课程设计24米屋架钢结构

1、钢结构课程设计24m跨钢屋架设计计算书设计资料2结构形式与布置3荷载计算5内力计算6杆件设计8节点设计12附件pf 程序数据181 / 40钢结构课程设计1. 某单层单跨工业厂房，跨度24m，长度102m。2. 厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度C20，上柱截面尺寸400 x400mm，钢屋架支承在柱顶。3. 吊车一台12.000m。4. 荷载标准值（1） 永久荷载三毡四油（上铺绿豆沙）防水层水泥砂浆找平层0.4KN/m20.3 KN/m2保温层一毡二油隔气层0.6 KN/m20.05 KN/m2预应力混凝土大型屋面板屋架（包括支撑）自重（2） 可变荷载1.4 KN/m20.12+0.01

2、1L=0.384 KN/m2屋面活载标准值雪荷载标准值0.7 KN/m20.35 KN/m20.3 KN/m2积灰荷载标准值5. 屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1(屋面坡度为1:10)。图1梯形屋架示意图（单位: mm）6.钢材选用Q235钢，角钢，钢板各种规格齐全，有各种类型的焊条和C级螺栓可供选用。7.钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装设备。2 / 403 / 40屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式

3、计算，跨度单位为m。由于坡度为 1:10 cos约等于 1范给定的 q 值基本相同。荷载永久荷载：预应力混凝土大型屋面板屋架及支撑自重kN m2/(0.120.01124)1.2 0.461kN m2/三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找平层kN m2/kN m2保温层kN m2一毡二油隔汽层kN m2总计 3.761可变荷载：屋面活荷载kN m2/kN m2/积灰荷载kN m2/总计 1.4kN m2/设计屋架时，应考虑以下 3 种荷载组合：(1) 全跨永久荷载全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：F 1.4)1.56 kN（2）全跨永久荷载半跨可变荷载全跨节点永久荷载： 3.7611.

4、56 33.849kNF1半跨节点可变荷载： 1.41.56 12.6 kNF2（3）全跨屋架包括支撑半跨屋面板自重半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重： 0.4616 kNF35 / 40半跨节点屋面板自重及活荷载： 1.4)1.56 27.72FkN）2）4 ）跨跨 abc000000000-424.59-391.931 -342.086 -219.464 -109.804-391.931 -342.086 -219.464 -109.804-596.161 -536.362 -319.778 -188.219-596.161 -536.362 -319.778 -188.219 -655.83

5、3 -615.513 -329.475 -240.771-655.833 -615.513 -329.475 -240.771-613.075 -613.075 -274.997 -274.997184.93 122.1796 57.0099229.85394 55.58314 -9.1405423.03717 -16.2118 44.70467 -41.6431-70.4209 -21.5203 -74.411 33.17036-23.2245 -16.9245 -15.9345 00-46.449-46.449-46.44994.7095181.85751 81.85751 36.7064

6、9 36.70649 7 / 40 支座斜杆最大内力设计值 N=-418041N，选取中间节点板厚 t=10mm，支座结点板厚 t=12mm。上弦杆整个上弦采用等截面，按照 、GH杆件之最大设计内力设计。最大内力：N=-735427N，上弦杆计算长度在屋架平面内：l =1507.48 mm0 x在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况 2。loyi因为 l，假设 75，则 2，故截面宜选用两个等边角钢相loyyioxxyx并。查附表 1.20 得， 0.72，Nl由A 4750.82 ， 2.012i0.72fxxl301.496i y 4.02cmoy75y考虑到板厚度为 t16mm,且单个

7、面积大于 23.75cm ，节点板厚度为 10mm，2由此，查附表 2.1 得：考虑选用 211010 等边角钢。所以截面特性为：A 221.261 42.522 2， 3.38 ， 4.93icm icmxy150.748 ll44.6cm 150cmoxi3.41xy则x301.4964.86 cm 150cmoyiy由 61.15cm查附表 1.20 得， 0.802yN故 215.65N / f 215N / ，不可。22A 0.802 42.52.2考虑选取 212510 等边角钢，截面特性为：3.85cm， A 2 cm2，iixy8 / 40 l301.4965.52l 39.2

8、 54.6 1500 x0y则：iixyxycm查附表 1.20 得， 由yN故N / f 215N /可。22A 4874.6，（2）下弦杆下弦杆属于轴心受拉杆件，截面按受力最大的部位 g-i 节间选用。最大内力为： NF在屋架平面内：在屋架平面外：loxoyl3000mmi假设 120 1yixyxN 729992.5截面选择 ，2A f考虑到板厚度为 t16mm,且单个面积大于 16.97cm ，节点板厚度为 10mm，2由此，查附表 2.3 得：考虑选用 21258010 等边角钢。所以截面特性为：A39.424cm2， 3.98 ， 3.31cm i cmixx300 ll75.37

9、cm 150cmoxi3.98xx300 90.6cm 150cmoyi3.31yyN 729992.5 185.16N /mm f 215N /mm2 ，可。2A3942.4（3）端斜杆 aB最大内力：N=-418041N，上弦杆计算长度在屋架平面内：l =0.82442.1 =1953.68mm0 x在屋架平面外：l =2442.1 mm 。0y9 / 40i因为 l，假设 65，则 2，故截面宜选用两个等边角钢相loyyioxxyx并。查附表 1.20 得， 0.78，Nl由A ， 3.012i0.78fxxl244.21i y3.757cmoy65y考虑到板厚度为 t16mm,且单个面

10、积大于 12.46cm ，节点板厚度为 12mm，2由此，查附表 2.1 得：考虑选用 21008 等边角钢。所以截面特性为：A 215.638 31.276 2， 3.08 ， 4.56cm iicmxy195.3683.68 llcm 150cmoxixy则x244.2214.56 150cmcmoyiy由 63.43cm查附表 1.20 得， yN故 168.98N / f 215N / ，可。22A 3127.6（4）斜腹杆 Bc最大内力：N=322588.3N，上弦杆计算长度在屋架平面内：l =0.82528.1 =2022.48mm0 x在屋架平面外：l =2528.1 mm。0y

11、i假设 100，则 ，故截面宜选用两个等边角钢相并。yixyxN 322588.3l由A ， 2.022ifxxl252.81100i y 2.5281cmoyy10 / 40考虑到板厚度为 t16mm,且单个面积大于 7.50cm ，节点板厚度为10mm，由2此，查附表 2.1 得：考虑选用 2706 等边角钢。所以截面特性为：A 215.638 16.32 ，i 2.15cm，i 3.26cm2xy202.2482.15 ll94.06cm 350cmoxix则x252.81 cm 350cmoyi3.26yyN 322588.3故 A（5）竖腹杆 Ii最大内力：N=94709.51N19

12、7.66N /mm f 215N /mm ，可。221632.00上弦杆计算长度在屋架平面内：l =0.83085 =2468mm0 x在屋架平面外：l =3085mm。0yi假设 100，则 ，故截面宜选用两个等边角钢相并。yixyxN 94709.51246.8l由A 2， ifxxl308.5100i ycmoyy考虑到板厚度为 t16mm,且单个面积大于 2.2025cm ，节点板厚度为 10mm，2又因为在钢结构受力构件中及其连接中不宜采用厚度小于 4mm 不得小于454 或者56364 等，为了方便配料，也选用 2706等边角钢。所以截面特性为：A 215.638 16.32 ，i

13、 2.15cm，i 3.26cm2xy246.882.15 ll114.79cm 350cmoxix则x308.5 cm 350cmoyi3.26yyN 94709.51故 58.03N /mm f 215N /mm ，可。221632.00A11 / 40222 竖腹杆 666腹杆 力位置节点（屋脊节点）共 5 个节点进行设计。（1）节点 CBc 杆，计算内力N 322.5883KN ，采取两面手工焊，h 1.5 t 4.74f角焊缝强度设计值 f 160N /mm ，因为1.2 7.2所以取htw2ffh 6mm，则焊缝所需长度：f0.7N2h f0.7322588.320.76160角钢

14、背，l168mm60h 360mmwfwef12 / 40实际长度：16826180 ，取 180mml1mm0.3N2h f0.3322588.320.76160角钢趾， 72.0mm8h 48mm可lwfwef实际长度：722684mm，取 90lmm2Cc 杆，计算内力 46.449，NKN角焊缝强度设计值160 / ，因为N mm2，根据构造要求取焊缝fw 4mmtfh 4mm，则焊缝所需长度：f0.7N2h f0.74644920.74160角钢背， mm8h 32mmlwfwef实际长度：36.324 mm，取l5010.3N2h f0.34644920.74160角钢趾，l15.

15、56mm8h 32mm 据构造要wfwef求取为 32mm实际长度：3224 40mm，取lDc 杆，计算内力N 253.426KN ，402h 1.5 t 4.74f角焊缝强度设计值 f 160N / ，因为 2) 7 6焊缝htw2ffh 6mm，则焊缝所需长度：f0.7N2h f0.7253426角钢背： 131.99mm60h 360mml20.76160wfwef实际长度：13226144mm，取l 150mm1角钢趾：0.3N2h f0.3253426计算长度： 56.57mm8h 48mml20.76160wfwef实际长度：572669mm，取l 70mm113 / 40ac

16、与 cd 400300mm。h 1.5 t 5.20f肢背焊缝验算，因为 98,所以取h 8mm，htff0.75N0.75328.3910376.35N /mm f 160N /mm可， 。2w220.7h l20.76(40016)fff w（2）节点 FFe 杆，计算内力 112.035KN，Nh 1.5 t 4.740f角焊缝强度设计值 f 160N / ，因为 98,所以htw2ff取h 8mm，则焊缝所需长度：f0.7N2h f0.7112035角钢背， 43.76mm8h 64mml20.78160wfwef实际长度取l 10.3N0.3112035角钢趾， 18.75mm8h

17、64mml2h f20.78160wfwef实际长度取l 642Fg 杆，计算内力N 55.58KN ，角焊缝强度设计值 f 160N /mm ,所以取h 4mmw2t 4mmff缝所需长度：0.7N2h f0.755.5810320.74160角钢背， 43.42mm 8h 32mmlwfwef实际长度：43.32+2*4=51.32，取l 60mm10.3N2h f0.355.5810320.74160角钢趾，l 18.6mm8h 32mm据构造要wfwef求取为 32mm实际长度：3224 40mm，取l 40214 / 40EF,FG 杆，计算内力上弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻内力之

18、差：N=735.427-655.117=80.308kN，根据节点放样，得节点板尺寸为 260230mm。考虑搁置屋面板的需要，节点板缩进上弦肢背10mm，用槽焊缝连接，槽焊缝 /25mm 0.8,假定h tf集中荷载 P 与上弦杆垂直，忽略屋架上弦坡度的影响。肢背焊缝验算：46.449(0.7 ()22(K N) P/(21.22)2221.22120.7h l20.75(26010)103ff w33.9N /mm 0.8f 0.8160128N /mm2w2f肢尖焊缝验算：46.449(0.3 ()22(K N) P/(21.22)2221.22220.7h l20.75(26010)1

19、03f f w17.5N /mm f 160N /mm2w2f（3）I 节点拼接角钢与受压弦杆的连接可按弦杆中的实际压力设计值 N 进行计算，每边共h t 4.740f有 4 条焊缝平均承受此力，因为 98 ,所以取h 6mm，htff因而得焊缝长度为N709.276103l w 263.9mm40.7h f40.76160wff由此可得拼接角钢总长度为：l 2(l 2h )弦杆杆端空隙=2（263.9+26）+20=571.7mmswf取 l =600mms与节点板之间槽焊强度足够，不需计算。考虑焊缝必须有一必要的最小承载力，需对此进行补充验算。上弦杆角钢趾部与节点板之间连接焊逢，按上弦杆内

20、力 15%计算15 / 40设h8mm，节点板尺寸取为 400200mm，节点一侧焊缝：fl w1702焊缝应力验算：N709.276103l w 263.9mm40.7h f40.76160wff0.15N e6 0.15709.27610 68.863135.7 /N mmMf220.7h l20.7817022fw135.7M ) ()2(55.9) () 124.5N /mm f N mm160 /nf2N222w21.221.22ff（4）节点 i 边应割去： h t 5 105 20mm，拼接接头一侧的连接焊缝长度按下fh 1.5 t 4.740f弦杆强度计算，因为需长度为： 2)

21、 5 4,所以取h 5mm，每条焊缝所htffA f24 0.7h f3433 .4 215l w 329 .54 mm4 0.7 5 160wff由连接焊缝的强度条件可求出拼接角钢的总长度为：l 2(2h l )20 8105 699.1mmsfw取拼接角钢长度 L700mm，节点板尺寸为 450350mm。节点一侧的连接焊缝按下弦杆内力的 15%验算，焊缝长度按构造决定，因此不再计算。（5）支座节点“”支座反力：R 8R 846.449371.58KNR 371.58103所需底板净面积：A 38706.25mm2f9.6nc设底板尺寸为 250250mm，底板锚栓孔径为 50mm底板平面

22、净面积：16 / 402A (2a)(2b) 224nR 371.58103底板下平均应力： N mm6.34 /2A58573n底板为两相邻边支撑板，单位宽度弯矩为：M qa212a 2501177mm2ab 89mm121b由 0.5 0.0581a1M 0.0586.34177 11520.30N mm26M611520.30所需底板厚度： 17.93 ，取 20mm mmttf215设一个加劲肋承受四分之一屋架支座反力，即R 371.58N= 92.895kN44焊缝内力为:V=N =92.895kN1M=N e 92.89510 68.8 6391.176N m31设焊缝 h =6m

23、m，焊缝计算长度：l =420-15-10=395 mmfw焊缝应力验算：17 / 40 2M2vff1.22f9289520.70.006 0.3952 20.70.006 0.395 1.22 2 36.86N /mm f 160N /mm22底板与节点板、加劲肋板底端的角焊缝连接计算R公式： fw0.7h lffffw其中： 2 2 ) 4 ( c h 2 ) ，lahbwf1ff设底板焊缝传递全部支座反力，底板焊缝总长度为： 2 4 lw设焊缝 hf=6mm，底板焊缝验算:R371.581030.76848104.33N /mm 1.22 f 195.2N /mm2w20.7h lfffw *311 22 33 44 55 66 77 88 99 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 18 / 40 1 2 2 3 4 4 5 6 6 7 8 8 9 011111111111111111111111111111111111111119 / 40 00000000000001234567890 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0020 / 40* E31 AI1212233344455566677788899912234456678821 / 409 1