18m跨厂房普通钢屋架设计.docx

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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-200C，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400x400mm，混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10； 采用1.5X6.0m预应力混凝土屋板

2、，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g尸0.12+0.011L L为屋架跨度，以m为单位，g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0.5kN/m2，雪荷载标准值为s =0.35kN/m2，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0.9kN/m2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 水泥砂浆找平层保温层一毡二油隔气层水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板0.4KN/m20.6KN/m20.45

3、KN/m2 （按附表取）0.05KN/m20.3KN/m21.55KN/m2屋架杆件的内力系数1507.51507.51.01507.51.01.0G1.01.01.0CirG0.53-9.102.2210g1350150、+ 3 47+ 7 962+ 9 279J500 $ =倾0ce1.279 g.993七F.1020.0018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A.商1.0:C_J1.01D_-1.0JLB 草有1尽3R/I1.00.51.02.53a+ 5.325irGD，-4.5585+ 3.967+263+ 0.93以+ 5.312c . 18米跨屋

4、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1.5x6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠岩 (r 350kg /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。麟支营布置风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 x 1.4 = 1.68kN / m 2三毡四油防水层及及找平层（20mm）：1.2x0.76 = 0.912kN/m2120mm 厚泡沫混凝土保温层：1.2 x 0.42 = 0.504kN / m2屋架自重和支撑自重按经验公式（跨

5、度l=18m）P = 1.2 +1.1/ = 1.2 +1.1 x 18 * 32kg /m21.2 x 0.32 = 0.384kN/m2w2.2可变荷载屋面雪荷载：1.4 x 0.55 = 0.77kN / m 22.3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（1.68 + 0.912 + 0.504 + 0.384） + 0.77x 1.5 x 6 = 38.25kN 3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-1508-6.223-238.030弦D-150

6、7-6.223-238.030E-1508-8.996-344.097杆F-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+3.381-129.323-3124+1.884+72.063杆-3124-0.690-26.393-3124-0.463-17.710A-1990-0.500-19.125竖-2290-1.000-38.250-2590-1.00

7、0-38.250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 = -348.266kNmax在屋架平面内的计算长度l = 150.8cm，屋架平面外的计算长度l = 301.5cm。oxoy选用两个不等肢角钢2L100x 80 x 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 = 21.274cm2 i = 2.40cm, i = 4.61cm人 =ox =5= 62.8 150中 =0.7922x i 2.40x人=L =1508 = 65.4 150中=0

8、.778y i 4.61yy截面验算： 一=348266= 210.4N / mm2 16.494cm2i = 1.58cm i = 4.42cm 人=迎=189.9 350 人=-300 = 67.9 350xyx 1.58y 4.42另两个节点的下弦杆内力较小，但、=600cm，故须验算其屋架平面外的长细比:人=62 = 135.7 350y 4.424.3支座竖杆截面选择杆轴力：N = 19.125kN工y八 199-中=0.542 人=舔=68.9 150 ,中=0.758计算长度：l = ly = 199cm，采用两个等肢角钢2/63x5，组成T型截面 截面几何特性：A = 12.2

9、86cm2 i = 1.94cm i = 2.89cm199/199人=河=102 150，19125截面验算：己=0.542x 1228.6min=28.720N / mm2 f = 215N / mm24.4支座斜杆截面选择杆轴力：N = -248.702kN计算长度：l = l = 253cm采用两个不等肢角钢2/100x 63 x 7，长肢相拼。截面几何特性：A = 22.222cm2 i = 3.20cm i = 2.58cm253x 253 y人=和=79.1 150 中=0.693 人=2 = 98.1 150 中 y = 0.567截面验算：一 = 248702 = 197.4

10、 8.1071cm2 i = 1.53cm i = 2.38cm2092613y人=136.6 350 人= 109.8 3504.6竖杆截面选择杆轴力：N = -38.250kN计算长度：l = 0.8l = 0.8x 229 = 183.2cm l = 229cm采用两个等肢角钢2/50 x 5，组成T形截面。截面几何特性：A = 9.606cm2 i = 1.53cm i = 2.38cm xy183 一2229人=_119.7 150 甲=0.438 人=忐=96.2cm 150 中=0.580截面验算：一匚=一竺50 = 90.91 3.352cm2 i = 1.53cm i = 2

11、.38cm229 1 286 4人=_|_ = 98.3 150 甲=0.566 人=- = 85.2 150 中 y = 0.652截面验算： 一=129323= 154.1N / mm2 3.352cm2229.1人=t5t = 149.7 350y 2.38ix = 1.53cm=120.3 3.352cm2ix = 1.53cmi = 2.38cmy人=207 = 135.4 is。中=0.364 人=竺=108.8 150 中=0.501X 1.53xy 2.38y截面验算： 一=382= 109.4N / mm2 f = 215N /mm2平.A 0.364 x 960.64.10

12、斜杆截面选择杆轴力：N = 26.393kN计算长度：l = 0.8l = 0.8 x 312.4 = 249.9cml = 312.4cm采用两个等肢角钢2/63 x 5，组成T形截面 截面几何特性：A = 12.286cm 2i = 1.94cmi = 2.89cmxy-249.9-312.426393M = 128.8 150 甲=0.393 M = 108.1 150 中 y = 0.504截面验算： 一=f= 54.7N / mm2 f = 215N / mm2平.A 0.393 x 1228.64.11斜杆截面选择杆轴力：N = 17.710kN计算长度：l = 0.8l = 0.

13、8 x 312.4 = 249.9cm l = 312.4cm采用两个等肢角钢2/63 x 5，组成T形截面截面几何特性：A = 12.286cm 2i = 1.94cm i = 2.89cmxy-249.9-312.4M = 128.8 150 甲=0.393 M = 9 = 108.1 150 中=0.504截面验算： 一= 36.7N/mm2 f = 215N/mm2中.A 0.393 x 1228.64.12竖杆截面选择杆轴力：N = +31.059kN计算长度：l = 0.8l = 0.8 x 289 = 231.2cm l = 289cm采用两个等肢角钢2/63 x 5，组成T形截

14、面i = 2.89cmy截面几何特性：A = 12.286cm 2i = 1.94cmM = 2312 = 119.2 350 M =竺=100 350X 1.94y 2.89截面验算：史=31059 = 25.3N/mm2 f = 215N/mm2A 1228.6各杆件截面选择结果列表如下表4-1杆件计算内力（kN）截 面 规 格截面面 积（cm 2）计算长 度（cm）逛转半 径（cm）长细 比容许长细比应力N/mm2名 称编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

15、，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 = 160 N / mm 2设杆的肢背和肢尖焊缝分别是h广6mm和h. = 5mm，则所需焊缝长度为:肢背：l/ = _02 = 0/7 *175415 = 91.4mm 取 110mmw 2hefw 2 X 0.7 x 6 x 1600.7 N0.7 x 175415肢大：l / = 50.0mm 取 80mmw 2heffw2 X 0.7 x 5 x 160设杆的肢背和肢尖焊缝分别是h广6mm和h广5mm，则所需焊缝长度为吐 匕 10.7 N0.7 x 129323肢背：l/ = 67.4mm 取 100m

16、mw 2hefw 2 x 0.7 x 6 x 1600.7 N0.7 x 129323肢尖：l/ = 34.6mm 取 80mmw 2hefw 2 x 0.7 x 5 x 160设杆的肢背和肢尖焊缝均为f 5mm，则所需焊缝长度为0.7N 0.7 x 38250肢背：l/ = 23.9mm 取 165mm-2hefw2 x 0.7 x 5 x 1600.7 N0.7 x 38250肢尖：l/ = 10.2mm 取 165mmw2hefw2 x 0.7 x 5 x 160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385 x 275x 8mm

17、。下弦与节点板连接的焊缝长度为385mm，hf = 5mm，焊缝所受的力为左右两下弦 杆内力差AN = 304.508 -133.072 = 171.436kN所受较大的肢背处焊缝应力为：0.75AN 二 0.171436*.7N/mm2 v fw = 160N/mm2f 2hel 2 x 0.7 x 5 x （385 -10）f5.2下弦节点j的设计（图5-2）设节点所有焊缝为h = 5mm，所需焊缝长度如下: f杆- N = +72.063kN吐 n 匕 70.7 N0.7 x 72063肢背：l/ = 45.0mmw 2hefw2 x 0.7 x 5 x 1600.3N 0.3 x 72

18、063肢尖：l/ = 19.3mmw 2hefw 2 x 0.7 x 5 x 160杆- N = -38.250kN肢背：l/ 二性=O X 38250 = 23.9mm w 2hefw2 X 0.7 x 5 x 1600.3N 0.3 x 38250肢尖：l/ = 10.2mmw2hefw2 x 0.7 x 5 x 160杆- N = -26.393kN肢背：l/ 二性=O x 26393 16.5mm w 2hefw2 x 0.7 x 5 x 1600.3N0.3 x 26393肢大：l/ = 7.1mmw2hefw 2 x 0.7 x 5 x 160焊缝长度均需大于60mm。下弦与节点板

19、连接的焊缝长度为320mm，所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定h广5mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差AN = 354.578 - 304.508 = 50.07kN所受较大的肢背处焊缝应力为：0.75AN2helw0.7 x 500702 x 0.7 x 5 x (320 10)=17.3N /mm2 131.9X2=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 置螺栓孔中21.5。作为安装施焊前的定位之用

20、。下弦杆与节点板之间用h广5mm 焊缝满焊。斜杆-和竖杆-的内力均很小，肢背与肢尖焊缝hf= 5mm，施焊长度均 可按构造采用，至少60mm，采用390 X 290 X 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：R = 6F = 6 x 38.25 = 229.5kN支座底板的平面尺寸取401 x280 = 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：280 x 110 = 30800mm 2验算柱顶混凝

21、土的抗压强度：- = 229500 = 7.45N /mm2 f = 10N /mm2A 30800c式中fc 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：M = p qa 21式中q底板所受的均布反力，q = = 22950 =7.45N /mm：(m)2 +t 2 = (I*)? + 21.52 = v124.3 + 462.3 = 24.22N/mm2 f w = 16N/mm2 t p n ，*1.22Jf 5.4.3节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算 设

22、焊缝传递全部支座反力R=229.5kN，其中每块加劲肋各传1R = 1 x 229.5 = 57.375kN，节点板传1R = 1 x 229.5 = 114.75kN 422 节点板与底板的连接焊缝1 w = 2x (28 1) = 54mm，所需焊脚尺寸为A 38a 1 两支承之间的对角线长度，a = (146 5)2 + 82 = 162mm1，7R/2h =f .71 fw.7 x 54 x 1611475=L9mm 采用 f5mm每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：1 = (8 2 1) x 2 = 1mm，所需焊P 系数，由bj a查课本表5-6确定，b为两支承边的相交点到对角线a

23、1的141垂线距离，由相似三角形的关系得：b1 = 8x= 69.6mmbj气=69.6/162 = .43 查表 5-5 得 p = .47M = p qa 2 = .47 x 7.45 x 1622 = 9189N / mm 1底板厚度：t = p6M / f = ： 6x 9189/215 = 16mm 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：1 x 229.5 = 57.375kN4焊缝受剪力 V = 57.375kN，弯矩：M = 57.375 x 4 = 2295kN - m，设

24、焊缝 h = 5mm，焊缝计算长度 l = 391 1 = 381mm焊缝应力为：t =匚 a =6竺p = 1.22n 2helm 212 hef,=57375= 2i5 = 6 x 2295 = 13 6T n 2 x .7 x 5 x 381 . m 2 x .7 x 5 x 3812 .=5.12mm 取 h = 6mmf脚尺寸为 h =R/4=一57375 -f .71 fw.7 x 1 x 165.4.4下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆N = +133.072kN肢背和肢尖焊缝均为七=6mm，则所需焊缝长度为:肢背：l = 075N = 0.75 X133072 = 74.3m

25、m-2hefw2 x 0.7 x 5 x 160肢尖：l /w0.25 N 2hefw0.25 x 1330722 x 0.7 x 5 x 160=24.8mm支座斜杆N = kN肢背焊缝长度为f 6mm，肢尖焊缝长度为h =5mm，则所需焊缝长度为：肢背：0.75 Nl / =w 2hefw0.75 X133072 = 74.3mm2 x 0.7 x 6 x 160肢尖：2hefw0.25 x 1330722 x 0.7 x 5 x 160=24.8mm支座竖杆n = -19.125kN 肢背和肢尖焊缝均为h = 5mm，f则所需焊缝长度为：0.7 N2hefw0.7 x 191252 x

26、0.7 x 5 x 160=11.95mm肢尖：l /w0.3N2hefw.3 X19125 = 5.12mm2 x 0.7 x 5 x 160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f 4mm，节点板的长度为435mm，其应力为:k (N N )L + (0.5F)22hel /w_ .75 x 23

27、8036、+ (0.5 x 38250)22 x 0.7 x 4 x (435 10)=75.44 0.8 fw = 128N / mm上弦肢间角焊缝的应力为:.k (N N )1 + (0.5F)22hel /w I0.25 X 238036 + (0.5 x 38250)2= =26.26 160N / mm2 x 0.7 x 4 x (435 10)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

28、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：N1 N2 = 344.097 238.030 = 106.067kN.N = N广 N2 f 2 X 0.7 h fl=48.10 N / mm 21060672 x 0.7 x 5 x (325 10)。M = 6(N广 N2)e =6 x 106067 x 60= 54.97N / mm2f2 x 0.7hfl 22 x 0.7 x 5 x (325 10)2；(g M )2 + (T N )2 = (48.102 + 54.972 = 70.04N /mm2 f=16

29、0N /mm2f 节点：N1 N2 = 348.266 344.09 = 4.176kNT N = N -N f2 x 0.7hfl=2.34 N / mm 241762 x 0.7 x 5 x (265 10)。m = 6(N广N/ =6x4176x60= 3.30n/mm2f2 x 0.7hfl 22 x 0.7 x5 x (265 10)2V(QM )2 + (T N)2 = 3.302 + 2.342 = 4.05N/mm2 2X 129.56=259.12mm上弦与节点板之间的塞焊，假定承受节点荷载，可不验算。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h广6m

30、m，节点板长度为 300mm，则节点一侧角焊缝的计算长度为l = 150- 20-10 = 120mm，焊缝应力为:W0.15 X 348266 = 51.83N / mm2 f 2 x 0.7 x 6 x 120=155.48N/mm2 fw=160 N / mm 26 x 0.15 x 348266 x 602 x 0.7 x 6 x 12026热板计算 屋架各杆件的垫板间距，在受压杆件中不大于40i，在受拉杆件中不大于80i，T 形截面中的i为一个角钢对平行于垫板自身重心轴的回转半径，在十字形截面中 味一个角钢的最小回转半径。计算结果如下表 所有垫板焊缝为h = 5mm，满焊。f7施工图如图纸上所示杆