钢结构设计课程设计--24m跨厂房普通钢屋架设计1111111111

1、目录 一、设计资料 . 1二、结构形式及支撑布置 . 2三、荷载计算 . 4四、内力计算 . 5五、杆件设计 . 6六、节点设计 . 10七、参考资料 . 17八、附表一 . 18九、附表二 . 19 1一、设计资料 某车间跨度为24m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN中级工作制吊车参见平面图、剖面图，工作温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C

2、25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。 屋架形式 2荷载标准值永久荷载： 改性沥青防水层 0.35kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 100厚泡沫混凝土保温层 屋架和支撑自重为 可变荷载 根本风压： 积灰荷载 0.35kN/m2 0.45kN/m2 0.75kN/m2 0.7kN/m2根本雪压：不与活荷载同时考虑 不上人屋面活荷载 0.4kN/m2 0.6kN/m21.4kN/m2预应力混凝土大型屋面板包括灌缝0.120+0.011LkN/m2 二、结构形式及支撑布置 桁架的形式及几何尺寸如下列图2.1所示1507150715081507150715071507150727

3、9833025161322334281965249195028501501350300030300030005012000图2.1 桁架形式及几何尺寸 桁架支撑布置如图2.2所示 33081325309556 图2.2 桁架支撑布置桁架及桁架上弦支撑布置桁架及桁架下弦支撑布置垂直支撑 1-1垂直支撑2-2 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 4三、荷载计算 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载

4、乘以1cosa=1.004换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重包括支撑按经验公式Pw=0.12+0.011´跨度计算，跨度单位为m。标准永久荷载：改性沥青防水层1.004x0.35=0.351kN/m2 1.004x 0.4=0.402kN/m2 1.004x 0.6=0.602kN/m21.004x 1.4=1.406kN/m2 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 100厚泡沫混凝土保温层 预应力混凝土大型屋面板包括灌缝屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m2 _共 3.145kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载积灰荷载 0.7kN/m2

5、 0.75kN/m2_2共 1.45kN/m 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 全跨桁架、天窗架和支撑自重+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：F=(1.35´3.145kNm+1.4´0.7´0.7kNm+1.4´0.9´0.75kNm222)´1.5m´6m=52.89kN2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：F1,2=1.35´3.145kNm´1.5m´6

6、m=38.21kN按永久荷载效应控制的组合 2F1,2=1.2´3.145kNm´1.5m´6m=33.97kN按可变荷载效应控制的组合 2=1.0´3.145kNm´1.5m´6m=28.31kN 对结构有利时：F1，32半跨可变荷载设计值：5F2,1=1.4´(0.7´0.7kNm+0.9´0.75kNm22)´1.5m´6m=14.68kN按永久荷载效应控制的组合 F2,2=1.4´(0.7+0.9´0.75)kNm´1.5m´6m2=17

7、.33kN按可变荷载效应控制的组合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：F3,1=1.2´0.384kNm2´1.5m´6m=4.15kN 对结构有利时：F3,2=1.0´0.384kNm2´1.5m´6m=3.46kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=(1.2´1.4kNm+1.4´0.7kNm22)´1.5m´6m=23.94kN 四、荷载组合16图 4.2 荷载组合2 图 4.3 荷载组合4.3 由电算先

8、解得F=1的桁架各杆件的内力系数F=1作用于全跨、走半跨和右半跨。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1 五、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=788.27kN=788270N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：lox=150.7cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：loy=150.7´3=452.1cm因为lox=3loy，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=470.35kN节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm设l=60，选用角钢，为b类截面，查表得j=0.807。需要截面

9、积：A=Njf=778270N0.807´215kNmm2=4485.6mm27需要的回转半径：ix=lox=150.7cm60=2.51cm ， iy=loy=452.1cm60=7.54cmll根据需要的A、ix、iy查角钢规格表，选用2160´100´10，A=5063mm2，ix=2.85cm，iy=7.70cm，b1t=160cm=16，按所选角钢进行验算：lx=loxix=150.7cm2.86cm=52.88 b1t=160.56loxb1=5.27 lyz22loytb1æ=3.71+ç4çtè52.7b12

10、2ö160æ4521´10ö=3.7÷ç1+4÷÷10è52.7´160øø=60.26 l=150截面x和界面y都为b类截面，由于lxlyz，只需要求jy。查表的jy=0.806。N=778270N0.806´5063mm2jyA=190.72215Nmm2故所选截面适宜。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=779070N平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：lox=300cm，loy=1185cm所需截面面积：An=Nf=779070N

11、215Nmm2=3623.6mm2 选用2140´90´10，A=4452mm2，ix=2.56cm，iy=6.77cm，由于loy?lox，故用不等肢角钢短肢相并loy=loyiy=1185cm6.77cm=175l=350考虑到下弦有2f21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：An=4452mm-2´21.5´10mm=4022mm222 8s=NAn=779070N4022mm2=176.3Nmm2215Nmm2所选截面适宜。 3端斜杆aB杆件轴力： N=470.35kN=470350N计算长度lox=loy=249.4cm，因为lox=loy，故

12、采用不等值角钢长肢相并。使ix»iy设l=60，查表得j=0.807。A=N=470350N0.807´215kNmm2jf=2710.9mm2ix=lox=249.4cm60=4.16cm选用2125´80´10，A=3942mm2，ix=3.98cm，iy=3.31cm，按所选角钢进行验算：lx=loxix=249.4cm3.98cm=62.67 b2t=80.48loyb2=14.96 lyz4æ1.09b2=lyç1+22çltoyè4ö249.4æ1.09´80ö

13、÷=ç1+22÷÷3.31è2494´10øø=80.76 l=150截面x和界面y都为b类截面，由于lxlyz，只需要求jy。查表的jy=0.683。N=470350N0.683´3942mm2jyA=174.70Nmm215Nmm 22故所选截面适宜。4腹杆He最大拉力： 21.46kN最大压力： 97.75kN按最大压力进行计算，设计计算值为97.75kN。由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取0.8lox=0.8´329.5cm=263.6cm，节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架

14、平面外的计算长度仍取节间距离，即loy=l=329.5cm。设l=60，查表得j=0.8079A=Njf=97750N0.807´215kNmm2=563.4mm2 ix=0.8´loxl=0.8´329.5cm60=4.39cm，ix=loxl=329.5cm60=5.49cm，选用等肢角钢，270´4，A=1114mm2，ix=1.96cm，iy=2.94cm，按所选角钢进行验算：lx=loxix=263.6cm2.18cm=120.9 l=150bt=15.750.58loyb=0.58´3295=30.3 lyz44æ0.47

15、5bö329.5æ0.475´70ö=lyç1+÷=ç1+2222÷ç÷lt2.943295´4èøoyèø=119.4 l=150截面x和界面y都为b类截面，由于lyzlx，只需要求jx。查表的jx=0.433。s=N=977500.433´1114=202.6215Nmm2jxA 由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面适宜。 5腹杆Bb腹杆拉力设计值为 N=357.85kNA=Nf=357850N215Nmm2=166

16、4.4mm2 选用280´6组成梯形截面，A=1879mm2，ix=2.47cm，iy=3.65cm，按所选截面进行验算：平面 N=144.39kNA=Nf=144390N215Nmm2=671.6mm2 10 选用250´4组成十字形截面，A=779mm2，ix=1.54cm，iy=2.43cm，按所选截面进行验算：平面 肢背：lw0.7N2heffw=0.7´357850N2´0.7´8mm´160Nmm2=139.8mm，加2hf后取16cm11= 肢尖： lw0.3N2heffw=0.3´357850N2´

17、0.7´6mm´160Nmm2=79.9mm，加2hf后取10cm设“Db杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=8mm和6mm，所需的焊缝长度为：= 肢背：lw0.75N2hefwf=0.75´280260N2´0.7´8mm´160Nmm0.25´280260N2´0.7´6mm´160Nmm2=117.2mm，加2hf后取14cm= 肢尖： lw0.25N2heffw=2=52.1mm，加2hf后取7cm“Cb杆的 下弦与节点板的连接的焊缝长度为400mm，hf=6mm。焊缝所受的左右两下弦杆的

18、内力差为DN=605.39kN-235.31kN=370.08kN，肢背的力最大，取肢背进行计算，那么肢背处的焊缝应力为：tf=85.2Nmm160Nmm2´0.7´6mm´400-1220.75´370080N2焊缝强度满足要求。2上弦节点B“Bb杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b相同。“Ba杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为hf=10mm和8mm，所需的焊缝长度为： 12= 肢背： lw0.65N2heff0.3N2hefwfw=0.65´470350N2´0.7´10mm´160Nmm0.35´470350

19、N2´0.7´8mm´160Nmm22=136.5mm，加2hf后取16cm肢尖： lw=91.9mm，加2hf后取11cm考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，选择节点板尺寸为295mm´480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝：忽略桁架上弦坡度的影响，假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的 肢背：lw0.7N2hefwf=0.7´186230N2´0.7´6mm´160Nmm0.3´186230N2´

20、0.7´6mm´160Nmm2=97.0mm，加2hf后取11cm= 肢尖： lw0.3N2heffw=2=41.6mm，加2hf后取6cm设“Fc杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=6mm和6mm，所需的焊缝长度为：= 肢背：lw0.7N2hefwf=0.7´120380N2´0.7´6mm´160Nmm0.3´120380N2´0.7´6mm´160Nmm22=62.7mm，加2hf后取8cm= 肢尖： lw0.3N2heffw=26.9mm，由于焊缝计算长度13不得小于8hf和40mm，肢尖

21、焊缝长度取6cm。“Cb杆的 肢背：lw0.7N2heffw=0.7´58020N2´0.7´6mm´160mm2=30.2mm<8hf=48mm，计算长度取48mm，加2hf后取7cm= 肢尖： lw0.3N2hefwf=0.3´58020N2´0.7´6mm´160Nmm2=13.0mm <8hf=48mm，计算长度取48mm，加2hf后取6cm设“Hd杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=6mm和6mm，所需的焊缝长度为：= 肢背： lw0.7N2heffw=0.7´3931

22、0N2´0.7´6mm´160Nmm2=20.5mm<8hf=48mm，计算长度取48mm，加2hf后取7cm= 肢尖： lw0.3N2hefwf=0.3´39310N2´0.7´6mm´160Nmm2=8.8mm<8hf=48mm，计算长度取48mm，加2hf后取6cm。“Cb杆的内力为52890N，hf=6mm。=肢背：lw0.7N2hefwf=0.7´52890N2´0.7´6mm´160mm2=39.3mm<8hf=48mm，焊缝长度取

23、6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm´285mm，由于d点左右两端的拉力值相差不大，可只按构造确定其焊角尺寸为hf=6mm。 145下弦节点“e腹杆“eH计算 上弦点“D，“F、“H焊缝尺寸根据下弦节点已经确定。 节点“D：杆“Db 肢背：hf=8mm，lw=14cm肢尖：hf=6mm，lw=7cm 杆“Dc 肢背：hf=6mm，lw=11cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 节点“F：杆“Fc 肢背：hf=6mm，lw=8cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 杆“Fd 肢背：hf=6mm，lw=7cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 节点“H：杆“H

24、d 肢背：hf=6mm，lw=7cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm15杆“He 肢背：hf=6mm，lw=7cm肢尖：hf=6mm，lw=6cm 节点“D、“F、“H所选择的连接板尺寸分别为：230mm´335mm，220mm´255mm，235mm´245mm。 7屋脊节点“I采用与上弦角钢相同钢号的角钢进行拼接，截取的垂直肢的宽度为：t+hf+5mm=23mm，其中hf取8mm，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算。751040N4´0.7´8mm´160mm2一条焊缝所需的焊缝长度为：lw=209.6mm，拼接角钢的长度取500

25、mm>2´209.6mm+4´8mm+15´2=481.2mm，适宜。根据腹杆的内力，取节点板尺寸为200mm´450mm，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为450mm-2x15mm-4hf，hf=5mm，故计算长度为3800mm，节点荷载为52.89kN，焊缝承受的剪应力：tf=F2´0.7´hf´lw=52890N2´0.7´5mm´380mm=19.9Nmm160Nmm，满足。22上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%，设肢尖的焊缝hf=8

26、mm，节点板的长度为200mm，那么节点一侧弦杆的计算长度为：lw=450mm2-15mm-2´8mm=194mm，焊缝应力为：tNf=0.15´751040NsM=f2´0.7´8mm´194mm0.15´751040N´75mm´62´0.7´8mm´194mm=51.8Nmm222=120.3Nmm2=2=112.8Nmm160Nmm28支座节点“a166.8.1 支座节点6.8.2 支座底板hf=8mm hf=10mm lw=16cm，腹杆“aB的焊缝尺寸同节点“B肢背：肢尖：

27、lw=11cm。节点板的厚度为12cm，所确定的节点板尺寸如图6.8.1，下弦杆焊脚尺寸为肢背：hf=8mmlw=14cm，肢尖：hf=6mmlw=14cm，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为hf=6mm lw=6cm，经验算焊缝满足要求。为了便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为12mm。 支座底板的计算支座反力： R=8F=8´52.89kN=423.12kN 支座所需的净截面为：An=Rfc=423120N12.5Nmm2=33849.6mm2 选择的支座底板的尺寸如图6.8.2。仅考虑有加劲肋的局部承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm²>33849.6mm²，故底板的面积适宜。 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，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定a1=171.2mm b1=81.2m，mb1/a1=0.474查表得b的值为0.054。底板下的平均应力为：s=423120N67280mm22=6.29Nmm2每块板的单位宽度的最大弯矩为：M=bsa1=0.054´6.29Nmm´171.2mm=9955.2N×mmm222 底板厚度：17t