钢结构课程设计3t牛腿标高5.1mVIP

1 8 设计计算说明书 一 设计题目：某机加工车间设计 二 设计资料： 1. 车间基本参数 某公司因生产需要，拟在济南郊区建设一座单层单跨机加工车间（设计使用寿命 50 年），车间建筑平面，剖面图见下图 图 1 车间建筑平面图 图 2 车间建筑剖面示意图 车间采用排架结构，下部为排架柱和钢筋混凝土独立基础，上部采用钢屋架结构，屋架与排架柱铰接，车间内设有一台 作制的软钩梁式吊车，屋架下弦距离牛腿顶面 道高度 130架柱采用混凝土实腹矩形，吊车梁采用工字形钢吊车梁，抗风柱为矩形截面钢筋混凝土柱。 车 间屋面采用 75彩色夹芯钢板，屋面檩条为 C 型钢（ C ）。檩条间距约 间四周的围护墙，采用 240砖墙，内外各抹灰 20，纵墙塑钢窗洞口高为 为 下共两层。 2. 车间荷载，材料自重，抗震设防等级 （ 1） 屋面活荷载标准值： 上人屋面，无积灰荷载） （ 2） 基本风压： 3） 基本雪压： （ 4） 屋面 75夹芯钢板及檩条自重标准值： 5） 钢屋架及屋面支撑自重标准值： 6） 钢筋混凝土自重 253及抹灰自重 203填土自重 2037） 抗震设防等级： 6 度 3. 荷载组合 （ 1） 钢屋架：为简化计算，屋面暂不考虑风荷载作用，首先计算一榀典型简支屋架的内力系数，然后计算在下述三种荷载标准值下的杆件内 力：全跨永久荷载，全跨屋面活荷载，半跨屋面活荷载，然后进行内力组合。 （ 2） 排架柱：不考虑车间的空间作用，将钢屋架简化成刚度无穷大的水平横梁，两端与 排架柱铰接连接，然后计算排架在各种荷载下的内力，最后进行内力组合。 4. 地质情况 经过勘测，地表土为人工填土， ，不宜作为天然地基土，建议全部挖除；其下为粘土，地基承载力特征值 00，压缩模量 0，适宜作为地基持力层，场地地下水静止水位埋深 不考虑水质对基础混凝土的侵蚀，虑。 5. 主要构件材料 （ 1） 钢筋：纵向受力钢筋采用 钢筋，箍筋采用 钢筋； （ 2） 混凝土： （ 3） 钢材： B 或 B。 6. 设计分组 屋架形式采用三角形钢屋架，屋面坡度采用 吊车为 作制软钩 3t 吊车，牛腿顶标高为 三 方案选择与布置 1. 方案选择：由上述设计建筑平面图及剖面图，知厂房为 624 ,横向柱距为 6m，内墙由于建筑需要沿山墙内 移 500设计资料知，厂房结构为排架结构。 2. 屋架形式尺寸及支撑布置：屋架形式及尺寸见屋架计算部分，支撑布置见下图： 3 屋盖上弦水平支撑 屋盖下弦水平支撑 垂直支撑 下层柱间支撑 支撑布置：厂房长度为 66m，跨度为 24m，有轻级工作制吊车及第一开间尺寸为 在厂房两端第二开间设置二道上弦横向水平支撑，并同时在相应的位置设置下弦横向水平支撑，并在同一屋架的跨位置设置垂直支撑，上弦檩条可兼作系杆，故不另设。在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆，在厂房两端的第一开间下弦各设三道刚性系杆，由 于温度区段 150m，且设防裂度为 6 度，故仍仅在厂房中部设一道下层柱间支撑，同时上部设上层柱间支撑，上层柱间支撑还应与楼盖支撑同开间设置。 四 内力分析计算： 1. 屋架尺寸及形状： 4 （ 1） 檩条布置：根据设计容许檩距，将檩条布置于上弦节点上，同时还应布置在节间点上，檩距为 条跨度为 6m，由于 4 ，在檩条跨中设置拉条。 （ 2） 屋架尺寸：计算跨度 3 7 0 03 0 00 ，屋面倾角 r c ta n 。8 9 4 o s,24 4 。屋架跨中高度 ，上弦总长度 3 2 4 98 9 4 3 7 0 0c o ，节间长度 3 12413 249 ，节间水平投影长度 6 2c ，檩条间水平投影长度8 6 22121 。 （ 3） 屋架荷载计算：恒载： 1 屋面 75夹芯钢板及檩条自重标准值为 2 钢屋架及屋面支撑自重标准值为 屋面活荷载及基本雪压的标准值较大者为 用在屋架上弦檩条处活荷载集中力标准值为 4 1 作用在屋架上弦檩条处屋面板集中力标准值为 2 1 作用在屋 架上弦节点处屋架恒重集中力标准值为 2 （ 4） 故作用在檩条处的荷载： 恒载 活载 5） 故作用在节点处的恒载标准值为 6 5 设计值为 7 9 节点处的活荷载标准值为 设计值为 （ 6） 节点处荷载由可变荷载效应控制的组合 由永久荷载效应控制的组合 0 故节点处的荷载设计值为 （ 7） 檩条处荷载设计值 （ 8） 节 间 荷 载 转 化 为 节 点 荷 载 产 生弯矩 0 ， 弦杆在端处正弯矩 杆中间节点正弯矩及节点负弯矩为 . 屋架杆件内力计算： 分别对屋架施加半跨荷载及全跨荷载求得各杆的内力系数如下： 左半跨荷载 6 全跨荷载 由 于 屋 架 的 对 称 性 ， 故 取 屋 架 左 半 部 分 为 对 象 ， 计 算 内 力 如 下 表 ：, , q 名 称 杆件 内力系数 第一种组合 第二种组合 第三种组合 最不利组合 全跨 1 左半跨 2 右半跨 3 1F 12qF 13上 弦 杆 C D E 弦 杆 G F 杆 0 0 0 0 0 0 I I G H 7 H . 屋架杆件截面选择：屋架钢材选用 B 钢，2215 弦杆端节间最大内力为 焊接屋架节点板厚度选用表，可选用屋架中间节点板厚度为 6座节点板厚为 8 （ 1） 上弦杆：整个弦杆不改变截面，按最大内力计算， a x ，由于节间荷载存在，故上弦杆应按压弯构件计算。整个上弦杆的弯矩图如下： 8 弯矩作用平面内的计算长度 331，侧向无支撑 2462 。初选上弦杆截面为 101402 L ，如右图所示， ， 4 ， ， 3m i n,3m a x, 701352 ，查截面塑性发展系数得 xx 1 强度验算：正弯矩截面： 223623m a x, 负弯矩截面： 223623m i n, 均满足要求。 2 弯矩作用平面内稳定验算：由图可知，上弦杆 内力最大，最大正弯矩在节间，最大负弯矩在节点处，正弯矩 使角钢水平边受压， W ；节点处最大负弯矩使角钢水平边受拉， W ，因所考虑的杆端相当于两端支撑构件，其上同时有端弯矩和横向荷载 并 使 构 件 产 生 反 向 曲 率 的 情 况 ， 由 规 范 查 等 效 弯 矩 系 数 85.0 1 2 b 类截面查表 712.0x，欧拉临界力225222 ， 。 可知 。 223623对单轴对称截面的压弯构件 9 223623以最大负弯矩进行验算： 20.13m 80 。 223623综上所述，平面内长细比和稳定性都满足要求。 3 平面外的稳定性验算：截面影响 系数 ，等效弯矩系数 ，轴心压力 6, 7 21 。 计算长度 因 故对 y 2 422 4 ，查 b 类 截 面543.0y ，用最大正弯矩验算： x 3m a x, 2 7 0 。 f 负弯矩验算： 10 故平面外长细比和稳定性均满足要求。 4 局部稳定验算：对 101402 L 组成的 T 形 截 面 压 弯 构 件 ， 翼 014401 t 腹板 014401 t 以满足要求。 综上所述，上弦 杆截面完全符合各项要求，截面适用。 （ 2）下弦杆：下弦杆按轴心受拉构件设计，整个下弦不改变截面，采用等截面长杆，a x ，屋架平面内的计算长度取最大节间 度即 ，因屋架下弦在跨中央设有一道通长细杆，故屋架平面外计算长度取侧向固定点的距离即185 。 223 n ， 7 0 4 ， 6 01 1 8 5 ，因此选用 445702 L ，短边相连。 如右图，查表得 ， 由以上分析可知杆件的强度已经满足。 （ 3）腹杆：按轴心受力构件计算 1 ：受到 的拉力， 703， 703。 因 o 。选用单肢角钢 456L ，单角钢截面 239.4 ， ， 3 5 02 1 0 3 单角钢单面连接计算构件强度时的强度设计值折减系数 11 2223 选用 单肢单角钢 465 L 满足长细比和强度要求。 2 ：承受 的压杆，几何长度 656 ，拟采用单角钢截面，通过节点板单向连接， 2 41 6 5 。 需 3 0 20m ，选单肢单角钢 456L ， ， ， 1 5 2m i i l。查 b 类截面，得 ，单面连接时， 1 1 3 ：两杆采用相同截面，承受 的拉力， ，4042 ，选用 4452 L 截面，可得 ， ，4 （ 0 ）。 3 5 4143 7 0 2 1 选用 4452 截面能满足要求。 4 ：承受 的轴心压力， 4 93 3 1 ， ，拟选用 4632 L 截面，得到 ， ，（由 查得） 由 a x x 查表得 ， 12 2223 2 1 ，故截面满足要求。 5 ： 为零杆， ，对有连接垂直支撑的屋架，采用 4452 L 截面，此时 298.6 ， 由屋架 自身控制 的长细比为 ， 。 由以上分析计算可知，截面满足要求。 对屋架杆件截面进行汇总，得到杆件截面选择表： 杆件名称 杆件编号 内力设计值（ 计算长度（ 选用截面 杆件受力 长细比 容许长细比计算应力 2节间填板数） x y 上弦 C E 312 6246 101402 L 压弯 50 1 下弦 G 445 1185 445072 345 330 350 3 腹杆 I 703 3703 456L 拉 214 334 350 I 325 1656 465 L 压 119 148 150 E 703 3404 4452 L 拉 50 650 3312 4632 L 压 50 4740 5925 4452 L 拉 339 277 350 4 4. 屋架节点设计：角焊缝强度设计值由 焊缝2160 ，屋架各杆件轴心至各杆件角钢背面的 0中0 杆件名称 杆件内力（ 杆件截面 重 心 距 离（ 轴 线 距 离（ 备注 13 上弦杆 01402 L 5 下弦杆 45702 5 长边外伸 651 L 5 单面连接 561 L 5 单面连接 452 5 632 L 0 4452 L 0 屋脊节点：节点示意图如右图， N=P= 1 拼接角钢的构造与计算拼接角钢采用与上弦截面相同的 10140 L ，其与上弦杆间连接焊缝的焊脚尺寸取 ，铲去拼接角钢顶棱角 41 ，切短拼接角钢竖直边 2561052 ，拼 接接头每侧的焊缝共有 4 条，则每条焊缝的计算长度 ，拼接处左右杆端部孔隙取 40要拼接角钢长度 022 2 为保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度 05，因坡度较大，应将拼接角钢的竖直边剖口： 22 181040123 ，取 120了方便施工，拼接处工地焊一侧的弦杆与拼接角钢和受拉主斜杆与跨中吊杆分别设置直径为 4 和 13安装螺栓口。 3 拼接接头每侧上弦杆与节点板间连接焊缝计算：弦杆轴力的竖向分力 P/2的合力为 i n ，设角钢背部的塞焊缝承受竖向合力 V 的一半，取 ，需焊缝长度 ，取 01 ，再设角钢趾部节点板间的角焊缝承受余下的 V/2 以及当屋脊两侧活荷载不对称作用时可能引起的弦杆内差 N 以及 N 引起的弯矩 M 的共同作用： 取 ， 0，取 ，由图量得趾部实际焊缝长度为 802 ，计算长度 7052280222 ，焊缝中应力为：os i n 2262 2 故可满足强度要求。 （ 2） 下弦杆与节点板间连接焊缝计算 N= k k 取角钢背部焊脚尺寸 1 ，角钢趾部焊脚尺寸 2 ，按焊缝连接强度要求得 背部 趾部 15 实际焊缝长度采用角钢背部 30趾部 5制节点详图 ：按以下方法、步骤和要求画节点大样，并确定节点板尺寸 1 严格按几何关系画出汇交于节点 A 的各杆件轴线（轴线至杆件角钢背面的距离 表采用）。 2 下弦杆与支座底板之间的净距取 140合大于 130大于下弦杆角钢水平肢宽的要求）。 3 按构造要求预定底板平面尺寸为 a b=220 220节点 A 的垂直轴线通过底板的形心。 4 节点板上部缩进上弦杆角钢背面 +2中 0取上、下弦杆端部边缘轮廓线间的距离为 20根据下弦杆与节点板间的连接焊缝长度等，确定节点板尺寸如图所示 。 支座节点 A （ 3） 上弦杆与节点板间连接焊缝计算 N= （取 21 ），设仅承受节点荷载 小，焊缝强度不必计算，一定能满足要求。 令角钢趾部角焊缝承受全部轴心力 N 及其偏心弯矩 M 的共同作用：其中 7401 630 取焊脚尺寸 2 ，由节点图中量得实际焊缝长度 50 (全长焊满时），计算长度 2076060536725502 221 ， 计算2262 12 16 （可以） （ 4）底板计算：支座反力 采用 锚栓直径采用 20，底板上留矩形带半圆形孔， 尺寸 20，锚栓套板用 070，孔径 22。 1 底板面积 A 底板与钢筋混凝土柱面间的接触面面积 22 215422222 接触面压应力： 2223 A 可满足混凝土轴心抗压强度要求，预定底板尺寸 ab=22020用。 2 底板厚度 底板被节点板和加劲肋划分成四块相邻边支承的小板， 两支承边之间的对角 线长度 21 ， 两支承边的支点到对角线的垂直距离 42 11 ， 板中最大弯矩（取单位板宽计算） 9 21 故所需底板厚度， 9 166 取 0 。 底板选用 20 220。 （ 5）加劲肋与节点板的连接焊缝：一块加劲肋的受力支座反力的 1/4， ， ，加劲肋厚度采用 10 17 脚尺寸 ，焊缝计算长度为 3 8122151 8 0 ，则焊缝应力： 6 加劲肋、节点板与支座底板的焊缝。如上图，切口宽度为 15条节点板和四 条加劲肋焊缝的总长度为 07101550014102 2 02 。 223 满足要求。 （ 6）上弦节点： 1 按比例绘出节点详图 2 上弦杆与节点板： ，上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中力荷载 P，为了便于安装檩条，取节点板缩进肢背 82 。由于 P 值较小，焊缝强度可不计算，上弦杆角趾部角焊缝假定承受两侧弦杆内力差 21 及其偏心弯矩的共同作用： 7 0101 8 022 621 ， 7 3 1 30， f m a x ，采用 ，满足要求。 （ 8） 下弦节点：取 G 点为节点控制节点，其中 ， 。 1 拼接角钢采用与下弦杆截面相同 4045702 L ，拼接角钢与下弦杆间连接焊缝焊脚尺寸为 。为便于两者紧贴和施焊铲去拼接角钢顶棱角 ，切去短拼接角钢竖直边 155652 ，拼接接头每侧的连接焊缝共有四条，连接强 18 度条件需要每条焊缝的计算长度 a x ，拼接处弦 杆 端 部 空 隙 好 取 为 10 需 拼 接 角 钢 长 度 ，实际采用 250 2 接 头 两 侧 弦 杆 内 力 差 N 两 者 较 大 值 计 算 ：m a 由节点详图中可以量得实际焊缝长度为 0121 ，其计算长度010 ，取 。 kh ， 取 21 ，满足要求。 5. 吊车梁设计： （ 1） 竖向荷载：对 软钩吊车，动力系数 a x,m a x （ 2） 水平荷载：对软钩吊车 0 ，取 ，小车重量取吊车总重的 10% 19 （ 3） 内力计算：支座反力 m a xm a x 最大弯矩： a x 最大剪力： 6 m a xm a xm a x 水平力产生弯矩： M H a xm a x（ 4）选定截面： 1 经济高度： 63 ， 20 2 允许挠度确定高度 6m i n ， 取 00 3 由翼缘厚度及腹板厚度确定 t a x （ 这 里 可 先 假 定 翼 缘 厚 度 0） ， 按 经 验 公 式02 ，因两种结果均小于 8按规范要求取 。 4 翼缘宽度确定： 26 ， 确定翼缘宽度为 250 综上所述，可知吊车梁截面如右图所示：截面特性： 28840 ， 24908 4823107 3 5102 5 02124 8 08 473106 0 0102 368 0739.3 357 0604.2 21 （ 4） 强度验算： 1 上翼缘最大弯曲正应力： 2 腹板最大剪应力： 22853 3 腹板局部压力应力验算（吊车轨道取 30 ） 6 01 3 021055025 223 （ 6）整体稳定验算：平面外计算长度 ，由于 13242 5 06 0 0 01 计算吊车梁的整体稳定， 02 5 0106 0 0 0111 hb 8 1 b。 a b， yy bb a 8 2266 满足整体稳定要求。 （ 7）刚度验算： 吊车梁的竖向挠度验算 22 满足刚度要求。 （ 8）疲劳验算：286 22 满足要求。 （ 9）局部稳定验算：受压翼缘自由外伸宽度与其厚度比 满足）。 8023580608 1025000 yw ，且 0C ，应按构造要求配置横向加劲肋，间距 6 04 8 0220 ，近似取间距 1000劲肋宽度 5，厚度 ，取 。 （ 10）挠度)(10600/6000 （ 11） 支座加劲肋计算 ：取支座加劲肋为： 2 10012 。 1 端面承压应力为： 223m a x, 3 2 02 2 稳定计算 : 23 3 6 08120121002 4633 100 0 1 2 012 1 0 0212 Z ， ZZ 属于 b 类截面，查表得 支 座外加劲肋在腹板平面外的稳定性： 223m a x, 满足要求。 23 （ 11）焊缝验算： 1 上翼缘与腹板的连接焊缝 a x 按构造取 。 2 下翼缘与腹板的连接焊缝 37.3m a x 按构造取 3 支座加劲肋与腹板的连接焊缝 f 05 0 ，取 。 6. 排架柱设计 （ 1）资料：排架柱采用混凝土实腹式矩形柱，混凝土采用 ，243.1 t ） 纵向受力钢筋为 （2300 y ，25100.2 s ） 箍筋采用 （2210 y ，25101.2 s ） 室内外标高相差为 150基础顶面位于室外地坪以下 500即标高为 牛 腿 标 高 为 + 上 柱 高 柱 总 高 为 。 下柱高 ，仅取一榀排架进行计