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1、钢结构课程设计门式刚架设计班级： 学号： 姓名： 目 录1 设计资料12钢架布置简图13荷载计算与荷载简图23.1荷载计算23.2荷载简图33.3内力分析43.3.1内力计算43.3.2控制截面内力组合104钢架设计104.1截面设计104.2构件验算114.2.1构件宽厚比验算114.2.2钢架柱验算114.2.3刚架梁的验算134.2.4刚架在风荷载作用下的侧位移：154.3节点验算164.3.1梁柱连接节点164.3.2屋脊节点验算174.3.3 柱脚设计18 1 设计资料单跨双坡轻型门式刚架，钢架跨度为 24 m，高度为 8 m， 柱距 9 m，屋面坡度 10 %。刚架为等截面的梁、柱
2、。材料采用 Q235-B 钢材，焊条采用E 型。风振系数和风压高度变化系数均取1.0。荷载： 恒载 横梁（含上方屋面板及檩条重） 0.50 KN/m2 立柱（含墙重） 0.45 KN/m2活载 风荷载 0.35 KN/m2 屋面活荷载 0.30 KN/m2 雪荷载 0.40 KN/m22 钢架布置简图该厂房长度 72 m，跨 24 m，共有 9 榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝，檩条间距为1.5m。CBA 1: 10 图2.1 刚架立面3 荷载计算与荷载简图3.1荷载计算将各项面荷载值乘以柱距得出分布于刚架上的各项线荷载。风荷载还需考虑刚架
3、的体型系数。活载标准值在屋面活载与雪载中选较大值。图3.1 风荷载体型系数荷载计算如下表： 表1.1 各线荷载标准值/kN/m各荷载标准值计算屋面活载标准值0.40*9=3.6刚架横梁（含上方屋面板及檩条重）0.50*9*=4.52立柱（包括墙重）0.45*9=4.05风荷载迎风面柱上qw10.35*1.05*0.25*9=0.83横梁上qw2-0.35*1.05*1.0*9=-3.33背风面柱上qw3-0.35*1.05*0.55*9=-1.83横梁上qw4-0.3*1.05*0.65*9=-2.163.2荷载简图（1） 恒载： （2） 屋面活载 （3）风荷载（以左风为例）荷载如下图：3.3
4、内力分析3.3.1内力计算根据各个计算简图，求得结构在各种荷载作用下的内力图如下：表格4.1 计算简图及内力值(M、N、Q)恒载作用恒载下弯矩 恒载下剪力 恒载下轴力（忽略柱自重）弯矩图剪力图轴力图(拉为正，压为负)活荷载作用活荷载(标准值) 弯矩图活荷载(标准值)剪力图活荷载(标准值)轴力图风荷载（标准值）弯矩图弯矩图剪力图轴力图(拉为正，压为负弯矩图风荷载作用风荷载(标准值)剪力图. 风荷载(标准值)轴力图风荷载(标准值)轴力图剪力图 轴力图(拉为正，压为负)3.3.2控制截面内力组合取控制截面为下图中的A、B、C三处共四个截面：柱A、柱B、梁B、梁C。图4.10 控制截面示意图考虑以下三
5、种可能的组合方式：组合：1.35恒载+1.40.7活载组合：1.2恒载+1.4活载组合：1.2恒载+1.40.9（活载+风载）表4.2 各种情况下控制截面的内力截面内力恒载活载左风组合值组合值组合值柱AM000000N-86.64-43.2039.49-159.30-164.45-108.64Q-21.25-16.9220.70-45.27-49.19-20.74柱BM-169.98-135.38139.01-362.15-393.51-199.40N-54.24-43.2039.49-115.56-125.57-69.76Q-21.25-16.9214.06-45.27-53.39-29.1
6、0梁BM-169.98-135.38139.01-362.15-393.51-199.40N-26.54-21.1417.92-56.55-61.44-35.91Q51.8641.30-37.90110.49120.0566.52梁CM129.97103.51-75.89276.90300.88190.77N-54.24-16.8417.92-89.73-88.66-63.73Q-2.11-1.682.26-4.49-4.88-1.804 钢架设计4.1截面设计初选梁柱截面均采用焊接工字钢 550 250 10 16 ，截面特征值如下表所示：A（cm2）Ix（cm4）Wx（cm3）Iy（cm4
7、）Wy（cm3）ix（cm）iy（cm）131.868631 24964167333422.825.624.2构件验算4.2.1构件宽厚比验算翼缘部分：腹板部分：4.2.2钢架柱验算抗剪验算柱截面的最大剪力为Vmax=53.39KN考虑仅有支座加劲肋，fv=125N/mm2Vu=hwtwfv=51810125=647500N=647.5KNVmax=53.39KNVu，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算取柱端截面进行验算，N 125.57 KN ； V 53.39 KN ； M=393.51 KNm因VM=393.51KNm，取M=Mf故，满足要求。整体稳定性验算最大内力a) 柱平面内的整体
8、稳定性验算：刚架柱高H=8000mm，梁长L=24120mm.柱的线刚度K1=Ic1/h=68631104/8000=85788.8mm3梁线刚度K2=Ib0/(2S)=104/(212060)=28454.0mm3K2/K1=0.332，查表得柱的计算长度系数=2.936。刚架柱的计算长度lx=h=23488mm。x=lx/ix=23488/228.2=102.9=150，b类截面，查表得x=0.537，mx=1.0=187.20N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。b) 柱平面外的整体稳定验算：考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点
9、，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即ly=4000mm。对于等截面构件=0，s=w=1y=sl/iy0=4000/56.2=71.2，b类截面，查表得y=0.743取b=1.070.282/by=0.747(4)按钢结构设计规范(GB500172003)校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：故，满足要求。柱底截面：故，满足要求。4.2.3刚架梁的验算抗剪验算梁截面的最大剪力为Vmax=120.05KN考虑仅有支座加劲肋，fv=125N/mm2Vu=hwtwfv=51810125=647500N=647.5KNVmax=120.05KNVu，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算取
10、梁端截面进行验算，N 61.44 KN ； V 120.05 KN ； M=393.51 KNm因VM=393.51KNm，取M=Mf故，满足要求。整体稳定性验算A梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度lx=24120mm，x=lx/ix=24120/228.2=105.7=150，b类截面，查表得x=0.520，mx=1.0=167.37N/mm2f=215 N/mm2，满足要求。a) 横梁平面外的整体稳定验算：考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即ly=1500mm。对于等截面构件=0，s=w=1y
11、=sl/iy0=1500/56.2=26.7，b类截面，查表得y=0.937取b=1.070.282/by=0.979(4)按钢结构设计规范(GB500172003)校核横梁腹板容许高厚比梁端截面：故，满足要求。梁跨中截面：故，满足要求。4.2.4刚架在风荷载作用下的侧位移：Ic=Ib=68631cm4，t= Ic L/hIb=24000/8000=3.0刚架柱顶等效水平力按下式计算：H=0.67W=0.6721.28=14.26KN其中W=(1+4)h=(0.83+1.83)8.0=21.28KN4.3节点验算4.3.1梁柱连接节点(1) 螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M27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=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为290KN，连接处传递内力设计值：N=61.44KN，V=120.05KN，M=393.51KNm。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：，满足要求。(2)端板厚度验算端板厚度取为t=22mm。按二边支承类端板计算：(3)梁柱节点域的剪应力验算，不满足要求。
