某厂房钢结构设计(共26页)

1、钢结构课程设计计算书 21m跨度厂房钢屋架设计姓 名： 李 德 海学 号： 3080210805班 级： 土木应用08-5班指导教师： 姜 宏日 期： 2012-2-273-4目 录1、设计资料 -12、支撑布置-23、荷载计算-44、内力计算-55、杆件设计-76、节点设计-141、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为21m，总长90m，纵向柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1：10。雪荷载为0.35 KN/m2，积灰荷载为1.1 KN/m2。地区计算温

2、度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t，锻锤为2台5t。1.2、屋架形式及选材本设计采用无檩条屋盖方案屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架跨度为21m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用Q235钢，焊条为E43型。1.3、荷载标准值荷载类型荷载名称荷载标准值（KN/m2）永久荷载三毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.4水泥砂浆找平层0.4保温层0.6一毡二油隔气层0.05水泥砂浆找平层0.3预应力混凝土屋面板1.45屋架自重0.12+0.11x21=0.351可变荷载屋面活荷载标准

3、值0.7积灰荷载1.1雪荷载0.352、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图2.1、2.2、2.3所示图2.1 21米跨屋架几何尺寸图2.2 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值图2.3 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.2桁架支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车2台150/30t(中级工作制 )，锻锤为2台5t，布置下弦纵向水平支撑。符号说明：SC上上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆3、荷载计算1.荷载计算（1）永久荷载标准值：0.4+0.4+0.6+0.05+0.3

4、+1.45+0.35=3.551 KN/m2永久荷载设计值：1.2x3.551=4.26 KN/m2（由可变荷载控制） 1.35x3.551=4.79 KN/m2（由永久荷载控制）（2）可变荷载：0.7+1.1=1.8 KN/m2（取屋面活荷载与雪荷载中最不利值）可变荷载设计值：0.7x1.4 x 1.8=1.76 KN/m2（由永久荷载控制）由于4.76+1.76=6.55 KN/m22.52+4.26=6.78 KN/m2，所以按由可变荷载效应控制取值并组合。2.荷载组合设计屋架时，应考虑三种荷载组合：2.1、使用阶段组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载：4.26 x 1.5

5、x 6.0=38.34 KN/m2 全跨可变荷载：2.52 x 1.5 x 1.6=22.68 KN/m2 KN/m22.2使用阶段组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载： KN全跨可变荷载： KN2.3施工阶段组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面板活荷载全跨屋架及支撑自重：F4=0.35×1.2×1.5×6=3.78 kN半跨屋面板重及半跨屋面板活荷载：F5=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94 kN2.1、2.2为使用阶段荷载情况，2.3为施工阶段荷载情况。4、内力计算F=

6、1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已经给出。求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4.1。表4.1 桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合计算杆件内力/kN全跨左半跨荷载第一种组合F×第二种组合第三种组合左半跨右半跨F2×+F3×F2×+F3×F4×+F45×F4×+F5×上弦杆 AB000000000BC,CD-7.472-5.310-2.162-455.941-406.970-335.511-155.366-80.002-455.941DE,EF-11.

7、262-7.339-3.923-687.207-598.234-520.759-218.266-136.487-687.207FG，GH-12.180-6.861-5.319-743.224-622.589-587.616-210.293-173.377-743.224下弦杆ac4.1003.0101.090250.182225.461181.91587.55741.593250.182ce9.7446.6633.081594.579524.702443.462196.345110.591594.579eg11.9627.3264.636729.921624.777563.768220.601

8、156.202729.921gh11.7685.8845.884718.083584.634584.634185.346185.346718.083斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-468.878-422.542-340.940-164.091-77.955-468.878Bc5.8083.9601.848354.404312.492264.591116.75766.195354.404cD-4.409-2.633-1.776-269.037-228.758-209.321-79.70059.183-269.037De2.7921.2221.570170.368134.76014

9、2.65339.80848.140170.368eF-1.572-0.047-1.525-95.923-59.205-94.8574.817-42.451-95.923Fg0.328-1.0391.36720.051-10.98943.579-23.63433.96620.015gH0.7131.913-1.20043.50770.723 0.120 48.492-26.03343.507竖杆Aa-0.500-0.5000.000-30.510-30.510-30.510-13.860-1.890-30.510Cc-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61

10、.020-3.780-61.020Ee-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Gg-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Hh0000000005、杆件设计5.1上弦杆整个上弦架采用等截面，按FG、GH杆件之最大设计内力设计。 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，根据支承布置及内力变化情况，取：因为，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）腹杆最大内力N=553.248kN，查表9.6.4，节点版厚度选用10mm，支

11、座节点板厚度用12mm。设=60查附录4得。需要截面积： 需要的回转半径：， 根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用，按所选角钢进行验算：， ，满足长细比的要求。截面在x和y平面内皆属b类，由于 ，只要求，查表得。，所需截面合适。5.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按eg杆最大设计值计算。，根据桁架下弦支撑布置情况，得所需截面积： 根据所需截面积查表选用，不等肢角钢，短肢相并（图5.2）。按所选角钢进行截面验算假设螺栓孔中心至节点板边缘距离约为100mm，则可不考虑截面的削弱影响，取=。则，所需截面满足要求。5.3端斜杆aB杆件轴力：计算长度lox=loy=253cm。因为lox

12、=loy，故采用等肢角钢，选用2L100×10，A=38.52cm2 ，ix=3.05cm，iy=4.6cm，满足长细比的要求。由=66.4，查表得，所以截面满足要求。5.4腹杆5.4.1 Bc杆（图5.4.1）杆件轴力： 所需截面积： 杆件计算长度： ，选用2L100×10等边角钢，满足长细比的要求。由于，查表得，所以截面满足要求。5.4.2 cD杆（图5.4.2）杆件轴力： 计算长度： ，选用2L90×10等边角钢，设=100查附录4得，由于，查表得，则，所以截面满足要求。5.4.3 De杆（图5.4.3）杆件轴力： 所需截面积： 杆件计算长度： ，选用2L9

13、0×6等边角钢，由于，查表得，则满足长细比的要求。所选截面满足要求。5.4.4 eF杆（见图5.4.4）轴力：，选用2L75×6等边角钢，由于，查表得，则满足长细比的要求。所选截面满足要求。5.4.5 Fg杆（见图5.4.5）轴力：，选用2L63×6等边角钢，由于，查表得，则满足长细比的要求。所选截面满足要求。5.4.6 gH杆轴力：，选用2L63×6等边角钢，满足长细比的要求。由于，查表得，则，所选截面满足要求。5.5 竖杆（图5.5）轴力：，选用2L63×6等边角钢，满足长细比的要求。由于，查表得，则，所选截面满足要求。5.6其余各杆件的截

14、面杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2计算长度/cm容许长细比应力/(N/mm2)名称编号上弦FG，GH-743.224 2L140×90×12 52.8150.75300150186.4下弦eg729.9212L100×80×8 34.4300.001050250212.2斜腹杆aB-468.878 2L100×1038.52 253.0 253.0 150 121.1Bc354.404 2L75×617.59209.0261.30150215.00cD-269.037 2L90×1034.34229.1286.40

15、150 117.8De170.368 2L90×621.27229.1286.40350118.5eF-95.9232L75×613.82249.92312.40150137.7Fg20.0152L63×614.58249.92312.4015035.2gH 43.5072L63×614.58271.2339.0015087竖杆Aa-30.51 2L50×611.38159.2199.0015051.6Cc-61.02 2L50×611.38183.20229.00150124.7Ee-61.02 2L63×614.5820

16、7.20259.0015082.4Gg-61.02 2L63×614.58231.2289.0015095.66、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

17、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杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背，肢尖aB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

18、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“H”（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）：。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

19、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280mm×350mm，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280×180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中，为混凝土强度设计值，对C30混凝土，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，每块板为两相