下M图

刚架在左风向风荷载作用下V图

刚架在左风向风荷载作用下N图

右风向风荷载作用下各图与左风向风荷载对称

四、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：

γ0S≤R。

本工程结构构件安全等级为二级，γ0=1.0。

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：

A．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应B．1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应C．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效+0.6

×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应

D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效+0.7

×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应

E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×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有：

梁端截面：

（1）MMAX及相应的N、V

（2）MMIN及相应的N、V

梁跨中截面：

（1）MMAX及相应的N、V

（2）MMIN及相应的N、V

对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：

（1）MMAX及相应的N、V

（2）MMIN及相应的N、V

（3）NMAX及相应的MMAX、V（4）NMIN及相应的MMAX、V

内力组合表如下

截面

内力组合项目

荷载组合方式

荷载组合项目

M

N

V

刚

架

柱

柱顶

（B点）

MMAX及相应的N、V

A

1.2×恒+1.4×活

-239.18

-66.12

-35.02

MMIN及相应的N、V

B

1.0×恒+1.4×风

17.53

2.44

-1.77

NMAX及相应的MMAX、V

A

1.2×恒+1.4×活

-239.18

-66.12

-35.02

NMIN及相应的MMAX、V

B

1.0×恒+1.4×风

17.53

2.44

-1.77

柱底

（A点）

MMAX及相应的N、V

MMIN及相应的N、V

NMAX及相应的MMAX、V

A

1.2×恒+1.4×活

0

-117.92

-34.32

NMIN及相应的MMAX、V

B

1.0×恒+1.4×风

0

-23.50

5.65

刚

架

梁

梁端

（B点）

MMAX及相应的N、V

A

1.2×恒+1.4×活

-238.18

-43.54

83.68

MMIN及相应的N、V

B

1.0×恒+1.4×风

16.53

-0.64

-1.25

跨中

（C点）

MMAX及相应的N、V

A

1.2×恒+1.4×活

183.85

-34.85

-3.88

MMIN及相应的N、V

B

1.0×恒+1.4×风

12.19

3.94

0、84

5、刚架设计

1.截面设计

参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450×200×8×12，

截面特性：

B=200mm，H=450mm，tw=8.0mm，tf=12.0mm，A=82.1cm2，Ix=28181cm4，Wx=1252cm3，ix=18.53cmIy=1602cm4，Wy=160.2cm3，iy=4.42cm

2.构件验算

A.构件宽厚比验算

翼缘部分：

腹板部分：

B.刚架梁的验算

a.抗剪验算

梁截面的最大剪力为

考虑仅有支座加劲肋

故满足要求。

b.弯剪压共同作用下的验算

取梁端截面进行验算

因取V=0.5Vu=306.72KN

故

c.整体稳定验算

梁平面内的整体稳定性验算

计算长度取横梁长度lx=21100mm，

，

查表得

满足要求。

梁平面外的整体稳定性验算

考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，檩条可作为刚架梁平面外的支撑点，计算时平面外计算长度按常规檩条隅撑间距考虑，取。

查表得

取

故。

梁跨中截面：

故。

C.刚架柱的验算

a.抗剪验算

柱截面的最大剪力为

考虑仅有支座加劲肋

故满足要求。

b.弯剪压共同作用下的验算

取柱顶截面进行验算

因取V=0.5Vu=306.72KN

故

c.整体稳定验算

刚架柱平面内的整体稳定性验算

计算长度柱高长度lx=7000mm，梁长L=21100mm

柱的线刚度

梁的线刚度

刚架柱的计算长度

，

查表得

满足要求。

刚架柱平面外的整体稳定性验算

考虑屋面压型钢板与墙梁紧密连接，起到蒙皮作用，与柱相连的墙梁可作为柱平面外的支撑点，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，取。

查表得

取

校核刚架柱腹板容许高厚比

柱顶截面：

故。

柱底截面：

故。

D.验算刚架在风荷载作用下的侧移

刚架柱顶等效水平力为：

六、节点验算

1.梁柱连接节点

A.螺栓强度验算

梁柱节点采用10.9级M24高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数，每个高强度螺栓的预拉力为225KN，连接处传递内力设计值

每个螺栓的拉力：

螺栓群的抗剪力：

满足要求。

最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：

B.端板厚度验算

端板厚度取t=20mm

满足要求。

C.梁柱节点域的剪应力验算

，满足要求。

D.螺栓处腹板强度验算

满足