某厂房钢结构设计

钢结构课程设计计算书21m跨度厂房钢屋架设计姓名：李德海学号：3080210805班级：土木应用08-5班指导教师：姜宏日期：2012-2-27~3-4目录1、设计资料-----------------------------------12、支撑布置-----------------------------------23、荷载计算-----------------------------------44、内力计算-----------------------------------55、杆件设计-----------------------------------76、节点设计----------------------------------141、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为21m，总长90m，纵向柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1：10。雪荷载为0.35KN/m2，积灰荷载为1.1KN/m2。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t，锻锤为2台5t。1.2、屋架形式及选材本设计采用无檩条屋盖方案屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架跨度为21m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用Q235钢，焊条为E43型。1.3、荷载标准值荷载类型荷载名称荷载标准值（KN/m2）永久荷载三毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.4水泥砂浆找平层0.4保温层0.6一毡二油隔气层0.05水泥砂浆找平层0.3预应力混凝土屋面板1.45屋架自重0.12+0.11x21=0.351可变荷载屋面活荷载标准值0.7积灰荷载1.1雪荷载0.352、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图2.1、2.2、2.3所示19901350229025902890304026132864312425302864312433901507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5150AaceghBCDFGH15007=10500×图2.121米跨屋架几何尺寸Aa+4.1000.000-7.472-11.262-12.18-12.18-7.684-4.409-1.572+0.713+5.808+5.808+2.792+0.328-1.0-1.0-1.0-0.5+9.744+11.962+11.768ceghBCDEFGH0.51.01.01.01.01.01.01.0图2.221米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值Aacegg'e'c'a'+3.0100.000-5.310-7.339-6.861-5.319-3.923-2.1620.00-5.641-2.633-0.047+1.913+1.367+1.570+1.848+3.960+1.222-1.039-1.200-1.525-1.776-2.043-1.0-1.0-1.00.000.000.00-0.5+6.663+7.326+5.884+4.636+3.081+1.090BCDEFGHG'F'E'D'C'B'A'0.51.01.01.01.01.01.01.0图2.321米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.2桁架支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车2台150/30t(中级工作制)，锻锤为2台5t，布置下弦纵向水平支撑。×桁架下弦支撑布置图垂直支撑桁架及桁架上弦支撑布置垂直支撑图桁架支撑布置图符号说明：SC上——上弦支撑；XC——下弦支撑；CC——垂直支撑;GG——刚性系杆；LG——柔性系杆3、荷载计算1.荷载计算（1）永久荷载标准值：0.4+0.4+0.6+0.05+0.3+1.45+0.35=3.551KN/m2永久荷载设计值：1.2x3.551=4.26KN/m2（由可变荷载控制）1.35x3.551=4.79KN/m2（由永久荷载控制）（2）可变荷载：0.7+1.1=1.8KN/m2（取屋面活荷载与雪荷载中最不利值）可变荷载设计值：0.7x1.4x1.8=1.76KN/m2（由永久荷载控制）由于4.76+1.76=6.55KN/m2＜2.52+4.26=6.78KN/m2，所以按由可变荷载效应控制取值并组合。2.荷载组合设计屋架时，应考虑三种荷载组合：2.1、使用阶段组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载：4.26x1.5x6.0=38.34KN/m2全跨可变荷载：2.52x1.5x1.6=22.68KN/m2138.3422.6861.02FKN/m22.2使用阶段组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载：24.261.5638.34FKN全跨可变荷载：32.521.5622.68FKN2.3施工阶段组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面板活荷载全跨屋架及支撑自重：F4=0.35×1.2×1.5×6=3.78kN半跨屋面板重及半跨屋面板活荷载：F5=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94kN图2.1桁架计算简图(c)(b)(a)2.1、2.2为使用阶段荷载情况，2.3为施工阶段荷载情况。4、内力计算F=1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已经给出。求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4.1。表4.1桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合计算杆件内力/kN全跨左半跨荷载第一种组合F×①第二种组合第三种组合左半跨右半跨F2×①+F3×②F2×①+F3×③F4×①+F45×②F4×①+F5×③上弦杆AB000000000BC,CD-7.472-5.310-2.162-455.941-406.970-335.511-155.366-80.002-455.941DE,EF-11.262-7.339-3.923-687.207-598.234-520.759-218.266-136.487-687.207FG，GH-12.180-6.861-5.319-743.224-622.589-587.616-210.293-173.377-743.224下弦杆ac4.1003.0101.090250.182225.461181.91587.55741.593250.182ce9.7446.6633.081594.579524.702443.462196.345110.591594.579eg11.9627.3264.636729.921624.777563.768220.601156.202729.921gh11.7685.8845.884718.083584.634584.634185.346185.346718.083斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-468.878-422.542-340.940-164.091-77.955-468.878Bc5.8083.9601.848354.404312.492264.591116.75766.195354.404cD-4.409-2.633-1.776-269.037-228.758-209.321-79.70059.183-269.037De2.7921.2221.570170.368134.760142.65339.80848.140170.368eF-1.572-0.047-1.525-95.923-59.205-94.8574.817-42.451-95.923Fg0.328-1.0391.36720.051-10.98943.579-23.63433.96620.015gH0.7131.913-1.20043.50770.7230.12048.492-26.03343.507竖杆Aa-0.500-0.5000.000-30.510-30.510-30.510-13.860-1.890-30.510Cc-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Ee-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Gg-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Hh0000000005、杆件设计5.1上弦杆整个上弦架采用等截面，按FG、GH杆件之最大设计内力设计。（受压）-743.224N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：cmlox75.150在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：cmcmloy25.45275.1503因为oxoyll3，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）腹杆最大内力N=553.248kN，查表9.6.4，节点版厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm。设λ=60查附录4得807.0。需要截面积：226.4283/215807.0432207mmmmNNfNA需要的回转半径：2.51cm6075.150oxxli，cm560300oyyli根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用12901402L，28.52cmA，cmix54.2cmiy44.4，1610/160/1cmcmtb，按所选角钢进行验算：150][4.592.5475.150xxxil，150][6.674.44300yyily，3.19m90/m300058.0/58.05.7/11mmbltboy1.672.69)12300090475.01(6.67)475.01(2242241yoyyyztlb满足长细比150的要求。图5.1上弦杆的截面图截面在x和y平面内皆属b类，由于xyz，只要求73.58yoyyil，查表得755.0。222/215/4.1865280755.0432247mmNmmNmmNAN，所需截面合适。5.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按eg杆最大设计值计算。kNNeg921.297cmlox300，根据桁架下弦支撑布置情况，得cmloy1050所需截面积：22295.334006/215299217cmmmmmNNfNAn根据所需截面积查表选用10801002L，不等肢角钢，短肢相并（图5.2）。按所选角钢进行截面验算假设螺栓孔中心至节点板边缘距离约为100mm，则可不考虑截面的削弱影响，取nA=A。则222/215/2.2123440299217mmNmmNmmNANn，24.34cmA，cmix35.2，cmiy12.3150][7.1275.23/300/cmilxoxx150][5.3362.31/1050/cmilyoyy，所需截面满足要求。5.3端斜杆aB杆件轴力：受压）(878.468kNN计算长度lox=loy=253cm。因为lox=loy，故采用等肢角钢，选用2L100×10，A=38.52cm2，ix=3.05cm，iy=4.6cm图5.2下弦杆的截面图4.6630.52024xxxil150，55462530yyyil150，满足长细比的要求。由x=66.4，查表得772.0222/215/7.157/3852772.0468878mmNmmNmmNNAN，所以截面满足要求。5.4腹杆5.4.1Bc杆（图5.4.1）杆件轴力：kNN404.354所需截面积：222c45.1900.1945/215418176mmm