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华科建筑钢结构课设指导


轻型门式钢架大作业设计任务书 2015,10,22,土木 1201~1204 班 1.1 设计基本资料
1.1.1 设计题目:**集团轻钢结构设计 1.1.2 建设地点:武汉市(地形图见附图 1) 1.1.3 工程概况 **集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下: 1、柱网分别为 4.5~8.1m,柱网尺寸为 4.5 米的房屋纵向长为 121.5m,柱网尺寸为 5.1 米的房屋纵向长为 122.4m,柱网尺寸为 6 米的房屋纵向长为 120m,柱网尺寸为 6.6 米的房屋纵向长为 125.4m,柱网尺寸为 7.5 米的房屋纵向长为 120m,柱网尺寸为 8.1 米的房屋纵向长为 121.5m,跨度分别为 18m、21m、24m,檐口高度分别为 6m、8m,屋面 坡度分别为 1/10、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:静荷载当无有吊顶时为 0.2kN / m ,有吊顶时为 0.45kN / m ;活荷载为
2 2 0.3kN / m 2 (计算刚架时) 、 0.5kN / m (计算檩条时) ;基本风压 0.35kN / m ,地面粗糙 2 2

度为 B 类;雪荷载为 0.5kN / m ;地震设防烈度为 6 度。 3、所有建筑应尽量采用铝合金隔热门窗;建筑外观要求美观、新颖,能够充分体 现轻钢结构建筑的美学特点。 1.1.4 设计原始资料 1)气象资料 该地区为三级气候分区,其基本气象资料为: 最冷月平均气温:3.0℃;最热月平均气温:28.8℃。 极端最低温度-5℃;极端最高温度 41℃。 平均年总降雨量 1230.6 mm,日最大降雨量 317.4 mm。 最大积雪深度:32 mm。最大冻土深度:10 mm。 冬季平均风速 2.6 m/s,夏季平均风速 2.5 m/s,30 年一遇最大风速 21.9 m/s。 常年主导风向:东北 2)地质水文资料 建筑物场地地势平坦,地表高程 38.56~38.72m,地下水位标高 33.4m,无腐蚀性。 经地质勘测,地表剖面为:表层 0.8~1.2m 耕杂土;以下有 2.5m 深的亚粘土;再往下 为厚砂卵层。 亚粘土可做持力层, 地基承载力标准值为 120KN/m2,地基土容重为 19KN/m3。 3)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。 4)地震设防烈度 6 度 ;
1

2

1.1.5 建设规模以及标准 1)建筑规模:建筑面积约 120 ? 21(18, 24)m2 ,为单层钢结构建筑。 2)建筑防火等级:二级 3)建筑防水等级:二级 4)建筑装修等级:高级 1.1.6 其它设计要求及资料 单跨双坡门架 1.1.7 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) 1.1.8 参考资料 《轻型钢结构设计手册》 《冷弯薄壁型钢结构设计手册》 《建筑结构构造资料集》 (上、下册) 《建筑钢结构设计手册》 (上、下册) 《钢结构连接节点设计手册》 《钢结构设计与计算》 《房屋建筑学》 (中国建筑工业出版社) 《钢结构》 (王国周著) 《钢结构》 (魏明钟) 《轻型门式刚架》 (张其林) 1.1.9.设计题目排列 每人单独一题。屋架的跨度 L(m) 、柱距(m) 、屋面坡度 i 及荷载形式按下面列表 的序号选择(01 班按无吊顶静载计算,屋面坡度为 1/10;02 班按有吊顶静载计算,檐 屋面坡度为 1/10; 03 班按无吊顶静载计算, 屋面坡度为 1/12, 04 班按有吊顶静载计算, 屋面坡度为 1/12。每班每个学生按学号次序依次选题) 。

2

工况一:屋面坡度 1/10 荷载一 檐口高度 6 米 跨 度 柱网 4.5 黄 万 里 杨 松 汪 瀚 陆 展 罗 跃 张 亚 静 李 建 国 马 琛 吴 沛 琛 邱 昌 李 孟 林 刘 燕 梁 广 州 索 建 敏 邓 帆 龙 仁 张 发 展 马 露 胡 江 涛 李 有 斌 肖 昊 费 城 冯 海 斌 李 巧 玲 毕 晨 阳 李 建 良 秦 龙 飞 周 前 张 高 建 徐 清 锋 徐 亮 贾 俊 杰 张 宇 璇 陈 鹏 远 王 苇 赵 永 杰 王 铮 杨 一 超 吴 芳 杰 柯 琰 梁 宇 剑 朱 丽 妃 姜 天 时 张 程 高 赟 龙 祝 晓 冬 方 正 周 雯 龚文平 亚西尔 江·阿 不都米 吉提 元世栋 王 唯 彭 博 陈 宇 余 雄 张 皓 承 刘 柯 柯 于 同 生 吴 雄 商 邑 龙 吴 伟 伟 冷 强 潘 越 霆 李 求 顺 刘 帅 舒 梦 洁 翟 宇 轩 18 21 24 檐口高度 8 米 18 21 24 檐口高度 6 米 18 21 24 荷载二 檐口高度 8 米 18 21 24

5.1

6

6.6

吕秋杰

7.5

邵夏辉

8.1

沈裕

工况二:屋面坡度 1/12 荷载一 檐口高度 6 米 跨 度 柱网 4.5 傅 惠 王 伟 李 乾 李 志 斌 张 仕 旺 袁 胜 利 陈 海 吉 刘 辉 敖 禹 郑 福 聪 徐 崇 浩 龚 丽 栋 解 冬 刘 耀 蔡 万 贤 迟 久 远 潘 雨 陈 潘
3

荷载二 檐口高度 8 米 18 21 24 檐口高度 6 米 18 21 24 周 靖 人 储 天 元 陶 嘉 杰 檐口高度 8 米 18 杨 壮 雄 程 庆 乐 高 领 嵩 21 沙拉 木·守 克尔 李纵横 24 魏 利 伟 王 鸿 宇 蔡 邦 春

18

21

24

汪 洋 路 忠 德 雷 宇

陈 滔 金 圣 尧 许 建 军

5.1

6

邓泽生

6.6

7.5

周 良 辉 张 明 星 汪 灿

李 珍 胡 锦 文 陈 伊 军

李 琼 宁 谭 韫 佟 蕴 哲

易 勇 志 张 毅 王 倞

8.1

黄 凤 崑 翁 芬 芬 付 海 平

马 杰 马 冰 茜 赖 辉 森

郭 新 泽 谢 世 钢 索 梦 杰

李 文 权 唐 唯 峰 李 晋 阳

伍 昊 万 奇 张 瑞

刘 良 文 李 彤 李 武 峰

雷玉沛

饶雯婷

廖 荣 健 王 紫 佩

杨文婷

交课设时间:2015 年 11 月 14 日,上午 8:30~10:00,1201 班交;上午 10:00~11.30,1202 班交;下午 2.30~4.00,1203 班交,下午 4.00~5.30,1204 班 交。每个同学带上自己的计算书与图纸,到西六楼 501 办公室交课设。

4

1.2 建筑设计
1.2.1 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)工业建筑设计中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。 3.1.1 建筑布置 综合考虑工艺、结构和经济三方面的要求,按照钢结构设计规范,厂房可不设置伸缩缝,厂房 柱网具体布置如下图所示: 1.2.3 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 1:10(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,在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。 4) 门窗型号及数量 门窗编号 M—1 C—1 C—2 洞口尺寸(mm) 宽 5000 1800 1800 高 6000 1800 1200 选用图集及规 格 厂家提供 厂家提供 厂家提供 数量 2 80 80 附注 铝合金平开门 铝合金推拉窗 铝合金推拉窗

1.3 课程设计要求
1. 完成设计计算书一份 (1) 设计资料、设计依据 (2) 选择门式钢架的材料,并明确提出对保证项目的要求; (3) 确定门式刚架几何尺寸,钢架及柱支撑布置; (4) 进行荷载汇集、檩条选择与计算、刚架杆件初选、内力计算、内力组合, 验算各杆件截面;
5

(5) 节点设计:设计门式刚架屋脊节点、梁的拼接节点、梁柱连接节点、柱 脚节点,隅撑设计计算。 计算书书写要求: (1)书写工整(不能用圆珠笔或铅笔),表示要清楚,计算步骤明确,计算公 式和数据来源应有依据; (2)图表应用得当(应附有与设计有关的插图和说明),各种图形应按比例并 用仪器绘制。计算书中一定要求图、文、表并茂! 2. 绘制屋顶平面布置图、门式刚架施工图、柱支撑布置图、、节点详图 要求:图纸应符合《房屋建筑制图统一标准(GB/T 50001—2001)》和《建筑结构 制图标准(GB/T 50105—2001)》的要求;按所给绘图环境作图。

6

柱网尺寸图示意(参考图)

7

1.3 结构设计计算书刚架部分参考
1.3.1 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 21 米,门式刚架斜梁坡度为 1:10。 纵向为檩条支撑体系,20 跨,柱距 6 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。

1.3.2 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 20 跨,跨度 6 米,横 向单跨,跨度 21 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:21m (2)柱高:9.9m (3)柱距:6m 横梁坡度为 1:10 (2)框架柱及横梁 框架柱采用等截面 H 型钢柱,钢材采用 Q235 钢,横梁采用分段变截面焊接工字形截面,钢材 采用 Q235 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,并将墙体承受的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

8

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。 5.温度缝的设置

1.3.3 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

1.3.4 荷载计算
1.荷载取值计算

1.3.5 檩条设计
1) 截面选型 按i ?

1 1? ? 1 ,檩条跨度 6 m ,檩条高度 h ? ? ? ?l ? 171.43m m ~ 120m m ,从而初选 C 形檩 10 ? 35 50 ?

条 160 ? 60 ? 20 ? 2.5 ,檩距为 1.5m ,檩条跨度大于 4 m y,故在檩条间跨设置拉条,在檐中处设置 斜拉条和刚性撑杆。如图 1 2

拉条

x x
斜拉条
3 4

6m
1.3.6 墙梁设计
1) 截面选型

y

初选 C 形墙梁 200 ? 70 ? 20 ? 2.5 ,间距为 2 m ,墙梁跨度大于 4 m ,故在墙梁间跨设置拉条一 道。如图

9

图 5 墙梁布置

1.3.7 抗风柱设计
每侧山墙设置 2 根抗风柱,则每根抗风柱作用宽度为 10.5 米。

1.3.8 门式刚架设计
1)计算简图:

5 ③ 3 ① 1



7



6 ④ 4 ② 2

图 9 计算简图 8)节点设计 (1) 梁柱节点:采用如图所示连接型式,螺栓布置如图所示 选取连接处最不利一组组合内力值: M EC ? -171 .33 kN.m N 21 ? -71.02 kN Q21 ? -28.19 kN 螺栓验算:采用 8.8 级 M22 型摩擦型高强螺栓连接,预拉力 P ? 155 kN ,连接表面用钢丝刷除锈,

? ? 0.3 。

10

图 螺栓承受最大拉力值:

?y

2 i

? 2(2722 ? 1722 ? 282 ? 1282 ? 3082 ) ? 431200 mm2

? 71.02 ? 171.33? 272 N t1 ? N ? My1 ? 101 kN ? 0.8P ? 0.8 ? 155 ? 124kN 2 ? n 10 431200 y ? i
螺栓群抗剪承载力:

?N

b v

? 0.9? (nP ? m ? N ti ) ? 0.9 ? 0.3(10?155? 2(101? 64)) ? 329kN ? 28.19kN
Nti ?0

故螺栓群抗拉、抗剪承载力满足。 连接板设计:协会规程(7.2.9)规定端板厚度根据支承条件计算确定,并不应小于 16mm。 连接板计算类型为:两边支承类端板(端板平齐) 。 按照协会规程中相应的公式计算各个板区的厚度值,然后取最大板厚作为最终值。受力最大的板区:

kN , b ? 240 mm , f ? 205N / mm2 。 e f ? 90mm, ew ? 67mm, N t ? 101
t? 12e f ew N t [ew b ? 4e f (ew ? e f )] f ? 12 ? 90 ? 67 ? 101? 1000 ? 22.2m m [67 ? 240 ? 4 ? 90 ? (67 ? 90) ? 205]

取 t ? 24 mm (2)梁拼接节点:如图所示。 ① 中间节点设计 选取连接处较不利的一组组合内力值:G 节点端:MGI= 98.22 kN.m NGI= -28.06 kN QGI= -2.81 kN。 螺栓验算:采用 8.8 级 M22 型摩擦型高强螺栓连接,预拉力 P ? 155 kN ,连接表面用钢丝刷除 锈, ? ? 0.3 。 初步采用 12 个高强螺栓,螺栓布置如图所示。由于连接处剪力很小,抗剪显然满足,故只需验 算螺栓的抗拉承载力。 螺栓群中单个承受的最大拉力值:

?y

2 i

? 4(3702 ? 2002 ? 1002 ) ? 747600 mm2
11

N t1 ? N ? My1 ? ? 28.06 ? 98.22 ? 370 ? 46.3kN ? 0.8P ? 0.8 ? 155 ? 124kN n 12 747600 ? yi2
故螺栓群抗拉、抗剪承载力满足。 连接板设计:端板厚度 t 根据支承条件计算确定。

图 两边支承板(端板平齐) :

e f ? 90mm, ew ? 52mm , N t ? 46.3kN , b ? 200 mm , f ? 205N / mm2 。

t?

12e f ew N t [ew b ? 4e f (ew ? e f )] f

?

12 ? 90 ? 52 ? 46.3 ? 1000 ? 12.2m m [52 ? 200 ? 4 ? 90 ? (52 ? 90)] ? 205

取端板厚度为 t ? 20 mm 。 ② H 节点设计 选取连接处较不利的一组组合内力值: G 节点端: MGI=-31.16kN.m, NGI= -32.11 kN, QGI=37.69kN。 螺栓验算:采用 8.8 级 M22 型摩擦型高强螺栓连接,预拉力 P ? 155 kN ,连接表面用钢丝刷除 锈, ? ? 0.3 。 初步采用 12 个高强螺栓,螺栓布置如图所示。由于连接处剪力很小,抗剪显然满足,故只需验 算螺栓的抗拉承载力。 螺栓群中单个承受的最大拉力值(不考虑压力的有利影响) :

?y
N t1 ?

2 i

? 4(2722 ? 1722 ? 722 ) ? 435008mm2
2 i

My1

?y

? 33.26 ? 272

435008

? 20.8kN ? 0.8P ? 0.8 ? 155 ? 124kN 故螺栓群抗拉、抗剪承载力

满足。 连接板设计:端板厚度 t 取相同板厚,取节点板厚度为 t ? 20 mm 。

12

图 ③ I 节点设计 选取连接处较不利的一组组合内力值:G 节点端:MGI=93.01kN.m,NGI= -29.14 kN,QGI=7.99kN。 螺栓验算:采用 8.8 级 M22 型摩擦型高强螺栓连接,预拉力 P ? 155 kN ,连接表面用钢丝刷除 锈, ? ? 0.3 。 初步采用 8 个高强螺栓,螺栓布置如图所示。由于连接处剪力很小,抗剪显然满足,故只需验 算螺栓的抗拉承载力。 螺栓群中单个承受的最大拉力值(不考虑压力的有利影响) :

?y
N t1 ?

2 i

? 4(1712 ? 2212 ) ? 312328mm2
2 i

My1

?y

? 93.01 ? 221

312328

? 65.8kN ? 0.8P ? 0.8 ? 155 ? 124kN 故螺栓群抗拉、抗剪承载力

满足。 连接板设计:端板厚度 t 取相同板厚,取节点板厚度为 t ? 20 mm 。

图 9)柱脚节点 采用平板式刚性柱脚设计,布置如图所示。

13

底板确定: 选取一组较不利内力组合:MAC= 132.71 kN.m N12= -301.47 kN Q12= -34.68 kN (1)底板面积确定:假定底板下压应力呈直线分布,则:

? max ? N LB ? 6M

BL 2 ? 4.96N / mm ? f ce

2

? 301.47 ? 103 /(840? 300) ? 6 ? 132.71? 10

6

300? 8402

(2)底板厚度确定:取中间区隔计算,为三边支承区隔。

q ? ? max ? 4.96N / mm2

M ? ?qa12 ? 0.056? 4.96? 3002 ? 24998 Nmm2

t ? 6M

f

? 6 ? 24998 ? 27mm 205

取底板厚度为 30mm。 锚栓计算:当底板压力 ? min ? 0 时,底板与基础开始脱离,从而在锚栓中产生拉力。

? min ? N LB ? 6M

BL ? ?2.56N / m m2

2

? 301.47 ? 103 /(840? 300) ? 6 ? 132.71? 10

6

300? 8402

780

x

N Nt
360 840
14

M


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