钢结构课程设计,24米钢屋架

1、第一部分 钢结构课程设计任务书一 . 课程设计题目 某车间梯形钢屋架结构设计二 . 设计资料一单层单跨工业厂房，内设有 2 台中级工作制桥式吊车。厂房总长 120m，檐口 高度 15m，拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上。柱顶截面尺寸 400× 400， 柱混凝土强度等级为 C20.钢屋架设计可不考虑抗震设防。厂房柱距选择为 12m 屋架为梯形钢屋架（属无檩体系） ，跨度为 24 米带钢屋架挡风板。 无檩体系屋面做法及永久荷载标准值防水层为三毡四油上铺小石子0.35 kN/m 2找平层采用 20 厚水泥砂浆0.02×200.40 kN/m2保温层为泡沫混凝土，选取 80 厚

2、度：0.5 kN/m2 预应力大型屋面板重1.40 kN/m2可变荷载标准值雪荷载 0.50 kN/m2屋面活荷载 0.60 kN/m2积灰荷载 0.50 kN/m2三 . 结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图 1 所示，屋架支撑布置见图 2所示（下弦支撑采用与上 弦支撑同样布置）图 1. 屋架形式及几何尺寸第二部分、钢屋架设计计算采用 1.5 ×12m预应力钢筋混凝土大型屋面板 屋架计算跨度： L。=L-300=23700mm 屋架端部高度： H。=2000mm 计算跨度处高度 : h 2015 屋架高跨比： H/L 。 =3860/23700=1/6.14层架上弦（下弦）支撑布置

3、图符号说明： GWJ钢（ 屋架）；SC（上线支撑）；XC（下弦支撑）；CC（垂直支撑 ）；GC（刚性系杆 ） ；LG（柔性系杆）图2 屋架支撑布置图1. 荷载计算 屋架几何尺寸如图（ 1）所示，支撑布置如图（ 2）所示。因为活载加积灰荷载加 雪荷载（ 2000N/m2）大于活荷载（ 700 N/m2），所以动载取 2000 N/m2。屋架自20.35kN/m220.4kN/m220.5kN/m21.4kN/m2重，P（12011×L） N/m2。 永久荷载标准值 ： 二毡三油加绿豆砂 20厚 1：3 水泥砂浆找平层 保温层 预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝）支撑和钢屋架自重(120

4、+11×30)/10000.38管道设备自重0.10 kN/m 荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合 组合一：全跨恒荷载全跨活荷载 屋架上弦节点荷载 P（3.76+1.54 ）× 1.5 ×1295.4 kN/m 组合二：全跨永久荷载 +半跨可变荷载屋架上弦节点荷载总计可变荷载标准值 ：3.13 kN/m 2屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2总计：21.10 kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑， 所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值： 1.2 ×3.13 3.76kN/m2

5、可变荷载设计值： 1.4 ×1.10 1.54kN/m2P1=3.76×1.5×1267.68 kN/m21.54×1.5×1227.72 kN/m组合三：全跨屋架及支撑自重 +半跨大型屋面板重半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载430.38 ×1.2 ×1.5 ×128.2 kN/m1.68 ×1.2+0.6 ×1.4 )× 1.5 × 1245.36 kN/m由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载， 屋架各杆件内力组合见下表 (1) 。杆件内力系数p=1组合一组

6、合二组合三计算内力(KN)名称全跨左半跨右半跨P×1P1×1+P2×2P3×1+P4×2123P1×1+P2×3P3×1+P4×3上AB00000/00/00BCD-10.3-7.1-3.4-985.5-895.1/-794.2-405.4/-240.2-985.5弦DEF-16.3-10.6-6.2-1551.2-1392.9/-1273-611.9/-415.9-1551.2FGH-16.9-10-7.6-1611.3-1420.3/-1354-592.1/-484.1-1611.3杆HJ-15.3-

7、7.9-8.0-1460.6-1257.7/1257.7-487.9/487.9-1460.6下a-b5.503.91.7524.5480/420221.7/123.6524.5弦b-c13.79.24.91307.81182.2/1063.5528.6/334.51307.8杆c-d17.511.17.41673.11495.3/1391.3648.4/478.11673.1d-e15.78.97.81502.11312.4/1281.1532.9/481.71502.1Ba-10.4-7.3-3.3-994.1-908.1/-795.6-417.5/-233.3-994.1斜Bb8.35.

8、42.9790.9713.25/642.8317.0/201.8790.9Db-6.8-4.1-2.8-648.7-573.9/-538.7-241.7/-184.1-648.7腹Dc4.52.52.5428.3373.7/373.5151.1/150.7428.3Fc-3.2-1.3-2.4-308.1-254.9/-2859-85.9/-136.7-308.1杆Fd-1.9-2.40.4-182.2-196.9/117.1-126.3/4.3-196.9/117.1Hd1.92.4-0.4178.4192.8/114.6123.7/-4.2192.8/-4.2He-1.7-2.20.4-1

9、62.2-174.9/104.2-111.9/3.8-174.9/104.2Aa-0.5-0.50-47.7-47.7/-33.8-26.8/-4.1-47.7竖Cb-1-10-95.4-95.4/-67.7-53.6/-8.2-95.4Ec-1-10-95.4-95.4/67.7-53.6/-8.2-95.4杆Gd00000/00/00Je3.11.61.59290.9250.5/250.597.1/97.1290.93. 杆件截面设计腹杆最大内力， N=994.1KN（压） ，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚 度取 18MM,其余节点板与垫板厚度取 16MM.1. 上弦杆 整个上弦

10、不改变截面，按最大内力设计， N-1551.2kN 上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度l ox150.7cm；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取 l oy2×150.7 301.4cm.因为 l oy 2l ox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。图 3. 上轴稳定性弦截面假定 60，双角钢组合截面绕 x 和y 均属于 b类截面。查轴心受压构件的稳定 系数表，得 0.807需要截面面积 A N 1551200/ （0.807 ×215）8940mm2f需要的回转半径为：i xlox 1508/60 25.15mmiyloy 3016/60 50.3m

11、m根据 A、i x、i y 查不等肢角钢规格表 , 选用 2L200×125×16,A99.4cm2, ix 3.52cm, i y6.38cm.按所选角钢进行验算：xlox1507/35.2 42.8< 150ixyloy3014/63.6 47.39< 150（满足要求）iy由于x<y，只需求 y 查附表用内插法得 x0.8681551200/(0.868 ×9940)=179.79N/mm2< 215 N/mm2xA所选截面合适。2下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力 N1673.1kN。按下弦支撑布置情况： Lox 3000mmL

12、,oy 11850mm计算下弦截面净面积： An N 1673100/2157781mm2 选用 2L125×110×14(短肢相并 , 见图)，A78cm2, ix 3.08cm iy 5.75cm x lox 300/3.06=97.4< =350; y loy 1185/5.75=206.1< =350.ix i yN 1673100/78=214.5 N/ mm 2< 215 N/ mm2 满足要求。 An图 4. 下弦杆截面3 端斜杆 Ba已知 N994.1kN, l oxl oy253.9cm。因为 l oxl oy，故采用不等肢角钢长肢 相并

13、（图 ），使 ix=iy.如选用 2L180×110×14，则 A 78cm2ix 5.75cm，iy 4.6cm 截面刚度和稳定性验算：x lox =253.9/5.75=44.16 < 150ixy l oy =253.9/4.6=55.2 < 150 ，刚度满足要求 iy查 b 类截面轴心受压构件的稳定系数表，得 x0.655An994100/(0.832 ×7800) 153.18N/mm2<215N/mm2 ， 所选截面满足要求。图 5. 端斜杆截面4竖杆 JeN290.9kN(压力) ， lox0.9l0.9×320288c

14、m 选用 2L80×10的角钢， 并采用十字形截面，则 A 30.26cm， ix 0 3.04mmx0 l ox 288/3.04 94.7 < 150ixN =290900/3026=96.13N/mm2< 215N/mm2 满足要求。A其余各杆截面选择计算过程不一一列出 , 见表(2)杆件 名称内力 设计值 N （KN）计算长度（ cm）选用截面截面积2 A （ cm ）回转半径（ cm）maxmin min计算应力2 （N/mm2）填板 （块）l0xl0yixiy上弦杆-1551.2150.7301.4短肢相并 2L200 ×125×1699.

15、43.526.3847.391500.868-179.792下弦杆1673.13001185短肢相并 2L180 ×110×14783.085.75206.1350214.52Ba-994.1253.9253.9长肢相并 2L180 ×110×14785.754.655.21500.832-153.182Bb790.9210262.2T 型截面 2L100 ×1038.523.054.8368.85350205.322Db-648.7229.8287.3T 型截面 2L100 × 1659.212.984.9677.11500.707

16、-154.962Dc428.3229.8287.3T 型截面 2L100 × 1038.523.054.8375.36350111.192Fc-308.1250.6313.2T 型截面 2L100 × 1038.523.054.8382.371500672-119.022Fd-196.9117.1250.3312.9T 型截面 2L100 × 1038.523.054.8382.071500675-75.730.43Hd192.8-4.2271.8339.7T 型截面 2L63× 512.291.942.97140.11500.345156.88-0.9

17、93He-174.91104.2271.8339.7T 型截面 2L90× 621.272.794.0597.41500.572-143.7648.993Aa-47.7180180T 型截面 2L56× 510.831.722.69931500.605-72.82Cb-95.4184230T 型截面 2L56× 510.831.722.691071500.513-171.72Ec-95.4208260T 型截面 2L56× 510.831.722.691211500.432-171.72Gd0232290T 型截面 2L56× 517.62.3

18、13.531131500.47503Je290.9288288十字形截面 2L80× 1030.263.043.0494.71500.5901七、节点设计f tw =160N/ mm2 。各杆件用 E13 焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值内力由表查得，最小焊缝长度不应小于 8hf 下弦节点 b(图)斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算：N=357.7Kn.设肢背与肢尖的焊缝尺寸分别为 6mm和 5mm所, 需焊缝长度为肢背：l w (0.7 ×790.9 ×1000)/ (2 × 0.7 ×6×160)+12423.9mm，取l

19、w430mm 肢尖：l w (0.3 ×790.9×1000) / (2×0.7×5×160)+12221.8mm，取lw230mm 斜杆 Db与节点板的连接焊缝计算：N=648.7KN肢背:lw(0.7 × 648.7 ×1000) / (2 × 0.7 ×6×160)+12=349.9mm,取lw350mm肢尖:lw(0.3 × 648.7 ×1000) / (2 × 0.7 ×6×160)+12=201.6mm 取l w 210mm竖杆 C

20、b与节点板连接焊缝计算：N=95.4KN 因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf，焊缝长度 l w >50mm.下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差 N=1307.8-524.5=783.3KN.设肢尖与肢背尺寸 6mm，所需焊缝长度为肢背 lw0.7 ×783.3 × 1000/2 ×0.7 ×6×160+12418mm取, l w 420mm肢尖 lw0.3 ×783.3 × 1000/2 ×0.7 ×6×160+12180mm取, l w 180

21、mm 节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度， 并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差， 按比 例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成， 校核各焊缝长度不应小于计算所需的 焊缝长度。2. 上弦节点 B(图)斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算， N=994.1KN 肢背和肢尖焊缝分别采用： hf10mm和 h f6mm肢背 l w (0.7 ×994.1 × 1000)/(2 ×0.7×10×160)+20311mm，取 l w 320mm肢尖 l w (0.3 ×

22、;994.1 × 1000)/(2 ×0.7 ×6×160)+12234mm取, l w 240mm 为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接 . 焊缝可按两条焊缝计算， 计算时可略去屋架上弦坡度的影响， 而假定集中荷载 P 与上弦垂直。假定集中荷载 P 由槽焊缝承受， P 95.4KN。所需槽焊缝计算长度 l w 95.4 × 1000/2 ×0.7 ×6×160+2070.98mm 上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N985.5-0 985.5KN， 偏心距

23、e=125-29.9=95.1mm.设肢尖焊脚尺寸 16mm，需焊缝长度为 410mm，则2 f N/2 hel w985.5×1000/(2×0.7×16×444)99N/mm2M 2 2f6 M 2 (6×985.5×1000×95.1)/(2 ×0.7 ×16× 4442) 313N/mm2 2hel w( f / f)2 2f 143.86N/mm2<160 N/mm2满足强度要求。3屋脊节点(图)弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。 为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连 接的弦杆和

24、便于施焊， 需切去肢尖角。 拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补 偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设焊缝为 8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算， N=1460.6KN . 每条焊缝长度为： lw1460.6×1000/(4×0.7×8×160)+16423.52mm，取 l w 430mm 拼接角钢总长 L=2× 430+50=910mm 上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。 上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15计算。N=1460.6× 15%219.9KN, 设焊脚尺寸为 1

25、0mm弦, 杆一侧焊缝长度为 250，2 f N/2 hel w219.9×1000/(2×0.7×10×230)35.6N/mm2M 2 2 f62 (6×219.9×1000×95.1)/(2 ×0.7 ×10× 2302) 168.73N/mm22hel w( f / f)2 2f 143.36N/mm2<160 N/mm2满足强度要求。 中弦杆与节点板的连接焊缝计算：N=290.9KN；此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸为5mm，焊缝长度大于或等于 50mm.4. 下弦

26、跨中节设计“ e”(图)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递弦杆内力 N1502.1KN。设肢尖，肢背焊脚尺 寸为 8mm。则需焊缝长度为lw1502.1×1000/(4×0.7×8×160)+16417.68mm，取 l w 420mm 拼接角钢长度不小于 2×420 850。弦杆与节点板连接焊缝计算按下弦杆内力的 15计算， N 1502.1 ×0.15 225.3KN。设肢背肢尖焊脚尺寸 为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背 l w (0.7 × 225.3 × 1000)/(2 ×0.7 × 10× 160)-20 153.86mm，取 lw 160mm肢尖 l w (0.3 ×225.3 × 1000)/(2 ×0.7 ×6×160)+2051.91mm,按构造要求5. 支座节点 a（图）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板间的距离不应小于下弦伸出肢的 宽度，故取为 220mm，在节点中心线上设置加劲肋，如劲肋的高度与节点板的高 度相同