钢结构单层工业厂房21m跨度的设计计算书

1 目目 录录 一一 设计资料 设计资料 1 1 1 设计题目 1 2 屋架结构荷载 1 2 2 支撑布置 支撑布置 2 2 3 3 屋架内力屋架内力 4 4 4 4 杆件设计杆件设计 5 5 1 上弦杆 7 2 下弦杆 8 3 端斜杆AB 9 4 腹杆 9 5 竖杆 14 5 5 节点设计 节点设计 1717 1 下弦节点 C 17 2 2 上弦节点 B 18 3 屋脊节点 H 19 4 支座节点 A 21 一 一 设计资料设计资料 1 1 设计题目设计题目 某校办工厂厂房总长度 90m 跨度为 21m 纵向柱距 6m 车间内设有两台 50 10t 中级工作制吊车 地区计算温度高于 20 无侵蚀性 介质 地震设防烈度为 7 度 屋架下标高 18m 采用 1 5 6m 的预应力混凝土大型屋面板 考虑屋面板起系杆作用 级防水 卷材屋面 桁架采用梯形钢屋架 屋面坡度为 两端铰支于钢筋混凝土柱上 柱截面尺寸为 450 450 柱的混凝土强度等级为 C30 屋架采10 1 i 用 Q235 钢 焊条为 E43 型 2 2 屋架结构荷载 屋架结构荷载 永久荷载 改性沥青防水层 0 4 KN m2 20 厚 1 2 5 水泥砂浆找平层 0 4 KN m2 80 厚泡沫混凝土保温层 0 6KN m2 一毡二油隔气层 0 05 KN m2 预应力混凝土大型屋面板 1 5KN m2 悬挂管道 0 15 KN m2 屋架和支撑自重 按经验公式 0 33KN m2 3 计算 Lq011 0 12 0 永久荷载总和 3 43KN m2 可变荷载 基本雪压 不与活荷载同时考虑 0 5KN m2 积灰荷载 0 5KN m2 不上人屋面活荷载 0 7KN m2 可变荷载总和 1 2KN m2 二 支撑布置二 支撑布置 由于厂房长度为 90m 故需在屋架两端部及跨中开间设置上 下弦横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑 其他屋架则在垂直支 撑出分别于上 下弦设置三道系杆 其中屋脊和两支座处为刚性系杆 其余三道为柔性系杆 如图所示 5 符号说明 SC 上上上上上上上上上 上上上上 上上上上上上上上上上上 上上上上 上上上上上上上上 6 上 上弦支撑 XC 下弦支撑 CC 垂直支撑 GG 刚性系杆 LG 柔性系杆 3 3 屋架内力屋架内力 屋架设计中 荷载组合一般考虑以下三种情况 1 全跨永久荷载 全跨可变荷载 F 1 35 3 43 1 4 0 7 0 7 1 4 0 9 0 5 1 5 6 51 5kN 其中屋面活荷载分享系数为 1 4 组合系数为 0 7 机会何在为 1 4 2 全跨永久荷载 半跨可变荷载 7 永久荷载设计值 F1 1 35 3 43 1 5 6 41 7kN 可变荷载设计值 F2 1 4 0 7 1 4 0 9 0 5 1 5 6 14 49kN 3 半跨屋面板荷载 半跨安装活荷载 8 屋面板荷载设计值 F3 1 5 1 35 1 5 6 18 2kN 安装活荷载设计值 F4 1 4 0 7 1 5 6 8 82kN 内力计算内力计算 9 杆件名称 内力系数 第一种组合F 第二种组合第三种组合 计算杆件内力 全跨左半跨右半跨F1 F2 F1 F2 F3 F4 F3 F4 上弦 AB000000000 BC CD 7 472 5 31 2 162 399 752 388 5243 342 90978 182 8246 155 05924399 752 DE EF 11 26 7 339 3 923 602 517 575 96751 526 46967 269 69838 239 56926602 517 FG GH 12 18 6 861 5 319 651 63 607 32189 584 97831 282 19002 268 58958651 63 下弦 ac4 13 011 09219 35214 5849186 7641101 168284 2338219 35 ce9 7446 6633 081521 304502 87167450 96849236 10846204 51522521 304 eg11 9627 3264 636639 967604 96914565 99104282 32372258 59792639 967 gh11 7685 8845 884629 588575 98476575 98476266 07448266 07448629 588 腹杆 aB 7 684 5 641 2 043 411 094 402 16089 350 02587 189 60242 157 86806411 094 Bc5 8083 961 848310 728299 574268 97112140 6328122 00496310 728 cD 4 409 2 633 1 776 235 8815 222 00747 209 58954 103 46686 95 90812235 8815 De2 7921 2221 57149 372134 13318139 175761 5924464 6618149 372 eF 1 572 0 047 1 525 84 102 66 23343 87 64965 29 02494 42 060987 64965 Fg0 328 1 0391 36717 548 1 3775133 48543 3 1943818 0265433 48543 gH0 7131 913 1 238 145557 4514712 344129 849262 392657 45147 Aa 0 5 0 541 0 043 26 75 28 68909 21 47307 13 87162 9 4792628 68909 Cc 1 10 53 5 56 19 41 7 27 02 18 256 19 Ee 1 10 53 5 56 19 41 7 27 02 18 256 19 Gg 1 10 53 5 56 19 41 7 27 02 18 256 19 四 杆件设计四 杆件设计 1 上弦杆 上弦杆 10 整个上弦架采用等截面 按 FG GH 杆件最大设计内力计算 651 6 FG N 受压 上弦杆计算长度 取两块屋面板宽度 150 8 ox lcm 301 6 oy lcm 假定 60 查附录 1 2 807 0 3 2 2 651 6 10 37 6 0 807215 10 req N Acm f 150 8 2 51cm 60 ox xreq l i 301 6 5 03cm 60 oy yreq l i 查角钢规格表 选用短肢相拼 2 125 80 10L 2 19 71 239 42Acm 2 24 x icm 6 11 y icm 双角钢 T 形截面绕对称轴 y 轴 应弯扭屈曲计算换算长细比 11 150 8 67 3 150 2 24 x x x l i 73 58 y oy y i l 11 125 12 50 56 0 56 301 6m 12 5m13 5 10 oy btlbmm 2 2 22 1 44 1 125301 61 3 7 1 3 7 1 56 9 150 52 71052 7 12 5 oy yz lt b tb 满足长细比的要求 由于 查表得 yzx 0 688 3 22 22 411 1 10 214 3 215 0 688 27 88 10 NN N mmN mm Amm 所选截面合适 4 腹杆 腹杆 4 1 Bc 杆杆 杆件轴力 310 7 Bc NkN 杆件计算长度 0 80 8 261 3209 0 ox llcmcm cmloy 3 261 3 22 2 310 7 10 1445 114 45c 215 nreq NN Ammm fN mm 选用 2L63 6 等边角钢 15 2 2 7 2914 58Acm 1 93 x lcm 2 99 y lcm 209 0 108350 1 93 ox x x l i 261 3 87 4350 2 99 oy y y l i 满足长细比的要求 3 22 22 310 10 213 1 215 14 58 10 n NN N mmN mm Amm 4 2 cD 杆杆 杆件轴力 235 9 cD NkN 杆件计算长度 0 80 8 286 4229 12 ox llcmcm cmloy4 286 假定 100 查附录 1 2 得555 0 16 3 2 22 235 9 10 19 77 0 555 215 10 req NN Acm fN cm 229 12 2 29cm 100 ox xreq l i 286 4 2 86cm 100 oy yreq l i 选用 2L75 7 22 2 10 1620 32Acmcm 2 30 x lcm 3 48 y lcm 229 12 99 6 150 2 30 ox x x l i 286 4 82 3 150 3 48 oy y y l i 11 75 710 70 56 0 56 286 4 7 521 38 oy btlb 42 2422 10 1 0 475 82 3 1 0 475 7 5 286 40 7 85 4 150 yzyy blt 由于 查附录 1 2 得 yzx 0 555 17 3 22 22 235 9 10 209 2 215 0 555 20 32 10 NN N mmN mm Amm 所选截面满足 4 34 3 DeDe 杆杆 杆件轴力 149 4NkN 杆件计算长度 cmcmlox12 229 4 2868 0 cmloy4 286 3 2 22 149 4 10 6 95 215 10 nreq NN Acm fN cm 选用屋架需采用的最小角钢 2L50 5 就可满足要求 2 61 9cmA cmlx35 1 cmly45 2 229 12 169 72350 1 35 ox x x l i 18 286 4 116 90350 2 45 oy y y l i 满足长细比的要求 3 22 22 149 4 10 163 1 215 9 16 10 n NN N mmN mm Amm 所选截面满足 4 44 4 eF 杆杆 杆件轴力 84 1NkN 杆件计算长度 0 80 8 312 4249 92 ox llcmcm cmloy 4 312 假定 120 查附录 1 2 得555 0 249 92 2 08cm 120 ox x l i 312 4 2 60cm 120 oy y l i 3 2 22 84 1 10 8 95 0 437 215 10 req NN Acm fN cm 19 选用 2L63 6 等边角钢 2 14 58Acm 1 93 x icm 2 99 y icm 249 92 129 5 150 1 93 ox x x l i 312 4 104 5 150 2 99 oy y y l i 63 510 50 58 0 58 312 4 6 328 76 oy b tlbcmcm 42 2422 0 1 0 475 104 5 1 0 475 6 3 312 40 6 106 7 150 yzyy blt 由于 查附录 1 2 得 yzx 0 390 3 22 22 84 1 10 147 9 215 0 390 14 58 10 NN N mmN mm Amm 所选截面满足 4 54 5 FgFg 杆杆 20 max 33 5 Fg NkN min 3 2 Fg NkN 0 80 8 312 4249 92 ox llcmcm 312 4 oy llcm 将 Fg 杆按的拉杆设计 但考虑到该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号 故宜按压杆的容许长细比进行控制 为了使角钢型33 5 Fg NkN 号不要太多 偏于安全选择已有型号相近的角钢 现选用 2L63 6 2 14 58Acm 1 93 x icm 2 99 y icm 249 92 129 5 150 1 93 ox x x l i 312 4 104 5 150 2 99 oy y y l i 拉应力 3 22 22 33 5 10 22 98 215 14 58 10 NN N mmN mm Amm 21 所选截面满足 4 64 6 gHgH 杆杆 57 5 gH NkN 0 8 339 0271 2 ox lcmcm cmloy 0 339 将 gH 杆按的拉杆设计 但考虑到该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号 故宜按压杆的容许长细比进行控制 为了使角钢57 5 gH NkN 型号不要太多 偏于安全选择已有型号相近的角钢 现选用 2L63 6 2 14 58Acm 1 93 x icm 2 99 y icm 271 2 140 5 150 1 93 ox x x l i 339 0 113 4 150 2 99 oy y y l i 22 拉应力 3 22 22 57 5 10 39 4 215 14 58 10 NN N mmN mm Amm 所选截面满足 5 5 竖杆竖杆 各个竖杆采用同类截面 按 Gg 杆件的最大设计内力设计 min 56 2 Gg NkN cmcmlox 2 231 0 2898 0 cmloy0 289 内力较小 按选择 需要的回转半径为 150 cm54 1 150 231 2cm ox x l icm93 1 150 289 0cm oy y l i 选用 2L63 6 23 2 14 58Acm 1 93 x lcm 2 99 y lcm 231 2 119 79 150 1 93 ox x x l i 289 96 66 150 2 99 oy y y l i 63 610 50 58 0 58 2890m 63m26 61 oy b tlbmm 42 2422 0 1 0 475 99 66 1 0 475 63 28906 102 14 150 yzyy blt 由于 查附录 1 2 得 yzx 0 437 3 22 22 56 19 10 88 19 215 0 437 14 58 10 NN N mmN mm Amm 所选截面满足要求 6 杆件内力 KN 截面形式 和规格 截面面 积 计算长度回转半径长细比 N 焊缝 名称 编号loxloyixiy肢背肢尖 上弦 A H 651 6 2L125 39 42 150 8 301 6 2 24 6 1167 349 4 56 9 150 0 807 212 9 下弦 a h640 2L100 30 943001035 1 745 2 172 4 206 2350207 腹杆 aB 411 1 2L100 8 0 8 27 88253253 3 14 3 4880 672 7 80 6 150 0 688 214 38 180 6 200 Bc310 7 2L63 614 58209 261 3 1 93 2 9910887 4350213 7 170 6 170 cD 235 9 2L75 720 32 229 1 286 42 3 3 4899 682 3 85 4 150 0 555 209 28 120 6 160 De149 4 2L50 59 61 229 1 286 4 1 35 2 24 169 7 127 8350156 6 120 6 120 eF 84 1 2L63 614 58 249 9 312 4 1 93 2 99 129 5 104 5 106 7 1500 39 147 96 120 6 120 Fg33 5 2L63 614 58 249 9 312 4 1 93 2 99 129 5 104 51500 395 96 120 6 120 gH57 5 2L63 614 58 271 2339 1 93 2 99 140 5 113 4150 0 34111 66 120 6 120 Aa102 6 2L63 614 58 159 2119 1 93 2 9982 5 103 1150 0 67510 46 120 6 120 Cc 56 19 2L63 614 58 183 2229 1 93 2 999577150 0 5946 496 505 50 Ee 56 19 2L63 614 58 207 2259 1 93 2 9910787150 0 5117 56 120 6 120 Gg 56 19 2L63 614 58 231 2289 1 93 2 9912097150 0 4378 826 120 6 120 min A N A x y yz 80 10 63 10 24 6 6 节点设计 节点设计 1 1 下弦节点 下弦节点 c c 图 图 6 16 1 Bc 杆 2L 63 6 310 7 Bc NkN 肢背 maxminminmax 71 21 2 67 21 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 1 2 0 750 75 310 7 10 148170 m 22 0 7 7160 w w ef NN lmmm h fmmN mm 取 肢尖 maxminmax 661 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 2 2 0 650 65 310 7 10 150170 22 0 7 6160 w w ef NN lmmmm h fmmN mm 取 cD 杆 2L75 7 235 9 cD NkN 肢背 maxminminmax 81 21 2 78 41 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 1 2 0 750 75 235 9 10 98 7m 22 0 7 8160 w w ef NN lmm h fmmN mm 取120m 肢尖 maxminmax 6 1 2 5 61 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 2 2 0 650 65 235 9 10 144160 22 0 7 6160 w w ef NN lmmmm h fmmN mm 取 25 Cc 杆 2L63 6 56 2 Cc NkN 肢背 maxminminmax 61 21 2 67 21 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 1 2 0 750 75 56 2 10 31 450 22 0 7 6160 w w ef NN lmmmm h fmmN mm 取 肢尖 maxminmax 561 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 2 2 0 650 65 56 2 10 3350 22 0 7 5160 w w ef NN lmmmm h fmmN mm 取 下弦与节点板连接的焊缝长度为 330mm 取 焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力mmhf6 差 受力较大的肢背处焊缝应力为 521000219000302000NNNN 22 f 0 75 302000N 84 8N mm160N mm 2 0 7 6mm330mm 12mm 焊缝强度满足要求 2 2 上弦节点 上弦节点 B B 图图 6 2 6 2 B B 节点板详图节点板详图 Bc 杆 2L 63 6 310 7 Bc NkN 肢背 maxminminmax 71 21 2 67 21 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 26 3 1 2 0 750 75 310 7 10 148170cm 22 0 7 7160 w w ef NN lmm h fmmN mm 取 肢尖 maxminmax 661 51 5 104 74 fff hmmhtmmhtmm 且 3 2 2 0 650 65 310 7 10 150170 22 0 7 6160 w w ef NN lmmmm h fmmN mm 取 杆 aB 2L100 80 8 取 aB 杆的肢背和肢尖的焊缝和 411 1 Bc NkN 8 f hmm 6 f hmm 则所需的焊缝长度为 肢背 3 1 2 0 750 75 411 1 10 172180cm 22 0 7 8160 w w ef NN lmm h fmmN mm 取 肢尖 3 2 2 0 650 65 411 1 10 198 22 0 7 6160 w w ef NN lmmmm h fmmN mm 取200 一般上弦杆肢背的槽焊缝承受节点荷载 P 不大 因此一般可不验算 按构造全长满焊 弦杆肢尖焊缝 弦杆肢尖焊缝承受相邻节间弦杆的内力差和由其产生的偏心弯矩 399 7 ABBC NNNKN 399 7 0 0623 98MNeKN m 3 2 f2 w 399 7 10 119N mm 2 0 7h l2 0 7 6400 N f NN mmmm 6 M2 222 22 66 23 98 10 107N mm 2 0 72 0 7 6400 f fw MN mm h lmmmm 2 2 M 2 2 N22 f f 107 119148N mm160N mm 1 221 22 满足要求 3 3 屋脊节点屋脊节点 H H 27 拼接角钢长度 拼接角钢长度 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接 为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 拼接角钢的这部分削弱 可以靠节点板来补偿 接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算 A 39 42cm2 21028 f htmm 2 2 39 42 10215 236 5 4 0 74 0 7 8160 w w ff AfN lmm h fmmN mm 1 2 2 2 236 52 8 280521 520 10 wf llhammlmm 取 5108523 25 f thmmmm 取 即竖肢余留高度为 55mm 4 4 支座节点 支座节点 a a 在节点中心线上设置加劲肋 加劲肋的高度与节点板的高度相等 厚度为 12mm