18m跨厂房普通钢屋架设计

1、.钢结构课程设计任务书1题目： 18m 跨厂房普通钢屋架设计2目的通过钢结构课程设计， 进一步了解钢结构的结构型式、 结构布置、受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料、 连接和基本构件的基本理论、 基本知识，进行钢屋架的设计计算。3设计资料某厂房跨度为 18m，总长度 90m，柱距 6m；厂房内设有两台 300/50kN 中级工作制桥式吊车，地区计算温度高于 -20 0C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为 6度；屋架采用梯形钢屋架，屋架下弦标高为 18m,两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为 400400mm，混凝土强度等级为 C30，屋面坡度 i=1/10 ；采用 1.5 6.0

2、m 预应力混凝土屋板 , 屋架采用的钢材为 Q235B,焊条为 E43型；屋架形式、几何尺寸及内力系数 （节点荷载 P=1.0 作用下杆件的内力） 如附图所示。荷载：屋架及支撑自重：按经验公式 gk， 为屋架= 0.12+0.011LL跨度，以 m为单位， gk 为屋架及支撑自重，以kN/m2 为单位；屋面活荷载：屋面活荷载标准值为0.5k N/m2，雪荷载标准值为 sk=0.35 kN/m 2，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者的较大值；积灰荷载 0.9k N/m 2 根据不同学号按附表取。屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.6KN/m2

3、保温层0.45KN/m2(按附表取 )一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/m2预应力混凝土屋面板1.55KN/m2.屋架杆件的内力系数7.507. 5507.51 51.0. 515 010 77 .51.01 51 .0150 7. 515 04G1. 01. 01 .0DFGABC4000.5F0002DE629139BC932 98538A3- 9.10 2 -9 .1956228120226220. 000-6.221 2-8. 9902113244+0-228914031 .608650.1 .4 .a. .3.8 -060.4ceg.571-8-1 5 01

4、350063-42+ -0-9+ 7. 962+ 9. 27 9+ 9. 279+ 3.4 70acega . 18米跨屋架几何尺寸b . 18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值1. 01 .01.01.01.01. 00. 5GF2EFEDAB60-4 .55DC BAC+1-4-10.0-4.37 1.6 3561-3 .3 57- .8 500. 0000-501004+60.14 -30807-5.0.0.418.1613.15-51+3.03505 .1-4+. .710.2.74-510251148+0-+ 2 .5 37+ 5. 325+ 5. 31 2+ 3 .967 +

5、 + 2 .6378-0+ + 0.9 33acegeca c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值.屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑（如图1-1 所示）。屋 面 采 用1.5 6m 预 应 力钢 筋 混 凝 土 大 型 屋 面 板 ， 120mm 厚 珍 珠 岩（ r350kg / m3 ）的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm 厚水泥砂浆找平层，屋面雪荷载为0.30kN / m2 ，钢材采用 3 号钢。2 荷载计算2.1 永久荷载.预应力钢筋混凝土大型屋面板：1.2 1.41.68kN / m2三毡四油防水层及及找平层（ 20mm）：1.20.760.912kN / m

6、2120mm厚泡沫混凝土保温层：1.20.420.504kN / m 2屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度l=18m）Pw 1.2 1.1l 1.2 1.1 18 32kg / m 21.20.320.384kN / m22.2 可变荷载屋面雪荷载：1.40.550.77kN / m22.3 荷载组合永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为：F(1.680.9120.5040.384)0.771.5638.25kN3 内力计算桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法（图2-1）求得表 3-1。表 3-1杆 件轴线单位荷载内力F 荷载内力（ kN ）上B- 135700C-1508-6.

7、223-238.030弦D-1507-6.223-238.030杆E-1508-8.996-344.097F-1507-8.996-344.097G-1508-9.105-348.266下 -O2850+3.479+133.072弦 -O3000+7.961+304.508杆 -O3000+9.270+354.578 -2530-6.502-248.702斜 -2613+4.586+175.415 -2864+3.381-129.323杆 -3124+1.884+72.063 -3124-0.690-26.393 -3124-0.463-17.710A- 1990-0.500-19.125竖

8、-2290-1.000-38.250 -2590-1.000-38.250.杆 -2890+0.812+31.0594 截面选择4.1 上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面，以最大轴力G-杆来选择： N max348.266kN在屋架平面内的计算长度 lox150.8cm ，屋架平面外的计算长度 loy 301.5cm 。选用两个不等肢角钢 2L10080 6 ，长肢水平。截面几何特性（长肢水平双角钢组成T 形截面，节点板根据腹杆最大内力选用板厚 8mm）：A 21.274cm 2 i x 2.40cm,i y4.61cml ox150.8150x62.8xi x2.40l oy150.8150y

9、65.4yi y4.610.79220.778截面验算：N348266210.4N / mm2f 215N / mm2min A0.778 2127.4大型屋面板与上弦焊牢， 起纵横向水平支撑作用， 上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。4.2 下弦杆截面选择下弦杆也采用相同截面，以最大轴力-O 杆来选择： N max354.578kN在屋架平面内的计算长度：l ox300cm ，屋架平面外的计算长度： l oy 300cm 。所需截面面积为： AnN354578 1649.4mm2f215选择两个不等肢角钢 290566，长肢水平。截面几何特点： A 17.114cm 216.49

10、4cm2i x 1.58cm i y 4.42cm30030067.9 350x189.9350 y1.584.42另两个节点的下弦杆内力较小， 但 loy600cm ，故须验算其屋架平面外的长细比：.600y135.7 3504.424.3 支座竖杆截面选择杆轴力： N19.125kN计算长度： loxl oy199cm ，采用两个等肢角钢 2 635 ，组成 T 型截面截面几何特性： A12.286cm 2 i x1.94cm i y2.89cm199102150 ， x 0.54219968.9150， y 0.758xy1.942.89截面验算：N1912528.720N / mm2f

11、215N / mm2min A0.542 1228.64.4 支座斜杆截面选择杆轴力： N248.702kN计算长度： l oxl oy253cm采用两个不等肢角钢2 100 63 7 ，长肢相拼。截面几何特性： A22.222cm2 i x3.20cm i y 2.58cm25379.1 150 x0.693 y25398.1150 y 0.567x2.583.2截面验算：N248702197.4215N / mm2min A0.5672222.24.5 斜杆 截面选择杆轴力： N175.415kN计算长度： l ox 0.8l0.8 261.3 209cml oy261.3cm所需截面 :

12、 AnN175415815.88cm2f215选用两个等肢角钢2 50 5 ，组成 T 形截面截面特性： An9.606cm28.1071cm2 i x1.53cm i y2.38cm209350 y261.3350x136.6109.81.532.384.6 竖杆 截面选择杆轴力： N38.250kN.计算长度： lox0.8l0.8229183.2cm l oy229cm.5 ，组成 T 形截面。采用两个等肢角钢 250截面几何特性： A9.606cm2 i x1.53cm i y2.38cm183.2150 x0.43822996.2cm 150 y 0.580x119.7y1.532.

13、38截面验算：N3825090.91 215N / mm2min A0.438960.64.7 斜杆 截面选择杆轴力： N129.323kN计算长度： lox 0.8l0.8286.4 229.1cml oy286.4cm采用两个等肢角钢 2755 ，组成 T 形型截面截面几何特性： A9.606cm23.352cm 2i x1.53cm i y2.38cm229.198.3 1500.566286.4150 y 0.652xxy85.22.333.36截面验算：N129323154.1N / mm2f 215N / mm2min A0.5661482.44.8 斜杆 截面选择杆轴力： N72

14、.063kN计算长度： lox0.8l0.8 286.4 229.1cm l oy 286.4cm所需截面： AnN72063335.2mm2f215采用两个等肢角钢 250 5 ，组成 T 形型截面截面几何特性： A9.606cm23.352cm 2i x1.53cm i y 2.38cm229.1350286.4120.3 350x149.7y1.532.384.9 竖杆 截面选择杆轴力： N38.250kN计算长度： lox 0.8l0.8 259 207.2cml oy259cm采用两个等肢角钢 250 5 ，组成 T 形截面截面几何特性： A9.606cm23.352cm 2i x1

15、.53cm i y 2.38cm.x207.2135.4150x0.364 y259108.8150y0.5011.532.38截面验算：N38250109.4N / mm2f215N / mm2min A0.364960.64.10 斜杆 截面选择杆轴力： N26.393kN计算长度： lox 0.8l0.8312.4249.9cml oy312.4cm采用两个等肢角钢 2635 ，组成 T 形截面截面几何特性： A12.286cm 2i x1.94cmi y2.89cm249.9128.8150x 0.393312.4108.1 150y0.504xy1.942.89截面验算：N26393

16、54.7N / mm2f 215N / mm2min A0.3931228.64.11 斜杆 截面选择杆轴力： N17.710kN计算长度： lox 0.8l0.8312.4249.9cml oy312.4cm采用两个等肢角钢 2635 ，组成 T 形截面截面几何特性： A12.286cm 2i x1.94cmi y2.89cm249.9128.8150x 0.393312.4108.1 150y0.504xy1.942.89截面验算：N1771036.7N / mm2f 215N / mm2min A0.3931228.64.12 竖杆 截面选择杆轴力： N31.059kN计算长度： lox

17、0.8l0.8289231.2cml oy289cm采用两个等肢角钢 2635 ，组成 T 形截面截面几何特性：A12.286cm2i x1.94cmi y 2.89cm231.2350289100350x119.2y2.891.94截面验算： N3105925.3N / mm2f215N / mm2A1228.6.各杆件截面选择结果列表如下表4-1杆件计 算 内截截 面 面 计 算 长 迴 转 半 长 容稳 应 力力（ kN） 面积度（ cm） 径（ cm） 细许定2名N/mm编规比长系称号格（ cm2 ）细数比5 节点设计各节点的节点板厚一律取8mm，各杆内力如图5-1 所示。5.1下弦节

18、点 i 设计（如图 6-2 所示）首先，计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸， 然后按比例绘出节点板形状和尺寸， 最后验算下弦与节点板的连接焊缝。已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值：f w f160N / mm2设杆的肢背和肢尖焊缝分别是h f6mm 和 h f5mm，则所需焊缝长度为：肢背：/0.7 N0.7 175415mm取110mml w2hef fw20.76 16091.4肢尖：/0.7N0.7175415mm取80mml w2hef fw20.7 5 16050.0设杆的肢背和肢尖焊缝分别是h f6mm 和 h f5mm，则所需焊缝长度为肢背： l w/0.7 N20.7 12932

19、367.4mm取 100mm2hef fw0.76 160肢尖：/0.7N0.7129323mm取80mml w2hef fw20.7 5 16034.6.设杆的肢背和肢尖焊缝均为h f5mm ，则所需焊缝长度为肢背： /0.7 N0.738250mm取 165mml w2hef fw20.7516023.9肢尖： l w/0.7N20.73825010.2mm取 165mm2hef fw0.75160根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留有间隙，按比例绘出节点大祥图5-1，从而确定节点板尺寸为3852758mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为385mm，h f5mm ，焊缝所受的力为左右两下

20、弦杆内力差N304.508 133.072 171.436kN 所受较大的肢背处焊缝应力为：f0.75N0.717143645.7N / mm2f fw160N / mm22helw2 0.75 (38510)5.2下弦节点 j 的设计（图 5-2 ）设节点所有焊缝为h f5mm ，所需焊缝长度如下：杆 - N72.063kN肢背：/0.7 N0.772063mml w2hef fw20.7516045.0肢尖：/0.3N0.372063mml w2hef fw20.7516019.3杆 - N38.250kN肢背： /0.7 N0.738250mml w2hef fw20.7516023.9

21、肢尖： l w/0.3N20.33825010.2mm2hef fw0.75160杆 - N26.393kN肢背：/0.7 N0.726393mml w2hef fw20.7516016.5肢尖：/0.3N0.326393mml w2hef fw20.751607.1所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于60mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为320mm，h f5mm ，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差N354.578304.50850.07kN 所受较大的肢背处焊缝应力为：.f0.75 N0.75007017.3N / mm2f fw160N / mm22helw2 0.75 (

22、32010)焊缝强度满足要求。5.3 下弦节点 k 的设计下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（ 一般h f th f5mm），拼接角钢这部分削弱， 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（如图5-3 ）设焊缝 h f6mm ，则所需一条焊缝计算长度为 :l w35457840.76131.9mm160拼接角钢的长度取400mm131.9 2=263.8mm屋架分成两个运输单元， 设置工地焊缝长度拼接， 左半边的弦杆和腹杆与节点板连接用工厂焊缝， 而右半边的弦杆与腹杆与节点板

23、连接用工地焊缝。 中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂， 为便于工地拼接， 在拼接的角钢与右半边斜杆上， 设置螺栓孔 21.5 。作为安装施焊前的定位之用。 下弦杆与节点板之间用 h f 5mm 焊缝满焊。斜杆 - 和竖杆 - 的内力均很小，肢背与肢尖焊缝h f5mm ，施焊长度均可按构造采用，至少 60mm，采用 390290 8mm，所有焊缝均满焊，焊缝长度均大于所需长度。5.4支座节点 h 设计为了便于施焊，下弦焊与支座底板的距离取 130mm，在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。5.4.1支座底板计算支座反力： R6F638.25229.5kN支座底板的平面尺寸取401280

24、112280mm2 ，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则实承面积为：280110 30800mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：R2295007.45 N / mm2f c 10N / mm2An30800式中 f c 钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值。底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算， 节点板和加劲肋将底板分成 4 块。每块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为： Mqa12.式中 q 底板所受的均布反力，qR2295007.45N / mm2An308001 两支承之间的对角线长度，1(146 5) 280 2162mm系数，由 b1 / a1 查课本表

25、 5-6确定， b1 为两支承边的相交点到对角线1 的垂线距离，由相似三角形的关系得：b114169.6mm80162b1 / a169.6 / 1620.43 查表 5-5 得0.047Mqa120.0477.4516229189N / mm底板厚度： t6M / f69189/ 21516mm 取 20mm5.4.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的四分之一，即：1229.50057.375kN4焊 缝 受 剪 力 V57.375kN ， 弯 矩 ： M57.375402295kN m ， 设 焊 缝h f5mm，焊

26、缝计算长度 l w39110381mm焊缝应力为：NVM6Mf1.222hel w2l w2heN5737521.5M6229500013.620.7520.753812381213.6(M)22(221.52124.3462.324.22 N / mm2w160N / mm2N)f ff1.225.4.3节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R=229.5kN，其中每块加劲肋各传 1 R1229.557.375kN ，节点板传 1R1229.5114.75kN4422节点板与底板的连接焊缝 l w2 ( 28010)540mm ，所需焊脚尺寸为h fR / 21147501

27、.90mm采用 h f5mm0.7l w f fw0.7 540160每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：l w(802010) 2100mm ，所需焊脚尺寸为 h fR / 4573755.12mm取 h f6mm0.7l w f fw0.7100160.5.4.4下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆N133.072kN 肢背和肢尖焊缝均为 h f6mm ，则所需焊缝长度为：肢背：/0.75N0.75133072mml w2hef fw20.7516074.3肢尖：/0.25N0.25133072mml w2hef fw20.7516024.8支座斜 杆 N248.702kN肢背焊 缝长 度为

28、 h f6mm ，肢尖焊缝长度为h f5mm，则所需焊缝长度为：肢背：/0.75N0.75133072mml w2hef fw20.76 16074.3肢尖：/0.25N0.25133072mml w2hef fw20.75 16024.8支座竖杆 N19.125kN肢背和肢尖焊缝均为 h f5mm ，则所需焊缝长度为：肢背：/0.7 N0.719125mml w2hef fw20.75 16011.95肢尖：/0.3N0.319125mml w2hef fw20.75 1605.12根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度，全部焊缝满焊。5.4.5上弦节点 b 设计为了便于在上弦搁置

29、屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。 槽钢作为两条焊缝计算， 这时，强度设计值应乘以0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，且假定集中荷载F 与上弦垂直（图）上弦肢背槽钢焊缝的 h f4mm ，节点板的长度为 435mm，其应力为：k1 ( N1N 2 ) 2(0.5F ) 22hel w/0.75238036 2(0.538250 ) 275.44 0.8 f fw128N / mm20.74(43510)上弦肢间角焊缝的应力为：.k 2 ( N1N 2 ) 2(0.5F )22helw/0.2523803622( 0.5 38250 )20.7 4( 435 10)26.26 160N / mm腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算， 可不必再计算， 节点板尺寸就是根据腹杆焊缝长度按比例绘制确定。 上弦为了便于搁置屋面板， 在角钢再肢间设置肋板。5.4.6 上弦节点 d、f 的设计两个节点的弦杆内力差值较小， 腹杆与节点板的焊缝连接已在下弦节点计算中解决，根据腹杆焊缝长度决定节点板尺寸（图） ，假定节点荷载由槽钢焊缝承受，可不必计算，仅验算肢尖焊缝。d 节点： N1N 2344.097238.03010