钢结构课程设计,24米钢屋架

1、第一部分 钢结构课程设计任务书一. 课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计二. 设计资料一单层单跨工业厂房，内设有2台中级工作制桥式吊车。厂房总长120m，檐口高度15m，拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上。柱顶截面尺寸400×400，柱混凝土强度等级为C20.钢屋架设计可不考虑抗震设防。厂房柱距选择为12m屋架为梯形钢屋架（属无檩体系），跨度为24米带钢屋架挡风板。无檩体系屋面做法及永久荷载标准值防水层为三毡四油上铺小石子 0.35 kN/m2找平层采用20厚水泥砂浆 0.02×200.40 kN/m2保温层为泡沫混凝土，选取80厚度：0.5 kN/m2预应力大型屋面板重1

2、.40 kN/m2可变荷载标准值雪荷载0.50 kN/m2屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2三.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示，屋架支撑布置见图2所示（下弦支撑采用与上弦支撑同样布置） 图1.屋架形式及几何尺寸第二部分、钢屋架设计计算采用1.5×12m预应力钢筋混凝土大型屋面板屋架计算跨度：L。=L-300=23700mm 屋架端部高度：H。=2000mm计算跨度处高度: h2015屋架高跨比： H/L。=3860/23700=1/6.14 层架上弦（下弦）支撑布置图 垂直支撑1-1 垂直支撑2-2符号说明：GWJ(钢屋架)；SC（上线支撑）；XC

3、(下弦支撑)；CC(垂直支撑)；GC(刚性系杆)；LG（柔性系杆）图2 屋架支撑布置图1.荷载计算屋架几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2）所示。因为活载加积灰荷载加雪荷载（2000N/m²）大于活荷载（700 N/m²），所以动载取2000 N/m²。屋架自重，P(12011×L) N/m²。永久荷载标准值：二毡三油加绿豆砂0.35kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层0.4kN/m2保温层0.5kN/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝）1.4kN/m2支撑和钢屋架自重（120+11×30）/10000.38管道设备自重0.1

4、0 kN/m2总计3.13 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2总计：1.10 kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值：1.2×3.133.76kN/m2可变荷载设计值：1.4×1.101.54kN/m22荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合组合一：全跨恒荷载全跨活荷载屋架上弦节点荷载P（3.76+1.54）×1.5×1295.4 kN/m2组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=3.76×1

5、.5×1267.68 kN/m221.54×1.5×1227.72 kN/m2组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载30.38×1.2×1.5×128.2 kN/m24（1.68×1.2+0.6×1.4）×1.5×1245.36 kN/m2由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，。屋架各杆件内力组合见下表(1)。杆件名称内力系数 p=1组合一组合二组合三计算内力（KN)全跨1左半跨2右半跨3P×1P1×1+P2×2

6、P1×1+P2×3P3×1+P4×2P3×1+P4×3上弦杆AB00000/00/00BCD-10.3-7.1-3.4-985.5-895.1/-794.2-405.4/-240.2-985.5DEF-16.3-10.6-6.2-1551.2-1392.9/-1273-611.9/-415.9-1551.2FGH-16.9-10-7.6-1611.3-1420.3/-1354-592.1/-484.1-1611.3HJ-15.3-7.9-8.0-1460.6-1257.7/1257.7-487.9/487.9-1460.6下弦杆a-b

7、5.503.91.7524.5480/420221.7/123.6524.5b-c13.79.24.91307.81182.2/1063.5528.6/334.51307.8c-d17.511.17.41673.11495.3/1391.3648.4/478.11673.1d-e15.78.97.81502.11312.4/1281.1532.9/481.71502.1斜腹杆Ba-10.4-7.3-3.3-994.1-908.1/-795.6-417.5/-233.3-994.1Bb8.35.42.9790.9713.25/642.8317.0/201.8790.9Db-6.8-4.1-2.8

8、-648.7-573.9/-538.7-241.7/-184.1-648.7Dc4.52.52.5428.3373.7/373.5151.1/150.7428.3Fc-3.2-1.3-2.4-308.1-254.9/-2859-85.9/-136.7-308.1Fd-1.9-2.40.4-182.2-196.9/117.1-126.3/4.3-196.9/117.1Hd1.92.4-0.4178.4192.8/114.6123.7/-4.2192.8/-4.2He-1.7-2.20.4-162.2-174.9/104.2-111.9/3.8-174.9/104.2竖杆Aa-0.5-0.50-4

9、7.7-47.7/-33.8-26.8/-4.1-47.7Cb-1-10-95.4-95.4/-67.7-53.6/-8.2-95.4Ec-1-10-95.4-95.4/67.7-53.6/-8.2-95.4Gd00000/00/00Je3.11.61.59290.9250.5/250.597.1/97.1290.93.杆件截面设计腹杆最大内力，N=994.1KN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度取18MM,其余节点板与垫板厚度取16MM.1.上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N-1551.2kN上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度lox150.7cm；在屋架

10、平面外，根据支撑布置和内力变化情况取loy2×150.7301.4cm.因为loy2lox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。图3.上轴稳定性弦截面假定60，双角钢组合截面绕x和y均属于b类截面。查轴心受压构件的稳定系数表，得0.807需要截面面积A1551200/（0.807×215）8940mm2 需要的回转半径为：ix1508/6025.15mm iy3016/6050.3mm根据A、ix、iy查不等肢角钢规格表,选用2L200×125×16,A99.4cm2, iix3.52cm, iiy6.38cm.按所选角钢进行验算：x1507/35.2

11、42.8 150 y3014/63.647.39 150（满足要求）由于x<y，只需求y查附表用内插法得x0.8681551200/(0.868×9940)=179.79N/mm2215 N/mm2 所选截面合适。2下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N1673.1kN。按下弦支撑布置情况：Lox3000mm,Loy11850mm计算下弦截面净面积：An1673100/2157781mm2 选用2L125×110×14（短肢相并,见图），A78cm2, ix3.08cm iy5.75cmx300/3.06=97.4<=350;y1185/5.75=2

12、06.1<=350. 1673100/78=214.5 N/ mm2215 N/ mm2 满足要求。图4.下弦杆截面 3端斜杆Ba已知N994.1kN, loxloy253.9cm。因为loxloy，故采用不等肢角钢长肢相并（图），使ix=iy.如选用2L180×110×14，则A78cm2ix5.75cm，iy4.6cm 截面刚度和稳定性验算： x=253.9/5.75=44.16 150 y=253.9/4.6=55.2 150 ，刚度满足要求。查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，得x0.655 994100/(0.832×7800)153.18N/mm

13、2215N/mm2 ， 所选截面满足要求。图5.端斜杆截面4竖杆JeN290.9kN(压力)， lox0.9l0.9×320288cm 选用2L80×10的角钢，并采用十字形截面，则A30.26cm，ix03.04mm x0288/3.0494.7150=290900/3026=96.13N/mm2215N/mm2满足要求。其余各杆截面选择计算过程不一一列出,见表(2)15杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（）回转半径（cm）计算应力（N/）填板(块)上弦杆-1551.2150.7301.4短肢相并2L200×125×1699.

14、43.526.3847.391500.868-179.792下弦杆1673.13001185短肢相并2L180×110×14783.085.75206.1350214.52Ba-994.1253.9253.9长肢相并2L180×110×14785.754.655.21500.832-153.182Bb790.9210262.2 T型截面2L100×1038.523.054.8368.85350205.322Db-648.7229.8287.3T型截面2L100×1659.212.984.9677.11500.707-154.962Dc

15、428.3229.8287.3T型截面2L100×1038.523.054.8375.36350111.192Fc-308.1250.6313.2T型截面2L100×1038.523.054.8382.371500672-119.022Fd-196.9117.1250.3312.9T型截面2L100×1038.523.054.8382.071500675-75.730.43Hd192.8-4.2271.8339.7T型截面2L63×512.291.942.97140.11500.345156.88-0.993He-174.91104.2271.8339.

16、7T型截面2L90×621.272.794.0597.41500.572-143.7648.993Aa-47.7180180T型截面2L56×510.831.722.69931500.605-72.82 Cb-95.4184208230260T型截面2L56×5T型截面2L56×510.8310.831.721.722.692.691071211501500.5130.432-171.7-171.722Ec-95.4Gd0232290T型截面2L56×517.62.313.531131500.47503Je290.9288288十字形截面2L8

17、0×1030.263.043.0494.71500.5901七、节点设计用E13焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值=160N/ mm2。各杆件内力由表查得，最小焊缝长度不应小于8hf下弦节点b（图）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算：N=357.7Kn.设肢背与肢尖的焊缝尺寸分别为6mm和5mm,所需焊缝长度为肢背：(0.7×790.9×1000)/ (2×0.7×6×160)+12423.9mm，取430mm肢尖：(0.3×790.9×1000) / (2×0.7×5×160)+1

18、2221.8mm，取230mm斜杆Db与节点板的连接焊缝计算：N=648.7KN肢背: (0.7×648.7×1000) / (2×0.7×6×160)+12=349.9mm,取350mm肢尖: (0.3×648.7×1000) / (2×0.7×6×160)+12=201.6mm 取210mm竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N=95.4KN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf，焊缝长度>50mm.下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差N=1307.8-

19、524.5=783.3KN.设肢尖与肢背尺寸6mm，所需焊缝长度为肢背0.7×783.3×1000/2×0.7×6×160+12418mm,取420mm肢尖0.3×783.3×1000/2×0.7×6×160+12180mm,取180mm节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。2.上弦节点B（图）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中

20、Bb杆计算相同。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=994.1KN肢背和肢尖焊缝分别采用：hf10mm和 hf6mm肢背 (0.7×994.1×1000)/(2×0.7×10×160)+20311mm，取320mm肢尖 (0.3×994.1×1000)/(2×0.7×6×160)+12234mm,取240mm为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接.焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。假定集中荷载P由槽焊

21、缝承受，P95.4KN。所需槽焊缝计算长度lw95.4×1000/2×0.7×6×160+2070.98mm上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N985.5-0985.5KN，偏心距e=125-29.9=95.1mm.设肢尖焊脚尺寸16mm，需焊缝长度为410mm，则fN/2helw985.5×1000/(2×0.7×16×444)99N/mm2f6(6×985.5×1000×95.1)/(2×0.7×16×4442)313N/mm2143.86N/mm2

22、160 N/mm2满足强度要求。3屋脊节点（图）弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设焊缝为8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算，N=1460.6KN .每条焊缝长度为：1460.6×1000/（4×0.7×8×160）+16423.52mm，取430mm拼接角钢总长L=2×430+50=910mm上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦

23、杆内力的15计算。N=1460.6×15%219.9KN,设焊脚尺寸为10mm,弦杆一侧焊缝长度为250，fN/2helw219.9×1000/(2×0.7×10×230)35.6N/mm2f6(6×219.9×1000×95.1)/(2×0.7×10×2302)168.73N/mm2143.36N/mm2160 N/mm2满足强度要求。中弦杆与节点板的连接焊缝计算：N=290.9KN；此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸为5mm，焊缝长度大于或等于50mm.4.下弦跨中节设

24、计“e”(图)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递弦杆内力N1502.1KN。设肢尖，肢背焊脚尺寸为8mm。则需焊缝长度为1502.1×1000/（4×0.7×8×160）+16417.68mm，取420mm拼接角钢长度不小于2×420850。弦杆与节点板连接焊缝计算按下弦杆内力的15计算，N1502.1×0.15225.3KN。设肢背肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背 (0.7×225.3×1000)/(2×0.7×10×160)-20153.86mm，取160mm肢尖 (0.3×225.3×1000)/(2×0.7×6×160)+2051.91mm,按构造要求5.支座节点a（图）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板间的距离不应小于下弦伸出肢的宽度，故取为220mm，在节点中心线上设置加劲