钢结构设计课程设计--24m跨厂房普通钢屋架设计

1、目录一、设计资料1二、结构形式及支撑布置2三、荷载计算4四、内力计算5五、杆件设计6六、节点设计10七、参考资料17八、附表一18九、附表二19一、设计资料某车间跨度为24m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kn中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.56 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400400mm，混凝土强度等级为c25，屋架采用的钢材为q235b钢，焊条为e43型。屋架形式荷载（标准值）永久荷载

2、：改性沥青防水层0.35kn/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kn/m2100厚泡沫混凝土保温层 0.6kn/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kn/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011l）kn/m2可变荷载基本风压： 0.35kn/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.45kn/m2积灰荷载 0.75kn/m2不上人屋面活荷载 0.7kn/m2二、结构形式及支撑布置桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示图2.1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2所示图2.2 桁架支撑布置符号说明：sc：上弦支撑； xc：下弦支撑； cc：垂直支撑gg：刚性系杆； lg：

3、柔性系杆三、荷载计算 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kn/m2 小于0.49kn/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（=0.12+0.011跨度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载： 改性沥青防水层 1.004x0.35=0.351kn/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.004x 0.4=0.402kn/m2100厚泡沫混凝土保温层1.004x 0.6=0.602kn/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.004x

4、1.4=1.406kn/m2屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kn/m2 _共 3.145kn/m2标准可变荷载：屋面活荷载 0.7kn/m2积灰荷载 0.75kn/m2_共 1.45kn/m2考虑以下三种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节点荷载设计值：（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对结构不利时：（按永久荷载效应控制的组合）（按可变荷载效应控制的组合）对结构有利时：半跨可变荷载设计值： （3）全

5、跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效应控制的组合） 全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：对结构有利时：半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：四、内力计算荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2）图 4.3 荷载组合4.3由电算先解得f=1的桁架各杆件的内力系数（f=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1五、杆件设计（1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按fg、gh杆件的最大设计内力设计。n=788.27kn=788

6、270n上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：因为=3，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力n=470.35kn节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm 设=60，选用角钢，为b类截面，查表得。需要截面积：需要的回转半径：根据需要的a、查角钢规格表，选用2，=2.85cm，=7.70cm，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.806。 故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。n=779070n平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：，所需截面面积：选用

7、2，=2.56cm，=6.77cm，由于，故用不等肢角钢短肢相并考虑到下弦有的栓孔削弱，下弦净截面面积： 所选截面合适。（3）端斜杆ab杆件轴力： n=470.35kn=470350n计算长度，因为，故采用不等值角钢长肢相并。使设=60，查表得。选用2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.683。故所选截面合适。（4）腹杆he最大拉力： 21.46kn最大压力： 97.75kn按最大压力进行计算，设计计算值为97.75kn。由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取，节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架平面外的计算长度仍取节间距离，即。设=60，查表得，

8、选用等肢角钢，2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.433。由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面合适。（5）腹杆bb腹杆拉力设计值为 n=357.85kn选用2组成梯形截面，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为， ， 故所选截面合适。(6)竖杆ie竖杆拉力设计值： n=144.39kn 选用2组成十字形截面，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为， ， 故所选截面合适。其他腹杆：竖杆aa、cb、ec、gd选用2组成的十字形截面，腹杆db选用2短肢相并，腹杆dc、fd、hd选用2组成的梯形截面，

9、腹杆fc选用2组成的梯形截面。经验算，所选截面都能满足要求。各杆件的截面的选择见附表2六、节点设计（1）下弦节点“b”有e43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值。设“bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取16cm 肢尖： ，加后取10cm设“db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取14cm 肢尖： ，加后取7cm“cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为310mm400mm。 下弦与节点板的连接的焊缝长度为400m

10、m，。焊缝所受的左右两下弦杆的内力差为，肢背的力最大，取肢背进行计算，则肢背处的焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。（2）上弦节点b“bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“ba”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背： ，加后取16cm 肢尖： ，加后取11cm考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，选择节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝： 忽略桁架上弦坡度的影响，假定集中荷载f与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的内力差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ，=8mm由节点板的长

11、度确定槽焊缝的长度为480mm，上弦肢尖角焊缝的剪应力为：故焊缝强度满足要求。（3）下弦节点“c”设“dc”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取11cm 肢尖： ，加后取6cm设“fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取8cm 肢尖： ，由于焊缝计算长度不得小于和40mm，肢尖焊缝长度取6cm。“cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。节点板取265mm315mm，取，下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm，焊缝受左右弦杆的内力差为，受力较大的肢背处的剪应力为：焊缝强度满足要求。（4）下弦节点“d”设“fd”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝

12、长度为： 肢背：，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： ，计算长度取48mm，加后取6cm设“hd”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背： ，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： ，计算长度取48mm，加后取6cm。“cb”杆的内力为52890n，。肢背：，焊缝长度取6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm285mm，由于d点左右两端的拉力值相差不大，可只按构造确定其焊角尺寸为。（5）下弦节点“e”腹杆“eh”计算内力为97.75kn，肢背的焊缝长度为：，加后取7cm肢尖：2209.6mm+48mm+152=481.2mm，合适。根据腹杆的

13、内力，取节点板尺寸为200mm450mm，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为450mm-2x15mm-4，=5mm，故计算长度为3800mm，节点荷载为52.89kn，焊缝承受的剪应力：，满足。上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%，设肢尖的焊缝=8mm，节点板的长度为200mm，则节点一侧弦杆的计算长度为：，焊缝应力为： （8）支座节点“a”腹杆“ab”的焊缝尺寸同节点“b”肢背：，肢尖：。节点板的厚度为12cm，所确定的节点板尺寸如图6.8.1，下弦杆焊脚尺寸为肢背：，肢尖：，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为 ，经验算焊缝满足要求。为了便于施焊，下弦角钢水平肢

14、的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为12mm。 支座底板的计算支座反力： r=8f=852.89kn=423.12kn 支座所需的净截面为：选择的支座底板的尺寸如图6.8.2。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm33849.6mm，故底板的面积合适。 底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定 ，/=0.474查表得的值为0.054。底板下的平均应力为：每块板的单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：取t=18mm。加劲肋与节

15、点板的焊接焊缝计算。 计算简图如图6.8.3假定一个加劲肋承受的力为支座反力的1/4，即加劲肋的计算内力为，则焊缝的内力为 设焊缝，焊缝的计算长度为：图6.8.1 加劲肋计算简图，则焊缝的应力：，满足。 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部的支座反力，每块加劲肋各传力为r/4=105780n，节点板传递的力为r/2=211560n。设节点板与焊缝的焊脚尺寸，则焊缝的计算长度我为：节点板的应力： 强度满足。加劲肋焊脚尺寸每块加劲肋与地板的连接焊缝长度为：加劲肋焊缝的应力为： 强度满足。七、参考资料1、张耀春.钢结构设计原理.高等教育出版社，2004版。2、王国凡.钢结构连接方法及工

16、艺.化学工业出版社,2005版。3、钢结构设计规范（gb50017-2003）.北京计划出版社，2003版。4、房屋建筑制图统一标准（gb/t50001-2001）.北京计划出版社，2002版24杆件名称内力系数附表1 桁架杆件内内力组合表第一种组合f第二种组合第三种组合计算杆件内力 /kn全跨左半跨右半跨上弦ab0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00bc、cd-8.74-6.26-2.48-462.42-426.03-405.55-370.48-339.98-186.24-95.65-462.42de、ef-13.37-8.93-4.44-7

17、07.14-642.02-609.01-575.99-531.05-269.37-161.68-707.14fg、gh-14.90-8.96-5.50-788.27-700.99-661.53-650.16-601.53-276.31-193.43-788.27hi-14.20-7.10-7.10-751.04-646.81-605.42-646.81-605.42-228.90-228.90-751.04下弦ab4.453.521.26235.31221.66212.12188.49172.97102.7148.63235.31bc11.457.953.50605.59554.18526.7

18、0488.93449.66237.79131.38605.59cd14.369.165.20759.50683.15646.53625.08577.98278.86184.15759.50de14.738.196.54779.07683.11642.36658.81613.68257.27217.65779.07斜腹杆ab-8.89-6.55-2.35-470.35-435.93-415.57-374.23-342.73-193.67-93.05-470.35bb6.774.682.08357.85327.28311.00289.12265.96140.1977.97357.85bd-5.30

19、-3.31-1.99-280.26-251.02-237.32-231.73-214.55-101.16-69.70-280.26dc3.521.791.74186.23160.74150.54160.02149.6957.3556.17186.23cf-2.28-0.59-1.68-120.38-95.69-87.61-111.66-106.46-23.67-49.71-120.38fd0.95-0.541.4950.0328.1622.7158.0257.96-9.1039.6058.02，-9.10dh0.181.61-1.469.7330.6734.15-14.34-18.9839.3

20、1-34.0939.31，-34.09he-1.51-2.671.16-80.08-97.09-97.75-40.84-31.35-70.2721.4621.46，-97.75竖杆aa-0.50-0.500.00-26.45-26.45-25.65-19.11-16.99-14.05-2.08-26.45cb-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89ec-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89gd-1.00-1.000.00-52.8

21、9-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89ie2.731.371.37144.39124.35116.39124.35116.3944.0144.01144.39附表2 桁架杆件截面选择表杆件计算内力/kn截面规格截面面积/cm计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(n/mm)名称编号上弦fg、gh-788.27 160x100x105063150.7452.12.857.752.8860.261500.81190.72下弦de779.07 140x90x10445230011852.566.77117.20175350176.3腹杆aa-26.45 50x4779196.5196.51.542.43127.6080.861500.408