24m跨厂房普通钢屋架设计.doc

河南工程学院钢结构课程设计24m跨厂房普通钢屋架设计学生姓名： 赵晨 学 号： 201310810122 学 院： 土木工程学院 专业班级： 土木工程1341班 专业课程： 钢结构 任课教师： 韩瑞芳 201 6年6月13日目录一、设计资料21.基础资料22.荷载3二、钢屋架设计计算31.材料选择32.屋架形式及几何尺寸33.支撑布置44. 支撑布置情况4三、 荷载和内力计算61.荷载计算62.荷载组合63.内力计算7四、 截面选择71.上弦72.下弦83.斜腹杆8五、节点设计151.下弦设计152上弦节点“B”163.屋脊节点K174.支座节点“a”18六、 绘制施工图2024m跨厂房普通钢屋架设计一、设计资料1.基础资料某单跨单层厂房，跨度L=24，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架采用梯形钢桁架，铰接于混凝土柱上，上柱截面尺寸为400*400，屋面采用1.56.0m太空轻质大型屋面板。屋面坡度i=1/9，雪荷载为0.3kN/m2，钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示， 杆件容许长细比：屋架压杆=150，屋架拉杆=350。B图1 柱网布置图2.荷载（1） 永久荷载（标准值）大型屋面板 kN/m2防水层 0.10kN/m2屋架及支撑自重 0.12+0.011L=0.12+0.01124=0.39kN/m2悬挂管道 0.05kN/m2（2）可变荷载（标准值） 屋面活荷载 编号35，应选择0.58kN/m2； 雪荷载 0.30kN/m2二、钢屋架设计计算1.材料选择根据荷载性质，钢材可采用Q235-BF，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。 2.屋架形式及几何尺寸 根据编组情况，编号35应选择跨度屋面坡度因屋面采用大型屋面板，屋面坡屋i19，故宜采用梯形屋架。屋架计算跨度应取屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，当梯形屋架与柱铰接时，屋架端部高度取1.62.2m,本设计取1.6m,中部高度根据坡度计算得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。3.支撑布置根据车间长度、屋架跨度、荷载情况以及吊车设置情况，布置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ2，其它编号均为GWJl。4. 支撑布置情况根据厂房长度（5460m）、跨度及荷载情况，设置两道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：图2 上弦横向水平支撑布置图 图3 屋架下弦水平支撑布置图图4 1-1、2-2剖面图3、 荷载和内力计算 一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆可考虑半跨组合，在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，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。 1.荷载计算 大型屋面板 0.622kN/m2防水层 0.10kN/m2屋架及支撑自重 0.39kN/m2悬挂管道 0.05kN/m2 恒荷载总和 1.17kN/m2 屋面活荷载 0.58kN/m2 荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑2.荷载组合一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，本设计在设计杆件截面时，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。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制组合： , 其中，永久荷载，荷载分项系数 屋面活荷载，荷载分项系数 组合系数；按永久荷载效应控制的组合： 其中，永久荷载，荷载分项系数 组合系数 故节点荷载取为19.95KN，支座反力为3.内力计算用结构力学求解器可算出全跨荷载作用下屋架杆件的内力，其内力设计值见下图：图5 杆件内力图4、 截面选择 腹杆最大内力-199.4KN， 查表7.4，选用中间节点板厚度为t=8mm,支座节点板厚度为10mm。 1.上弦 整个上弦不改变截面，按最大内力计算： 双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比 ，故应按照式（4.15）计算 故由按b类查附表4.2，得 填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块） 2.下弦 下弦也不改变截面，按最大内力计算。 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm,可不考虑螺栓孔削弱。 填板每个节间放一块 3.斜腹杆 （5）杆件C-b N=-20.0KN，=0.8191.3=153.1cm，=191.3cm。选用2505，A=9.6cm2，=1.53cm，=2.45cm由查表 0.555填板放两块，（6）杆件D-b N=-107.1KN，lox=0.8256.3=205.1cm，loy=256.3cm。选用2758，A=23.0cm2，=2.28cm，=3.42cm由查表 0.621填板放两块，（7）杆件D-c N=66.9KN，lox=0.8255.7=204.6cm，loy=255.7cm。选用2758，A=23.0cm2，=2.28cm，=3.42cm填板放两块，（8）杆件E-c N=-20.0KN，lox=0.8224.2=179.4cm，loy=224.2cm。选用2564，A=8.78cm2，=1.73cm，=2.74cm由查表 0.530填板放三块，（9）杆件F-c N=-39.6KN，lox=0.8283.6=226.9cm，loy=283.6cm。选用2758，A=23.0cm2，=2.28cm，=3.42cm由查表 0.558填板放两块，（10）杆件F-dN=11.9KN，lox=0.8283.1=226.5cm，loy=283.1cm。选用2634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm填板放两块，（11）杆件G-d：N=-20.0KN，lox=0.8257.1=205.7cm，loy=257.1cm，内力较小可按选择截面。选用2634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm由查表 0.453填板放三块，。（12）杆件H-d N=11.6KN，lox=0.8312.0=245.0cm，loy=312.0选用2634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm填板放三块，（13）杆件H-e N=-31.8KN，lox=0.8311.4=249.1cm，loy=311.4cm选用2634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm由查表 0.357填板放三块，（14）杆件I-eN=55.9KN，lox=loy=0.92900=261.0cm，选用2634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm由查表 0.332填板放三块， 表1 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm容许长细比填板数计算应力上弦HG-361.3150.9300.02L1001038.53.054.52150每节间1126.9下弦de353.330012002L10080621.22.404.62350每节间1166.7腹杆Aa-10.01601602L5059.601.532.38150319.8Ba-199.4221.32221.32L10080827.82.373.411502187.87Bb139.6183.9279.92L635 12.31.942.893502192.7Cb-20.0153.1191.32L5059.601.532.38150237.5bD-107.1205.1256.32L75823.002.283.42150274.98Dc66.9204.6255.72L75823.002.283.42350230.1Ec-20.0179.4224.22L5648.781.732.74150343.1cF-39.6226.9283.62L75823.002.283.421502 31.1Fd11.9226.5283.12L6349.961.963.02350211.9Gd-20.0205.7257.12L6349.961.963.02150338.4dH11.6245.0312.02L6349.961.963.02350311.7He -31.8249.1311.42L6349.961.963.02150379.5Ie55.9 261.02L6349.961.963.02350356.1五、节点设计 1.下弦设计（1）下弦节点b设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）则所需焊缝长度为 则所需焊缝长度： 肢背焊缝应力为 节点图见下图所示：图6 下弦节点“b”2. 上弦节点“B” 节点如下图所示： 图 7 上弦节点“B” 3.屋脊节点K拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L10010，弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度，一般为（设）拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度为： 共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度： 拼接角钢总长度为： 取拼接角钢长度为300mm。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15计算 偏心距e=100-30=70mm,设肢尖焊缝焊脚高度，取节点板长度为400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 屋脊节点“I”如下图所示：图8 屋脊节点“”4. 支座节点“a”（1）底板计算 支反力 混凝土强度C20， 所需底板净面积： 锚杆直径取d=25mm,锚栓孔直径为50mm,则所需底板毛面积： 按构造要求采用底板面积为: 底板实际应力： ,查表4.8得 则所需底板厚度： （2）加劲肋与底板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为，加劲肋高度与支座节点板高度相同，厚度取与中间节点板相同（即-3951008）。采用hf=6mm，验算焊缝应力对V： 对M： (3)节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算取hf=8mm，实际焊缝总长度：焊缝设计应力： 图8 支座节点“a”6、 绘制施工图 施工图应严格按照相关制图标准绘制，见所