钢结构课程设计27

．设计资料某厂房总长度90m，跨度根据不同的学号从附表中取，跨度L=24。纵向柱距6m。钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30。地区计算温度高于-200C,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150/301（中级工作制），钢材选用Q235，焊条E43,手工焊。二．屋架形式和几何尺寸确定屋架的计算跨度、端部高度、跨中高度、起拱高度。配合屋面板1.5m的宽度，为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式屋面板采用1.5X6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用，，故采用屋檩体系，梯形屋架，屋架计算跨度应取l=1-2*150=24000-300=23700mm，取屋架端部高度H。=1990mm.为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。屋架跨中起拱1/500，可取50mm.屋面坡度i=1/10几何尺寸如下图所示：0055700刃70991500x8=1200070055700刃70991500x8=120007955705拱三．支撑布置由于房屋长度为90m,故在房屋两端第二开间及跨中开间设置上、下弦横向水平支撑和垂直支撑。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,其余三道为柔性系杆如下图。

四．荷载和内力计算①荷载资料：永久荷载包括屋架和支撑自重、大型屋面板自重、保温层、防水层、找平层等自重；可变荷载包括屋面活荷、雪荷载，取两者之间的大值，风荷载及积灰荷载不考虑。屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L=0.384KN/m2，屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S=0.35KN/m2,0施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载=1.2KN/m2屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m20.4KN/m20.4KN/m2保温层 0.65 KN/m2（按分组附表取）一毡二油隔气层 0.05KN/m2水泥砂浆找平层 0.3KN/m2预应力混凝土屋面板 1.45KN/m23.584KN/m23.584KN/m20.7KN/m21.2KN/m2屋面活荷载（大于雪荷载）屋面积灰荷载②荷载组合：使用阶段：全跨永久荷载＋全跨可变荷载全跨永久荷载＋半跨可变荷载荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载并根据式（3.18）和式（3.19）计算。在本题中设计时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。按照可变荷载效应控制的组合计算：其中，取永久荷载，荷载分项系数r=1.2；屋q面活荷载或雪荷载，荷载分项系数r=1.4，屋面积灰荷载积灰荷载，r=1.4,屮=0.9；Q Q2 2则节点荷载设计值为按照永久荷载效应控制的组合计算：其中，永久荷载，荷载分项系数r=1.35；q

F= 1.35x3.634+1.4x0.7x0.7+1.4x0.9x1.2)x1.5x6=64KNd屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数七=1.4;组合系数屮1=0.7;积灰荷载r=1.4,屮=0.9；则节点荷载设计值为Q2 2F=(1.35x3.634+1.4x0.7x0.7+1.4x0.9x1.2)x1.5x6=64KNd故应取节点荷载设计值F=64KN③内力计算〔不考虑起拱〕：本设计采用图解法计算内力。应用图解法求得单位荷载作用于全跨及半跨各节点的各杆内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出荷载组合下的杆件内力，取其中不利内力〔正、负最大值〕作为设计屋架的依据。1.01.0▼c5.01.0Id__-13.5OIL1.0Ye1.015.26+1111.0+0/1.0Th___1.01.0▼c5.01.0Id__-13.5OIL1.0Ye1.015.26+1111.0+0/1.0Th___:ZS-14?711.0-14.71+11.5314.6515.17(8-•/+15.17a c e g I24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值T—IT—Ic_-2609FooD1.01.01.01.01.0"IHGF.172丄H'-7.38l.TD一4oc_T—IT—Ic_-2609FooD1.01.01.01.01.0"IHGF.172丄H'-7.38l.TD一4oc_OT—I*T5.o-Ii24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值五、杆件截面设计1、上弦杆

整个上弦采用等截面，按fh杆件的最大设计内力设计，即N=-976.64KN计算Q345-C钢f=345N/mm2,Lox=150.8cm,Loy=301.6cm;屋架平面内（取节间轴线长度）：L=L=1508mmox0屋架平面外（取支撑节点间距离）：L=2x1508=3016mmoy选用两个不等肢角钢，短肢相并,整体稳定系数e按b类设X=50，查Q235钢稳定系数表，可得申=0.856N976.64x103则需要的截面面积：A= = =33.07cm2①xf0.856x345x102需要的回转半径：i=L/X=150.8/50=3.016cm，i=L/X=301.6/50=6.032mmxox yoy根据需要（A、i、i）查角钢规格表，选用「厂140X90X8，肢背间距a=8mm,xy，X=ox=x150.8=42.36,3.56A，X=ox=x150.8=42.36,3.56301.6=45.35，均满足：长细比<[X]=1506.65查表申=0.813y，则：查表申=0.813y，则：b976.64x103=332N/mm2<345N/mm2①xA0.813x36.08x102满足）2、下弦杆整个上弦采用等截面，按最大设计内力杆件的内力值设计，即N=970.88KN，计算，屋架平面内（取节间轴线长度）：L=L=3000mmox0屋架平面外（取支撑节点间距离）：L=24000/2-150=11850mmoy选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示），整体稳定系数e按b类N=970.88KN,因跨中有通长系杆，所以所需截面面积：970.88x970.88x103=28.84cm2345345x102根据需要（A）查角钢规格表，选用」140X90X8，肢背间距a=8mm，A根据需要（A）查角钢规格表，选用」140X90X8，肢背间距a=8mm，A=36.08cm2,i=3.56cm,i=6.65cm.)=ox=3000=84.3<[X]=350,入35.6l-°yiy11850=178.266.5<[l]=350970.88x103o=y=269N/mm2<345N/mm236.08x102满足）3、端斜杆满足）3、端斜杆aB杆1)1)杆件轴力：N=567.68KN2)上弦杆计算长度：2)上弦杆计算长度：L=L=L=253.5cm0yox3)截面选择•••L=L,3)截面选择•••L=L,.选用两个不等肢角钢，长肢相并（如图所示），使i-i。ox0yxy选用「厂125X80X8选用「厂125X80X8，肢背间距a=12mm,A=3198mm2，i=40.1mm,i=32.7mm，x4)截面验算4)截面验算253.5253.5=126.6<[九]=150,40.1L—0TiL—0Tiy253.5=88.332.7<[九]=150,查表申=0.703，则：查表申=0.703，则：o567.68x103=252N/mm2<345N/mm20.703x3198故所选截面合适故所选截面合适4、Be杆（1）杆件轴力：最大拉力：N=440.32KN2）计算长度L=3127mm0屋架平面内：L=4、Be杆（1）杆件轴力：最大拉力：N=440.32KN2）计算长度L=3127mm0屋架平面内：L=0.8L=0.8x260.8=208.6cmox0屋架平面外：L=L=260.8cmoy0（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并,整体稳定系数e按b类选用2l70X6,(A=2x&16=16.32cm2,i=2.15cm,i=3.26cm,)xy(4)截面验算.L 208.6 +口九=~ox= =97<［九］=150，满足xi 2.15xL 260.8九=~0y= =80<［九］=150，满足yi 3.26yN440.32x103b= = =269.8N/mm2<345N/mm2A16.32x102（满足）5・Fg杆（1）杆件轴力：最大拉力：N=+71.04KN2）计算长度L=311.9cm0屋架平面内：L=0.8L=0.8x311.9=249.52cmox 0屋架平面外：L=L=311.9cmoy0（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并,整体稳定系数e按b类选用2l50X5,(A=2x5.42=10.84cm2,i=1.72cm,i=2.69cm,)xy(4)截面验算L 249.52入=~ox= =145.1<［入］=150，满足TOC\o"1-5"\h\zxi 1.72x,L 311.9 , +口九=-0y= =115.9<［九］=150，满足yi 2.69y按压杆的容许长细比选用截面即可满足要求gH杆(1)杆件轴力：最大拉力：N=+1.28KN(2)计算长度L=339.6cm0屋架平面内：L=0.8L=0.8x339.6=271.7cmox 0屋架平面外：L=L=339.6cmoy0(3)截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并，整体稳定系数①按b类选用2^63X5,(A=2x6.14=12.28cm2，i=1.94cm，i=2.97cm，)xy(4)截面验算TOC\o"1-5"\h\zL 271.7九=~ox= =141.1<［九］=150，满足xi 1.94xL 339.6九=-i°y= =114.3<［九］=150，满足yi 2.97y按压杆的容许长细比选用截面即可满足要求Hi杆(1)杆件轴力：最大拉力：N=-69.12KN（A（A=2x6.14=12.28cm2,A=2x6.14=12.28cm2，2）计算长度L=338.4cm0屋架平面内：L=0.8L=0.8x338.4=270.7cmox0屋架平面外：L=L=338.4cmoy0（3）截面选择由于压力很小亦按容许长细比选用2匚63X5,i=1.94cm,i=2.97cm,）xy（4）截面验算L 270.7入=―ox= =139.5<［入］=150，满足xi 1.94xL338.4九=-0^= =113.9<［九］=150，满足yi2.97y竖杆n杆1）杆件轴力：最大拉力：n=+131.1KN2）计算长度L=0.9l=0.9x319=287.1cm03）截面选择由于压力很小亦按容许长细比选用2匚63X5,i=1.94cm,i=2.97cm，）xy（4）截面验算L 287..1入=-o^= =117.2<［入］=350，满足x0 i2.45xN131.1x103b= = =86.1N/mm2<f=345N/mm2，满足A12.28x102n9、竖杆Gg杆

（1）杆件内力：N=-64KN,2）上弦杆计算长度：屋架平面内：L=0.8L=231.2cmox0屋架平面外：L=L=289cmoy0（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示），整体稳定系数①按b类因杆件内力较小，取X=［九］=150，oxi=L/[X]=231.2/150=1.54cmoxxi=L/X=289/150=1.93cmoy根据需要（A根据需要（A、ii）查角钢规格表，选用2厂56X5,yA=1084A=1084mm2，i=17.2mm，i=26.9mm，x4）截面验算X=0XxixX=yL—0Ti

y2312=134.4X=0XxixX=yL—0Ti

y2312=134.417.2<[X]=150，迥=108.626.9<[X]=150，查表申=0.366，则:64x103=161.4N/mm2<345N/mm29A0.366x1083y故所选截面合适六、节点设计1）屋脊节点2竖杆Ii杆端焊缝按构造取hf和Lw为5mm和80mm,上弦与节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定只承受屋面板传来的集中荷载，一般不做技术。角钢肢尖焊缝应取上弦内力N的15%进行计算，即△N=0.15N=0.15X941.44=141.216KN即厶N=0.15X2436.9=65.5KN，其产生的偏心弯矩M=ANe=141.216X1000X70=9885120现取节点板尺寸如图设肢尖焊脚尺寸hf2=6mm.则焊缝计算长度lw2=200-2X6-5=183mm。其肢尖焊缝强度:6M)2+6M)2+(2x0.7hl)2f2w26x98851201.22x2x0.7x6x98851201.22x2x0.7x6x1832)2+(141.216x1022x0.7x6x183)291.86N/mm2<fw=200Nf/mm2拼肢需切为拼肢需切为屋脊节点I上弦杆起拱后坡度为1/9.6。拼接角钢才用与上弦相同截面，热弯成型。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=10-2=8mm,则接头一侧需要的焊缝计算长度lw,N 941.14x103lw'= = =210.0mmmm,4x0.7hflw4x0.7x8x200f拼接角钢的总长度： L=2(lw+2hf)+a=2X(210+2X8)+(10+2X1/9.6X90)=480.75mmL=500mm。接角钢竖去的高度△=t+hf+5=10+8+5=23mm 取4=25mm则竖肢余留高度为65mm。下弦拼接节点拼接角钢采用与下弦相同截面。拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强度设计。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=8-2=6mm,则接头一侧需要的焊缝长度为Af36.08x102x345l= = =370.5mmw4x0.7hflw4x0.7x8x200f拼接的角钢的总长度为l=2(l+2h)+a=2x(370.5+2x6)+10=775mmwf取l=800mm.下弦节点支座节点根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用-380X12X440。为便于施焊，去底板上表面至下弦轴线的距离为160mm。且在支座中线处设加劲肋-90X10,高度与节点板相同,亦为440mm。

支動处连接①底板计算支座反力R=8F=8x54=512KN根据构造需要，取底板尺寸为280mmX380mm。锚栓采用2M24,并用U型缺口。柱采用的C30混泥土fcc=14.3n/ 2。作用于底板的压力为‘mm厶Rp= =