建筑钢结构课程设计单层单跨门式钢架厂房设计及计算书.doc

目 录 一、设计资料.4 二、结构布置.4 三、内力计算.5 3.柱截面设计.33 4.柱截面验算.34 六、节点设计37 1.梁柱连接37 2.斜梁连接39 1.计算模型.5 2.内力计算.6 3.各荷载工况内力图.23 四、内力组合.27 五、构件截面设计.29 1.梁截面设计.29 2.梁截面验算.30 3.柱脚计算.41 七、参考文件.44 一、 设计资料 1.1 设计参数 车间柱网布置为长度90m、柱距分别为6m、跨度18m、柱高6m；屋面坡度1:10；屋面材料为压型钢板；墙面材料为彩钢板；天沟使用彩板天沟或钢板天沟。 基础混凝土为C25， fc =12.5N/mm 2。钢材采取Q235B 钢， f=215N/mm 2，fv =125N /mm 2 。 1.2 设计荷载 18000 恒载：有吊顶 0.4kN /m 2 活载：不上人 0.3kN /m 2 风载：基本风压0.55kN/m 2，地面粗糙度为B 类，风载体型系数以下列图1-1所表示。 图1-1 计算模型及风载体形系数 二、 结构布置 厂房跨度为90m，可不设置温度缝。屋面支撑、柱间支撑、拉条和墙梁布置如图2-1、2-2、2-3、2-4所表示。 图2-1 屋面水平支撑布置图 图2-2 柱间支撑布置图 图2-3 拉条布置图图2-4 墙梁布置图 一、内力计算 3.1 计算模型 内力计算模型如图3-1所表示。 图3-1 节点及单元编号图 3.2 内力计算 3.2.1恒载作用 恒载作用下计算简图如图3-2所表示： 图3-2 恒载计算简图 0.46 g=2.4kN /m cosq 采取查表法计算 f 0.9 y= = =0.15 h6 l 18 l= = =3.00 h 6 s= 92 +12 =9.05 h I6 设I1=I2 k=sI1 =9.051=0.663 2m=3+k+y(3+y)=3+0.663+0.15(3+0.15)=4.136 F=8+50.15=0.529 44.13611M =M =- ql2F=- 2.40182 0.529=-51.419kNm 1288 11M = ql21-(1+y)F= 2.40182 1-(1+0.15)0.529=38.08kNm 5 88 M +M1 lM = 12 + q( )2 =8.76kN m 中28 2 ql 2.418 V =V = =21.600KNAB 22 11H =H = qllF= 2.41830.529=8.57KNAB 88 恒载作用下弯矩图如图3-3所表示： 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-51.41-51.4138.0838.08-51.41)(mkNM -51.41 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-8.5720.64-0.850.85-20.64)(kNV 8.57 1234( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-21.60-8.53-8.53-21.60)(kNN -10.68-10.685 图3-3 恒载作用下内力图 3.2.2活载作用 1.8 活载作用下计算简图如图3-4所表示： 图3-4 活载计算简图 0.306q=1.80kNm cosq 采取查表法计算 由屋面恒荷载计算已得出y=0.15，=0.529，=3.00 ql 1.818V =V = =16.20kNB 22ql1.818H =H = =3.000.529=6.43kNAB 88 M = 2 1-(1+)=1.8182 1-(1+0.15)0.529=28.56kNm ql5 88ql21.8182M =M =- =-0.529=-38.56kNm 1288 活载作用下弯矩图如图3-5所表示： 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-38.56-38.5628.5628.56-38.56)(mkNM -38.56 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-6.4315.48-0.640.64-15.48)(kNV 6.43 23( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-16.20-6.39-6.39-16.20)(kNN 4-8.01-8.0115 图3-5 活载作用下内力图 3.2.3风载作用 3.2.3.1左风作用下（采取查表法计算） w =0.55kN /m 2 0 柱顶：=1.00 z 屋顶：=1.00 z w =w kz z s 0 q =w B =110.250.556=0.825kN /m 1k1 q =w B =1（-1）10.556=-3.3kN /m 2 k2 q =w B =1(-0.65)10.556=-2.145kN /m 3 k3 q =w B =1(-0.55)10.556=-1.815kN/m 4 k4 风载作用下计算简图如图3-6和图3-7所表示。 图3-6 左风 图3-7 右风 (1) 左柱风载q 作用下 1 由屋面恒荷载计算已得出=0.15，=3，=4.13 q =0.825kN/m 111 = 6(2+k)-k=6(2+0.15+0.66)-0.66=0.981 444.13qh20.82562 VA =-VB =-12l =- 218 =-0.825kN qh0.82560. H A =-21 (1+1-2）=- 2 （2- 2 )=-3.74kN qh0.82560.981 H B =-21 (1-1-2）=- 2 （- 2 )=1.214kN qh20.82562 M 1=14 (1+1-）= 4 （2-0.981)=7.566kNm qh20.82562 M 2 =14 (1-1-）= 4（-0.981)=-7.284kNm qh20.82562 M = 1 1-(1+)=（1-(1+0.15)0.981)=-0.952kNm 544M +M 左侧跨中：M 中1= 12 5 =3.307kNm M +M 右侧跨中: M = 25 =4.118kNm 中22 左柱风载q 作用下计算简图和内力图，以下列图3-8，3-9所表示。 1图3-8 q 作用下计算简图 1 234( 1 )( 2 )( 3 )7.578.43-0.95-0.95-7.28()mNMk -7.287.57( 4 ) 15 234( 1 )( 2 )( 3 )3.74-1.21-0.94-0.70()kNV ( 4 )1.2115 123( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )0.83-1.12-1.29-0.83()kNN 45 图3-9 q 作用下内力图 1(2) 右柱风载q 作用下 4 q =+1.815kN /m 411 =6(2+k)-k=6(2+0.15 +0.66)-0.66=0.981 444.13q h21.81562 V B =-V A =- 42l =- 218=-1.815kN q h1.81560.981 H B =-24 (1+1-2）=- 2（2- 2 )=-8.222kN q h1.81560.981 =- 4 (1-1- ）=-（-)=2.672kN A2222q h2-1.81562 M 1= 44 (1+1-）=4（-0.981)=16.025kNm q h2-1.81562 M 2 = 44 (1-1-）=4（2-0.981)=-16.65kNm q h2-1.81562 M 5 = 44 1-(1+)=4（1-(1+0.15)0.981)=2.0934kNm M +M 左侧跨中：M = 15 =9.06kNm 中12M +M右侧跨中: M = 25 =-7.28kNm 中22右柱风载q 作用下计算简图和内力图，以下列图3-12，3-13所表示 4图3-13 q 作用下计算简图 4 234( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )16.012.08-16.662.08()mkNM -16.6616.01-18.5515 234( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )2.67-1.54-2.07-2.67()kNV 15 8.22 23( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )1.822.842.47-1.82()NNk 415 图3-13 q 作用下内力图（M,N,V） 4(3) q 作用下 2分解成水平均布荷载q=3.3kN /m 后计算内力： =0.15,=4.13,=3,f=0.9,h =6 0.15 = (4+3)=（4+30.15）=0.02 884.13qf3.30.9 VA=-VB =-2l(2h+f)=-218(26+0.9)=-1.183kN qf3.30.9 H A =-2 (1+）=- 2 （1+0.02)=-1.5147kN qf3.30.9 H B =-2 (-1+）=- 2 （-1+0.02)=1.4553kN qfh3.30.96 M 1 = 2 (1+）=2（1+0.02)=9.088kNm qfh3.30.96 M 2 =2 (-1+）= 2（-1+0.02)=-8.732kNm qfh a3.360.9 (1-0.5)-(1+0.15)0.02)=-0.463kNmM =- 1- -(1+)=-（0.1552 22 风载q 水平分荷载作用下计算简图和内力图，以下列图3-14、3-15所表示 2图3-14 q 水平分荷载计算简图 2 423( 1 )( 2 )( 3 )-9.09-9.090.460.468.73()mkNM 8.73( 4 ) 15 23( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-1.510.911.200.91-1.46()kNV 415 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-1.061.34-1.611.55()kNN 1.06 图3-15 q 水平分荷载内力图 2分解成竖向均布荷载q=-3.30kN/m 后计算内力： =0.5 11 = (8+5y)=(8+50.15)=0.134 16m 164.13 ql2M = a2 -(1+y)F54 3.30182 =0.52 -(1+0.5)0.134=26.18kN m4 =0.5,l=18m,q=-3.30kNm,=0.134,=0.175,=4.13,=3.5,f=1.05 A ql(2-)=-3.30180.5(2-0.5)=-22.27kN V = 22ql2 -3.30180.52 V B = 2 =2=-7.43kN ql-3.3018H =H = =3.000.134=-5.89kNAB 44ql2-3.30182 M =M =- =-0.134=35.34kNm 1244M =ql2 2 -(1+)=-3.30182 0.52 -(1+0.15)0.134=-26.18kNm544风载q 竖向分荷载作用下计算简图和内力图，以下列图3-16、3-17所表示 2234( 1 )( 2 )( 3 )mkNq3.32= ( 4 )15 图3-16 q 竖向分荷载作用下计算简图 2 423( 1 )( 2 )( 3 )35.3435.34-26.18-35.79-26.1835.34)(mkNM 35.34( 4 )15 23( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )5.89-21.587.976.80-5.89)(kNV 415 12345( 1 )( 2 )( 3 )22.275.128.086.60)(kNN ( 4 )7.43 图3-17 q 竖向分荷载作用下内力图 2(4) q 作用下 3分解成水平均布荷载q=2.145kN/m 后计算内力： 0.15 = (4+3)=（4+30.15）=0.02 884.13qf2.1450.9 -V =V =- (2h+f)=-(26+0.9)=-0.769kN AB2l221 qf2.1450.9 H =- (-1+）=-（-1+0.02)=0.946kN A22qf2.1450.9 H =- (1+）=-（1+0.02)=0.985kN B22qfh2.1450.96 M =(-1+）=（-1+0.02)=-5.976kNm 122qfh2.1450.96 M =(1+）=（1+0.02)=5.907kN m 222qfh a2.14560.9(1-0.5)-(1+0.15)0.02) M =-1-(1+)=-（0.15 52 22 =-3.012kN m 风载q 水平分荷载作用下计算简图和内力图，以下列图3-18、3-19所表示 3图3-18 q 水平分荷载作用下计算简图 312345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )5.695.690.30-5.92-5.92()mNMk 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )0.95-0.60-0.78-0.59()NVk 0.99 423( 1 )( 2 )( 3 )0.691.010.87()NNk -1.05-0.69( 4 )15 图3-19 q 水平分荷载作用下内力图 3 分解成竖向均布荷载q=-3.30kN/m 后计算内力： =0.5 11 = (8+5y)=(8+50.15)=0.134 16m 164.13 ql2M = a2 -(1+y)F54 3.30182 =0.52 -(1+0.5)0.134=26.18kN m4 =0.5,l=18m ,q =-3.30 kN m ,=0.134, =0.175, =4.13, =3.5,f=1.05 VA =ql(2-)=-3.30180.5(2-0.5)=-22.27kN 22ql2 -3.30180.52V =-7.43kN B22 ql-3.3018H =H = =3.000.134=-5.89kNAB 44ql2-3.30182 M =M =- =-0.134=35.34kNm 1244M =ql2 2 -(1+)=-3.30182 0.52 -(1+0.15)0.134=-26.18kNm544风载q 竖向分荷载作用下计算简图和内力图，以下列图3-16、3-17所表示 2234( 1 )( 2 )( 3 )mkNq3.32= ( 4 )15 图3-16 q 竖向分荷载作用下计算简图 2 423( 1 )( 2 )( 3 )35.3435.34-26.18-35.79-26.1835.34)(mkNM 35.34( 4 )15 23( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )5.89-21.587.976.80-5.89)(kNV 415 12345( 1 )( 2 )( 3 )22.275.128.086.60)(kNN ( 4 )7.43 图3-17 q 竖向分荷载作用下内力图 2 3.2.3.2右风作用与左风作用产生内力为对称关系，步骤省略。 3.3 各荷载工况内力 计算项目 计算简图及内力值(M、N、Q) 备注 恒 载 作 用 12345) 1 ( 2 )( 3 )( 4 )-51.41-51.4138.0838.08-51.41-51.41 恒载下弯矩 弯矩图 12345( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )-8.5720.64-0.850.85-20.648.57 恒载下剪力 12345 1 )()( 2 )( 3 ( 4 )-21.60-8.53-10.68-10.68-8.53-21.60 恒载下轴力（忽略柱自重） 剪力图 轴力图 拉正压负 活 荷 载 作 用 12345) 1 ( 2 )( 3 )( 4 )-38.56-38.5628.5628.56-38.56-38.56 活荷载(标准值 )弯矩图 12345( 1 )() 2 3 )( 4 )-6.4315.48-0.640.64-15.486.43 活荷载(标准值)剪力图 弯矩图 剪力图 12345) 1 ( 2 )( 3 )( 4 -16.20-6.39-8.01-8.01-6.39-16.20 活荷载(标准值)轴力图 轴力图 拉正压负 风 荷 载 作 用 12345)( 1 2 )( 3 )( 4 78.5578.55-41.34-41.50-41.3437.24-41.4037.24 风荷载(标准值)弯矩图 弯矩图 12345) 1 ( 2 ()( 3 4 ()15.5710.62-28.181.67-1.0418.41-11.65-0.76. 风荷载(标准值)剪力图 12345( 1 )( 2 ( 3 ) 4 )(29.3813.4913.5519.67风荷载(标准值)轴力图 剪力图 轴力图 拉 正压负 二、内力组合 按承载能力极限状态进行内力分析，门式钢架荷载效应通常有可变荷载控制，则荷载效应组合值从以下组合值中取最不利值确定： A1.2恒荷载标准值计算荷载效应+1.4活荷载标准值计算荷载效应 B1.2恒荷载标准值计算荷载效应+1.4左风荷载标准值计算荷载效应 C1.2恒荷载标准值计算荷载效应+1.4右风荷载标准值计算荷载效应 本工程不进行抗震验算。最不利内力组合计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，对于刚架梁，截面可能最不利内力组合有： 梁端截面：(1)M max 及对应N 、V ； (2)M min 及对应N 、V 梁跨中截面：(1)M max 及对应N 、V ； (2)M min 及对应N 、V 对于刚架柱，截面可能最不利内力组合有： (1)M max 及对应N 、V ； (2)M min 及对应N 、V (3)N max 及对应M max 、V ； (4)N min 及对应M max 、V 因为结构对称，取五个控制截面进行设计，以下列图： 内力组合见下表一：表一：各情况作用下截面内力表组合一 组合二 组合三 组合四 截面 内力 恒载 活载 左风 右风 M 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 一 N -21.60 -16.20 29.38 19.67 -48.60 15.21 -23.92 -0.66 V -8.57 -6.43 15.57 -0.76 -19.29 11.51 -6.21 5.21 M -51.41 -38.56 78.55 37.24 -115.68 48.28 -49.69 10.49 二 N -21.60 -16.20 29.38 19.67 -48.60 15.21 -23.92 -0.66 V -8.57 -6.43 10.62 -11.65 -19.29 4.58 -10.37 -1.72 M -51.41 -38.56 78.55 37.24 -115.68 48.28 -49.69 10.49 三 N -10.68 -8.01 13.49 13.55 -24.03 6.07 -12.70 -1.78 V 20.64 15.48 -28.18 18.41 46.44 -14.68 22.77 0.49 四 M 17.63 13.22 -15.14 -24.03 39.66 -0.04 26.95 12.92 N -9.60 -7.20 13.4913.56 -21.60 7.37 -10.27 0.31V 9.89 7.42-13.26 18.69 22.26 -6.70 11.12 0.58 五 M 38.0828.56 -41.34-41.34 85.68 -12.18 50.95 15.81 N -8.53-6.39 13.49 13.55 -19.18 8.65 -7.85 2.39 V -0.85-0.64 1.67 -1.04 -1.92 1.32 -0.51 0.69 备注： 组合一：1.2+1.4 组合二：1.2+1.4 组合三：1.2+1.4+1.40.6 组合四：1.2+1.40.7+1.4 五、构件截面设计 5.1 梁截面设计 cm9.3730913730733xe=-=-=Wh 取mm420=h 翼缘宽度为hb)3151(=，取mmb120=，mmt10= 腹板厚度wt：mmhtww86.111=，取mmtw8= 选取235Q 108120420H，图5-1为所选截面。 截面特征： 256008400210120mmA=+= 48331044.1400112121420120121mmIx=-= 图5-1 梁截面尺寸 梁上最不利内力值：M =-115.68KN M N =-24.03KN V=46.44kN 按强度条件选取截面 M115.68106 W =6.90105mm 3 x f 1.05215x 初选截面： 1h1l 9045 =，查表有 min hmin 24=24 =378mm l250l2411 Iy =121203102+1240083 =2.89106mm 4