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房屋钢结构设计计算书
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房屋钢结构设计计算书
专业: 土木工程
学号: 11541131
姓名: 于长江
目录
(1) 设计资料
(2) 结构平面、 立面布置图
(3) 门式钢架计算简图及几何长度
(4) 荷载计算
(5) 构件截面尺寸初算
(6) 钢架内力及支座反力系数在各个工况的计算
(7) 内力组合
(8) 节点计算
一、 设计资料及参考文献
1、 结构形式
某厂房跨度为24m, 采用单跨双坡门式刚架结构。屋盖结构体系和墙面体系均为有檩体系, 采用压型钢板夹心泡沫保温层作屋面板和墙面板。要求梁柱均变截面, 基础混凝土强度等级为C30; 钢材采用Q345B, E43型焊条。设计使用年限50年, 结构安全等级、 抗震设防类别等根据规范确定。屋架及檩条、 拉条等自重: 按经验公式计算kN/m2, 屋面活荷载标准值: 0.5kN/m2。 跨度24米, 坡度1/10, 柱高6米, 长度60米,柱距7.5米。
2、 主要参考文献
1) 陈绍蕃. 钢结构( 上、 下册) ．北京: 中国建筑工业出版社,
2) 王国周等. 钢结构原理与设计.北京: 清华大学出版社,
3) 钢结构设计规范( GB50017— ) . 北京: 中国计划出版社,
4) 房屋建筑制图统一标准( GB/T 50001— ) .北京: 中国计划出 ．
5) 建筑结构制图标准( GB/T 50105- ) ．北京: 中国计划出版社, ．
6) 钢结构设计手册( 上册) ( 第三版) ．北京: 中国建筑工业出版社,
二、 结构平面、 立面布置图、 附属体系简图
1)结构平面图
2)立面布置图
正立面图
侧立面图
三、 门式钢架计算简图及几何长度
I----------------------7.5m----------------------I--------------------7.5m-------------------------I
四、 荷载计算
结构类型: 门式刚架轻型房屋钢结构
设计规范: 按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》计算
结构重要性系数: 1.00
节点总数: 10
柱数: 5
梁数: 4
支座约束数: 5
标准截面总数: 3
活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置
风荷载计算信息: 计算风荷载
钢材: Q235
梁柱自重计算信息: 柱梁自重都计算
恒载作用下柱的轴向变形: 考虑
梁柱自重计算增大系数: 1.20
基础计算信息: 不计算基础
梁刚度增大系数: 1.00
钢结构净截面面积与毛截面面积比: 0.85
门式刚架梁平面内的整体稳定性: 不验算
钢结构受拉柱容许长细比: 400
钢结构受压柱容许长细比: 180
钢梁(恒+活)容许挠跨比: l / 180
柱顶容许水平位移/柱高: l / 60
地震作用计算: 计算水平地震作用
计算震型数: 3
地震烈度: 7.00
场地土类别: Ⅱ类
附加重量节点数: 0
设计地震分组: 第一组
周期折减系数:0.80
地震力计算方法: 振型分解法
结构阻尼比: 0.035
按GB50011- 地震效应增大系数 1.000
恒荷载计算...
节 点 荷 载: 节点号 弯矩 垂直力 水平力
0
柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2
0
梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2
1 1 1 1.12 0.00
1 1 1 1.12 0.00
1 1 1 1.12 0.00
1 1 1 1.12 0.00
---- 恒荷载标准值作用计算结果 ----
--- 柱内力 ---
柱号 M N V M N V
1 0.00 27.06 -3.50 -21.03 -13.38 3.50
2 0.00 3.04 0.00 0.00 0.00 0.00
3 0.00 45.10 0.00 0.00 -28.68 0.00
4 0.00 3.04 0.00 0.00 0.00 0.00
5 0.00 27.06 3.50 21.03 -13.38 -3.50
--- 梁内力 ---
梁号 M N V M N V
1 21.03 4.82 12.97 15.57 -3.44 0.83
2 -15.57 3.44 -0.83 -30.99 -2.06 14.62
3 -15.57 3.44 0.83 -21.03 -4.82 12.97
4 30.99 2.06 14.62 15.57 -3.44 -0.83
--- 恒荷载作用下的节点位移(mm) ---
节点号. X向位移 Y向位移
1 0.0 0.0
2 0.0 0.0
3 0.1 1.2
4 -0.1 1.2
5 0.0 0.1
11 0.0 0.0
12 0.0 0.0
活荷载计算...
节 点 荷 载: 节点号 弯矩 垂直力 水平力
0
柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2
0
梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2
1 1 1 1.12 0.00
1 1 1 1.12 0.00
1 1 1 1.12 0.00
1 1 1 1.12 0.00
--- 活荷载标准值作用下的节点位移(mm) ---
节点号. X向位移 Y向位移
1 0.0 0.0
2 0.0 0.0
3 0.1 0.7
4 -0.1 0.7
5 0.0 0.0
11 0.0 0.0
12 0.0 0.0
风荷载计算...
---- 左风荷载标准值作用 ----
节 点 荷 载: 节点号 水平力 垂直力
0
柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2
1 1 1.08 0.00
2 1 3.46 0.00
4 1 3.46 0.00
5 1 1.52 0.00
0
梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2
1 1 1 -3.03 0.00
1 1 1 -3.03 0.00
1 1 1 -1.73 0.00
1 1 1 -1.73 0.00
--- 节点侧向( 水平向) 位移(mm) ---
节点号 δx 节点号 δx 节点号 δx 节点号 δx
( 1) 0.9 ( 2) 1.0 ( 3) 0.8 ( 4) 1.0
( 5) 1.0 ( 6) 0.0 ( 7) 0.0 ( 8) 0.0
( 9) 0.0 ( 10) 0.0 ( 11) 0.0 ( 12) 0.0
--- 柱内力 ---
柱号 M N V M N V
1 0.00 -18.91 9.06 34.88 18.91 -2.57
2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
3 12.87 -29.13 1.97 1.29 29.13 -1.97
4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
5 0.00 -9.14 3.00 -9.26 9.14 6.09
--- 梁内力 ---
梁号 M N V M N V
1 -34.88 -4.43 -18.56 -21.89 4.43 0.27
2 21.89 -4.43 -0.27 31.57 4.43 -18.01
3 10.44 -6.97 -1.96 9.26 6.97 -8.49
4 -32.85 -6.97 -12.40 -10.44 6.97 1.96
---- 右风荷载标准值作用 ----
节 点 荷 载: 节点号 水平力 垂直力
0
柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2
1 1 -1.52 0.00
2 1 -3.46 0.00
4 1 -3.46 0.00
5 1 -1.08 0.00
0
梁 荷 载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2
1 1 1 -1.73 0.00
1 1 1 -1.73 0.00
1 1 1 -3.03 0.00
1 1 1 -3.03 0.00
--- 节点侧向( 水平向) 位移(mm) ---
节点号 δx 节点号 δx 节点号 δx 节点号 δx
( 1) -1.0 ( 2) -0.9 ( 3) -1.0 ( 4) -0.8 ( 5) -1.0 ( 6) 0.0 ( 7) 0.0 ( 8) 0.0 ( 9) 0.0 ( 10) 0.0 ( 11) 0.0 ( 12) 0.0
--- 柱内力 ---
柱号 M N V M N V
1 0.00 -9.14 -3.00 9.26 9.14 -6.09
2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
3 -12.87 -29.13 -1.97 -1.29 29.13 1.97
4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
5 0.00 -18.91 -9.06 -34.88 18.91 2.57
--- 梁内力 ---
梁号 M N V M N V
1 -9.26 -6.97 -8.49 -10.44 6.97 -1.96
2 10.44 -6.97 1.96 32.85 6.97 -12.40
3 21.89 -4.43 0.27 34.88 4.43 -18.56
4 -31.57 -4.43 -18.01 -21.89 4.43 -0.27
五、 构件截面尺寸初算
冷弯薄壁型钢墙梁设计
===== 设计依据 ======
建筑结构荷载规范(GB 50009-- )
冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018- )
门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102: )
===== 设计数据 ======
墙梁跨度 (m): 6.000
墙梁间距 (m): 1.052
设计规范: 门式刚架规程CECS102:
风吸力下翼缘受压稳定验算: 按附录E验算
墙梁形式: 斜卷边Z形冷弯型钢 XZ250X75X20X2.0
墙梁布置方式: 口朝下
钢材钢号: Q235钢
拉条设置: 设置一道拉条
拉条作用: 能约束墙梁外翼缘
净截面系数: 1.000
墙梁支承压型钢板墙,水平挠度限值为 1/100
墙板能阻止墙梁侧向失稳
构造不能保证风吸力作用墙梁内翼缘受压的稳定性
墙梁支撑墙板重量
单侧挂墙板
墙梁上方一侧板重(kN/m) : 0.300
每米宽度墙板的惯性矩(m4): 0. 00E-06
建筑类型: 封闭式建筑
分区: 中间区
基本风压: 0.630
风荷载高度变化系数: 1.000
迎风风荷载体型系数: 1.000
背风风荷载体型系数: -1.100
迎风风荷载标准值 (kN/m2): 0.630
背风风荷载标准值 (kN/m2): -0.693
===== 截面及材料特性 ======
墙梁形式: 斜卷边Z形冷弯型钢XZ250X75X20X2.0
b = 75.000 h = 250.000 c = 20.000 t = 2.000
A = 0.8592E-03 Ix = 0.8567E-05 Iy = 0.4653E-06
Ix1 = 0.7996E-05 Iy1 = 0.1036E-05 θ = 0.1539E+02
Wx1 = 0.7198E-04 Wx2 = 0.6184E-04 Wy1 = 0.1455E-04 Wy2 = 0.1209E-04
Ww1 = 0.4859E-05 Ww2 = 0.1700E-05 k = 0. E+00 Uy = 0.0000E+00
钢材钢号: Q235钢
屈服强度 fy= 235.000
强度设计值 f= 205.000
考虑冷弯效应强度 f'= 211.413
===== 设计内力 ======
-------------------------
| 1.2恒载+1.4风压力组合 |
-------------------------
绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx = 3.587
绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My = -0.676
水平剪力设计值 (kN) : Vx = 2.784
竖向剪力设计值 (kN) : Vy = 0.827
-------------------------
| 1.35恒载 |
-------------------------
绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx1 = -0.592
绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My1 = -0.538
水平剪力设计值 (kN) : Vx1 = 0.000
竖向剪力设计值 (kN) : Vy1 = 0.930
-------------------------
| 1.2恒载+1.4风吸力组合 |
-------------------------
绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx2 = -4.428
绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My2 = -0.067
水平剪力设计值 (kN) : Vx= 3.062
竖向剪力设计值 (kN) : Vy = 0.827
-----------------------------------------------------------------------------
===== 风压力作用验算 ======
抗弯控制组合: 1.2恒载+1.4风压力组合
有效截面特性计算结果:
全截面有效。
截面强度(N/mm2) : σmax = 96.255 <= 211.413
抗剪控制组合: 1.2恒载+1.4风压力组合
截面最大剪应力(N/mm2): τ = 8.487 <= 120.000
===== 风吸力作用验算 ======
组合: 1.2恒载+1.4风吸力
有效截面特性计算结果:
Ae = 0.8450E-03 θe = 0.1545E+02 Iex = 0.8333E-05 Iey = 0.4650E-06
Wex1 = 0.7099E-04 Wex2 = 0.6066E-04 Wex3 = 0.6849E-04 Wex4 = 0.5883E-04
Wey1 = 0.1400E-04 Wey2 = 0.1190E-04 Wey3 = 0.1394E-04 Wey4 = 0.1194E-04
截面强度(N/mm2) : σmax= 98.749 <= 205.000
内翼缘受压稳定性验算:
按门式刚架规程CECS102: 附录E 计算:
内翼缘压弯屈曲承载力降低系数: 0.695
内翼缘的稳定性(N/mm2) : 117.758 <= 205.000
截面最大剪应力(N/mm2): τw = 9.335 <= 120.000
===== 荷载标准值作用下, 挠度验算 ======
竖向挠度(mm) : fy = 0.727
水平挠度(mm) : fx = 6.790 <= 60.000
===== 计算满足 ======
抗风柱设计
钢材等级: Q345
柱距(m): 6.000
柱高(m): 7.200
柱截面: 焊接组合H形截面:
H*B1*B2*Tw*T1*T2=400*240*240*8*12*12
铰接信息: 两端铰接
柱平面内计算长度系数: 1.000
柱平面外计算长度: 7.200
强度计算净截面系数: 1.000
设计规范:《钢结构设计规范》
容许挠度限值[υ]: l/400 = 18.000 (mm)
风载信息:
基本风压W0(kN/m2): 0.300
风压力体形系数μs1: 1.000
风吸力体形系数μs2: -1.000
风压高度变化系数μz: 1.380
柱顶恒载(kN): 0.000
柱顶活载(kN): 0.000
墙板自承重
风载作用起始高度 y0(m): 0.000
----- 设计依据 -----
1、 《建筑结构荷载规范》 (GB 50009- )
2、 《钢结构设计规范》 (GB 50017- )
----- 抗风柱设计 -----
1、 截面特性计算
A =8.7680e-003; Xc =1. e-001; Yc =2.0000e-001;
Ix =2.5229e-004; Iy =2.7664e-005;
ix =1.6963e-001; iy =5.6170e-002;
W1x=1.2615e-003; W2x=1.2615e-003;
W1y=2.3053e-004; W2y=2.3053e-004;
2、 风载计算
抗风柱上风压力作用均布风载标准值(kN/m): 2.484
抗风柱上风吸力作用均布风载标准值(kN/m): -2.484
3、 柱上各断面内力计算结果
△ 组合号 1: 1.35恒+0.7*1.4活
断面号 : 1 2 3 4 5 6 7
弯矩(kN.m): 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
轴力(kN) : 6.648 6.094 5.540 4.986 4.432 3.878 3.324
断面号 : 8 9 10 11 12 13
弯矩(kN.m): 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
轴力(kN) : 2.770 2.216 1.662 1.108 0.554 0.000
△ 组合号 2: 1.2恒+1.4风压+0.7*1.4活
断面号 : 1 2 3 4 5 6 7
弯矩(kN.m): 0.000 -6.886 -12.519 -16.901 -20.031 -21.909 -22.535
轴力(kN) : 5.909 5.417 4.924 4.432 3.939 3.447 2.954
断面号 : 8 9 10 11 12 13
弯矩(kN.m): -21.909 -20.031 -16.901 -12.519 -6.886 0.000
轴力(kN) : 2.462 1.970 1.477 0.985 0.492 0.000
△ 组合号 3: 1.2恒+0.6*1.4风压+1.4活
断面号 : 1 2 3 4 5 6 7
弯矩(kN.m): 0.000 -4.131 -7.512 -10.141 -12.019 -13.145 -13.521
轴力(kN) : 5.909 5.417 4.924 4.432 3.939 3.447 2.954
断面号 : 8 9 10 11 12 13
弯矩(kN.m): -13.145 -12.019 -10.141 -7.512 -4.131 0.000
轴力(kN) : 2.
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