21米轻型工业厂房钢屋架课程设计

钢屋架课程设计班级：土木班姓名：学号：指导老师：-1-轻屋面钢屋架设计一、设计资料1、工程地点：：兖州，设计使用年限：50年。2、工程规模：单层单跨封闭式工业厂房，长度180m，屋架铰支于钢筋混凝土柱上；屋架跨度21m；柱距6m；屋面离地面高度约20m。室内正常环境，吊车起重量16/3.2t，工作制为A5，无较大的振动设备。3、自然条件：基本风压为2/4.0mKN，基本雪压为2/35.0mKN，积灰荷载标准值为2/5.0mKN地震设防烈度为6度。地面粗糙度类别为B类，场地类别Ⅲ类，重要性级别为二级，（0.10）。4、材料选用：（1）、屋架钢材采用《碳素结构钢》GB／T700-1988规定的Q235B级镇静钢或沸腾钢。（2）、焊条采用规定的E43型焊条，（3）、普通螺栓采用等级为4.6级的C级螺栓，锚栓采用Q235级钢制成。（4）、角钢型号按《热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T9787-1988和《热轧不等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T9788-1988选用。（5）、混凝土强度等级为C25.6、结构及各组成构件形式：（1）、钢屋架：梯形钢屋架，（2）、屋面板：选用轻型屋面板，材料可选择夹芯板，选用长尺压型钢板、夹芯板时按图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》01J925-1选用。（3）、檩条及屋面支撑：计算或从相关标准图集中选用。-2-屋面板：对于长尺压型钢板、夹芯板可按图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》01J925-1选用。卷材防水的预应力钢筋混凝土屋面板，可按图集《1.5m×6m预应力混凝土屋面板》04G410-1～2选用。（4）、主要建筑构造做法及建筑设计要求按轻屋面计算。二、屋架形式的选定和结构平面的布置1、采用缓坡梯形屋架，坡度为1/10,无天窗。：屋架计算跨度为每端支座中线缩进150mm，屋架支座反力点与厂方纵向轴线，则屋架计算跨度lmml207003002100021500屋架端部高度取mmh200001.2屋架端部、中部高度按屋架端部高度的选择要求，宜在1.8-2.1m，本设计选用屋架端部高度为H0=2000mm，则中部高度h=2000+（21000/2）×0.1=3050mm，满足刚度以及经济性对跨中高度的要求。跨中高度mmlihh30502210001.02000200高跨比147.00lh，属于常用范围之内。屋架起拱度,4250021000500mmlf取45mm.屋架腹杆采用人字式，使得上弦节点受荷，上弦杆节点水平间距取1500mm.单位：mm-3-2、屋架支撑布置根据厂房跨度21m，车间长度180m及荷载情况，设置4道上、下弦横向水平支撑；屋脊处与檐口位置上、下弦处分别设一道系杆；在屋盖两端开间内的屋脊处与两端支座处设置竖向支撑；有吊车，需设下弦纵向水平支撑。屋盖支撑布置图如下：屋架上弦支撑布置屋架下弦支撑布置-4-屋架垂直支撑布置（上）屋架1-1剖面垂直支撑布置；（下）屋架2-2剖面垂直支撑布置二、屋架荷载和内力计算1、荷载计算根据经验公式，屋架和支撑的自重估算值为220/2.14.0,m/2.1381.02.1)011.012.0(mKNKNl取屋架下弦无其他荷载，可假定屋架和支撑重量全都作用在上弦节点。根据《建筑结构荷载规范》可知，屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，屋面活荷载为2/5.0mKN，雪荷载为2/35.0mKN取其中的较大者计入，取屋面活荷载2/5.0mKN。由于是轻屋面，需要考虑风荷载作用。轻型屋面板采用夹芯板，按图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》01J925-1选用。预估屋面板受力，恒载为2/3.0mKN，屋面活荷载为2/5.0mKN，积灰荷载为2/5.0mKN，屋面板承受的设计荷载值为2/76.1)5.05.0(4.13.02.1mKN。板型选96032040JXB,板厚75mm,有效宽度为960mm,取檩条间距为1500mm，支撑条件为连续，即所承受的设计荷载最大值为22/76.1/0.3mKNmKN-5-屋面板受力表永久荷载标准值2/mKN设计值2/mKN屋面板和檩条自重36.02.13.0屋架和支撑自重48.02.14.0总和0.70.84可变荷载标准值2/mKN设计值2/mKN屋面活荷载7.04.15.0积灰荷载7.04.15.0总和1.01.4檩条的设计檩条采用实腹式檩条，截面采用冷弯薄壁C型钢5.22075220C.钢材选用Q235，檩条跨度为6m,在跨中设一道拉条，提供下翼缘平面外变形的约束条件，防止檩条因整体失稳而发生弯扭，拉条采用8mm圆钢。由于设置了拉条，保证了檩条在竖向荷载的作用下的整体稳定性，故不用验算檩条的整体稳定性。xqqy在跨中设一道拉条的计算简图-6-冷弯薄壁C型钢5.22075220C截面参数：273.9cmA，476.703cmIx，398.63cmWx，3max11.33cmWy，3min65.12cmWy檩条承受的竖向荷载：屋面板和檩条自重：2/36.0mKN可变荷载：2/4.1mKNmKNq/64.25.1)4.136.0(071.5,cos,sinqqqqyxmKNlqMyX82.11671.5cos64.281812022lqMxxy拉条处负弯矩mKNlqMxy295.0671.5sin64.2321321202拉条与支座间正弯矩mKNlqMxy148.0671.5sin64.2641641202强度验算：223636/215/44.1961065.1210148.01098.631082.11mmNfmmNWMWMyyXx刚度验算：mKNqk/866.171.5cos5.1)5.09.05.03.0(0-7-333933310520011062.31076.70310206384610866.153845lEIlqlk由于设置了拉条，可不用验算整体稳定。荷载组合（本次设计地区地址设防烈度为6度，轻型单层工业厂房，无需进行抗震设计。）（1）、全跨永久荷载+全跨可变荷载KNF16.2065.1)4.184.0(1（2）、全跨永久荷载+半跨节点可变荷载KNF56.765.184.02，KNF6.1265.14.13（3）、屋架、支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载KNF32.465.148.04，KNF54.965.1)7.036.0(5（4）、轻屋面考虑风吸力的作用风荷载标准值20/3.04.025.1)6.0(1mKNszzkz---Z处的风振系数z---风压高度变化系数s---风荷载体型系数0---基本风压考虑1.0×恒载+1.4×活荷载荷载组合，风吸力为0/28.03.04.1)4.03.0(0.12mKNFf，即为风压力，且远远小于竖向荷载组合，可以忽略。内力计算-8-先计算桁架各杆件的内力系数和支座反力（F=1作用于全跨、左半跨、右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合。桁架在上述全跨，右半跨以及左半跨作用下的计算简图如下全跨节点荷载左半跨节点荷载右半跨节点荷载因屋架结构对称布置，而且屋架的受力或只涉及一半结构或关于中轴杆件对称。杆件内力组合（单位为KN）-9-KNF16.201，KNF56.72，KNF6.123，KNF32.44，KNF54.95杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合杆件内力全跨①左半跨②右半跨③1F×①2F×①+3F×②2F×①+3F×③4F×①+5F×②4F×①+5F×③上弦杆AB000000000BCCD-7.5209-5.3500-2.17089-151.621-124.268-84.2112-83.5293-53.2006-151.621DEEF-11.313-7.374501-3.9389-228.07-178.445-135.156-119.225-86.4493-228.07FGGH-12.227-6.887849-5.33921-246.496-179.223-159.71-118.531-103.757-246.496下弦杆Ac4.323223.171321.1518987.1561272.6421847.1973648.930729.6653487.15612Ce9.794666.700743.09392197.4603158.477113.031106.23871.82893197.4603Eg12.01097.356724.65424242.1397183.4971149.4458122.070296.28854242.1397Gh11.81215.906095.90609238.1319163.7162163.7162107.3724107.3724238.1319斜杆aB-7.8064-5.7264-2.0799-157.377-131.169-85.2231-88.3535-53.5659-157.377Bc5.706663.886121.82054115.046392.1074666.0811561.7263642.02072115.0463cD-4.4063-2.6259-1.7804-88.831-66.398-55.7447-44.0863-36.0202-88.831De2.788611.214821.5737856.2183836.3886240.9115223.6361827.0606656.21838eF-1.5673-0.0391-1.5282-31.5968-12.3414-31.1041-7.14375-21.3498-31.5968Fg0.32318-1.04611.369326.515309-10.737619.69667-8.5836614.4594519.69-10.7376gH0.799382.13863-1.339216.115532.99005-10.830623.85585-9.3226532.99-10.8306竖杆Aa-0.5-0.50-10.08-10.08-3.78-6.93-2.16-10.08CcEeGg-1-10-20.16-20.16-7.56-13.86-4.32-20.16Hh000000000支座反力R752141.12四、杆件设计-10-杆件编号1、上弦杆截面设计上弦杆按最大内力计算，归并为一种截面，上弦杆受压。由内力计算表知最大内力在FG、GH节间，maxN-246.496KN上弦计算长度：平面内mmlx15080，平面外mmly3016150820由腹杆最大内力为KN157.377可知节点板厚度取6mm,支座节点板厚度取8mm。截面类型为b类。因为loylox，故截面宜选两个不等肢角钢，短肢相拼。假设60，则807.0，所需的截面面积为：237.1420215807.010496.246mmfNAmmlixx13.256015080，mmliyy26.506030160选择6631002不等肢角钢，短肢相并，6631002的截面系数为2234.19cmA，cmix79.1，cmiy77.4.（1）强度验算：223/215/4.1284.192310496.246mmNfmmNANn满足要求-11-（2）刚度验算：1502.849.1715080xxxil1502.637.4730160yyyil满足要求（3）整体稳定验算：yx由2.84x查表得664.0x22/215/1.1934.1923664.056.246mmNfmmNANx