钢结构设计课程设计--24m跨厂房普通钢屋架设计

1一、设计资料某车间跨度为24m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。屋架形式2荷载（标准值）永久荷载：改性沥青防水层0.35kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m2100厚泡沫混凝土保温层0.6kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2屋架和支撑自重为（0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压：0.35kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑）0.45kN/m2积灰荷载0.75kN/m2不上人屋面活荷载0.7kN/m2二、结构形式及支撑布置桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示图2.1桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2所示19501200013501505015071507150715071507150715071508196524942233256928132803251630563045279833053295308128503000300030003图2.2桁架支撑布置符号说明：SC：上弦支撑；XC：下弦支撑；CC：垂直支撑GG：刚性系杆；LG：柔性系杆桁架及桁架上弦支撑布置桁架及桁架下弦支撑布置垂直支撑1-1垂直支撑2-24三、荷载计算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。由于风荷载为0.35kN/m2小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以21cos111111.004换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（wP=0.12+0.011跨度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载：改性沥青防水层1.004x0.35=0.351kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层1.004x0.4=0.402kN/m2100厚泡沫混凝土保温层1.004x0.6=0.602kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.004x1.4=1.406kN/m2屋架和支撑自重为0.120+0.011x24=0.384kN/m2_____________________________共3.145kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载0.7kN/m2积灰荷载0.75kN/m2_____________________________共1.45kN/m2考虑以下三种荷载组合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③全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节点荷载设计值：222F1.353.145kNm1.40.70.7kNm1.40.90.75kNm1.5m6m52.89kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对结构不利时：21,2F1.353.145kNm1.5m6m38.21kN（按永久荷载效应控制的组合）21,2F1.23.145kNm1.5m6m33.97kN（按可变荷载效应控制的组合）对结构有利时：213F1.03.145kNm1.5m6m28.31kN，半跨可变荷载设计值：5222,1F1.40.70.7kNm0.90.75kNm1.5m6m=14.68kN（按永久荷载效应控制的组合）22,2F1.40.70.90.75kNm1.5m6m=17.33kN（按可变荷载效应控制的组合）（3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效应控制的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：23,1F1.20.384kNm1.5m6m=4.15kN对结构有利时：23,2F1.00.384kNm1.5m6m=3.46kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：224F1.21.4kNm1.40.7kNm1.5m6m=23.94kN四、内力计算荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.图4.1荷载组合（1）图4.2荷载组合（2）F1F2F1/2F2/2F1F2F1F2F1F2F1F2F1F2F1F2F2/2F1F1F1/2F1F1F1F1F1F1F/2FFFFFFFFF/2FFFFFFFABCDEFGHIabcde6图4.3荷载组合4.3由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1五、杆件设计（1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。N=788.27kN=788270N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：150.7cmoxl在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：150.73452.1cmoyl因为oxl=3oyl，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=470.35kN节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm设=60，选用角钢，为b类截面，查表得0.807。需要截面积：22N778270NA4485.6mm0.807215kNmmf需要的回转半径：150.7cm452.1cm2.51cm=7.54cm6060oyoxxyllii，F3/2F4/2F3F4F3F4F3F4F3F4F3F4F3F4F3F4F3F4/2F3/2F3F3F3F3F3F3F37根据需要的A、xi、yi查角钢规格表，选用2∟16010010，2A5063mm，xi=2.85cm，yi=7.70cm，1bt160cm10cm16，按所选角钢进行验算：150.7cm52.882.86cmoxxxli∵1bt16＞10.56b5.27oxl∴22221441b1604521103.713.71t52.7b1052.7160oyyzlt60.26＜150截面x和界面y都为b类截面，由于x＞yz，只需要求y。查表的y=0.806。2N778270N190.72A0.8065063mmy＜2215Nmm故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。N=779070N平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：300cmoxl，1185cmoyl所需截面面积：2n2N779070NA3623.6mm215Nmmf选用2∟1409010，2A4452mm，xi=2.56cm，yi=6.77cm，由于oyoxll，故用不等肢角钢短肢相并1185cm6.77cm175oyoyyli＜350考虑到下弦有221.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：222A4452mm221.510mm4022mmn22779070N176.3Nmm4022mmnNA＜2215Nmm所选截面合适。8（3）端斜杆aB杆件轴力：N=470.35kN=470350N计算长度249.4cmoxoyll，因为oxoyll，故采用不等值角钢长肢相并。使xyii设=60，查表得0.807。22N470350NA2710.9mm0.807215kNmmf249.4cm604.16cmxoxil选用2∟1258010，2A3942mm，3.98cmxi，3.31cmyi，按所选角钢进行验算：249.4cm62.673.98cmoxxxli∵2bt8＜20.48b14.96oyl∴44222221.09b249.41.0980113.31249410yzyoylt80.76＜150截面x和界面y都为b类截面，由于x＞yz，只需要求y。查表的y=0.683。22N470350N174.70NmmA0.6833942mmy＜2215Nmm故所选截面合适。（4）腹杆He最大拉力：21.46kN最大压力：97.75kN按最大压力进行计算，设计计算值为97.75kN。由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取0.80.8329.5cm263.6cmoxl，节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架平面外的计算长度仍取节间距离，即329.5cmoyll。设=60，查表得0.80722N97750NA563.4mm0.807215kNmmf0.80.8329.5cm604.39cmxoxil，329.5cm605.49cmxoxil，选用等肢角钢，92∟704，2A1114mm，1.96cmxi，2.94cmyi，按所选角钢进行验算：263.6cm120.92.18cmoxxxli＜150∵bt15.75＜0.58b0.5832956330.3oyl∴4422220.475b329.50.47570112.9432954yzyoylt119.4＜150截面x和界面y都为b类截面，由于yz＞x，只需要求x。查表的x=0.433。97750202.6A0.4331114xN＜2215Nmm由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面合适。（5）腹杆Bb腹杆拉力设计值为N=357.85kN22N357850NA1664.4mm215Nmmf选用2∟806组成梯形截面，2A1879mm，2.47cmxi，3.65cmyi，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为0.8205.5cmoxl，256.9cmoyl，205.5cm83.22.47cmoxxxli＜350，256.9cm70.43.65cmoxxxli＜3502A1879mm＞21664.4mm故所选截面合适。(6)竖杆Ie竖杆拉力设计值：N=144.39kN22N144390NA671.6mm215Nmmf选用2∟504组成十字形截面，2A779mm，1.54cmxi，2.43cmyi，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为0.8246.5cmoxl，308.1cmoyl，10246.5cm160.11.54cmoxxxli＜350，308.1cm126.82.43cmoxxxli＜3502A779mm＞2671.6mm故所选截面合适。其他腹杆：竖杆Aa、Cb、Ec、Gd选用2∟504组成的十字形截面，腹杆Db选用2∟1409010短肢相并，腹杆Dc、Fd、Hd选用2∟704组成的梯形截面，腹杆Fc选用2∟806组成的梯形截面。经验算，所选截面都能满足要求。各杆件的截面的选择见附表2六、节点设计（1）下弦节点“b”有E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值2160Nmmwff。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝8mm6mmfh和，则所需的焊缝长度为：肢背：'20.70.7357850N139.8mm220.78mm160NmmwwefNlhf，加2fh后取16cm肢尖：''20.30.3357850N79.9mm220.76mm160NmmwwefNlhf，加2fh后取10cm设“Db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为8mm6mmfh和，所需