钢结构工业厂房课程设计.doc

、设计资料1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度30m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.20 kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高分别为1.90m，屋面坡度分别为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：Lo=30m20.15m=29.7m，3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。屋架中间高度h=3150mm；屋架跨中起拱按L0/500考虑，取60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图1所示:桁架支撑布置如图2所示: 符号说明：GWJ-（钢屋架）；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） 三、荷载与内力计算1、荷载计算荷载与雪荷载不同时考虑，故计算时取两者较大的荷载标准值计算。由资料可知屋面活荷载等于于雪荷载，所以取0.5 kN/计算。标准永久荷载:防水层、找平层、保温层 1.20kN/预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/钢屋架和支撑自重 0.12+0.01130=0.45kN/管道设备自重 0.10 kN/总计: 3.15kN/标准可变荷载:屋面活荷载 0.50 kN/积灰荷载 0.60kN/总计: 1.1kN/2、荷载组合设计桁架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 (按永久荷载为主控制的组合) ：全跨节点荷载设计值：F=(4.253+0.70.7+0.90.84) 1.56=49.49kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）：全跨节点永久荷载设计值：F1=4.2531.56=38.277 kN 半跨节点可变荷载：F2= (0.70.7+0.90.84)1.56=11.214kN 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主控制的组合)：全跨节点屋架及支撑自重： F3 =1.20.451.56=4.86kN半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.41.2+1.00.7) 1.56= 21.42kN其中为使用阶段荷载情况，施工阶段荷载情况。3、内力计算本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。 表1杆件名称 内力系数（F=1）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F1+F2F1 +F2F3 +F4F3 +F4上弦AB00000 0 00 0 BC，CD-11.93-8.63-3.29-590.43 -553.42 -493.54 -242.83 -242.83 -590.43 DE，EF -19.46-13.41-6.06-963.09 -895.25 -812.83 -381.82 -381.82 -963.09 FG，GH -23.31-15.01-8.30-1153.64 -1060.56 -985.31 -434.80-434.80 -1153.64 HJ-24.42-14.26-10.16-1208.57 -1094.64 -1048.66 -424.13 -424.13 -1208.51 IJ，JK-24.93-14.78-10.16-1233.81 -1119.99 -1068.18 -437.75 -338.79 -1233.81 下弦ab 6.334.681.65313.28 294.77 260.80131.01 66.11313.28 bc 16.1111.444.73800.27747.23 671.98 323.63 179.90 800.27 cd 21.7014.497.211073.95 993.10 911.46 415.84 259.90 1073.95de 24.0714.849.241191.25 1107.74 1024.94 434.85 314.90 1191.25ef23.3011.6811.681156.11 1025.13 1025.13 363.72 363.72 1156.11斜腹杆aB-11.41-8.44-2.30-564.69 -531.39 -462.53-236.24 -104.72 -564.69Bb9.346.602.74462.25 431.52 388.23 186.76 104.08 462.25 bD-7.80-5.16-2.64-386.03 -356.42 -328.17 -148.44 -94.46 -386.03 Dc5.853.482.37289.52 262.95 250.50102.97 79.20 289.52cF-4.52-2.12-2.30-223.70 -197.91 -198.80 -69.52 -71.23 -223.70 Fd2.990.912.08147.98 124.65 137.7734.02 59.09 147.98 dH-1.780.25-2.03-88.09-65.33-90.90 -3.30-52.13 -90.90He0.54-1.321.8626.73 5.8141.53 -25.6542.47 42.47 -25.65eg 1.413.67-2.2669.78 95.13 28.63 85.46-41.5695.13 -41.56gK2.164.42-2.26106.90 132.2457.33105.17-37.91132.24-37.91 gI0.690.690234.15 34.15 26.4118.133.35 34.15竖杆Aa-0.50-0.500-24.75 -24.75 -19.14 -13.14 -2.43-24.75 Cb Ec-1.00-1.000-49.49 -49.49 -38.28-26.28 -4.86-49.49 Gd-1.00-1.000-49.49 -49.49 -38.28-26.28-4.86 -49.49 Jg-1.00-1.000-49.49-49.49 -38.28 -26.28 -4.86 -49.49 Ie-1.50-1.500-74.24 -74.24 -57.42-39.42 -7.29 -74.24Kf0000 0 0 0 00 四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ、JK计算，根据表得：N= -1233.81KN，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：=1505mm,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度为支撑点间的距离，即：=3=4515mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图3所示：图3上弦杆腹杆做大内力N=-564.69KN，查表可知，中间节点板厚度取12mm，支座节点板厚度取14mm。设=60，根据规范由双边角钢组成的T行和十字形截面均属于b类，查Q235钢轴心受力稳定系数表，=0.807，则需要截面积：A=7111.1需要回转半径= =根据A、查角钢规格表，初选用2 L 16010016，肢背间距a=12mm，该截面特性如下：A=7860， =27.7mm ， =79.0mm。按所选角钢进行验算：=150因为此截面为单轴对称构件，该对称轴应取计及扭转效应的换算长细比代替，令b1/t=160/16=100.56/b1=0.564515/160=28.22，故近似取。所以有：=150，满足要求。由于 ，只需求出，查轴心受压杆稳定系数表，0.822,则有: N/5540.70， =28.2mm，=78.2mm。长细比计算：= =350 =350 b1/t=160/12=13.330.56/b1=0.5614850/160=51.98所以： =350，满足要求。由于是拉杆，截面选择时已满足强度要求，故不必再验算强度。3、端斜杆aB：已知杆件轴力N-564.69kN，2436mm。因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使，选用角钢2 L 1258010 ，则其截面特性如下： A3940，39.8mm，33.9mm对该截面验算如下：= =150 = =150又因为：b2/t=80/10=80.48/b2=0.482436/80=14.62所以：取=71.86因为： ，只需求，查轴心受压杆稳定系数表得=0.709，于是有：= N/215 N/ , 所以满足要求。4、腹杆eg-gK：此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。拉力： KN，kN；压力： kN，KN；分析桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节间中心间距，有=2175mm，在桁架平面外的计算长度：=（0.75+0.25）=2217.5（0.75+0.25）=4254.5mm选用 2 L 635，如图5所示。 图5腹杆eg-gK 查角钢规格表得:A=1228.6， =19.4mm，=30.4mm。 对此截面验算如下：=150=150又因为：b/t=63/5=12.60.58/b=0.584254.5/63=39.17所以取：=139.95因为： 只需求，查表得=0.335，于是有：压应力：=215 N/，满足要求。拉应力：=，满足要求。5.竖杆Ie：该杆件N-74.24KN， 0.8 29002320mm， 由于杆件内力较小，按= =150选择，需要的回转半径为： ， 查型钢表，选用2 L 638,如图6所示：图6中竖杆Kf其截面特性为： A=1902 ， =19.0mm ， =31.0mm对此截面验算如下： 又因为：b/t=63/8=7.8750.58/b=0.582900/63=21.025所以取：=93.55因为 ，只需求，查表得=0.,509，于是有： = 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2：13名称杆件编号内力（KN）计算长度（cm)截面规格截面面积（cm2）回转半径（cm)长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦IJ JK-1233.81150.5451.52L1601001678.602.777.954.3357.151500.822190.97下弦de1191.2530014852L1601001260.202.827.82106.38189.90350197.88腹杆Aa-24.75191.5191.52L63512.291.943.0498.7162.991500.56335.77aB-564.69243.56243.562L140901044.524.473.7454.4965.121500.731173.52Bb462.25201.72252.152L100623.863.14.5165.0959.91350193.73Cb-49.49172.16215.22L5059.611.532.53112.5285.061500.478107.74bD-386.03218.12272.652L100727.593.094.5370.5960.191500.749186.80Dc289.52218.12272.652L75514.822.323.5094.0277.90350195.36Ec-49.49235.04293.82L5059.611.532.53125.5794.921500.409126.05cF-223.7235.04293.82L90621.272.794.1284.2471.313500.659159.59Fd147.98235.04293.82L5059.611.532.53153.62116.13350153.99Gd-49.49212.08265.12L5059.611.532.53138.61104.781500.350147.14dH-90.9252.41315.512L70513.752.163.31116.8695.321500.451146.58He42.47 -25.65252.41315.512L63512.291.943.04130.11103.791500.38654.07Ie-74.24232.04290.052L5059.611.943.04131.5104.91500.440169.11eg95.13 -41.56217.5427.442L70513.752.163.31119.6195.411500.37780.17gk132.24 -37.91217.5217.52L70513.752.163.31100.69129.141500.37796.17Kf03153152L63512.292.452.45128.57128.572000gI34.15160.14200.172L5059.611.532.53104.6679.1235035.54Jg-49.49116.02145.032L5059.611.532.5375.8357.321500.71971.63屋架杆件截面选择表 表2 五、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。1、下弦节点“b”：设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝8mm和6mm，各杆件内