山东建筑大学钢结构课程设计工业厂房设计

1、山东建筑大学课程设计计算说明书题目某机加工车间设计课程：工业厂房课程设计院部：专业：土木工程109班级：学生姓名：学号：设计期限：指导老师： 钢屋架设计计算设计资料车间基本参数某公司因生产需要，拟在济南郊区建设一座单层单跨机加工车间（设计使用寿命50年），车间建筑平面、剖面见下图。车间采用排架结构，下部为现浇钢筋混凝土柱及独立基础，上部采用钢屋架结构，屋架与排架柱铰接。车间内设有一台A4工作制的软钩梁式吊车，屋架下弦距离牛腿顶面1.8m，轨道高度130mm。混凝土排架柱采用实腹矩形柱;吊车梁可以采用T形或矩形钢筋混凝土吊车梁，也可以采用H形截面钢吊车梁（二选一），抗风柱为矩形截面钢筋混凝土柱。

2、车间屋面采用75mm厚彩色夹芯钢板，屋面檩条为卷边C型钢（C180X70X20X2.5），檩条间距约1.5m;车间四周围护墙采用240mm厚砖墙，内外各抹灰20mm厚，表面刷涂料;纵墙塑钢窗洞高为1.8m、宽为2.4m,共上下两层。2、车间荷载、材料自重、抗震设防等级屋面活荷载标准值:0.5kN/m2（不上人屋面，无积灰荷载）；基本风压：0.45kN/m2；基本雪压：0.30kN/m2；屋面75mm厚夹芯钢板及檩条自重标准值：0.25kN/m2（按投影面积）；钢屋架及屋面支撑自重标准值（估算）：0.35kN/m2（按投影面积）;钢筋混凝土自重25kN/m3；砖及抹灰自重20kN/m3；回填土自

3、重20kN/m3；抗震设防等级：6度。3、荷载组合钢屋架为简化计算,屋面暂不考虑风荷载作用。首先计算一榀典型简支屋架的内力系数,然后分别计算下述三种荷载标准值作用下的杆件内力：全跨永久荷载、全跨屋面活荷载、半跨屋面活荷载。最后列表进行下述两种荷载组合：1.2X全跨永久荷载+1.4X（屋面活荷载，雪荷载）；max1.2X全跨永久荷载+1.4X（半跨屋面活荷载，半跨雪荷载）。max排架柱为简化计算，不考虑车间的空间作用，将钢屋架简化成刚度无穷大的水平横梁，两端与排架柱铰接连接。屋面永久荷载及活荷载标准值分别等效作用到横梁上。首先分别计算下述八种荷载标准值作用下一榀典型排架的内力：永久荷载、屋面活荷

4、载、左（或右）墙面风荷载、吊车左（或右）刹车力、吊车靠近左（或右）时的竖向荷载；然后列表进行排架柱的内力组合。组合情况考虑以下六种：1.2X永久荷载+1.4X（屋面活荷载，雪荷载）；max1.2X永久荷载+1.4X墙面风荷载；1.2X永久荷载+1.4X吊车竖向荷载；1.2X永久荷载+0.9X1.4X（屋面活荷载，雪荷载）+0.9X1.4X墙面max风荷载；1.2X永久荷载+0.9X1.4X（屋面活荷载，雪荷载）+0.9X1.4X吊车max竖向荷载；1.2X永久荷载+0.9X1.4X（屋面活荷载，雪荷载）+0.9X1.4X墙面max风荷载+0.9X1.4X吊车竖向荷载+0.9X1.4X吊车水平荷

5、载。4、地质情况经勘测，地表土为人工填土，1.2m厚，不宜作为天然地基土，建议全部挖除；其下为粘土，地基承载力特征值fak=200kpa，压缩模量Es=10mpa，适宜作为地基持力层。场地地下水静止水位埋深为10.5米，可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。最大冻土深度可按0.5m考虑。5、主要构件材料钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋；混凝土：C20C30；钢材：Q235-B或Q345-B。6、钢屋架形式为梯形钢屋架，吊车吨位为5t,牛腿柱顶标高为6.3m。结构布置XDCL11XXIG1XXfil*XDCL1,XXKC2XXCXG2、3G貼】I*.JfJr?珀ng

6、託Br童距畫進上往反捧干冠布丘用24hSf6.On乜强屋蔓壬直丈凉=1-1JbdJtJtJ&;JtJtiJf丄124nS-6.间支痺二面布置區钢屋架计算一、设计资料取屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。二、屋架布置及几何尺寸竽瓯*3QQ0*2叩0#2迹屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2OOOmm。三、荷载组合设计屋架时，考虑以下两种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载恒载设计值按分项系数为1.2,q1=1.2X0.6=0.72kN/m2，按1.35为1.35X0.6=0.81kN/m2活载计算：分项系数

7、1.4,q2=1.4X0.5=0.7kN/m2活荷载0.5kN/m2雪荷载0.3kN/m2永久荷载控制的组合：0.81+0.7X0.7=1.30kN/m2可变荷载控制的组合：0.72+0.7=1.42kN/m2取可变荷载控制的组合，节点荷载p1=0.72X1.5X6=6.48kN节点荷载p2=0.7X1.5X6=6.30kN四、内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载

8、作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。全跨荷载布置图全跨荷载内力图左半跨荷载布置图内力计算表杆件名称杆内力系数P=1全跨永久荷载+全跨可变荷载P=12.78kNN=Px全跨永久荷载+半跨可变荷载P=6.48kNr1P=6.30kN2N左=卩叹+P2xN右=卩叹+P2x计算内力KN在左半跨在右半跨全跨上弦杆JK0000000KL-6.35-2.51-8.86-113.23-97.42-73.23-113.23LM-6.35-2.51-8.86-113.23-97.42-73.23-113.23MN-9.35-4.64-

9、14.00-178.92-149.63-119.95-178.92NO-9.35-4.64-14.00-178.92-149.63-119.95-178.92OP-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61PQ-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61QR-7.84-7.84-15.68-200.39-151.00-151.00-200.39AB3.511.264.7660.8352.9638.7860.83卜弦杆BC8.223.6211.84151.32128.5199.53151.32CD9.755.

10、5415.29195.41160.50133.98195.41DE8.927.1216.04204.99160.14148.80204.99斜腹杆AK-6.54-2.54-8.89-113.61-98.81-73.61-113.61KB4.892.177.0690.2376.5659.4290.23BM-3.54-2.09-5.63-71.95-57.78-49.65-71.95MC2.061.883.9550.4838.5737.4450.48CO-0.86-1.83-2.69-34.38-22.85-28.96-34.38OD-0.321.671.3517.256.7318.8318.83

11、DQ1.44-1.63-0.19-2.437.84-11.50-11.50QE-2.401.50-0.90-11.50-20.95-3.62-20.95竖杆AJ-0.500-0.50-6.39-6.39-3.24-6.39BL-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78CN-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78PD-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78RE0.800.801.6020.4515.4110.3720.45五、杆件截面设计1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-204.61kN

12、（压力），查钢结构设计手册节点板厚度选用8mm,支座节点板厚度选用10mm。计算长度屋架平面内取节间轴线长度l二150.5cm0 x屋架平面外根据支撑和内力变化取l二4x150.5二602.0cm0y因为41二l，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图1所示。0 x0yxA匚xy图1上弦截面设九二90，查轴心受压构件的稳定系数表=0.621需要截面积A二二204.61%103二1532.49mm2M0.621x215需要回转半径i=l0 x=150.5=1.67cmx九90i=loy=6020=6.69cmy九902.56cm,iy由于九九只需求出*xyminy，查轴心受压构件的稳定系数

13、表，*二0.621y根据需要的A、i、i，查角钢型钢表，选用2L140 x90 x10,A=44.6c,ixyx=6.69cm。按所选角钢进行验算九二l:i=150.52.56二59，九二l:i=602.06.69二90 x0 xxy0y*y满足长细比：九=150的要求。204.61x1030.621x4460二73.88N/mm2f二215N/mm2所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=204.99kN（拉力）计算长度屋架平面内取节间轴线长度10 x二300cm屋架平面外根据支撑布置取10y二600cm计算需要净截面面积=953.44mm2A二N二204.

14、99x103nf215选用2L80 x50 x5（短肢相并）,见图2所示，A=12.74c,i=1.42cm,i=3.95cmxy按所选角钢进行截面验算，取A二A。nxy图2下弦截面九=211九=350九二-y=152X二350i1.42i3.95xyN_204.99x103a1274_160.90N/mm2f_215N/mm2所选截面满足要求。3、斜杆和竖杆截面计算斜杆aK和斜杆BM合并N=-113.61kN（压力），l0 x=2516mm,l0y=l=2809mm计算需要净截面面积A_N_113.61x103_528.42mm2n215选用2_63x6，见图3所示，A=1458mm2,i=

15、1.93cm,i=2.84cmxy图3斜杆BM截面X_匚_江6_130X_150属于b类截面xi1.93xl280.9X_严_99X只需求出甲xymin_9，查轴心受压构件的稳定系数表，9xx0.387113.61x1030.387x1458_201.35N/mm2f_215N/mm2所选截面合适。斜杆KB和斜杆MC合并N=90.23kN（拉力）,10=0.81=224.72cm,l0=l=280.9cm0 x0y计算需要净截面面积An=f=H=皿672图4斜杆MC截面选用2L45x5,验算：l=-0 x=ix224.72l280.9=164九=350尢二-Qy=133尢=3501.37yi2

16、.11y=90.23x103=1Q5.16n/mm2f=215N/mm2858所选截面满足要求。Q斜杆CO和斜杆QE合并N=-34.38kN（压力），l0 x=2594.4mml0y=l=3243mm选用2l_63x6，见图5所示，A=14.58mm2,i=1.93cm,i=2.84cmxyxxy图5斜杆QE截面l259.44九=-0 x=134九=150属于b类截面TOC o 1-5 h zxi1.93xl324.3九=严=114九=150属于b类截面 HYPERLINK l bookmark92 yi2.84y满足长细比：九=150的要求。由于九九只需求出9=9，查轴心受压构件的稳定系数表

17、，9=0.370 xyminxx34.38x1030.370 x1458二63.73N/mm2f二215N/mm2所选截面合适。Q斜杆ODN=18-83kN（拉力），l0 x=-81=24184cm，l0y=1=302.3cm计算需要净截面面积=87.58mm2a=N=1883x103nf215图6斜杆OD截面验算：l241.84九=177九350 xix1.37N18.83x103c=一21.95N/mm2A858l302.3九二3二二143九二350yi2.11yf=215N/mm2选用245x5见图6所示，A=858c川,i；J37cm,i；=2.Hcm所选截面满足要求。Q斜杆DQ和竖杆

18、AJ、竖杆BL、竖杆CN、竖杆PD合并N=-12.78kN（压力），l0 x=259.44cml0y=l=324.3cm选用2L63x6，见图7所示，A=14.58c,i=1.93cm,i=2.84cmxy图7斜杆DQ截面l259.44九=-ex=134九=150属于b类截面xi1.93xl324.3九=严=114九y只需求出9min9，查轴心受压构件的稳定系数表，90.370 xx12.78x1030.370 x1458二23.69N/mm2f二215N/mm2所选截面合适。竖杆REN=20.45kN（拉力），l0 x=2400mml0y=3000mm计算需要净截面面积20.45x10321

19、595.12mm2选用2_636A=14.58cm2,i=2.43cm,i=1.24cmxyl240九-9x99九350 xi2.43x九l0y型242九350yi1.24y满足长细比：九350的要求。N20.45x103145814.03N/mm2f215N/mm2所选截面合适。图8中竖杆RE截面图屋架杆件一览表-径半转回no容许长细比数血系om11C入61-Sy-1兀1QQ-O9501*88060012427112503斜腹杆16152152L181314&23015018730*597-422082X5J81314&25018018201602AL5J8587112251503-to08

20、2XLX3JM858toto641503二38&5833-81243230L181314&2521501115920.-945223入5J81314&2341501730&381243230oCALJC5J-zC85871121503-511255-23丿6X3-JL6281314&23415017302112竖杆O2300形字一十一81324.4212503-93-32013201AL5J81314&21501925082&7O801O522XL5J-81314&2395011600817*052入X3JM811501刃17丄LXJM81丄丄41501丄56&1六、节点设计重点设计“A”、“

21、B”、“K”、“R”“E”五个典型节点，其余节点设计类同。1下弦B节点这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值fw=160N/m川，实际所需的焊脚尺寸可由t构造确定。(1)KB杆的内力N=90.23KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=5mm,所需要的焊缝长度为：l45mmw3N=0.7h工l卩fw=0.7x5x45x2x1.22x160=61488N3fw3ff因为2kN二2x0.3x90.23x103=54138NN，

22、所以按两面侧焊缝计算。23肢背lw0.7N2x0.7hfw+2h0.7x90.23x1032x0.7x5x160+10=66mm，取70mm肢尖lw0.3x90.23x1032x0.7x5x160+10=34mm，取50mm（2）BM杆的内力N=-71.95KN,采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=5mm,所需要的焊缝长度为:l=63mmw3N=0.7h工l卩fw=0.7x5x63x2x1.22x160=86083.2N3fw3ff因为2k2N=2x03x71.95x103=43170N竹，所以按两面侧焊缝计算。肢背lw0.7N2x0.7hfffW+2h0.7x71.95x1032x0.7x5

23、x160+10=55mm，取60mm肢尖lw0.3x71.95x1032x0.7x5x160+10=29mm，取50mm（3）竖杆BL杆的内力N=-12.78KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=5mm。所需要的焊缝长度为：l=63mmw3N=0.7h工l卩fw=0.7x5x63x2x1.22x160=86083.2N3fw3ff因为2kN=2x0.3x12.78x103=7668NN，所以按两面侧焊缝计算。23肢背lw0.7N2x0.7hfw+2h0.7x12.78x1032x0.7x5x160+10=18mm，取50mm肢尖lw0.3x12.78x1032x0.7x5x160+1

24、0=13mm，取50mm（4）下弦杆焊缝计算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差AN=151.32-60.83=90.49kN，hf=5mm.肢背焊缝0.75AN“+2h2x0.7hfwff0.75x90.49x103+10=71mm，2x0.7x5x160取80mm肢尖焊缝lw.25AN+2h2x0.7hfw0.25x90.49x1032x0.7x5x160+10=30mm，取50mm焊缝验算:肢背焊缝t=0.15T，75；151.3：%&=30.40N/mm2V160N/mm2f2x0.7x5x80肢尖焊缝t=0.15:0.：；11：X103=20.27N/mm2160N/mm2f

25、2x0.7x5x40焊缝强度满足要求。根据节点放样，得节点板尺寸为120 x180，节点图如下图所示。下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)KB566mm取70mm534mm取50mmBM555mm取60mm529mm取50mmMC542mm取50mm524mm取50mmCO532mm取50mm520mm取50mmOD522mm取50mm515mm取50mmDQ517mm取50mm513mm取50mmQE523mm取50mm516mm取50mm2.上弦K节点：KB杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点B中KB杆计算相同。AK杆N=-113.61kN,采用三面围

26、焊，设肢背和肢尖hf=5mm,N=0.7h工l0fw=0.7x5x63x2x1.22x160=86083.2N3fw3ff因为2kN=2x0.30 x113.61x103二68166NN，所以按两面侧焊缝计算。230.7x113.61x103lw1=2x0.7x5x160+10=81取lw1=9mm0.3x113.61x103lw2=2x0.7x5x160+10=41，取12=50mw2上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)AK581mm取90mm541mm取50mmKB566mm取70mm534mm取50mmBM555mm取60mm529mm取50mm

27、MC542mm取50mm524mm取50mmCO532mm取50mm520mm取50mmOD522mm取50mm515mm取50mmDQ517mm取50mm513mm取50mmQE523mm取50mm516mm取50mm考虑搁置檩条，节点板缩进上弦肢背6mm,用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算h二t/2二8/2二4mm，P=12.78kN。节点板尺寸为160 x200设肢尖焊缝h=4mm,假定集中荷载P与上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影响。f肢背焊缝验算：v(KAN)2+(P/2x1.22)2“(0.75x113.23x103)2+(12.78x103/2x1.22)2T=1=f2x0.7hl2

28、x0.7x4x192fw=79.32N/mm20.8fw=0.8x160=128N/mm2肢尖焊缝验算：_J(KAN)2+(P/2x1.22)2_(0.25x113.23x103)2+(12.78x103/2x1.22)2T2f2x0.7hl2x0.7x4x192fw27.31N/mm22x120=240mm。w(2)上弦与节点板间的焊槽，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=5mm,节点板长度为280mm,节点一侧弦杆焊缝的计算长度为1w=280/2-5-10=125mm，焊缝应力为：t严(0.15x200.39x103)/(2x0.

29、7x5x125)=34.35N/mm2,g严=(0.15x200.39x103x68.8x6)/(2x0.7x5x1252)=113.45N/mm2石=J34.352+(113.45/1.22)2=99.13kN/mm2V160kN/mm2廿2中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=20.45KN此杆内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊缝尺寸hf=5mm,焊缝长度1=50mm,节点图如下图所示。Iw4、下弦跨中E节点设计下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2L80 x50 x5，焊缝高度hf=5mm,焊缝长度为：1=(204.99x103)/(4x0.7x5x160)+10=102mm

30、,取1=110mmww连接角钢长度1=2x110+10=230mm,取1=230mmww下弦杆与节点板，斜杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计。弦杆与节点板连接焊计算：按下弦杆内力的15%计算。N=204.99x15%=30.75KN设肢背、肢尖焊肢尺寸为5mm,弦杆一侧需焊缝长度为肢背1w=(0.75x30.75x103)/(2x0.7x5x160)+10=31mm,取50mm,肢尖1w=(0.25x30.75x103)/(2x0.7x5x160)+10=17mm。取50mm腹杆与节点板连接焊缝的计算方法与以上几个节点相同，节点图如下图所示。5、支座A节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与

31、支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取280 x60 x8mm,节点取280 x200 x8mm的钢板。(1)支座底板的计算支座反力Ra=Rb=102.24KN按构造要求采用底板面积为axb=200 x160mm2如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R,则承压面积为200 x(2x60+8)=25600mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：G=R/Au=102.24x103/25600=4N/mm2Vfc=12.5N/mm2满足。底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，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，每块板单位宽度的最大弯距为：M=Pga2式中g一底板下的平均应