24米厂房钢屋架设计

1、钢结构设计姓名： 学号： 班级： 一、设计资料厂房总长90m ，跨度根据不同学号为24m1 、 结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为 C30, 屋面 坡度为i=1:10 ; L为屋架跨度。地区计算温度高于一20E,无侵蚀性介质，地震 设防烈度为 8 度，屋架下弦标高为 18m ; 厂房内桥式吊车为 2 台 150/30 t （中 级工作制），锻锤为 2 台 5 t 。2 、 屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0 作用下杆 件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号用 Q235 钢， 焊条为 E43 型。3 、 屋盖结构及荷载 采用

2、无檩体系。用 1.5 X6.0 预应力混凝土屋板。荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.11L , L为屋架跨度，以m为单位， q 为屋架及支撑自重，以 KN/m2 为单位； 屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.7 KN/m2 ，雪荷载的基本雪压标准值为=0.35 KN/m2 ，施工活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值； 积灰荷载根据不同学号按附表取： 0.7 KN/m2； 屋面个构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.55KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/m2预应力混

3、凝土屋面板1.45KN/m2二、屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10 ； 屋架计算跨度L°= 24000 - 300= 23700mm 端部高度取H=1990mm 跨中高度取3190mm 下端起拱 50mm屋架几何尺寸如图 1 所示：5 o 91508 I 5000550a.1500X8=1 2000，g . 24米跨屋架几何尺寸1.0+ 3.48aDr904+19170+ 8.0 V +9.34ce.1 -+ 8.44.o +oo ooo OC'o oo24 oo.o+ 6.73+5.31 ge'c'+

4、1.25a'i . 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值支撑布置：两端及跨中三处由于房屋长度有90米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架设置垂直支撑。 其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三 道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。15*6000-CCl331GJIQGicn心EOCID 何 mo KcpcKnmamn Erpn &im桁架上弦不意图15*6000= 90000ECaEclOOE桁架下弦示意图比，GGL|£亡1 CClx LG3-2-><XK</x垂直支撑IT/ X1_LG4/ < /

5、xjl /TK r 'i / 垂直支撑2-2四、屋架节点荷载屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算：荷载计算表表i荷载名称标准值（kN/m2）设计值（kN/m2）预应力混凝土大型屋面板1.451.45 1.35=1.958二毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.40.4 1.35=0.54水泥砂浆找平层0.40.4 1.35=0.54保温层0.550.55 1.35=0.743一毡二油隔气层0.050.05 1.35=0.068找平层0.30.3 1.35=0.405屋架和支撑自重q=0.12+0.011L=0.3840.384 1.35=0.518永久何载总和3.4844.772屋面活

6、荷载0.70.7 1.4=0.98积灰何载1.21.2 1.4=1.68可变何载总和1.92.66计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况1）满载（全跨永久荷载加全跨可变荷载）F= ( 4.772+2.66 ) X1.5 8= 66.888kN2)全跨永久荷载Fi=4.772 1.5 6 = 42.948kN半垮节点可变荷载F2= 2.66 1.5 6 = 23.94kN3)全跨屋架和支撑自重、半跨屋面板荷载、半跨活荷载全跨节点屋架自重：F3=0.518 1.5 6 = 4.662KN半跨屋面板自重及半跨活荷载F4= ( 1.958+1.33 ) X1.5 6 = 29.5927KN五、屋架杆件内力

7、计算表2屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=1 )第一种 组合 F X第二种组合第二种组合杆件计 算内力 (kN)全跨左半跨右半跨F1 X + F2 XF1 X + F2 X F3 X +F4 XFa X + F4 X上 弦 杆AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC;CD-8.72-6.25-2.47-583.26-524.13-433.64-225.60-113.74-583.26DE;EF-13.53-9.04-4.49-904.99-797.50-688.58-330.59-195.94-904.99FG;GH-15.26-9.17-6.09

8、-1020.71-874.92-801.18-342.50-251.36-1020.71HI-14.7 1-7.38-7.38-983.92-808.44-808.44-286.97-286.97-983.92下 弦 杆ac4.733.481.25316.38286.46233.07125.0359.04316.38ce11.538.03.53771.22686.71579.70290.49158.21771.22eg14.659.345.31979.91852.79756.31344.69225.43979.91gi15.178.446.731014.69853.57812.64320.48

9、269.881014.69斜 腹aB-8.87-6.53-2.34-593.30-537.28-436.97-234.59-110.60-593.30Bc6.884.76-2.12460.19409.44244.73172.93-30.66460.19杆cD-5.44-3.14-2.02-363.87-308.81-282.00-118.28-85.14-363.87De3.701.901.80247.49204.39202.0073.4770.52247.49eF-2.460.71-1.75-164.54-88.65-147.559.54-63.25-164.54Fg1.11-0.451.5

10、674.2536.9085.02-8.1451.3485.02gH0.021.55-1.531.3437.97-35.7745.96-45.18-45.18Hi-1.08-2.471.39-72.24-105.52-13.11-78.1336.10-105.52竖 杆Aa-0.5-0.50-33.44-33.44-21.47-17.13-2.33-33.44Cc-1.0-1.00-66.89-66.89-42.95-34.25-4.66-66.89Ee-1.0-1.00-66.89-66.89-42.95-34.25-4.66-66.89Gg-1.0-1.00-66.89-66.89-42.9

11、5-34.25-4.66-66.89Ii00.970.970.0023.2223.2228.7028.7028.70六、杆件界面设计（1）上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算：NU=-1020.71KN , lox=15O.8cm, l°y=3OO.Ocm（取两块大型屋面板的宽度之和为横向支撑间距，即loy；取每个上弦杆的长度为lox）。2lox loy,故截面应选择 不等边角钢截面。假定入=60，则=0.807 , Areq=N/ f=1020710/（0.807X215） =5882.89mm 2iyreq =&/入=1508/60=25.13mmi yreq = l

12、 oy / = 3000/60 = 50mm由附表7.6选2L160X100X12,短肢相并，肢背间距a=10mm2A=2X30.1 X100=6020mm、ix=28.2mm、iy=77.5mm截面验算：X = lox/ix = 1508/28.2=53.48v =150 （满足）y= loy/iy=3000/77.5=38.71< = 150 （满足）b/t=160/12=13.33>0.56 X 3000/160=10.5求得 yz= y=49.48 v x=79.87 , max = x=79.87查表4.2得 =0.839（满足）由 N/ A=1020710/ （0.83

13、9 6020） = 202.09 N/mm 2<215 N/mm 2故上弦杆采用2 L160 X100X12短肢相并，如下图：10（2）下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力N=1014.69KN计算I ox = 300cm l oy =2400/2=1200cmAreq=N/ f=1014690/215=4719mm 2由附表7.6选2 L160 X00X10短肢相并a=10mmA = 2X25.3 = 50.6 cm , i x = 2.85cm, i y = 7.70cm=N/An =1014690/5060= 200.53 N/mm 2< 215 N/mm 2 （满足）x

14、= lox/ i x = 300/2.85=105.26< = 350 （满足）y = loy/i y=1200/7.70=155.84< = 350 （满足）故下弦杆采用2 L160 X00X0短肢相并，如下图：10、2L125X80：（3）斜腹杆gH按压杆计算：N=-45.18KN , lox=O.8X339.6=271.68cm, l oy=339.6cm ,选用截面 2L63 x 6 a=10mm截面几何特性：几何面积：A=14.58cm 2回转半径：ix=1.93cm , iy=2.98cm长细比： x 二 lox/ix 二 271.68/1.94=104.04<

15、350 （满足）y = loy/i y=339.6/2.96=114.72< = 350 （满足）b/t=63/6=10.5 v 0.58 x 339.6/6.3=31.34 2 2故，yz y（1 0.475 63 / 33966 ）116.0 x 140.76因x> y,只需求x,查表得x=0.342贝 u = N/ xA=45180/0.342X 1228= 100.70 N/mm 2< 215 N/mm 2 （满 足）按拉杆计算：N=45.96KN=N/ A=45960/1228=37.43 N/mm 2 （满足）所以采用等肢角钢2L63X6，如下图所示10(4) 腹

16、杆aBN=-593.30KN , lox=O.8l=O.8 X 2535=2028mm , loy=2535mm 选用截面 2L90 x 12 a=10mm 截面几何特性：几何面积：A=40.62cm oy253. 5y60. 8 150 iy4. 17b/t=90/12=7.5 v 0.58 x 253.5/9=16.3故，yzy(10.475 90 4 / 2535 2 122)因x> y,只需求x,查表得x=0.722U =N / xA=593300/0.722 X 4062= 202.30 N/mm 2< 215 N/mm 2 (满足)所以选择截面为2L90 x 12的等肢

17、角钢，肢背间距为a=10mm,如下图:回转半径：ix=2.71cm , iy=4.17cm长细比:x» 裁 74. 815062.8 x 74. 810IT（5）腹杆BeN=460.19KN , lox=O.8X 260.8=208.6cm, l oy=26O.8cm选用截面2L80 x 7 a=10mm截面集合特性：几何面积：A=21.72cm 2回转半径：ix=2.44cm , iy=4.05cm长细比：x 二 lox/ix 二 2086/24.4=85.49< 150 （满足）y = loy/ iy =2608/37.0=70.49< = 150 （满足）承载力验算

18、：=N/ A=460190/2172=211.87N/mm i2v 215 N/mm 2 （满足）所以选择截面为2L80 x 7的等肢角钢，肢背间距为a=10mm ,如下图:2L90X12其余截面选择见下表屋架杆件截面选用表杆件杆 件 号内力设计算长度所用截面截面 积计算 应力容许长 细比 入填板数名称计值(kN)l ox(m m)10y(mm )(cm2)(N/ cni)上弦1杆FG、GH-1020.71150830002 L160 X100 X1260.2202.09150每节间1卜玄 1杆gi1014.691500120002 L160 X00X1050.6200.53350每节间1aB

19、-593.30253525352L90X1240.62202.301502Be460.19208626082L80 X 721.72211.873502cD-363.87228728592L90 X 827.88195.091502De247.49228728592L63 X 512.28201.53502eF-164.54250331292L75 X 617.60185.861502Fg85.02249531192L56 X 510.8478.433502复杆gH-4563 X 512.84100.7 01503Hi-105.52269633702L75 X 617

20、.60131.771503Aa-34.44199019902L40 X 56.58137.741502Ce-68.89183222902L56 X 510.84123.41502Ee-68.89207225902L56 X 510.84146.11503Gg-68.89231228902L56 X 510.84172.691503li28.70289128912L56 X 510.8426.482003七、节点设计选用E43焊条，则焊缝的抗压、抗拉和抗剪强度设计值为：ffw 160N/mm ,取 130mm设“Be”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=8mr 和 hf=6mm肢背：lw 2 46

21、0190/3 2 0.7 8160 2 8187.20mm 取 190mm肢尖：lw 1 460190/3 2 0.7 6验算上弦杆与节点板的连接假定上弦杆的形心线至肢背的距离为160 2 630mm ,126.13mm取 130mm设计时考虑无引弧的影响。腹杆最大内力554.3KN，查表7.4选用中间节点板厚度12mm,支座节点板 厚度 14mm。、上弦“ B”节点（见附图）计算腹杆的杆端焊缝。NBa=-593.30KN ; Nbc=460.19KN;设“ Ba”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=10mr和h8mm肢背：lw 2 593300/3 2 0.7 10 160 2 10 196.

22、58 mm 取 200mm肢尖：lw 1 593300/3 2 0.7 8 160 2 8 126.36mm上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背10mm,肢背采用塞焊缝hf1 t / 0.7 10 468 2则肢尖焊缝强度为 12 / 2 6mm,由斜杆焊缝确定的节点板尺寸，得节点板长度是:480mm则焊缝的计算长度为lw1 lw2 480 12 468mm o则肢背焊缝强度为：f F/2 0.7h f1lw 66888/2 0.7 6 468 17.01N/mm 2 1.22 160 195.2N/mm 2肢尖焊缝承担上弦杆内力差N 583.26KN ,e 160 30 130mm 偏心力矩 M=

23、 Ne 583260X130=75.82 X10 6N/mm选择hf210mm ,则5832602 0.7 10 46889.02N/mm2148.36N/mm160N/mm（二）148.36 289.02 2150.71N/mm满足要求6 75.82 10c” 下弦节点“NcD= -363.87KN ; Nbc=460.19KN ; Ncc= -66.89KN计算腹板与节点板的连接焊缝B-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取 hfi=10mm , hf2=8mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：肢背：lw2 460190/3 2 0.7 10 160 2 10 156.96mm取 160mm肢尖：

24、lw 1 460190/3 2 0.7 8 160 2 8 101.6mm取 110mm腹杆cD杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取：hf1=10mm , hf2=8mm肢背：I 2 3638703 2 0.7 10 160 2 10 12829 mm取 130mmw取 90mm肢背：lw 1 363870/ 3 2 0.7 8 160 2 8 83.68 mmCc杆因内力很小，焊缝尺寸可按构造确定为5mm验算下弦杆与节点板的连接内力差 N=771.22-316.38=454.84KN 。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，得实际节点板长度为430mm ,肢背及肢尖焊脚尺寸均取为 6mm,贝U计算长 度 lw

25、=430-12=418cm 。肢背焊缝应力为：24601903 2 0.7 418 6 满足2 287.38N/mm160N/mm要求屋脊节点弦杆杆端受力不大按照构造要求设置焊缝，取hf=5m m。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸。上弦杆采用2L160X100X12拼接角 钢采用与上线相同 的角钢，热弯成型，拼接角钢 除倒棱夕卜，竖肢需 切去12 105 27mm,取30mm,角焊缝用hf=10mm ,按轴心受压等强度设计。则上弦杆件与拼接角钢肢尖在街头一侧的焊缝长度为N1020710911mm0.7hf ffw0.7 10 160共有四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长

26、度：91lw 720248mm采接角钢总长l=2 248+20=516mm，取拼接角钢长度为700mm支座节点“ a”NAa= -33.44KN、NaB= -593.30KN、Nac=316.38KN1、腹杆焊缝设计a B 股背取 200mm h f1=10mm 肢尖取 130mm h f2=8mm。Aa杆内力较小取构造要求，hf2=5mm ,肢尖肢背取l=70mm ac杆设肢背焊缝厚 度 hfi=8mm , hf2=6mm肢背：lw 2 316380/3 2 0.7 8 160 2 8 133.37mm 取 140mm取 100mm2、根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用-390X280X12。为便肢尖：lw 1 316380 /3 2 0.7 6 160 2 6 90.47 mm于施焊。且在支座设加劲肋 一 140X12,高度为290mm。(1)板底计算支座反力：R=8X 66.888=535.104KN柱采用C30混凝土 fc14.3N/mnf ,所需板底净面积为An=535104/14.3=374.20cm锚栓直径采用