钢结构课程设计(单层工业厂房)

1、钢结构单层工业厂房课程设计指导教师：曹现雷班 级：十133班姓 名：杨 骏学 号：139044535日 期：2016.4.24一、设计资料.【二、屋架形式及几何尺寸 .1三、支撑的布置.2四、楝条的布置.3五、材料自重及荷载 .4六、荷载计算.4七、杆件截面选择 .5八、各腹杆的焊缝尺寸计算10九、节点板的设计11、设计资料：某厂房车间设有两台10吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性介 质。该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用梯形桁架式钢屋架， 屋架下弦标高9m,其两端钱支于钢筋混凝土柱上，柱截面尺寸为 400mmX 400mm,混凝土强度等级为C30。屋面采用压型钢板屋面， C型楝条，楝距为1.2

2、m2.6m。屋面恒荷载（包括屋面板、保温 层、楝条、屋架及支撑等）取值参考教材 2.2.1中规定。活荷载标 准值取0.5kN/mm2;雪荷载标准值取0.2,不考虑积灰荷载和积雪 不均匀分布情况。结构重要性系数为丫 0=1.0。屋架采用Q235B钢, 焊条采用E43型。设计时，荷载按以下情况组合：a.恒载+全跨活荷载（或雪荷载）b.恒载+半跨活荷载（或雪荷载）二、屋架形式及几何尺寸屋架及几何尺寸如图1所示，楝条支承于屋架上弦节点。楝 距为2267.5mm,水平投影距离为2250mm。屋架坡度为=arctan - = 7.13。图1屋架形式和几何尺寸三、支撑的布置依据建筑抗震设计规范GB50011

3、-2001,支撑布置图如图2所示，上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱 间，并在相应开间的屋架跨中设置竖直支撑，在其余开间的屋架 下弦跨中设置一道通长的刚性细杆，上弦通过水平支撑在节点处 设置通长的刚性细杆。下弦两端设纵向水平支撑。故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向支撑的节距。支撑的布置见图2。上弦水平支撑布置图 /尸/Lj1液9 raw73CCTOT73QD (Jt)Gc1 t)I) (2-2端部垂直支撑布置图图2支撑的布置图四、槐条布置楝条设置在屋架上弦的每个节点上，间距2267.5mm 水平投影距离为 2250mm o屋架间距为7.2m,所以在楝 条跨中三分点处设两道直拉

4、条。在屋脊和屋檐分别设置 斜拉条和撑杆。楝条布置见图3。z2/ /1 /jT xy21R21PJK2NARo/X/ jF/2Ay就 1-12112y&/ z_/2z* .图3楝条布置图五、材料自重及荷载0.15KN/0.10KN/已知：彩色压型钢屋面板：0.15KN/保温层及灯具:C型楝条自重:屋架及支撑自重：雪荷载（水平投影面）活荷载（水平投影面）六、荷载计算1:永久荷载（恒载）计算： 彩色压型钢屋面板： 保温层及灯具楝条自重：屋架及支撑自重：合计：恒载设计值按分项系数1.2取按分项系数1.35取2:活载计算：=0.5*1.4 = 0.7 KN/q=0.318KN/0.2KN/0.5KN/0

5、.15/= 0.151 KN/0.15/= 0.151 KN/0.1KN/q = 0.318KN/0.720KN/为： =0.720*1.2=0.864 KN/为： =0.720*135=0.972 KN/雪荷载，所以，不考虑雪荷载。由于 += 0.864 + 0.7 = 1.564 + 0.7 * = 1.462,故永久荷载不起控制作用。所以，恒载按分项系数1.2设计。故有上弦节点恒荷载为=7.20*2.25* =7.2*2.25*0.864=13.977 KN活荷载为=7.20*2.25* =7.2*2.25*0.7=11.340 KN故可得各杆件的内力大小，见图4件称-招名件号 杆编内力

6、系数P 单项荷裁内力内力组合最不利组同恒载活教全跨半跨全跨半跨恒+全恒+半1-200000000!2-3-5.753-1.918-80. 410-65. 239-21. 750-145. 649-102.160-145.汹9 !-cErr3-4-5. 7537 918-80. 410-65. 239-21. 750-145. 649-102. 160-145. 549 !4-5-6.196-3. 098一的.&0170.263-35-131-156. 364-121. 733-150.就4 6-7：3. 7S00. 94552. 83342. 865io. 7ie95. 69863. 5499

7、5. 6兆!bSarr7-S6, 379L 823S9. 15972.33820, 673161, 497109.83216L 497 I2-6-5. 152-1. 472-72.010-58. 424-16.692-130. 431-88,702-130. 433 2-72. 6290.12236, 74629.8131,38366. 55g38, 12966.55g I加腰Th4-7-1. 032-1. 000-14. 424-11 703-1L340-26. 127-25.764-26. 127 ；4-8-0. 353-0. 832-4. 934-4, 003-10-002-8. 937

8、-14. 936-14 935 !竖腹杆1-6-0, 5 300. 000-6.989-5.6700. 000-12. 659-6. 989-12. 659 !3-7-LOOO0.000-13,977-11. 3400.00035. 317-13.77-25. 31? !5-E0. 5380. 269Lt. 5206. W1 j工05。is. ezi10. 570图4屋架各杆件内力组合表七、杆件截面选择 （假定轴力拉为正，压为负）1、上弦杆中内力最大的为 4-5,= -156.864 KN=226.8cm,= 453.6cm。选用 2L 90 x 6 角钢，A = 2 * 10.6 = 21.

9、2,=2.79cm,=3.91cm长细比：=81.3 入=50=一=116 ,=1+0.16 = 116*1+0.16- =120.7查表得 =0.683= 0.434= 170.5 N/ f =215N/满足要求。2、下弦杆中内力最大的为7-8,= 161.497 KN,=225cm,= 225 cm。选用 2L 90 x 6 角钢，A = 2 * 10.6 = 21.2,=2.79cm,=3.91cmb =- = =76.2 N/ f =215 N/受拉杆件的容许长细比入=350长细比：=80.6 入=50=一=57.5 入=50 满足要求。3、斜腹杆 2-6,= -130.433 KN

10、,=306.5 cm,= 306.5 cm.选用 2L 80 x 6 角钢，A = 2 * 9.4 = 18.8,=2.47cm, =3.51cm长细比：=124.1 入=150=-=87.3 ,=1+0.16 = 87.3*1+0.16 =92.3查表得 =0.416= 0.606b = = =166.8 N/ f =215N/4、斜腹杆 2-7,= 66.558 KN,满足要求。=245.2cm,=306.5 cm.选用 2L 70 x 5 角钢，A = 2 * 6.87 = 13.74,=2.16cm,=3.09cmb =- = = 48.44 N/ f =215 N/受拉杆件的容许长细

11、比入=350长细比： =113.5 入=50=一=99.2 入=50满足要求。5、斜腹杆 4-7,= -26.127 KN,=277.8 cm,= 347.2 cmi选用 2L 70 x 5 角钢，A = 2 * 6.87 = 13.74,=2.16cm,=3.09cm长细比：=128.6 入=50=一=112.4 ,=1+0.16 =112.4*1+0.16= 116.6查表得 =0.394= 0.455b = = = 48.3 N/ f =215N/6、斜腹杆 4-8,= -14.936 KN,=277.8 cm,=347.2 cm。满足要求。选用 2L 70 x 5 角钢，A = 2 *

12、 6.87=13.74,=2.16cm,=3.09cm长细比： =128.6 入=50=113.1 ,=1+0.16 =113.1*1+0.16= 117.3查表得 =0.394= 0.432=27.6 N/ f =215 N/满足要求。7、竖腹杆 1-6,= -12.659 KN=180 cm, = 180 cm=1.53cm,=2.30cm选用 2L 50 x 5 角钢,A = 2 * 4.8 = 9.6长细比:=117.6 入=50=78.3 ,=1+0.16 =78.3*1+0.16 =81.4查表得 =0.450= 0.646=29.3 N/ f =215 N/满足要求。8、竖腹杆3

13、-7,=-25.137 KN=189 cm,=236.3 cm。2、腹杆 2-7 ,= 66.558 KN ,取 =4 mm选用 2L 50 x 5 角钢，A = 2 * 4.8 = 9.6,=1.53cm,=2.30cm长细比：=一 =123.5 入=50=102.7 ,=1+0.16 =102.7*1+0.16 =105查表得 =0.419= 0.523=62.5 N/ f =215 N/满足要求。9、竖腹杆 5-8,= 13.621 KN,=234cm,= 292.5 cni选用 2L50 x 5角钢，A = 2 * 4.8 = 9.6,=1.53cm, =2.30cmb =- = =

14、14.2 N/ f =215 N/受拉杆件的容许长细比入=350长细比：=152.9 入=50=127.2 入=50满足要求。各杆件截面选择汇总见下表1杆件 益1杆件桔向力顺）丽融 (jin)营百磷 修）样卡席计*长度1式E）丽琏ijcil国科发ijcn）悒毗 h如比卡毗噩 仙/）度较唧葡否话幅比1.1运戢,福 必一）1出都4-5-156,8642L90 I 621,2226.8453.62,793.9181.3：1658.50.4341?0.5150215 ；1-.161.457190 5 621.22252%2.西3S0.fi57.5过2350315i1D6-130.物2L80 工 6L8

15、.3306. S306.514?3.51124.1S7.392.20.41610.11501215 1kLISil2-766.582LT0 x 513.74235.23D6.52. Ifi3.09113.599.243.44350215jttkh1-26.127ZL70 I 513.74277.834L22. Ifi3.09128.6112.4ir0.3E448.315021r1114-3-14.败2L70 1 513.74XI飞347.21 Ifi3.09128 J112 4in0.3942n 615。215 |r 1 二2.时2L50 x 5电6ISOISO1.532J11L67SJ8L4

16、0J5O29.315。215慢鼾21-2&. 1ST2L50 X 595236.31.532J123.5102.710(H19除515。215 |1115-036212L5Q x 59.62342也5?532,3152.9127.214.2350215 1八、各腹杆的焊缝尺寸计算（除支座处节点板厚度为t = 8mm外，其余节点板厚度节点板厚度均为t=6mm。）1、先计算内力最大的腹杆 2-6,=-130.433 KN。所需最小焊缝宽度： n 1.5 - = 1.5* 一 = 3.7mm ,角钢肢尖处最大焊缝宽度：（廿2） = 4 5mm,角钢肢背出最大焊缝宽度： 1.2 t = 7.2mm。所

17、以 角钢肢尖和肢背处都取=5 mm。所需焊缝长度：+ 2= 91.5mm 取 100mm+ 2= 44mm 取 80mm所需焊缝长度:=60.0mm 取 80mm+ 2= 30.3mm 取 80mm其余腹杆内力均小于杆2-7,所以可取其余各腹杆的焊缝尺寸，如下表所不:一件称 杆名 ！(件号 杆编杆件内力 (KN)截面尺寸 (mm)肢背焊缝宽hji (im) Hi肢背焊缝长 Lri (mm)肢尖焊觞 h/rnm)肢尖焊缝长1II111斜新12-6-130. 4332L8O x 65100580 i2-766.5582L7O x 548048014-7-26.1272L70 x 548048014

18、-8T4. 9362L70 x 5480480 i1，竖新11J1-6-12. 6592L50 x 5480480 143-7-25. 3172L50 x 548048015-813, 6212L50 x 54804一四一九、节点板的设计(节点板的尺寸根据所汇交腹杆端部的焊缝设计长度确定 )附：节点编号如下图1、节点板“ 3”验算:力作用下强度验算：由图量出=# mm ,梢焊缝验算节点板与上弦角钢肢背采用梢焊缝(满焊)连接，并由此梢焊缝支撑上弦集中荷载P ( P = 13.977 KN)。取梢焊缝宽度=0.5t = 3mm，得 =130 - 2*3 = 124 mm。=26.8KN/=1.22

19、 * 160=195.2KN/ 。由此可见因为上弦集中荷载很小，所以后面的节点板可不需 验算梢焊缝。:因节点板“2”左右两端杆件内力相等，所以节点板传 递的内力差 N= 0 ,所以不需验算上弦杆与节点板的肢尖焊缝， 按照构造要求满焊即可。节点板强度及稳定性验算=53.4 N/o=22.9 N/ f 215 N/满足要求。因节点板“1”同样不传递上弦杆内力，且杆件内力很小(N -12.659 KN )所以可不验算节点板“ 1”。2、节点板“ 2”验算：1 土弦肢尖角焊缝验算节点板与上弦杆的焊缝连接只传递节点板两端杆件的内力差 N(AN= -145.649 KN)。采用双面贴角焊缝(满焊)连接承担

20、内力差？N。取角焊缝宽度为5mm,所以得 400 2*5 390mm,内力差 AN -145.649 KN 偏心距 e 65mm,偏心弯矩53.4 N/5= 69.0 N/ =160 N/1 - 2杆与节点板间理论上不传力，但按照节点构造要求，采 用与杆2 - 3相同的焊缝。2节点板强度及稳定性验算力作用下强度验算：由图量出 =213 mm, f = 215 N/=40.1=88.4mm=0.794产=102.1 N/力作用下节点板拉剪验算：=49.9= 90=57.3mm=70mm=0.739= 1=60.85N/ f = 215N/对于无竖腹杆的节点板，c/t = 54/6 = 9 =13

21、0.433KN节点板的自由端长度 一=53.3 60节点板“ 2”满足要求。3、节点板“ 4”验算1 土弦肢尖角焊缝验算节点板只传递杆3-4和 杆4-5的内力差？N = 11.215 KN。取角焊缝宽度为=5mm,且焊缝长度为满焊，所以得=340 - 2*5 = 330 mm ,内力差 AN =-11.215 KN,偏心距 e=65mm ,偏心弯矩 M = N*e=5.7 N/=4.9 N/=160N/=6.8 N/2节点板强度及稳定性验算(r-=23.7 N/ f = 215 N/力作用下强度验算：由图量出=185 mm+ 2+ 2 5力作用下强度验算：由图量出=186 mm产=13.4 N

22、/ f = 215 N/对于无竖腹杆的节点板，c/t = 51/6 = 8.5 = 26.317KN节点板的自由端长度 一=35.8 60节点板“4”设计满足要求4、节点板“ 7”验算240 一 20031节点板与下弦杆连接焊缝:节点板“7”只传递杆6-7和 杆7-8的内力差ANk -65.799KN取下弦杆与节点板的连接焊缝宽为=5 mm肢背焊缝长度为=51.1 mm肢尖焊缝则更小，所以无需再计算，肢尖、肢背均满焊即可。2节点板强度及稳定性验算力作用下强度验算：由图量出=178 mm产=24.5 N/ f = 215 N/力作用下强度验算：由图量出=182 mm产=23.2 N/ f = 2

23、15 N/力作用下节点板拉剪验算：=42.8=90= 47.2=75mm=70mm= 63mm=0.694=1= 0.721=66.3N/ f = 215N/节点板“ 7”设计满足要求5、下弦跨中拼接节点“ 816L497KN、J1：下弦杆拼角钢计算拼接角钢与下弦角钢使用相同的2L90 x 6角钢，设焊缝宽度 宽度为 =5m ,为了便于施焊，切去拼接角钢肢尖部分竖肢， 切去？ = t + 5 = 6 + 5+5 =16 mm。再切去拼接角钢的直角棱边，所以下弦杆与拼接角钢在接头一侧的角钢在接头一侧 的焊缝长度为：=+ 2= + 2 * 5 = 82.1mm取为0,下弦角钢间隙b取20 mm,则

24、拼接角钢的长度为 2+ 20 = 300mm 。2下弦杆与节点板焊缝计算因节点板两端杆件内力差？N=0,所以取一侧内力 (161.497KN)的15%进行计算。取角焊缝宽度=5mm,节点板满焊，则：角焊缝长度为=400 -2*5 = 390 mm 。肢背焊缝:=6.2 N/ =160N/，K肢尖焊缝：=2.7 N/ =160N/3强度及稳定性验算力作用下强度验算：由图量出 =178 mm=14.0 N/ f = 215 N/节点板“ 8”设计满足要求。为了便于拼接节点现场施焊，需进行提前定位，在拼接角 钢的两侧翼椽板和下弦杆底部布置安装螺栓。安装螺栓孔径及 位置见结构施工详图。6、上弦跨中节点

25、“ 5”1,梢焊缝计算梢焊缝所受的力大小为：2PW * in =2 * 13.977 2 * 156.864 * sin7.13 =-11.0KN因梢焊缝所受的力很小，所以可以不需验算梢焊缝，梢焊 缝满焊即可满足受力要求。2:上弦拼接角钢的计算拼接角钢与上弦角钢使用相同规格的 2L90 x 6角钢，设焊缝 宽度为 =5m ,上弦杆与拼接角钢在接头一侧的角钢在接头一 侧的焊缝长度为：=+ 2= +2*5 = 80mm取为0 ，取b=20 mm,则拼接角钢的长度为2 + 20 = 500mm。3、上弦肢尖与节点板“ 5”的连接焊缝验算节点板只传力为 N = 0.15= 23.5 KN。取角焊缝长度为 =5mm,焊缝为满焊，所以 =145 2 * 5 =135 mm偏心距e=65mm ,偏心弯矩