钢结构设计专业课程设计跨厂房普通钢屋架设计.doc

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1.56 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400400mm，混凝土强度级别为C25，屋架采用钢材为Q235B钢，焊条为E43型。 屋架形式荷载（原则值）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 0.4kN/m2100厚泡沫混凝土保温层 0.6kN/m2预应力混凝土大型屋面板（涉及灌缝）1.4kN/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压： 0.35kN/m2基本雪压：（不与活荷载同步考虑） 0.45kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2不上人屋面活荷载 0.7kN/m2 二、构造形式及支撑布置桁架形式及几何尺寸如下图2.1所示图2.1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2所示符号阐明：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 图2.2 桁架支撑布置三、荷载计算 屋面活荷载与雪荷载不会同步浮现，从资料可知屋面活荷载不不大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 不大于0.49kN/m2，故不考虑风荷载影响。沿屋面分布永久荷载乘以换算为沿水平投影面分布荷载。桁架沿水平投影面积分布自重（涉及支撑）按经验公式（=0.12+0.011跨度）计算，跨度单位为m。原则永久荷载： 改性沥青防水层 1.004x0.35=0.351kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.004x 0.4=0.402kN/m2100厚泡沫混凝土保温层1.004x 0.6=0.602kN/m2预应力混凝土大型屋面板（涉及灌缝）1.004x 1.4=1.406kN/m2屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m2 _共 3.145kN/m2原则可变荷载：屋面活荷载 0.7kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2_共 1.45kN/m2考虑如下三种荷载组合 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组合）全跨节点荷载设计值：（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对构造不利时：（按永久荷载效应控制组合）（按可变荷载效应控制组合）对构造有利时：半跨可变荷载设计值： （3）全跨桁架涉及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效应控制组合） 全跨节点桁架自重设计值：对构造不利时：对构造有利时：半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：四、内力计算荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2）图 4.3 荷载组合4.3由电算先解得F=1桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。然后求出各种荷载状况下内力进行组合，计算成果见附表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：在桁架平面外，依照支撑布置和内力变化状况，取：由于=3，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=60，选用角钢，为b类截面，查表得。需要截面积：需要回转半径：依照需要A、查角钢规格表，选用2，=2.85cm，=7.70cm，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需规定。查表=0.806。 故所选截面适当。（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平面内计算限度和平面外计算长度分别为：，所需截面面积：选用2，=2.56cm，=6.77cm，由于，故用不等肢角钢短肢相并,考虑到下弦有栓孔削弱，下弦净截面面积： 所选截面适当。（3）端斜杆aB杆件轴力： N=470.35kN=470350N计算长度，由于，故采用不等值角钢长肢相并。使设=60，查表得。选用2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需规定。查表=0.683。故所选截面适当。（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。由于节点板嵌固作用，桁架平面内计算长度取，节点板在桁架平面外刚度很小，故桁架平面外计算长度仍取节间距离，即。设=60，查表得，选用等肢角钢，2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需规定。查表=0.433。由于腹杆压力不不大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面适当。（5）腹杆Bb腹杆拉力设计值为 N=357.85kN选用2构成梯形截面，按所选截面进行验算：平面内计算长度和平面外计算长度分别为， ， 故所选截面适当。(6)竖杆Ie竖杆拉力设计值： N=144.39kN 选用2构成十字形截面，按所选截面进行验算：平面内计算长度和平面外计算长度分别为， ， 故所选截面适当。其她腹杆：竖杆Aa、Cb、Ec、Gd选用2构成十字形截面，腹杆Db选用2短肢相并，腹杆Dc、Fd、Hd选用2构成梯形截面，腹杆Fc选用2构成梯形截面。经验算，所选截面都能满足规定。各杆件截面选取见附表2六、节点设计（1）下弦节点“b”有E43型焊条角焊缝抗拉、抗压、和抗剪强度设计值。设“Bb”杆肢背和肢尖焊缝，则所需焊缝长度为： 肢背：，加后取16cm 肢尖： ，加后取10cm设“Db”杆肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需焊缝长度为： 肢背：，加后取14cm 肢尖： ，加后取7cm“Cb”杆内力很小，只需要按构造拟定焊缝，取。 依照上面求得焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及制作和装备等误差，按比例绘出节点详图，从而拟定节点板尺寸为310mm400mm。 下弦与节点板连接焊缝长度为400mm，。焊缝所受左右两下弦杆内力差为，肢背力最大，取肢背进行计算，则肢背处焊缝应力为： 焊缝强度满足规定。（2）上弦节点B“Bb”杆与节点板焊缝尺寸和节点“b”相似。“Ba”杆肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需焊缝长度为： 肢背： ，加后取16cm 肢尖： ，加后取11cm考虑焊缝长度，同步为了在上弦搁置屋面板，节点板上边沿可缩进上弦肢背8mm，选取节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆焊缝： 忽视桁架上弦坡度影响，假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆内力差。槽焊缝计算焊角尺寸为 ，=8mm由节点板长度拟定槽焊缝长度为480mm，上弦肢尖角焊缝剪应力为：故焊缝强度满足规定。（3）下弦节点“c”设“Dc”杆肢背和肢尖焊缝，则所需焊缝长度为： 肢背：，加后取11cm 肢尖： ，加后取6cm设“Fc”杆肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需焊缝长度为： 肢背：，加后取8cm 肢尖： ，由于焊缝计算长度不得不大于和40mm，肢尖焊缝长度取6cm。“Cb”杆内力很小，只需要按构造拟定焊缝，取。节点板取265mm315mm，取，下弦杆与节点板焊缝长度为315mm，焊缝受左右弦杆内力差为，受力较大肢背处剪应力为：焊缝强度满足规定。（4）下弦节点“d”设“Fd”杆肢背和肢尖焊缝，则所需焊缝长度为： 肢背：，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： ，计算长度取48mm，加后取6cm设“Hd”杆肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需焊缝长度为： 肢背： ，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： ，计算长度取48mm，加后取6cm。“Cb”杆内力为52890N，。肢背：，焊缝长度取6cm，肢尖力比肢背小，肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm285mm，由于d点左右两端拉力值相差不大，可只按构造拟定其焊角尺寸为。（5）下弦节点“e”腹杆“eH”计算内力为97.75kN，肢背焊缝长度为：，加后取7cm肢尖：2209.6mm+48mm+152=481.2mm，适当。依照腹杆内力，取节点板尺寸为200mm450mm，上弦与节点板之间槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为450mm-2x15mm-4，=5mm，故计算长度为3800mm，节点荷载为52.89kN，焊缝承受剪应力：，满足。上弦肢尖与节点板连接焊缝内力计算值为上弦内力15%，设肢尖焊缝=8mm，节点板长度为200mm，则节点一侧弦杆计算长度为：，焊缝应力为： （8）支座节点“a”腹杆“aB”焊缝尺寸同节点“B”肢背：，肢尖：。节点板厚度为12cm，所拟定节点板尺寸如图6.8.1，下弦杆焊脚尺寸为肢背：，肢尖：，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为 ，经验算焊缝满足规定。为了便于施焊，下弦角钢水平肢底面与支座底板净距离取160mm。在节点中心线上设立加劲肋，加劲肋与节点板高度相等，厚度为12mm。 支座底板计算支座反力： R=8F=852.89kN=423.12kN 支座所需净截面为：选取支座底板尺寸如图6.8.2。仅考虑有加劲肋某些承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm33849.6mm，故底板面积适当。 底板厚度按桁架反力作用下弯矩计算，节点板和加劲肋将底板提成四块，每块为两相邻边支撑而另两边自由板。依照底板尺寸拟定 ，/=0.474查表得值为0.054。底板下平均应力为：每块板单位宽度最大弯矩为：底板厚度：取t=18mm。加劲肋与节点板焊接焊缝计算。 计算简图如图6.8.3假定一种加劲肋承受力为支座反力1/4，即加劲肋计算内力为，则焊缝内力为 设焊缝，焊缝计算长度为：图6.8.1 加劲肋计算简图，则焊缝应力：，满足。 节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算。设焊缝传递所有支座反力，每块加劲肋各传力为R/4=105780N，节点板传递力为R/2=211560N。设节点板与焊缝焊脚尺寸，则焊缝计算长度我为：节点板应力： 强度满足。加劲肋焊脚尺寸每块加劲肋与地板连接焊缝长度为：加劲肋焊缝应力为： 强度满足。七、参照资料1、张耀春.钢构造设计原理.高等教诲出版社，。2、王国凡.钢构造连接办法及工艺.化学工业出版社,。3、钢构造设计规范（GB50017-）.北京筹划出版社，。4、房屋建筑制图统一原则（GB/T50001-）.北京筹划出版社，杆件名称内力系数附表1 桁架杆件内内力组合表第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力 /kN全跨左半跨右半跨上弦AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC、CD-8.74-6.26-2.48-462.42-426.03-405.55-370.48-339.98-186.24-95.65-462.42DE、EF-13.37-8.93-4.44-707.14-642.02-609.01-575.99-531.05-269.37-161.68-707.14FG、GH-14.90-8.96-5.50-788.27-700.99-661.53-650.16-601.53-276.31-193.43-788.27HI-14.20-7.10-7.10-751.04-646.81-605.42-646.81-605.42-228.90-228.90-751.04下弦ab4.453.521.26235.31221.66212.12188.49172.97102.7148.63235.31bc11.457.953.50605.59554.18526.70488.93449.66237.79131.38605.59cd14.369.165.20759.50683.15646.53625.08577.98278.86184.15759.50de14.738.196.54779.07683.11642.36658.81613.68257.27217.65779.07斜腹杆aB-8.89-6.55-2.35-470.35-435.93-415.57-374.23-342.73-193.67-93.05-470.35Bb6.774.682.08357.85327.28311.00289.12265.96140.1977.97357.85bD-5.30-3.31-1.99-280.26-251.02-237.32-231.73-214.55-101.16-69.70-280.26Dc3.521.791.74186.23160.74150.54160.02149.6957.3556.17186.23cF-2.28-0.59-1.68-120.38-95.69-87.61-111.66-106.46-23.67-49.71-120.38Fd0.95-0.541.4950.0328.1622.7158.0257.96-9.1039.6058.02，-9.10dH0.181.61-1.469.7330.6734.15-14.34-18.9839.31-34.0939.31，-34.09He-1.51-2.671.16-80.08-97.09-97.75-40.84-31.35-70.2721.4621.46，-97.75竖杆Aa-0.50-0.500.00-26.45-26.45-25.65-19.11-16.99-14.05-2.08-26.45Cb-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89Ec-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89Gd-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89Ie2.731.371.37144.39124.35116.39124.35116.3944.0144.01144.39附表2 桁架杆件截面选取表杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(N/mm)名称编号上弦FG、GH-788.27 160x100x105063150.7452.12.857.752.8860.261500.81190.72下弦de779.07 140x90x10445230011852.566.77117.20175350176.3腹杆Aa-26.45 50x4779196.5196.51.542.43127.6080.861500.4085.09aB-470.35 125x80x103942249.4249.43.983.3162.6780.761500.68174.7bB357.85 80x61879205.5256.92.473.6583.270.4350190.4bC-52.89 50x4779178.6223.31.542.43115.9791.891500.46148.2bD-280.26 140x90x104452225281.32.566.7787.8941.551500.6399.3cD186.23 70x41114224.2280.31.962.94114.3995.34350167.2cE-52.89 50x4779201.3251.61.542.43130.71103.541500.38176.8cF-120.38 80x61879244.5305.62.473.6598.9983.731500.56114.2dF58.02，-9.10 70x41114243.6304.51.962.94124.29103.571500.4152.08dG-52.89 50x4779223.8279.81.542.43145.32115.141500.33208.9dH39.31，-34.09 70x41114264.4330.51.962.94134.90112.411500.3783.6eH21.46，-97.75 70x41114263.6329.51.962.94120.9119.41500.43202.6eI144.39 50x4779246.5308.11.542.43160.1126.8350185.4