钢结构课程设计-24米跨厂房桁架设计

1、目录一、设计资料1二、结构简图2三、荷载计算4四、内力计算5五、杆件设计6六、节点设计 10钢结构课程设计一、设计资料1 .厂房纵向长度90m,纵向柱距6m。采用钢桁架屋架屋架跨度为 24m。2 .结构采用梯形。3 .屋架采用Q235B钢材，构件选用热轧角钢。节点采用焊接，焊条为 E43型。4 .屋盖结构采用型钢楝条，压型钢板作屋面板，荷载为：屋架及支撑自重标准值：q=0.12+0.011L,L以m为单位，q以kN/m2为单位屋架铺设管道荷载标准值：0.20kN/m22屋面自重标准值：0.35kN/m.2屋面活荷载标准值：0.50kN/m积灰荷载：1.20kN/m2二、结构形式及支撑布置1 .

2、绘出屋架屋面的横向支撑及楝条图2 .对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算，并进行最不利内力组合；设计一个 下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。一 Q iCCC 一桁架支撑布置结构形式及支撑CC:垂直支撑符号说明：SC:上弦支撑；XC:下弦支撑;GG刚性系杆；LG:柔性系杆三、荷载计算桁架及屋盖沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosa=1.006换算为沿水平投影面分布的荷载。1 .荷载标准值按屋面水平投影计算的永久荷载标准值屋面自重管道荷载标准永久荷载：1.006*0.35=0.352kN/m0.20kN/m屋架和支撑自重0.120+0.011x24=0.384kN/m共 0.

3、936kN/m0.50kN/m1.20kN/m标准可变荷载： 屋面活荷载 积灰荷载共 1.7kN/m 2考虑以下三种荷载组合全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合） 全跨节点荷载设计值：F1=(1.35*0.936+1.4*0.7*0.50+1.4*0.9*1.2) *1.5*6=29.39F2=(1.2*0.936+1.4*0.5+1.4*0.9*1.2)*1.5*6=30.02F3=(1.2*0.936+1.4*0.7*0.5+1.4*1.2)*1.5*6=29.63

4、 取 F2=30.02(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：F12=1.35*0.936*1.5*6=11.37F12=1.2*0.936*1.5*6=10.11对结构有利时：F13=1.0*0.936*1.5*6=8.42半跨可变荷载设计值：F21=1.4*(0.7*0.50+0.9*1.2对结构不利时：（按永久荷载效应控制的组合）（按可变荷载效应控制的组合）取 F12=11.37*1.5*6=18 （按永久荷载效应控制的组合）（按可变荷载效应控制的组合）取 F22=19.89F22=1.4* (0.50+0.9*1.2 ) 1.5*6=19.89F22=1.4* (0.7*0

5、.50+1.2 ) 1.5*6=19.53（3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效 应控制的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F31=1.2*0.384*1.5*6=4.15对结构有利时：F32=1.0*0.384*1.5*6=3.46 取 F31=4.15半跨节点屋面板自重+半跨节点屋面活荷载设计值:F4= (1.2*0.35+1.4*0.50)*1.5*6=10.08四、内力计算e?7002究口 3O0Q 列。口 GDQO 30(0285。53700桁架内力组合表杆件名称杆件内力系数P=1(Aa 为 1/2P)全跨永久荷 载+全跨可 变荷载N=P*

6、 全跨永久荷 载+半跨可 变荷载N=P 全*+P半*全跨永久荷 载+半跨可 变荷载N=P 全*+P半*全跨屋架和 支撑自重+半 跨屋面板重+半跨屋面活 荷载N=P全*+P半* 或计算内力在左半 跨在右半 跨全跨上 弦杆AB0.00.00.000000BC-6.25-2.47-8.75-262.675-223.8-148.6158-99.3125-262.675CD-6.25-2.47-8.75-262.675-223.8-148.6158-99.3125-262.6751DE-9.04-4.49-13.53-406.1706-333.6417-243.1422-147.2727-406.170

7、6EF-9.04-4.49-13.53-406.1706-333.6417-243.1422-147.2727-406.1706FG-9.17-6.09-15.26-458.1052-355.8975-294.6363-155.7626-458.1052；GH-9.17-6.09-15.26-458.1052-355.8975-294.6363-155.7626-458.1052HI-7.38-7.38-14.71-441.5942-314.0409-314.0409-135.4369-441.5942下 弦 杆ac+3.48+1.25+4.73141.9946122.997378.64265

8、4.7079141.9946 1ce+8.0+3.53+11.53346.1306290.2161201.3078128.4895346.1306eg+9.34+5.31+14.65439.793352.3431272.1864154.9447439.793gi+8.44+6.73+15.17455.4034340.3545306.3426148.0307455.4034 1斜 腹 杆Ba-6.53-2.34-8.87-266.2774-230.7336-147.3945-102.6329-266.2774Bc+4.76+2.12+6.88206.5376172.902120.392476.5

9、328206.5376Dc-3.14-2.03-5.44-163.3088-124.3074-102.2295-54.2272-163.3088：De+1.9+1.80+3.7111.07479.8677.87134.507111.074Fe+0.71-1.75-2.46-73.8492-13.8483-62.7777-3.0522-73.8492Fg-0.45+1.56+1.1133.32223.670243.64910.070533.3222 Hg+1.55+1.39+0.020.600431.056927.874515.70731.0569Hi-2.47-1.53-1.08-32.421

10、6-61.4079-42.7113-29.3796-32.4216竖杆Aa-0.5-0.5-0.50-15.01-15.63-15.63-7.115-7.51Cc-1.00.0-1.0-30.02-31.26-11.37-14.23-31.26Ee-1.00.0-1.0-30.02-31.26-11.37-14.23-31.26Gg-1.00.0-1.0-30.02-31.26-11.37-14.23-31.26li+0.97+0.97-1.0-30.027.9233-9.22635.6276-30.02五、杆件设计(1)上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG GH杆件的最大设计内力设计N=458

11、.1052kN=458105N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度:lox=150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取:loy=150.8*2=301.6cm节点板厚度选用8mm支座节点板厚度用10mm设入=80,选用角钢，为b类截面，查表得邛=0.688。需要截面积:3458.105 10 cN210 = 30.97cm0.688 215需要的回转半径:ixlox 150.880=1.89cm, iy =2 ix = 3.77cm选用不等边角钢短边相并，根据需要的 A、ix、iy查角钢规格表，选用2L 125*80*8, A=31.98cm2 ix=2.28cm, i

12、y =6.00cm,按所选角钢进行验算:=k =15018 =66.14 < 氏=150ix 2.28= 匕/t =15.63 0.5610y/b1 =13.5b L,t，yz=3.7b（1 巴 4） =57.79 HT =150t52.5b143458.105 10=208.78<f=215N/mm2截面x和界面y都为b类截面，由于% 九yz ,只需要求中x o查表的中x=0.787。二=nAn 0.787 27.88 10故所选截面合适。(2)下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。N=455.4034k N=455403N设 £=130 lox = 30

13、0cm , loy=1185cm需要的净截面面积为A NA=f_ _3455.403 1021510-_2= 21.18cm选用 2L90*56*8, A=22.366, ix=1.56cm, iy=4.54cm,由于 10yL lox,故用不等肢角钢短肢相并lox 3001 oy 1185 "''-x 二=192.3<1 I 二 350, -.-.oy 二二=261<1 I 二 350ix 1.56iy 4.54An =2236mm2仃=N =455403/2236=203.67< 215N/mm2A所选截面合适。(3)斜腹杆Ba杆件轴力：N=26

14、6.277kN=266277N计算长度lox =loy =253.5 ,因为lox =loy ,故采用不等值角钢长肢相并。使ix- iy设 = =60,查表得 0 =0.807。266277 一* 10 =15.35cm2.l oxix 二一0.807 215253.5 =4.23cm选用 2L 80*50*7, A=19.76cm2, ix=2.86cm, iy=2.34cm, 60按所选角钢进行验算:k = 25堂=88.6cm< "=150ix 2.54v b2/t=7.14>0.48loy/b2=5.07.2 2I - 1-150九yz =5.但(1 +yr)=3

15、7.48<y t17.4b：截面x和界面y都为b类截面，由于葭 ,只需要求Q。查表的中x=0.631N2仃=-=213.6< 215N/mm:A x故所选截面合适。(4)腹杆Bc腹杆拉力设计值为N =206.54 kNA=N/f=206540/215=9.6cm2选用2匚75*5, A=14.82, ix=2.33, iy=3.37,按所选截面进行验算:平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为l0 =0.8*260.8=208.64cm,lov =l=260.8cm=也=208.64/2.31=89.5< ixoxoyI- .1-350, y = =260.8/3.38=77

16、.4< 1 = 350iy_ N _ 206540 一人一 1480=140<f= 215 N. mm2故所选截面合适。(5)腹杆Dc腹杆压力设计值：N=-163.309KN平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为lox=0.8*285.9=228.72cm,10y = l =285.9cm设 二100,查表得=0.555ix =h=0.8*285.9/1000=2.29cm iy =均=285.9/100=2.86cm xyA N 1633094cA= =10 =13.69cm2f 0.555*215选用 2L75*5,A=2*7.41=14.82cm2, ix=2.33cm,i

17、y=3.37cm=228.72/2.33=98.16 < lk=150 xi xv b/t=15>0.58 1oy/b=2.2112t2九"=3.9?(1+-)=58.7< 反二 150t18.6b4由于九x A九yz ,只求取,查得中x =0.61163309xAn0.610 14.82=180.64 <f= 215N/mm2(6)腹杆De杆件轴力：N=111.074kN=111074N所需截面积：An =N/f=111074/215*10/=2.17cm2杆件计算长度：lox=0.8*285.9=228.72cm , loy=285.9cm,截面的回转半径

18、：ix =k=0.8*285.9/100=2.29cm i =反=285.9/100=2.86cmx y选用 2L75*5,A=2*7.41=14.82cm2, ix=2.33cm,iy=3.37cmx = lox =228.72/2.33=98.2I .1 - 350，- y = loy =285.9/3.37=84.81 I- 350ixi y满足长细比的要求NAn111074N 21482 mm= 74.95N /mm2 :二 215N /mm2所选截面满足。(7) Fe杆轴力：N=-73.849kN=73849N (受压)杆件计算长度：lox=0.8*312.9=250.32cm ,

19、loy=312.9cm设入二100,一常=2.50cmiloy312.4100=3.12cmA N73849 N22A = =2 = 618.89mm = 6.18cmf 0.555 215N/mm选用 2L70X5 等边角钢，A = 13.75cm2 , lx = 2.16cm, ly= 3.24cml oxx =一ix250.322.16= 115.89同=150 ,b/t =70/5 =14 :二 0.58loy/b =0.58 3129/70 =25.88150yz = y(1 0.475 b4/l0y2t2) =(3129/32.4) (1 0.475 704/31242 52) =

20、 100.93 二 由于九x A九yz ，只求九x =115.7 ,查附录4,得中=0.460 ,73849 NA 0.460 1375mm所选截面满足。(8)腹杆Fg 杆件轴力：N=33.322kN=33322N所需截面积:An =N/f=33322/215*10N=1.55cm2杆件计算长度:lox=0.8*311.9=249.5cm , loy=311.9cm,设入二100,_2_22 =116.76N /mm :二 215N /mmN=31.057kN=31057N所需截面积:An=N/f=31057/215* 10 ' =0.82cm2截面的回转半径:ix = =0.8* 3

21、119100=2.49cm iy = loy =311.9/100=3.11cm x y选用 2 L 80*5,A=2*7.91=14.38cm2, ix=2.48cm,iy=3.56cm x =显=249.5/2.48 =107.8 I .1 - 350 , 丫 =k=311.9/3.56=92.55 I - I - 350 x yixiy满足长细比的要求。33322 N222 = 23.17N / mm :二 215 N / mm 1438mm所选截面满足。腹杆Hg杆件轴力：杆件计算长度:lox=0.8*339.6=271.68cm , loy=339.6cm,设入二130,截面的回转半径

22、:ix = =0.8* 339.6/130=2.09cm iy =反=339.6/130=2.61cm 选用 2 L 75*7,A=2*10.16=20.32cm2, ix=2.30cm,iy=3.40cmx u 骏=271.68/2.30 =94.64< 1 1 = 150 , = =339.6/3.40=99.88< I 1 = 150 xyixiy满足长细比的要求31057 N22032 mm2_2= 15.28N /mm :二 215N/mm所选截面满足。(10)腹杆Hi杆件轴力：N=-32.4216 kN=32422N所需截面积：An =N/f=32422/215*10)

23、=1.51cm2杆件计算长度：设入二130,截面的回转半径:lox=0.8*337=249.5cm , loy=337cm,ix = =0.8* 337/130=2.07cm iy =-l0y =337/130=2.59cmx y选用 2 L 70*5,A=2*7.12=13.75cm2, ix=2.16cm,iy=3.16cm”显=0.8* 337/2.16=124.81 I I -150, 丫 =k=337/3.16=106.6<1 = 150 xyixiyNAn33322 N 21375mm 2=24.23N /mm2:二 215N /mm满足长细比的要求所选截面满足。(11)竖杆

24、各个竖杆采用同类截面，按 Gg杆件的最大设计内力设计。Ii竖杆拉力设计值：N=31.26 kNA=N/f=31260/215=1.45cm2杆件计算长度：lox=0.8*289=231.2cm , loy=289cm,设入二130,截面的回转半径 ix =卜=0.8* 289/130=1.78cm iy =卜=289/130=2.22cm 九九选用2L63*5 ,并采用十字形截面A=9.96, ix=1.96 , iy=2.87 ,按所选截面进行 验算： =显=231.2/1.96=117.96 < 以】=150, ix% =辰=289/2.87=99.65 < h=150 iy截

25、面验算：N 31260A 9962= 31.38 ：215N/mm2故所选截面合适 各杆件的截面杆件截面选择表杆件计算 内力 /kN截面 规格截面/cm2计算 长度 /cm回转 半径 /cm长细比容许 长细 比入稳定系数应力（T/（N/mm2）l oxl oyixiy儿x九y （，yz）邛y名称编号上弦下弦斜腹杆竖杆六、节点设计6.1下弦节点“ c”（图6.1 ）418176N72000N317448N295ED0N二l_x TUx：t 701568N肢背:lw0.7N2hef0.7 206540N11 _22 0.7 8mm 160N /mm=80.68mm,力口2hf后取9cm肢尖:0.3

26、N2he ffw0.3 206540N2 0.7 6mm 160N/mm2=46.10mm,力口上 2hf后取 6cm图6.1 c节点板布置图各类杆件的内力由表4.1查得。这类节点的设计步骤是：先根据复杆的内力计算与复杆与节点版连接焊缝的 尺寸，即hf和lx,然后根据lx的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后验 算下弦杆与节点版的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 ffW=160N/mm2。设 “Bc”杆的肢背和肢尖焊缝hf =8mm和hf =6mm,则所需的焊缝长度为：设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝hf =7mm和hf =6mm,则所需的焊缝长度为:肢背:一 0.7N

27、0.7 163300Nlw = =2 = 72.9mm,力口2hf后取 10cm2hef：2 0.7 7mm 160N/mm2肢尖:0.3N2he ffw0.3 163300N2 0.7 6mm 160N / mm2=36.45mm,力口上 2hf后取 6cmCc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取 hf =5mm肢背:0.7N2he ffw0.7 31260N! Z -,22 0.7 5mm 160N / mm=20.0mm,取4cm根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为300mmM 360mm。下弦与节点板连接的焊缝长度

28、为 34cm, hf =6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，N =346131N -141995N =204136N ,受力较大的肢背处焊缝应力为：0.75 204136 N22f =二52.34N/mm ： 160N / mm2 0.7 6mm 360mm 72mm焊缝强度满足要求。6.2上弦节点“ B”（图6.2）图6.2 B节点板布置图Bc杆(2L 75X5)与节点板的焊缝尺寸和节点“ c”相同。即肢背幻=9cm ,肢尖 lw'' =6cmaB (2L80X50X 7)杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算,设aB杆的肢背和肢尖的焊缝hf =10mm和hf =8m

29、m,则所需的焊缝长度为：肢背：l w0.65N2Kfw0.65 266277NT 一 一22 0.7 10mm 160N/mm=77.27mm,取 10cm肢尖:= 52mm,取 7cm0.35N _0.35 266277N2he ffw - 2 0.7 8mm 160N/mm2为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm用槽 焊缝把上弦角钢和节点板连接起来， 槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计 值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：1 , 1.hf =一父下点板厚度 = M10mm = 5mm, h

30、f = 10mm2 2上弦与节点板间焊缝长度为400mm节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：n N1 -N2 f =72 0.7hflw458105N -02 0.7 10mm 400mm - 2 10mm= 86.11N/mm满足要求6 458105N 80mm2 0.7 10mm 4002 mm22= 98.17N /mm2M二 f6M"" Z 22 0.7hflw86.11产98.17彳J.22.J= 117.86N/mm2 =：160N/mm26.3屋脊节点" I ”（图6.3 ）弦

31、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。设焊缝hf =10mm,则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：lw441594N24 0.7 10mm 160N/mm=74.02mm,取 80mm拼接角钢的长度取450mm>2父80= 160mm。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf =10mm,节点板长度为40cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为l w40c

32、m 1cm 2cm = 17cm ,焊缝应力为:0.15 441594 N2 0.7 10mm 160mm2= 29.57 N/mm0.15 441594 75mm 6_ 22 0.7 10 170一2= 83.17N /mm29.57 283.17 f1:222 J7 74.31N/mm2 二 160N/mm2图6.3屋脊节点"H"因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆Hg与节点板的连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。6.4 支座

33、节点“ a”（图6.4 ）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距取160mm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 12mm6.4.1 支座底板的计算支座反力：R-7F -7 31.26kN -218.82kN -218820N图6.4支座节点板布置图支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280m佛350mm如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为 280X 180ml2=50400mmRAn218820 N250400 mm验算柱顶混凝土的抗压强度：=4.34 N/mm2： fc = 14.3N / mm2 c式中，fc为混凝土强度设计值，对

34、 C30混凝土，fc=14.3N/mm2底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：M =七a12式中，仃为底板下的平均应力:218820NTTT TTT 2280 180mm一 一， 2=4.34 N /mmai为两支承边之间的对角线长度:忆i 14弋2a1 =、； 1409 +（90 一7 ） mm = 156.8mmB为系数，由b1/a1查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点到对角线 日的 垂直距离。由相似三角形的关系，得：.133 83-b170.4 八”b =mm = 70.4mm , =0.45156.8a1156.8查表 8.4.1 得 B =0.050底板厚度:6 5337.3N mm / mm 215N/mm2M - -a； =0.050 4.34N /mm2 156.82mm2 = 5337.3N mm/mm =12.20mm根据构造要求，桁架跨度 21m a 18m, t之20mm,取t = 20mm。6.4.2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的