钢结构设计计算.docx
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1、钢结构设计计算土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)第一章工程概况1.1 设计资料1、总建筑面积2700m2左右;2、建筑层数:轻钢结构厂房,一层(厂房横向跨度30叫纵向跨长90m);3、建筑高度:厂房檐口高7.8叱4、墙体:L 2米以下用砖砌墙体,1.2米以上采用压型钢板,墙体外观注意协调;5、屋面:屋面采用压型钢板+保温棉;6、其他:室内外高差为150mm;7、结构形式:厂房为门式刚架结构,基础采用钢筋混凝土独立基础;8、抗震设计:建筑物重要性类别为丙类,抗震设防烈度为7度,建筑场地类别为II 类;9、建筑物使用年限类别:三级,建筑耐久年限50年;主钢架钢材采用Q345有主钢架钢材采
2、用Q345有橡条、墙梁等采用Q345钢;11、纵向柱距6m,抗风柱柱距7.5m;12、屋面坡度1: 10;13、地形条件:场地地势平坦开阔。1.2 设计依据1、1、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102: 2002)2、钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)3、钢结构设计规范(GB50017-2003)4、混凝土结构设计规范(GB50010-2002)5、建筑结构制图规范(GB5009-2001)6、建筑结构可靠度统一标准(GB50068-2001)7、建筑结构设计手册(冶金工业出版社2002版)土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)8、建筑结构荷载规范(GB50
3、009-2001)9、建筑抗震设计规范(GB50011-2001)初设方案1.2.1 钢架柱与抗风柱厂房纵向长度90叫设纵向柱距6m,共设16根框架,第1轴线钢架与第16轴线钢架设置抗风柱。厂房横向跨度30m,边跨设横向抗风柱柱距7.5m,共设3根抗风柱,柱底较接。屋面、墙面布.11屋面采用压型钢板加保温棉,采用C型冷弯薄壁性槐条,橡条隅撑隔跨布置,屋脊、屋 檐处设置斜拉条,在第1轴线钢架与第2轴线钢架、第8轴线钢架与第9轴线钢架、第15 轴线钢架与第16轴线钢架处设置水平支撑和竖向支撑,水平支撑与竖向支撑在同一空间内, 从而提高屋面结构的整体空间性能。1.3.3 伸缩缝纵横向长度均在温度区段
4、以内,不设置伸缩缝。图1-1柱网及平面布置图室内标高为000m,室内外高差为150mm,室外标高为-0.15m。在45轴线、1011轴线 与D轴线、A轴线相交处设有卷帘门,BD轴线与14轴线相交处设有一道门,门窗详细尺寸 如图1-2所示。室内标高为0.00m,室内外高差为150mln,室外标高为-0. 15m。在23轴线、 1415轴线设有卷帘门。土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)2.1 永久荷载永久荷载标准值(按照水平投影面)计算屋面横载.涂层压型钢板+保温棉0. 25 KN/ m2冷弯C型卷边型钢橡条0. 05 KN/ m20. 30 KN/ m22.2 可变荷载屋面活荷载0.
5、5 KN/ m2,但是钢架的受荷载面积大于60m2,主钢架活荷载可按照0. 3 KN/m2,活荷载与雪荷载中取较大值0. 3 KN/ m2o风荷载基本风压为0.4城/武,地面粗糙度为B类取值,风荷载高度变化系数按现行国家标准 值建筑结构荷载规范(GB5009-2001)的规定,当高度小于10m时,按照10m处的高度处作用取值UE = 1. 0 ,风荷载体型系数按照门式钢架轻型房屋钢结构技术规 程(CECS102:2002)取值。第三章 抗风柱设计3.1 山墙布置横向跨度3011b 一端山墙封闭的单层厂房,檐口标高7. 8m,每侧山墙设置3根抗风柱,土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)形
6、式为等截面实腹工字钢。用于承受作用于山墙水平方向的风荷载,不承担竖向力。山墙墙 面板采用压型钢板加保温棉,墙梁采用c型冷弯薄壁型钢,墙面结构自重为0.30kN/m2,基 本风压为0. 4kN/m2o3.2 荷载计算墙面恒载标准值Pk =0.30kN/m2风压高度变化系数z=L ,风压体型系数4=1。风压设计值 =1. 4 A, juz =1. 4X1. IX1. 0X0. 4=0. 616 (kN/m2)单根抗风柱承受的均布荷载设计值为:恒载 =1.4X Pk X7. 5 = 1. 4X0. 30X7.5=3.15 (kN/m2)风荷载 4XX7. 5 = 1. 4X0. 616X7. 5=6
7、. 468 (kN/m2)内力分析抗风柱的柱脚和柱顶分别由基础和屋面支撑提供竖向及水平支撑,两端为钱支。计算简图 如下:二二二二二二二图3-1抗风柱计算模型土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)331、截面选择选择工字型截面300X250X8X10。截面特性: 截面面积为A=7240mm2,取钢材密度为7. 85g/cm3则构件的重度为(7240/100) X7. 85X 100X9. 8/1000/1000=0. 56 kN/m可得到构件的最大轴压力为N=(3. 15+0. 56) X8. 550=33. 72kN最大弯矩为 M=6. 468 X 8. 5578=59. 10 KN m
8、332、截面验算绕强轴长细比为8550/128. 64=66,绕弱轴考虑墙面橡条隅撑的支承作用,计算长度取3000mm,那么绕弱轴长细比为3000/23. 1=129.9,满足抗风柱的控制长细比限值入二180的要求。A、强度校核:M 33720 59.10xl06A We17240798680=78.65A/mm2 f = 310N/mm2B、稳定验算:N + 及 M =133720lx59.10x10610.225 x 7240 0.580 x 798680=94.70 f = 310 A/mm2C、挠度验算:C、挠度验算:在横向风荷载作用下,抗风柱水平最大挠度为5. 002mmL/400=
9、21. 375mm抗风柱验算满足要求。第4章主刚架设计4.1.计算简图钢架是门式钢架轻钢厂房的主要承重结构,它承受由次结构(橡条、抗风柱、墙梁)传递过来的荷载,并将这些荷载传递到基础。本设计共有16根钢架,采用中间根(无抗风柱)土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)钢架作为设计实例。中间板是单坡双跨门式钢架,横向跨度为30m,屋面檐口标高为7. 8m,屋面坡度设置为 0.1.则钢架屋脊高度为H = 7800 + 30000x0. 1/2 =9300 mm同时为了更加充分的利用钢材的性能,使设计更加美观、合理经济,采用变截面柱,变 截面梁与等截面梁相结合的组合方式。根据门式刚架轻型房屋钢结
10、构技术规程(CECS102: 2002)规定,对于单跨无吊车变截面工字型行柱截面尺寸要求如下:柱大头宽度h = L/(3035) = 30000/ (3035) = (8501000)则取柱大头宽度h = 850 mm梁大头宽度h = L/(3035) = 30000/ (3035) = (8501000)则取梁大头宽度h = 900 mm等截面梁宽度 h = L/50 = 30000/50=600 mm根据工字行截面高宽比的要求,可以得出梁柱的宽度h(2-5)ocn柱截面宽度 b = 上=(170425) 取b = 250 (2-5)梁大头截面宽度梁等截面截面宽度取 b = 200取 b =
11、 200onnb = = (180 450)(2-5)b = - = (120 300) (2-5)为了施工方便,梁的大头截面宽度取与小头截面宽度一样。综上所述,梁柱尺寸以及其截面特性,如下下表4-1所示:土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)表4-1梁柱截面尺寸及特性表梁柱截面名称变截面梁H (600900)*200*6*8等截面梁 H600*200*6*8变截面柱H (400850)*250*8*10小头截面 特性大头截面 特性截面特性小头截面特 性大头截面特 性A(mm2 )670485046704804011640lx(cm4 )3799898195379982267512632
12、3ly(cm4 )10681068106826062608Wx(cm3)12672182126711342972Wy(cm3)107107107208209ix(cm )23. 8033. 9823. 8016. 7932. 94iy(cm )3. 993. 543. 995. 694. 73Hw/Ht97. 33147. 3397. 3347. 50103. 75中间棉计算模型:如图4-1所示。土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)30削糕立翻(KLM. T)图4-1中间跨标准根、工况荷载钢架恒载:0. 3kN/m2钢架活载:0. 3 kN/m2基本风压值:0. 40 kN/m2基本雪
13、压值:0. 00 kN/m2纵向钢架柱距为6m,钢架横载为q =纵向钢架柱距为6m,钢架横载为q =0.3 X 6 = 1.8 KN/m活载为 p = 0.3 X 6 = 1.8 KN/m基本风压为0.40 KN/m3地面粗糙度为B类取值,风荷载高度变化系数按现行国家标准值建筑结构荷载规范(GB5009-2001)的规定,当高度小于10m时,按照10m的高度处作用取值 UE = 1.0 ,风荷载体型系数按照门式钢架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002)取值。钢架荷载布置如下图4-2、4-3、4-4、4-5 所不。土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)土木工程(建筑结构工程)专
14、业毕业设计(论文)左风线(L-W. T)图4-4主框架左风简图(KN)右风线(R-1T)图4-5主框架右风荷载简图(KN)工况内力4.2.1 钢架PKPM计算信息结构类型: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:710土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)目录第一章工程概况L1设计资料L2设计依据L3初设方案131钢架柱与抗风柱 屋面、墙面布置 133伸缩缝第2章荷载32永久荷载3可变荷载32.2 风荷载3第三章 抗风柱设计33.1 山墙布置3荷载计算43.2 内力分析4截面选择53.2.1、 截面验算5绕强轴长细比为855
15、0/128.64=66,绕弱轴考虑墙面楝条隅撑的支承作用,计算长度取3000mm,那么绕弱轴长细比为3000/23.1=129.9,满足抗风柱的控制长细比限值入=180的要求。5第4章主刚架设计41、计算简图542、工况荷载843工况内力101010431钢架PKPM计算信息432 PKPM内力计算结果12433、组合内力:14土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)柱数: 2梁数: 4支座约束数:2 标准截面总数:4 活荷载计算信息:考虑活荷载不利布置 风荷载计算信息:计算风荷载网材:Q345 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
16、 基础计算信息:不计算基础 梁刚度增大系数:L00 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:1/ 180柱顶容许水平位移/柱高:1/60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:n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GB50011-2010地震效应增大系数1.000窄行输出全部内容11土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)4.3.2 PKPM内力计算结果根据p
17、kpm计算而得各截面内力包络图如图4-6至图4-8所示。图4-6主钢架弯矩包络图(KN. M)图4-7主钢架轴力包络图(KN)12土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)图4-8主钢架剪力包络图(KN)图4-9配筋包络和钢结构应力比图钢结构应力比图说明:(1)柱左:作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值(2)梁上:作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值13土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)恒载+活载(标准值)节点位移图(nun)图4-10横载+活载节点位移图(mm)图4T1钢梁绝对挠度图(横载+活载)(mm)433、组合内力:如表4-2内力组合表所示。表4-2内力组合表柱小头柱大
18、头梁大头梁小头等截面梁屋脊14土木工程(建筑结构工程)专业毕业设计(论文)剪(KN)-49.849.877.343.940.5-7.2轴力(KN)91-8257-5151-49弯(KN. M)0-388. 4388.4-60.760.7153.84.4构件截面验算4.4.1 H形变截面钢柱截面验算(HCH2) *B1*B2*Tw*T1*T2= (400850) *250*250*8*10*104.4.1.1 设计信息钢材等级:345柱高(m): 7. 800柱平面内计算长度系数:1.000柱平面外计算长度:6. 000强度计算净截面系数:1.000截面塑性发展:不考虑构件所属结构类别:轻型门式
19、刚架是否进行抗震设计:进行抗震设计设计内力是否地震作用组合:是抗震设防烈度:7度(0. 10g)承载力抗震调整系数:Yre=0.75截面类型=27;布置角度=0;计算长度:Lx= 13. 40, Ly=7. 80;长细比Ax= 79. 8, X y= 137. 0,构件长度=7. 80;计算长度系数:Ux= 1.72, Uy= 1. 00,变截面H形截面H: Bl= 250, B2= 250, Hl= 400, H2= 850, Tl= 8, T2=10 , T3=10轴压截面分类:X轴:b类,Y轴:c类4.4.1.2 设计内力柱下端弯矩设计值Mx (kN. m) : 0. 00柱下端轴力设计
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