刚结构设计

1梯形厂房钢屋架设计（18米）一、设计资料某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系：无檩体系。纵向柱距6m。1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。2.屋架形式及荷载: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。屋架采用Q235钢钢材，焊条为E43型。3.屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35KN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载根据不同学号按附表取。③屋面各构造层的荷载标准值：防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.7KN/m2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1.45KN/m2二、设计内容1.作屋盖结构及支撑的布置图；2.选择钢材及焊接材料；3.对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。4.绘制钢屋架施工图。设计的节点应尺寸齐备，满足构造要求。5．学号为16号，屋架跨度18m、保温层0.4kN/㎡、积灰荷载取值0.7kN/㎡。2附表钢屋架跨度、保温层及积灰荷载的取值（kN/㎡）学生序号161718192021222324252627282930跨度182124182124182124182124182124保温层0.40.40.50.500.60.650.20.30.40.250.350.450.30.450.6积灰荷载0.70.80.91.01.11.20.80.70.70.90.750.751.10.850.8学生序号313233343536373839404142434445跨度182124182124182124182124182124保温层0.70.650.550.60.750.800.350.550.750.450.80.850.550.850.80积灰荷载1.31.31.21.21.41.50.850.90.950.750.951.00.651.01.1学生序号464748495051525354555657585960跨度182124182124182124182124182124保温层0.850.900.950.550.50.70.650.950.900.751.11.00.81.01.1积灰荷载1.51.551.601.41.251.41.151.151.251.251.351.31.351.451.45附图199013502290259028902613286431242530286431241507.51507.51507.51507.51507.51507.5150AacegBCDFGAa+3.4700.000-6.221-8.993-9.102-9.102-6.502-3.382-0.690-0.462+4.739+1.884-0.462-1.0-1.0+0.812-0.5+7.962+9.279+9.279cegBCDEFG0.51.01.01.01.01.01.0a.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内力值Aacege'c'a'+2.5370.000-4.371-5.636-4.551-3.357-1.8500.00-4.754-1.862+0.615+1.170+1.344+1.581+3.158+0.540-1.632-1.305-1.520-1.748-1.0-1.0+0.4060.000.00-0.5+5.325+5.312+3.967+2.637+0.933BCDEFGF'E'D'C'B'A'0.51.01.01.01.01.01.0c.18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值三、荷载与内力计算：1、荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m23保温层0.7KN/m2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1.45KN/m2屋架和支撑自重0.12+0.011×18=0.318KN/m2恒荷载总和3.618KN/m2活荷载（或雪荷载）0.70KN/m2积灰荷载1.3KN/m2可变荷载总和2.0KN/m2屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。2、荷载组合一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑办跨荷载，在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时杆件内力。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合：Fd=(1.2×3.618+1.4×0.7+1.4×0.9×1.3)×1.5×6=62.6kN其中，永久荷载，荷载分项系数2.11Q；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数4.11Q；组合系数7.01；积灰荷载，4.12Q，9.02；按永久荷载效应控制的组合：Fd=(1.35×3.618+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×1.3)×1.5×6=64.9kN其中，永久荷载，荷载分项系数35.1G；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数4.11Q；组合系数7.01；积灰荷载，4.12Q，9.02；故节点荷载取为64.9kN，支座反力为Rd=6Fd=389.4kN3、内力计算4各杆件内力值（kN）各杆件长度（mm）4、截面选择腹杆最大内力353.7kN，查表选中间节点板厚度为t=10mm，支座节点板厚度12mm。（1）上弦整个上弦不改变截面，按照最大内力计算：KNN72.590max，cmlox75.150，cmly3000选用2L110×10，252.4226.212cmAcmicmiyx92.4,38.3150][6.4438.37.150cmcmilxoxx，150][0.6192.4300cmcmilyoyyb类截面查表可得802.05.141230058.058.0121120bltby7.67)1030012475.01(0.61)475.01(2242204tlbyyyz所以7.67yz，查附表4.2763.02223/215/1.1821052.42763.01072.590mmNfmmANcmicmllxa2.13538.340404.75275.15020所以填板每个节间放1块。（2）下弦下弦也不改变截面，按照最大内力计算。5KNN2.602max，cmlox300，cmly9000连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约100mm，（de节间不考虑螺栓孔削弱）选用2L140×90×10（短肢相并），26.443.222cmAcmicmiyx77.6,56.2350][2.11756.2300cmcmilxoxx350][9.13277.6900cmcmilyoyy2223/215/1135106.44102.602mmNfmmNANcmicmllyxa6.35747.44080150230020所以每个节间放1块。（3）斜腹杆①杆件B-aKNN0.422，cmllyox2530选用2L125×80×8（长肢相并），20.320.162cmAcmicmiyx27.3,01.4150][1.6301.4253cmcmilxoxx，150][4.7727.3253cmcmilyoyy18.15825348.048.0108.08202bltby4.778.85)8.0253809.11(4.77)09.11(2242204yyyyztlb所以8.85yz，查附表4.2650.02223/215/9.2021032650.0100.422mmNfmmNAN6cmicmllxa6.9129.240403.84325330所以填板每个节间放2块。②杆件B-cKNN6.307，cmlox2093.2618.0，cmly3.2610选用2L56×8，274.1637.82cmAcmicmiyx75.2,68.1150][4.12468.1209cmcmilxoxx150][0.9575.23.261cmcmilyoyy2223/215/2.1831074.16106.307mmNfmmNANcmicmllxa4.13468.180805.104220920所以填板每个节间放1块。③杆件C-cKNN9.64，cmlcmlyox229,2.1832298.00选用2L56×4278.839.42cmAcmicmiyx67.2,73.1150][9.10573.12.183cmcmilxoxx，150][8.8567.20.229cmcmilyoyy6.256.522958.058.0144560bltby8.854.96)4.00.2296.5475.01(8.85)475.01(2242204yyyyztlb所以4.96yz，查附表4.2579.072223/215/0.1071078.8579.0109.64mmNfmmNANcmicmllxa2.6973.140401.6132.18330所以填板每个节间放2块。由于整个屋架型钢型号不能超过5种，所以其他腹杆B-a，D-c，F-e，F-g采用2L125×80×8（长肢相并）；B-c，D-e，G-g采用2L56×8；A-a，C-c，E-e采用2L56×4.（见表1）表1屋架杆件截面选用表5、节点设计（1）下弦节点“C”先算腹杆与节点板的连接焊缝：B-c杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸：mmmmtmmt68,1021杆件名称杆件号内力设计值N（KN）计算长度（cm）所用截面截面积A（2cm）计算应力2/mmN容许长细比][杆件端部角钢肢背和肢尖焊缝mm填板数xl0yl0上弦杆E-F-590.7150.8300.02L110×1042.52151.01501下弦杆e-g602.2300.0900.02L140×90×10（短肢相并）44.6113.23501腹杆A-a-32.5199.0199.02L56×48.7848.41502D-e122.3229.1286.42L56×832.0169.81502C-c-65.0183.2229.02L56×416.74154.03502D-c-219.5229.1286.42L125×80×8（长肢相并）8.78107.01502F-g-30.0249.9312.42L125×80×8（长肢相并）32.098.01502F-e-44.8249.9312.42L125×80×8（长肢相并）16.7461.23502E-e-65.0207.2259.02L56×48.78120.51502G-g52.7260.1260.12L56×832.021.71502B-c307.6209.0261.32L56×832.014.51501B-a-422253.0