建筑钢结构课程设计

建筑钢结构课程设计专业班级学号姓名指导老师完成时间11设计基本资料1.1设计题目：**集团轻钢结构设计1.2建设地点：武汉市1.3工程概况**集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下：1）长度为122.4m，跨度24m，柱网为5.1m，檐口高度为8m，屋面坡度为1/12，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。2）荷载：静荷载当有吊顶时为0.45kN/m2；活荷载为0.3kN/m2（计算刚架时）、0.5kN/m2（计算檩条时）；基本风压0.35kN/m2，地面粗糙度为B类；雪荷载为0.5kN/m2；地震设防烈度为6度。1.4设计原始资料1）材料规格钢材：门式刚架采用Q345-B钢，楼面梁、屋面檩条、墙架、檩条采用Q235-B螺栓：采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）；焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保护焊；基础混凝土C20，垫层混凝土C10；钢筋：直径12mm为Ⅱ级钢筋，直径10mm为Ⅰ级钢筋。2）地震设防烈度6度；1.5建设规模以及标准建筑规模：建筑面积约212024m，为单层钢结构建筑。1.6设计依据建筑结构荷载规范（GB50009—2001）钢结构设计规范（GB50017—2003）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002）建筑制图标准（GBJ104—87）22建筑设计2.1建筑设计指导思想1）设计满足生产工艺的要求，这是对设计的基本要求。2）应创造良好的操作环境，有利于保证工人健康和提高劳动生产率。3）应满足有关技术要求：(1)厂房应具有必要的坚固耐久性能，使在外力、温湿度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以确保安全；(2)厂房建筑应具有一定的灵活应变能力，在满足当前使用的基础上，适当考虑到以后设备更新和工艺改革的需要，使远近期结合，提高通用性，并为以后的厂房改造和扩建提供条件；(3)设计厂房时应遵守国家颁布的有关技术规范与规程。4）设计要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益，三者间不可偏废。5）工业建筑在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。2.2建筑布置考虑工艺、结构和经济三方面要求，按照设计规范，厂房可不设置伸缩缝。2.3构造简要说明1）屋面及墙面构造屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。屋面的坡度为1：12的双坡屋面，采用内天沟有组织排水。2）地面构造厂房的地面用素土夯实后铺80厚C10混凝土，然后用20厚1：2水泥砂浆抹面。室内地坪标高为0.000，室外地坪为-0.3m，进厂房门的室内外做成斜坡。3）刚架防锈处理用各色硼钡酚醛防锈漆F53-9打底，在选用各色醇酸磁漆C04-42作面漆。33结构设计计算书3.1结构体系本设计结构体系为横向单跨双坡门式刚架承重体系，跨度24米，门式刚架斜梁坡度为1:12。纵向为檩条支撑体系，24跨，柱距5.1米。屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。3.2结构布置1.柱网布置综合考虑工艺、结构及经济三个方面的要求，确定厂房柱网布置为：纵向24跨，跨度5.1米，横向单跨，跨度24米。2.横向框架结构的主要尺寸、框架柱及横梁(1)横向框架的结构尺寸采用单跨双坡门架，门架横梁与门架柱刚性连接，刚架柱与地基础的连接为锚栓刚性连接。结构示意图如下：图1结构示意图框架主要尺寸为：（1）跨度：24m（2）柱高：8m（3）柱距：5.1m（4）横梁坡度为1:122.框架柱及横梁框架柱采用等截面H型钢柱，钢材采用Q345钢，横梁采用分段变截面焊接4工字形截面，钢材采用Q345钢。3.墙架及柱间支撑布置墙架系由横梁（墙梁）及拉条、窗镶边构件、墙架柱、抗风柱等构件组成。其作用是支撑墙体，保证墙体的稳定，墙体承受风荷载传递到厂房骨架和基础上。柱间支撑为交叉腹杆体系，交叉腹杆体系最为经济且刚度较大。4.屋盖支撑布置门式刚架的屋盖支撑体系由纵向水平支撑、横向水平支撑和系杆构成。3.3静力计算简图选取轴刚架为典型单元进行静力计算，计算单元如图所示：图2计算单元3.4荷载计算1.荷载取值计算恒载（坡向）：结构自重（包括屋面板、檩条、保温层及刚架自重）无吊顶（檩条计算）0.2kN/m2有吊顶（刚架计算）0.45kN/m2活载：计算刚架取0.3kN/m2;计算檩条取0.5kN/m2雪载：0.5kN/m2风荷载：基本风压按荷载规范GB50009-2001取，地面粗糙等级B级，基本风压：0.35kN/m2;由于柱高小于10m，不考虑高度变化系数，故取基本风压为0.35kN/m2。风载体形系数按表A.0.2-1选取：5图3风载体形系数3.5檩条设计1）截面选型按1/12i，檩条跨度6m,檩条高度11171.43mm~120mm3550hl，从而初选C形檩条140×50×20×2.5，檩距为1.5m，檩条跨度大于4m，故在檩条间跨设置拉条，在檐中处设置斜拉条和刚性撑杆。2）荷载标准值永久荷载：压型钢板（含保温）20.15kN/m檩条（包括拉条）20.05kN/m合计20.2kN/m可变荷载：屋面均布活荷载和雪荷载的最大值为20.50kN/m。3）内力计算（1）永久荷载与屋面活荷载组合檩条线荷载(0.20.5)1.51.05kN/mkp(1.20.21.40.5)1.51.41kN/mpsin4.760.117kN/moxppcos4.761.405kN/moypp6弯矩设计值221.4055.14.57kN/m88yxplM220.1175.10.10kN/m3232xyplM（2）永久荷载与风荷载吸力组合按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001,房屋高度小于10米，风荷载高度变化系数取10米高度处的数值，0.1z。按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002附录A，风荷载体型系数为1.5log2.91.57A（边缘带），21.55.17.65mA。垂直屋面的风荷载标准值：201.571.0(1.050.35)0.58kN/mkszww檩条线荷载：(0.580.2cos4.76)1.50.57kN/mokyp0.21.5sin4.760.025kN/moxp1.40.581.50.21.5cos4.760.919kN/moyp弯矩设计值（采用受压下翼缘设拉条的方案）220.9195.12.988kNm88yxplM220.0255.10.020kNm3232xyplM4）截面选择及截面特性（1）选用C16060202.54288.13cmxI，336.02cmxW，435.96cmyI，3max19.47cmyW，3min8.66cmyW，6.21cmxi，2.19cmyi，01.85cmx；先按毛截面计算的截面应力为：662133max4.57100.110132.0N/mm36.021019.4710yxxyMMWW（压）7662233min4.57100.110-115.3N/mm36.02108.6610yxxyMMWW（压）662333max4.57100.110121.7N/mm36.021019.4710yxxyMMWW（拉）（2）受压板件的稳定系数①腹板腹板为加劲板件minmax121.70.9221132.0，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)22.6.5(227.86.299.787.86.29(0.922)9.78(0.922)21.91k②上翼缘板上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，minmax115.30.8731132.0，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)32.6.5(225.8911.596.685.8911.590.8736.680.8730.863k（3）受压板件的有效宽度①腹板21.91k，0.863ck，160mmb，60mmc，2.5mmt，21132.0N/mm由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)33.6.5(6021.911.8901.11600.863cckbk按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)23.6.5(计算的板组约束系数为2210.930.930.110.110.385(0.05)(1.8900.05)k112052050.38521.913.619132.0kk由于0，则1.15，14074.75mm(1)(10.873)cbb，160642.5bt，18181.153.61974.91，838381.153.619158.15因为18bt，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.11)计算的截面有效宽度为74.45mmecbb由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)25.6.5(，10.40.474.4529.78mmeebb，20.60.674.4544.67mmeebb②上翼缘板0.863k，21.91ck，60mmb，160mmc，21132.0N/mm1600.8630.5291.16021.91cckbk按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.31)计算的板组约束系数为1111.3750.529k112052051.3750.8631.358132.0kk由0，则1.150.151.150.150.8731.019，60mmcbb，60242.5bt18181.0191.35824.91，38381.0191.35852.58所以18bt，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式(5.6.11)计算的截面有效宽度为60mmecbb由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)35.6.5(10.40.46024mmeebb，20.60.66036mmeebb。③下翼缘板9下翼缘板全截面受拉，全部有效。④有效净截面模量有效净截面模量为:433.3710mmenxW,max431.91510mmenyW,min430.60910mmenyW5）强度计算屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式)11.1.8(max66221444.57100.1010138.8N/mm205N/mm3.37101.91510yxenxenyMMWW6）稳定计算（1）有效截面模量永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩，根据前面的计算结果，可以取：433.3710mmenxW,max431.91510mmenyW,min430.60910mmenyW（2）受弯构件的整体稳定系数按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录A中A.2的规定计算，查表，跨中设一道侧向支承5.0b，35.11，14.020024.451.85625.6cmaeexb（取正值）22/20.145.6160.098aeh222240.15641887.710.1560.15590.5510()1.0511635.9635.9616wtbyyIIlhIIh300118.582.53y212y4320235bxyxAhWf102243207.48161.350.0981.0510.0981.240.710