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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业Huazhong University of Science and Technology 建筑钢结构课程设计轻型门式钢架设计班级：土木工程 1202班：学号： U2022154 指导老师：聂肃非2022 年 11 月 11 日名师归纳总结 华中科技高校土木工程与力学学院1 第 1 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业一、设计资料目录 3 二、荷载运算 4 三、内力分析 5 四、内力组合 15 五、钢架设计 18 1截面设计 18 2构件验算 18
2、3节点验算 23 六、其它构件设计 27 1隅撑的设计 27 2檩条的设计 28 3墙梁设计 31 1山墙抗风柱设计 32 2屋面支撑设计 35 2 3雨篷设计 36 华中科技高校土木工程与力学学院名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业1、设计资料某市某加工厂一厂房,该厂房为单层,采纳单跨双坡门式刚架,刚架跨度 24m,柱高 6m；共有 20 榀刚架,柱距 6.6m,屋面坡度 1:10；地震设防列度为 6 度,地面粗糙度为 B 类；刚架平面布置见图 1a,刚架形式及几何尺寸见图 1b,考虑经济、制造
3、和安装便利,檩条和墙梁均采纳冷弯薄壁卷边 C 型钢,间距为 1.5m,钢材采纳 Q235 钢,焊条采纳 E43 型；图 （ ） 刚架平面布置华中科技高校土木工程与力学学院 3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业2、荷载运算（一）荷载取值运算1有吊顶时屋盖永久荷载标准值：0.45 KN/m2 2屋面可变荷载标准值屋面活荷载： 按不上人屋面考虑,取为 0.30 KN/m2运算刚架时 、 0.50 KN/m2运算檩条时 ；雪荷载：基本雪压S0=0.50 KN/m2；对于单跨双坡屋面,屋面坡角=5 42
4、36 ,r=1.0,雪荷载标准值S = rS00KN/m2；k取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 3风荷载标准值0.50 KN/m2,不考虑积灰荷载；按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002 附录 A 的规定运算；基本风压 0 0.35 7KN/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标准 GB50009-2001 的规定采纳,当高度小于 10m 时,按 10m 高度处的数值采纳, z=1.0；风荷载体型系数 s：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0.65CECS102：2002 中间区 ；4地震作用据全国民用建筑工程
5、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运算；本工程结构设计抗震设防烈度 为 7 度,故可不考虑地震作用；二各部分作用的荷载标准值运算屋面：恒荷载标准值：0.45 6=KN/m 柱荷载： 6 12+ 12=KN 12=36.00KN 风荷载标准值：华中科技高校土木工程与力学学院 4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业迎风面：柱上 qw1=0.37 6 0.25=0.555KN/m 横梁上 qw2=0.37 6 1.0
6、=2.22KN/m 背风面：柱上 qw3=0.37 6 0.55=1.22KN/m 横梁上 qw4=0.37 6 0.65=1.44KN/m 3、内力分析考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情形及刚架加工制造便利,刚架采纳等截面,梁柱选用相同截面；柱脚按铰接支承设计；采纳弹性分析方法确定刚架内力；引用钢结构设计与运算 包头钢铁设计讨论院编著,机械工业出版社中表运算公式运算刚架内力；1在恒荷载作用下 =l/h=24/9= =f/h=/91 k=h/s=9/=0.7474 =3+k+ 3+ =3+1 1=4.0895 845850.110.522744.0895H A=H E=ql /8=
7、2427/8=1KN M C=ql 211+ /8= 24 21 27/8=KN m M B=M D=ql 2 /8=24227/8=1KN m 刚架在恒荷载作用下的内力如图；229铰接柱脚门式刚架内力运算的“+、” 号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正,在弯矩图中画在受拉侧；轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正；华中科技高校土木工程与力学学院 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业华中科技高校土木工程与力学学院 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 37 页精选
8、学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业KN-B+KN-C +KN3KN11.30KN-D60003KN+KN24000EKNA2在活荷载作用下V A=V E=36.00KN H A=H E2427/8=KN M C24 21 27/8=KN m M B=M D24 2/8=KN m 刚架在活荷载作用下的内力如图；华中科技高校土木工程与力学学院 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业3在风荷载作用下对于作用于屋面的风荷载可分解为水平方向的分力qx和竖向的分力qy；现分别
9、运算, 然后再叠加；1在迎风面横梁上风荷载竖向分力qw2y 作用下8 华中科技高校土木工程与力学学院名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业V E185161 4.0895850.110.130716qa 22.221226.66KN2 l224V A=2.22 12 =1KN HA=HE=ql /4=2.22 2407/4=KN M B=M D=9=KN m M C= ql221+ /4=2.22 2422KN m 刚架在 qw2y 作用下的内力如图2在背风面横梁上风荷载竖向分力 qw4y 作用下V
10、 E2 qa1.441224.32KN2242 lV A=1.44 124.32=12.96KN H A=H E=ql /4=1.442407/4=3.02KN M B=M D=3.02 9=KN m M C= ql22 1+ /4=1.44 24221/4=KN m 刚架在 qw4y 作用下的内力如图；名师归纳总结 华中科技高校土木工程与力学学院9 第 9 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业3在迎风面柱上风荷载 qw1 作用下 =1,41 62 462KK20.74740.74741 21.0010.114.089
11、5V A=V E=qh12/2L= 0.555 9 2/2 24=0.94KN H Aqh220.555291211.003.75KN22H EM B2 qh220.55542 92 121.0011.24KNm4M D=1.25 9=KN m M C2 qh2110.55542 92 1110.111.001.24KN m4刚架在 qw1 作用下的内力如图；华中科技高校土木工程与力学学院 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业4在背风面柱上风荷载 qw3 作用下VA=VE=qh12/2L=
12、1.22 9 2/2 24=KN H Eqh221.22291211.008.24KN22HA=1.22 98.24=2.74KN MD=8.24 91.22 9 2/2=2KN m MB=2.74 9=2KNm 1.222 92 1110.111.002.72 KN mM C2 qh21144刚架在 qw3作用下的内力如图；华中科技高校土木工程与力学学院 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业5 在迎风面横梁上风荷载水平分力 qw2x 作用下 =1, =0 V A80.11 4.08954
13、2.6710.110.0144V E2.221.0 2 2491.00.88KN2H A=2.22 144/2=1.13KN H E=2.22 1.13=1.09KN M C2.221.09 0.110.51.150.01440.38KNm2M B=1.13 9=KN m M D=1.09 9=KN m 刚架在 qw2x 作用下的内力如图；华中科技高校土木工程与力学学院 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业6 在背风面横梁上风荷载水平分力 qw4x 作用下V AV E1.441.0 2 2
14、491.00.57KN2H A=1.44 144/2=0.73KN H E=1.44 0.73=0.71KN M C1.441.09 0.110.51.150.01440.25KNm2M B=0.73 9=KN m M D=0.71 9=KN m 刚架在 qw4x 作用下的内力如图；华中科技高校土木工程与力学学院 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业7用叠加绘制在风荷载作用下刚架的组合内力；华中科技高校土木工程与力学学院 14 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 37
15、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业4、内力组合刚架结构构件按承载才能极限状态设计,依据建筑结构荷载标准GB50009 2001的规定,采纳荷载效应的基本组合：0SR；本工程结构构件安全等级为二级,0=1.0 ；对于基本组合,荷载效应组合的设计值活荷载标准值运算的荷载效应风荷载标准值运算的荷载效应风荷载标准值运算的荷载效应活荷载标准值运算的荷载效应S 从以下组合值中取最不利值确定：名师归纳总结 华中科技高校土木工程与力学学院15 第 15 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业活荷载
16、标准值运算的荷载效应本工程不进行抗震验算；最不利内力组合的运算掌握截面取柱底、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： 1M max及相应的 N、V ；梁跨中截面： 1M max 及相应的 N、V；2M min 及相应的 N、V 2M min 及相应的 N、V 对于刚架柱,截面可能的最不利内力组合有：1M max 及相应的 N、V ；2M min 及相应的 N、V 3N max及相应的M max、 V ；4N min 及相应的M max、 V 内力组合见表 1；刚架内力组合表以左半跨为例表 1 注：内力运算的“+、” 号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆
17、件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正；名师归纳总结 华中科技高校土木工程与力学学院16 第 16 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业刚截面内力组组合项目荷载组荷载组合项目M mN V 柱顶B 点M max及相应的 N、V 合方式活 KNKN KN A 31.14M min 及相应的 N、V B 风1.72N max 及相应的M max、V A 活31.14架N min 及相应的M max、V B 风1.72M max及相应的 N、V 柱柱底A 点M min 及相应的 N、V A 活0 31.14N max 及相
18、应的M max、V 刚支座B 点N min 及相应的M max、V B 风0 8.71M max及相应的 N、V A 活24 91.20 架M mini 及相应的N、V B 风-17.62 M max及相应的 N、V B 风-12.36 跨中C 点梁M min 及相应的 N、V A 活 注：内力运算的“+、” 号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正；华中科技高校土木工程与力学学院 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业5、刚架设计一截面设计参考类
19、似工程及相关资料,梁柱截面均选用焊接工字钢 B=200mm ,H=450mm ,tw=10.0mm,t f2 Ix=28181cm4,Wx=1252cm3,ix Iy=1602cm4,Wx3,ix二构件验算1构件宽厚比的验算翼缘部分：b/t96/12815235/fy15450200 1012,截面特性：腹板部分：h0/tw4 2 6/85 .3252 50235/fy2502刚架梁的验算1抗剪验算 梁截面的最大剪力为 V max=KN 考虑仅有支座加劲肋,h0/twfy/2350. 56208.s415 .34fv=125N/mm2 V u=hwtwfv=4268V max=77.60KNV
20、 u,满意要求；2弯、剪、压共同作用下的验算 取梁端截面进行验算N=KN ,V=KN ,M=24KN m 因 V0.5Vu ,取 V=0.5Vu ,按标准 GB70017 式 4.4.1-1 验算,MfAf12 h 1Af2h 2fN18 h 2A华中科技高校土木工程与力学学院名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业20012219220012219215384502198210故=22KN mM= m,取 M= m f V12MM f1,满意要求；0.5V uM euM f3整体稳固验算N=38.
21、45KN ,V=91.20KN , M=24m A 梁平面内的整体稳固性验算；运算长度取横梁长度l x=24090mm ,38.45x=l x/ix=24090/185.3=130 =150, b 类截面,查表得x=0.387 N EX 02EA e 0220610328210897.9KN ,mx1.121.1130Nmx M x384501.0240.006 10xA e0W 1 1xN0.38782103 1252 1010.387 N EX 01592=N/mm2f=215 N/mm2,满意要求；B横梁平面外的整体稳固验算 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
22、外的支承点,但为安全起见,运算长度按两个檩距或隅撑间距考虑,即1ly=3015mm；对于等截面构件=0,s=w=1 y y= sl/i y0=3015/44.2=68.2 ,b 类截面,查表得by4320821042668.2122. 13306.682.2125210344.426取 b bytmax min1.0-N N EX00.75N20.976181.40186.08N/2 mm19 N EX038.45103240.0010642134.6882102818110176.72华中科技高校土木工程与力学学院名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 37 页精选学习资料
23、 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业0maxmin1.95max故h 053.254800.526.2235132.4,满意要求；twfy梁跨中截面：max31.04103230.8810642133.78174.51178.29N/mmmin82102818110174.510maxmin1.98max故h 053.254800.526.2235133.8,满意要求；twfy5验算檩条集中荷载下的局部受压承载力檩条传给横梁上翼缘的集中荷载：3.00 L z=a+5hy+2h R=70+5 12+0=130mm ctF1 0.18 .433 1017 .72 N/2 mm
24、f215 N/2 mmwlz8130验算腹板上边缘处的折算应力：取梁端截面处的内力： m /2 mm340.682M y I n1240.006 10213181.40N/mm281814 10c2 VS91.203 102001241940.68NItw28181104822c3238.45c181.4038.45217.72217.72181.40=1N/mm21.2f=258 N/mm2,满意要求；3刚架柱的验算抗剪验算华中科技高校土木工程与力学学院 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大
25、作业柱截面的最大剪力为 V max=31.14KN 考虑仅有支座加劲肋,sh0/twfy/2350. 56208.415 .34fv=125N/mm2 V u=hwtwfv=4268V max=3KNV u,满意要求；2弯、剪、压共同作用下的验算取梁端截面进行验算N=KN ,V=3KN ,M=KN N 因 V0.5Vu ,取 V=0.5Vu ,按标准 GB70017 式 4.4.1-1 验算,MfAf12 h 1Af2h 2fN1221921589280h 2A2001221922002198210故=21KN mM=KN m,取m ,满意要求；V12MM f10.5V uM euM f3整体
26、稳固验算构件的最大内力： , M=KN m A 刚架柱平面内的整体稳固性验算；刚架柱高 H=9000mm ,梁长 L=24090mm. 名师归纳总结 柱的线刚度K 1=I c1/h=28181 104/9000=mm3 21 第 21 页,共 37 页梁线刚度 K2=I b0/2 S=28181 104/2 12045=11693 74,查表得柱的运算长度系数=2.862；刚架柱的运算长度l x= h=25758mm；x=l x/ix=25758/185.3= ；0 =150, b 类截面,查表得x=0.349 N EX02EA e 0220610328210785.4KN ,mx1.121.
27、1139.0华中科技高校土木工程与力学学院- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业NW e 1 1mx M x0121.683 1015251.0240.006 10121.68xA e 0N0.34982103 1010.349xN EX 785.4=N/mm2f=215 N/mm2,满意要求；B刚架柱平面外的整体稳固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,但为安全起见,运算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑,即ly=3000mm ；对于等截面构件=0,s=w=1 y= sl/i y
28、0=3000/44.2=67.9 ,b 类截面,查表得yby4320821042667.912 24261.1380.667.9215253 104.4取 b byt1.0-N0.75N20.863N/mmf215 N/mm N EX0 N EX0N0tM121.683 100.863240.006 10184.63yA eW e 1br0.76482100.82215253 104按钢结构设计标准GB50017 2003校核刚架柱腹板容许高厚比柱顶截面：max89.28103240.00106421310.87181.40192.27N/2 mmmin82102818110170.530ma
29、xmin1.89max故h 053.254800.526.223598.32,满意要求；twfy柱底截面：名师归纳总结 故0053. 25 1600.52523572.5,满意要求；22 第 22 页,共 37 页h0twfy华中科技高校土木工程与力学学院- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业4验算刚架在风荷载作用下的侧移Ic=I b=28181cm4,t= I c l/hI b=24000/9000= 刚架柱顶等效水平力按下式运算：=KN 其中 W= 1+ 4th=0.71+1.559.0=KN 9000310422.6756.6mm
30、h/ 15060mmHh 3c21213.631032061032818112 EI三节点验算1梁柱连接节点1 螺栓强度验算4 高强度摩擦型螺栓连接,构件接触面采纳喷砂,摩擦面抗滑移系数的预拉力为225N,连接处传递内力设计值：m 每个螺栓的拉力：=0.45,每个高强度螺栓N 1My 12N4240.0020.26538.45161.12KN0.8225180 KNyn0.2652 0.16 8iN 2My 22N4240.020.1638.4595.38KN0.8225180 KNyn0.2652 0.16 8i螺栓群的抗剪力：N V b0.9n fp0.910.452258729.00KN
31、V91.20KN,满意要求；最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：N VN t91.20 / 8161.121.01,满意要求；N V bN tb729.0 / 81802端板厚度验算名师归纳总结 端板厚度取为t=21mm ；华中科技高校土木工程与力学学院23 第 23 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设计大作业按二边支承类端板运算：te b6 e e N f w te wf46640246161.1210320523.2mm2 e fe f2004040463梁柱节点域的剪应力验算M240.006 10122.25N/2 mmfv
32、125 N/2 mm,满意要求；d d t b c c426426104螺栓处腹板强度验算N t2= 225=100KN 0.4P0.42253 10195.65N/mmf215 N/mm,满意要求；e t w w46102横梁跨中节点4 高强度摩擦型螺栓连接,构件接触面采纳喷砂,摩擦面抗滑移系数=0.45,每个高强度螺栓的预拉力为225KN ,连接处传递内力设计值：N=31.04KN ,V=KN ,M=8KN m；每个螺栓的拉力：名师归纳总结 华中科技高校土木工程与力学学院24 第 24 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑钢结构设
33、计大作业N 1My 12N4230.8820.26531.04155.74KN0.8225180 KNyn0.2650.16 28iN 2My 2N4230.8820.1631.0492.49KN0.8225280 KN2yn0.2652 0.16 8i螺栓群的抗剪力：b N V0.9n fp0.910.452258729.0KNV2.58KN,满意要求；最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：N VN t2.58 / 8155.740.871,满意要求；N V bN tb729.0 / 81802端板厚度验算 端板厚度取为 t=23mm ；按二边支承类端板运算：te b6 e e N f w te wf46640246155.7410320522.83mm2 e e f2004040463螺栓处腹板强度验算 N t2= 225=100KN 0.4P0.42253 10195.65N/2 mmf215 N/2 mm,满意要求；25 e t w w4610华中科技高校土木工程与力学学院名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 37