钢结构课程设计-24米跨厂房桁架设计

1、目录一、设计资料1二、结构简图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钢结构课程设计一、设计资料1. 厂房纵向长度90m，纵向柱距6m。采用钢桁架屋架屋架跨度为24m。2. 结构采用梯形。3. 屋架采用Q235B钢材，构件选用热轧角钢。节点采用焊接，焊条为E43型。4. 屋盖结构采用型钢檩条，压型钢板作屋面板，荷载为： 屋架及支撑自重标准值： q=0.12+0.011L,L以m为单位，q以kN/m2为单位 屋架铺设管道荷载标准值：0.20kN/m2 屋面自重标准值：0.35kN/m2 屋面活荷载标准值：0.50kN/m2 积灰荷载：1.20kN/m2二、结构形式及支撑布置1

2、. 绘出屋架屋面的横向支撑及檩条图2. 对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算，并进行最不利内力组合；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。结构形式及支撑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：柔性系杆三、荷载计算桁架及屋盖沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosa=1.006换算为沿水平投影面分布的荷载。1. 荷载标准值 按屋面水平投影计算的永久荷载标准值标准永久荷载： 屋面自重 1.006*0.35=0.352kN/m2管道荷载 0.20kN/m2屋架和支撑自重 0.120+0.011x24=0.384kN/m2

3、_共 0.936kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载 0.50kN/m2积灰荷载 1.20kN/m2_共 1.7kN/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 全跨屋架和支撑自重+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：F1=(1.35*0.936+1.4*0.7*0.50+1.4*0.9*1.2）*1.5*6=29.39F2=(1.2*0.936+1.4*0.5+1.4*0.9*1.2)*1.5*6=30.02F3=(1.2*0.936+1.4*0.7*0.5+1.4*1.2)*1.5

4、*6=29.63 取F2=30.02（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：F12=1.35*0.936*1.5*6=11.37 （按永久荷载效应控制的组合）F12=1.2*0.936*1.5*6=10.11 （按可变荷载效应控制的组合）对结构有利时： F13=1.0*0.936*1.5*6=8.42 取F12=11.37半跨可变荷载设计值： F21=1.4*（0.7*0.50+0.9*1.2）*1.5*6=18（按永久荷载效应控制的组合）F22=1.4*（0.50+0.9*1.2）1.5*6=19.89（按可变荷载效应控制的组合）F22=1.4*（0.7*0.50+

5、1.2）1.5*6=19.53 取F22=19.89 （3）全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：F31=1.2*0.384*1.5*6=4.15对结构有利时： F32=1.0*0.384*1.5*6=3.46 取F31=4.15 半跨节点屋面板自重+半跨节点屋面活荷载设计值：F4=（1.2*0.35+1.4*0.50)*1.5*6=10.084、 内力计算桁架内力组合表 杆件名称杆件内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载N=P*全跨永久荷载+半跨可变荷载N=P全*+P半*全跨永久荷载+半跨可变荷载N=P全*+P半*

6、全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载N=P全*+P半*或计算内力P=1(Aa为1/2P)在左半跨在右半跨全跨上弦杆AB0.00.00.000000BC-6.25-2.47-8.75-262.675-223.8-148.6158-99.3125-262.675CD-6.25-2.47-8.75-262.675-223.8-148.6158-99.3125-262.675DE-9.04-4.49-13.53-406.1706-333.6417-243.1422-147.2727-406.1706EF-9.04-4.49-13.53-406.1706-333.6417-243.1422-

7、147.2727-406.1706FG-9.17-6.09-15.26-458.1052-355.8975-294.6363-155.7626-458.1052GH-9.17-6.09-15.26-458.1052-355.8975-294.6363-155.7626-458.1052HI-7.38-7.38-14.71-441.5942-314.0409-314.0409-135.4369-441.5942下弦杆ac+3.48+1.25+4.73141.9946122.997378.642654.7079141.9946ce+8.0+3.53+11.53346.1306290.2161201

8、.3078128.4895346.1306eg+9.34+5.31+14.65439.793352.3431272.1864154.9447439.793gi+8.44+6.73+15.17455.4034340.3545306.3426148.0307455.4034斜腹杆Ba-6.53-2.34-8.87-266.2774-230.7336-147.3945-102.6329-266.2774Bc+4.76+2.12+6.88206.5376172.902120.392476.5328206.5376Dc-3.14-2.03-5.44-163.3088-124.3074-102.2295-

9、54.2272-163.3088De+1.9+1.80+3.7111.07479.8677.87134.507111.074Fe+0.71-1.75-2.46-73.8492-13.8483-62.7777-3.0522-73.8492Fg-0.45+1.56+1.1133.32223.670243.64910.070533.3222Hg+1.55+1.39+0.020.600431.056927.874515.70731.0569Hi-2.47-1.53-1.08-32.4216-61.4079-42.7113-29.3796-32.4216竖杆Aa-0.5-0.5-0.50-15.01-1

10、5.63-15.63-7.115-7.51Cc-1.00.0-1.0-30.02-31.26-11.37-14.23-31.26Ee-1.00.0-1.0-30.02-31.26-11.37-14.23-31.26Gg-1.00.0-1.0-30.02-31.26-11.37-14.23-31.26Ii+0.97+0.97 -1.0-30.027.9233-9.22635.6276-30.025、 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=458.1052kN=458105N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：=150.8cm在桁架平面外，根据

11、支撑布置和内力变化情况，取：=150.8*2=301.6cm节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度用10mm 设=80，选用角钢，为b类截面，查表得0.688。需要截面积：需要的回转半径：, 选用不等边角钢短边相并，根据需要的A、查角钢规格表，选用2125*80*8，A=31.98cm2，=2.28cm，=6.00cm，按所选角钢进行验算：=66.14 13.5 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.787。=208.78f=215N/mm2 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=455.4034kN=455403N设=130 ，需要的净截面

12、面积为选用290*56*8，A=22.366，=1.56cm，=4.54cm，由于，故用不等肢角钢短肢相并=192.30.48loy/b2=5.07 =37.48 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.631。=213.6故所选截面合适。（4） 腹杆Bc腹杆拉力设计值为 N=206.54kNA=N/f=206540/215=9.6cm2选用275*5，A=14.82，=2.33，=3.37，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=0.8*260.8=208.64cm, =l=260.8cm=208.64/2.31=89.5 ,=260.8/3.38=77.4

13、 =140f=故所选截面合适。（5）腹杆Dc腹杆压力设计值：N=-163.309KN平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为=0.8*285.9=228.72cm, =285.9cm设=100，查表得0.555。=0.8*285.9/1000=2.29cm =285.9/100=2.86cmA=13.69cm2选用275*5,A=2*7.41=14.82cm2, ix=2.33cm,iy=3.37cm=228.72/2.33=98.16 b/t=150.58/b=2.21 =58.7 由于，只求，查得=0.61=180.64f=（6）腹杆De杆件轴力： N=111.074kN=111074N

14、所需截面积： N/f=111074/215*=2.17cm2杆件计算长度： lox=0.8*285.9=228.72cm , loy=285.9cm，截面的回转半径： =0.8*285.9/100=2.29cm =285.9/100=2.86cm选用275*5,A=2*7.41=14.82cm2, ix=2.33cm,iy=3.37cm=228.72/2.33=98.2 ,=285.9/3.37=84.8 满足长细比的要求。所选截面满足。（7）Fe杆 轴力：N=-73.849kN=73849N（受压）杆件计算长度： lox=0.8*312.9=250.32cm , loy=312.9cm设=1

15、00，选用2L705等边角钢，由于，只求，查附录4，得，所选截面满足。（8）腹杆Fg杆件轴力： N=33.322kN=33322N 所需截面积： N/f=33322/215*=1.55cm2杆件计算长度： lox=0.8*311.9=249.5cm , loy=311.9cm，设=100，截面的回转半径： =0.8*311.9/100=2.49cm =311.9/100=3.11cm选用280*5,A=2*7.91=14.38cm2, ix=2.48cm,iy=3.56cm=249.5/2.48=107.8 ,=311.9/3.56=92.55 满足长细比的要求。所选截面满足。(9)腹杆Hg杆

16、件轴力： N=31.057kN=31057N 所需截面积： N/f=31057/215*=0.82cm2杆件计算长度： lox=0.8*339.6=271.68cm , loy=339.6cm，设=130，截面的回转半径： =0.8*339.6/130=2.09cm =339.6/130=2.61cm选用275*7,A=2*10.16=20.32cm2, ix=2.30cm,iy=3.40cm=271.68/2.30=94.64 ,=339.6/3.40=99.88 满足长细比的要求。所选截面满足。（10）腹杆Hi杆件轴力： N=-32.4216kN=32422N 所需截面积： N/f=324

17、22/215*=1.51cm2杆件计算长度： lox=0.8*337=249.5cm , loy=337cm，设=130，截面的回转半径： =0.8*337/130=2.07cm =337/130=2.59cm选用270*5,A=2*7.12=13.75cm2, ix=2.16cm,iy=3.16cm=0.8*337/2.16=124.81,=337/3.16=106.6 满足长细比的要求。所选截面满足。（11）竖杆各个竖杆采用同类截面，按Gg杆件的最大设计内力设计。Ii竖杆拉力设计值： N=31.26kN A=N/f=31260/215=1.45cm2杆件计算长度： lox=0.8*289=

18、231.2cm , loy=289cm，设=130，截面的回转半径=0.8*289/130=1.78cm =289/130=2.22cm选用263*5，并采用十字形截面A=9.96，ix=1.96，iy=2.87，按所选截面进行验算：=231.2/1.96=117.96,=289/2.87=99.65 截面验算：故所选截面合适。 各杆件的截面杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2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/mm2)名称编号上弦下弦斜腹杆竖杆6、 节点设计6.1下弦节点“c”（图6.1）各类杆件的内力由表4.1查得。这类节点的设计步骤是：先根

19、据复杆的内力计算与复杆与节点版连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：“Cc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为。下弦与节点板连接的焊缝长度为34cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。6.2上弦节点“B”(图6.2) Bc杆（

20、2L 755）与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背，肢尖aB（2L80507）杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为：为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：上弦与节点板间焊缝长度为400mm。节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：满足要求。6.3屋脊节点“I”（

21、图6.3）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：,取80mm拼接角钢的长度取。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点板长度为40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为：因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆Hg与节点板的连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。6.4支座节点“a”（图6.4）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为12mm。6.4.1支座底板的计算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280180mm2