《鋼結構設計》課程實踐
計算書設計內容：輕鋼門式剛架結構計算與設計
設計時間：2015.5.16～2014.5.31
班級：土木2012-4
姓名：劉友賓
學號：3120510408
指導老師： 包恩和
目錄一、設計資料 2
二、結構平面柱網及支撐布置 2
三、屋面構件 3
1.夾芯板 3
2.檁條 3
3.屋面支撐 3
四、柱間支撐 4
五、荷載的計算 4
1.計算模型的選取 4
2.荷載取值計算 5
六、構件截面設計 6
1.截面形式及尺寸初選 6
2.截面內力 7
3.鋼架梁的驗算 9
4.鋼架柱的驗算 11
5.鋼架柱頂位移計算 13
七、節點設計及驗算 13
1.梁柱連線節點螺栓強度驗算 13
2.端部厚度驗算 14
3.梁柱節點域的剪應力驗算 14
4.螺栓處腹板強度驗算 14
5.梁跨中拼接節點及鋼架柱腳 14
八、位移驗算 15
九、施工圖 16
一、設計資料
某廠房採用單跨雙坡門式剛架結構，長度為90m，柱距分別為6m，
根據學號不同，確定跨度為：15m ， 柱高為3.9m
屋面坡度： 1:10（ =5.71度）
屋面材料：夾芯板
牆面材料：夾芯板
檁條牆樑：薄壁卷邊c型鋼
風載：基本風壓（0.4kn/m2），地面粗糙度：b類，風載體型係數如下圖
雪載： 0.25kn/m2
材質： 鋼材採用q235鋼，焊條e43型
二、結構平面柱網及支撐布置
該廠房長度90m，跨度15m，柱距6m，共有16榀剛架，由於縱向溫度區段不大於300m、橫向溫度區段不大於150m，因此不用設定伸縮縫。
廠房長度》60m，因此在廠房第一開間和中部設定屋蓋橫向水平支撐；並在屋蓋相應部位設定檁條、斜拉條、拉條和撐桿，檁條間距為1.5m；同時應該在與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間設定柱間支撐。結構平面布置如圖所示
三、屋面構件
1.夾芯板
夾芯板可採用jxb42-333-1000，芯板面板厚度為0.5mm，板厚為80mm
2.檁條
檁條可以採用冷彎薄壁卷邊槽鋼180跨中設拉條一道。檁託布置詳見圖紙。
3.屋面支撐
a) 屋面支撐布置
檁條間距1.5m，水平支撐節距3m，見下圖
b) 屋面支撐荷載及內力
屋面支撐斜桿採用張緊的圓鋼。一側山牆支撐取。
節點荷載標準值
節點荷載設計值
斜桿拉力設計值
c) 斜桿
斜桿選用的圓鋼，截面面積a=201
強度校核：
滿足要求
四、柱間支撐
柱間支撐直杆用檁條兼用，因檁條留有一定的應力餘量，可不再驗算。
a) 柱間支撐布置：
b) 柱間支撐荷載及內力
柱間支撐為斜桿，採用張緊的圓鋼。計算見圖：
作用於兩側山牆頂部節點的風荷載為（山牆
高度取4.5m）：
按一半山牆作用風荷載的1/3考慮節點荷載標準值為：
柱間支撐計算簡圖
節點荷載設計值
斜桿反力設計值
c) 斜桿校核
斜桿選用16的圓鋼，截面面積a=201
強度校核：，滿足要求。
五、荷載的計算
1.計算模型的選取
取一榀剛架進行分析，柱腳採用鉸接，剛架梁和柱採用等截面設計。廠房柱高3.9m，屋面坡度為1：10。因此得到剛架計算模型：
鋼架計算模型
2.荷載取值計算
a) 永久荷載標準值（對水平投影面）
屋面夾心板0.25 kn/m2
檁條0.05 kn/m2
懸掛裝置0.15 kn/m2
合計0.45 kn/m2
=0.45*(1/cos)*6=2.72 kn/m
b) 可變荷載標準值
活荷載標準值（不上人0.3 kn/m2
雪荷載0.25 kn/m2
不同時考慮，取較大值0.3 kn/m2
=0.3*6 = 1.8kn/m
c) 風荷載標準值
基本風壓值0.4 kn/m2，地面粗糙度：b類, =1.0 , 按設計資料取值,風壓調整係數取1.05
迎風面：牆面
屋面背風面：牆面
屋面風荷載如下圖：
六、構件截面設計
1.截面形式及尺寸初選
梁柱都採用焊接的h型鋼
梁的截面高度h一般取（1/30—1/45）l，故取梁截面高度為500mm；
暫取h500250，截面尺寸見下圖所示，柱的截面採用與梁相同
截面特性：
a=8.84
=3.7389
=2.6062
=2.0566m
=5.4297m
=1.4956
=2.085
梁柱寬厚比驗算：
翼緣部分=12.1<=15（滿足要求）
腹板部分=250（滿足要求）
2.截面內力
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，得到內力圖如下：
由pkpm經過荷載組合得到以上內力包絡圖
3.鋼架梁的驗算
a) 強度
鋼架樑端部為最不利截面，n=31kn，v=48.2kn，m=103.7kn·m
1) 梁抗剪承載力設計值
梁截面的最大剪力為=48.2kn
考慮僅有支座加勁肋，
所以=125n/
=滿足要求。
2) 梁抗彎承載力設計值
先計算梁的有效截面：腹板最大應力和最小應力:
腹板受壓區高度：
得：==21.61
由於，故取代替計算，即
因此，，全截面有效
3) 彎剪壓共同作用下的驗算
由於 v=48.2kn<0.5因此
b) 整體穩定驗算
1) 橫樑平面內的整體穩定性驗算
當斜樑坡度不超過1:5時，因軸力很小可按壓彎構件計算其強度和鋼架平面外的穩定，不計算平面內的穩定。
2) 橫樑平面外的整體穩定性驗算
考慮屋面壓型鋼板與檁條緊密連線，有蒙皮作用，檁條可作為橫樑平面外支撐點，但為了安全起見計算長度按兩個檁條或隅撐間距考慮，即
取m輕型h型鋼可按b類截面，查附表4.2得
4.15>0.6
4.鋼架柱的驗算
a) 強度
鋼架柱的強度也需要按彎、剪、壓共同作用下的壓彎構件計算，並取最不利的柱頂截面，
n=51kn ， v=26.6kn ， m=103.7kn·m。
1) 柱抗剪承載力設計值
考慮僅有支座加勁肋，
所以=125n/
=滿足要求。
2) 柱抗彎承載力設計值
先計算梁的有效截面：腹板最大應力和最小應力:
腹板受壓區高度：
得：==20.24
由於，故取代替計算，即
因此，，全截面有效，故同樣可得
3) 彎剪壓共同作用下的驗算
由於 v=26.6kn<0.5因此
b) 整體穩定性驗算
構件的最大內力n=55kn ， m=103.7kn·m。
1) 鋼架柱平面內的整體穩定性驗算
鋼架柱高h=3.9m，梁長l=15.07m，由於梁柱採用等截面設計，故
梁柱線剛度比
查表得柱的計算長度係數
鋼架柱的計算長度m
b類截面，查附表4.2得
有側移鋼架取，有
，滿足要求
2) 鋼架柱平面外的整體穩定性驗算
考慮壓型鋼板與牆樑緊密連線，有應力蒙皮作用，與柱連線的牆樑可作為柱平面外的支撐點，但為了安全起見，計算長度按兩個牆樑或隅撐間距考慮，即
取m輕型h型鋼可按b類截面，查附表4.2得
4.15>0.6
5.鋼架柱頂位移計算
由於鋼架梁坡度不大於1:5，故有
七、節點設計及驗算
1.梁柱連線節點螺栓強度驗算
梁柱節點（詳見節點詳圖）採用10.9級m20高強度螺栓摩擦連線，構件接觸面採用噴砂處理，摩擦面抗滑係數，每個高強度螺栓的預拉力為155kn，連線處傳遞內力設計值n=31kn，v=48.2kn，m=103.
7 kn·m。
每個螺栓的拉力：
螺栓群的抗剪力：
滿足要求
最外排乙個螺栓的抗剪、抗拉：
滿足要求。
2.端部厚度驗算
端板厚度取為t=20mm，寬度b=250mm，按伸臂類端板計算：
滿足要求。
3.梁柱節點域的剪應力驗算
滿足要求
4.螺栓處腹板強度驗算
當滿足要求
5.梁跨中拼接節點及鋼架柱腳
a) 橫樑跨中節點
樑中節點（詳見節點詳圖）採用10.9級m20高強度螺栓摩擦連線，構件接觸面採用噴砂處理，摩擦面抗滑係數，每個高強度螺栓的預拉力為155kn，連線處傳遞內力設計值，n=26kn，v=2.6kn，m=68kn·m。
驗算方法與梁柱連線節點相同，由於螺栓及端板布置也相同，而內力設計值較小，故不必驗算可知，樑中節點滿足要求。
b) 柱腳設計
柱腳節點（詳見節點詳圖），柱底板、地腳錨栓採用q235b鋼製作，地腳錨栓選用m24，基礎材料採用c20混凝土，,柱底軸力n=55kn
柱腳底板面積 a=
柱腳底板應力驗算：
按一邊支承計算彎矩：
柱腳底板厚度：
按構造取底板厚度t=20mm
八、位移驗算
利用pkpm繪出荷載作用下的撓度圖如下：
九、施工圖
（a） 梁柱連線節點
（b） 橫樑屋脊拼接節點
（c） 柱腳鉸接連線節點
鋼架連線節點詳圖
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