钢结构厂房课程设计

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：土木工程学院专业：土木工程班级：土木114学生姓名：赵东阳学号：2011011505设计期限：2014年7月8日至21日指导老师：杨大彬目录设计资料………………………………………………………2一、结构布置………………………………………………………4二、钢屋架设计……………………………………………………5三、吊车梁设计……………………………………………………19四、排架柱设计……………………………………………………24五、基础设计………………………………………………………32六、参考资料………………………………………………………37-1-钢屋架设计计算一、设计资料１．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。图1车间建筑平面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;吊车梁采用H形截面钢吊车梁，抗风柱为矩形截面钢筋混凝土柱。车间屋面采用75mm厚彩色夹芯钢板，屋面檩条为卷边C型钢（C180×70×20×2.5），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①屋面活荷载标准值:0.5kN/m2(不上人屋面，无积灰荷载)；②基本风压：0.45kN/m2；③基本雪压：0.30kN/m2；④屋面75mm厚夹芯钢板及檩条自重标准值:0.25kN/m2（按投影面积）；⑤钢屋架及屋面支撑自重标准值（估算）：0.35kN/m2（按投影面积）；⑥钢筋混凝土自重25kN/m3；砖及抹灰自重20kN/m3；回填土自重20kN/m3；⑦抗震设防等级：6度。-2-3、荷载组合①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：1.2×全跨永久荷载+1.4×（屋面活荷载，雪荷载）max；1.2×全跨永久荷载+1.4×（半跨屋面活荷载，半跨雪荷载）max。②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：1.2×永久荷载+1.4×（屋面活荷载，雪荷载）max；1.2×永久荷载+1.4×墙面风荷载；1.2×永久荷载+1.4×吊车竖向荷载；1.2×永久荷载+0.9×1.4×（屋面活荷载，雪荷载）max+0.9×1.4×墙面风荷载；1.2×永久荷载+0.9×1.4×（屋面活荷载，雪荷载）max+0.9×1.4×吊车竖向荷载；1.2×永久荷载+0.9×1.4×（屋面活荷载，雪荷载）max+0.9×1.4×墙面风荷载+0.9×1.4×吊车竖向荷载+0.9×1.4×吊车水平荷载。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kpafak200，压缩模量mpaEs10，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、吊车参数起重量Q：3t；跨度S：22.5m；车宽B：3.5m；轮距W：3m；轮压：Pk,max=29kN，Pk,min=9.3kN；总重量4.8t。6、主要构件材料①钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋；②混凝土：C20~C30；③钢材：Q235-B。7、钢屋架形式为梯形钢屋架，牛腿柱顶标高为5.4m。二、结构布置采暖地区非采暖房屋L=66m180m不设温度缝按构造设上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑，垂直支撑，柱间支撑-3-三、钢屋架设计1、设计资料取屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。2、屋架布置及几何尺寸-4-屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mm。3、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=1.2×0.6=0.72kN/m2，按1.35为1.35×0.6=0.81kN/m2活载计算：分项系数1.4，q2=１.4×0.5=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+0.7×0.7=1.30kN/m2可变荷载控制的组合：0.72+0.7=1.42kN/m21.30kN/m2取可变荷载控制的组合，节点荷载p1=0.72×1.5×6=6.48kN节点荷载p2=0.7×1.5×6=6.30kN4、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。-5-0.501.001.001.001.001.001.001.000.501.001.001.001.001.001.001.001.001234567891011121314151617181920212223242526全跨荷载布置图全跨荷载内力图杆件名称杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载,P=12.78kN全跨永久荷载+半跨可变荷载,P1=6.48kN,P2=6.30kNN左=P1×③+P2×①N右=P1×③+P2×②计算内力KNP=1在左半跨在右半跨全跨①②③上弦杆AB0000000BC-6.35-2.51-8.86-113.23-97.42-73.23-113.23CD-6.35-2.51-8.86-113.23-97.42-73.23-113.23DE-9.35-4.64-14.00-178.92-149.63-119.95-178.92EF-9.35-4.64-14.00-178.92-149.63-119.95-178.92FG-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61GH-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61HI-7.84-7.84-15.68-200.39-151.00-151.00-200.39下弦杆ab3.511.264.7660.8352.9638.7860.83bc8.223.6211.84151.32128.5199.53151.32cd9.755.5415.29195.41160.50133.98195.41de8.927.1216.04204.99160.14148.80204.99-6-内力计算表5、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（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lox=150.5cm屋架平面外根据支撑和内力变化取loy=4×150.5=602.0cm因为yxll004，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图1所示。图1上弦截面设90，查轴心受压构件的稳定系数表621.0需要截面积2349.1532215621.01061.204mmfNA需要回转半径cmlixx67.1905.1500cmliyy69.6900.6020根据需要的A、ix、iy，查角钢型钢表，选用2∟1090140，A=44.6c㎡,ix=2.56cm,iy=6.69cm。按所选角钢进行验算5956.25.1500xxxil，9069.60.6020yyyil斜腹杆Ba-6.54-2.54-8.89-113.61-98.81-73.61-113.61Bb4.892.177.0690.2376.5659.4290.23Db-3.54-2.09-5.63-71.95-57.78-49.65-71.95Dc2.061.883.9550.4838.5737.4450.48Fc-0.86-1.83-2.69-34.38-22.85-28.96-34.38Fd-0.321.671.3517.256.7318.8318.83Hd1.44-1.63-0.19-2.437.84-11.50-11.50He-2.401.50-0.90-11.50-20.95-3.62-20.95竖杆Aa-0.500-0.50-6.39-6.39-3.24-6.39Cb-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78Ec-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78Gd-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78Ie0.800.801.6020.4515.4110.3720.45yyxx8-7-满足长细比：150][的要求。由于yx只需求出ymin，查轴心受压构件的稳定系数表，621.0y223/215/88.734460621.01061.204mmNfmmNANx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cmlx3000屋架平面外根据支撑布置取cmly6000计算需要净截面面积2344.9532151099.204mmfNAn选用2∟80×50×5（短肢相并），见图2所示，A=12.74c㎡,ix=1.42cm,iy=3.95cm按所选角钢进行截面验算，取AAn。图2下弦截面350][21142.13000xxil350][15295.36000yyil223/215/90.16012741099.204mmNfmmNAN所选截面满足要求。（3）、斜杆和竖杆截面计算①斜杆Ba和斜杆Db合并N=-113.61kN(压力)，l0x=213.6cm,l0y=l=248.5cm计算需要净截面面积2342.5282151061.113mmfNAn选用2∟63×6，见图3所示，A=1458mm2,ix=1.93cm,iy=2.84cm8xxyy-8-图3斜杆BM截面xl213.6110.67[]1501.93oxxi属于b类截面xl248.587.5[]1502.84oxxi属于b类截面满足长细比：150][的要求。由于yx只需求出xmin，查轴心受压构件的稳定系数表，387.0x223/215/35.2011458387.01061.113mmNfmmNANx所选截面合适。②斜杆Bb和斜杆Dc合并N=90.23kN（拉力），l0x=0.8×l=0.8×222.6=178.1cm,l0y=245.5cm计算需要净截面面积2367.4192151023.90mmfNAn选用2∟45×5，见图4所示，A=8.58c㎡,ix=1.37cm,iy=2.11cm图4斜杆MC截面验算：xl222.6162.5[]35