18m跨廠房普通鋼屋架設計

1、鋼結構課程設計任務書1 題目:18m跨廠房普通鋼屋架設計2. 目得通過鋼結構課程設計，進一步了解鋼結構得結構型式、結構布置、受力特點 與構造要求等;綜合應用鋼結構得材料、連接與基本構件得基本理論、基本知識, 進行鋼屋架得設計計算。3. 設計資料某廠房跨度為18m,總長度90m,柱距6m;廠房內(nèi)設有兩臺3OO/5ORN中級工作 制橋式吊車，地區(qū)計算溫度高于-20七,無侵蝕性介質(zhì)，地震設防烈度為6度;屋架 采用梯形鋼屋架，屋架下弦標高為18叫兩端較支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上 柱截面尺寸為400x400mm,混凝土強度等級為C30,屋面坡度i二1/10;釆用1、5 X6、Om預應力混凝土屋板，屋

2、架采用得鋼材為Q235B,焊條為E43型;屋架形式、 兒何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載P二1、0作用下桿件得內(nèi)力）如附圖所示。荷載:屋架及支撐自重:按經(jīng)驗公式小=0、12+0、011L,L為屋架跨度，以m為單位，浜為屋架及支撐自重，以kN/nr為單位;屋面活荷載:屋面活荷載標準值為0、5kN/m2,雪荷載標 準值為s0、35kN/m2,屋面活荷載與雪荷載不同時考慮, 取兩者得較大值;積灰荷載0.9kN/m2根據(jù)不同學號按附表取。0、4KN/m20、6KN/m20、45KN/m2（按附表?。?、05KN/m20、3KN/m21、55KN/m2屋面各構造層得荷載標準值: 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層

3、水泥砂漿找平層保溫層一氈二油隔氣層水泥砂漿找平層 預應力混凝土屋面板屋架桿件得內(nèi)力系數(shù)aceSM呂c、18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件得內(nèi)力值b、18米跨屋架全跨單位荷載 作用下各桿件得內(nèi)力值屋架上、下弦布置有水平支撐與豎向支撐（如圖1-1所示）。屋面采用1、5x6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板,120mm厚珍珠巖 （r = 350匕/川）得保溫層，三氈四油鋪綠豆沙防水層,20mm厚水泥砂漿找平層, 屋面雪荷載為0.30kN/m鋼材采用3號鋼。2-22荷載計算EM mitts2SC%2、1永久荷載預應力鋼筋混凝土大型屋面板:12x14 = 16&W/tw2三氈四油防水層及及找平層（20mm）

4、:l2xO76 = O9127V/r12042 = 0504燈/加2120mm厚泡沫混凝土保溫層：屋架自重與支撐自重按經(jīng)驗公式(跨度1=18m)巴=1.2 +1 1/ = 1.2 +1x 18 a 32kg/m21.2x0.32 = O.384&7V/m22、2可變荷載屋面雪荷載：1.4x0.55 = 0.77RN/ m22、3荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點荷載為：F = (1.68 + 0.912 + 0.504 + 0.384) + 0.77 x 1.5 x 6 = 38.253內(nèi)力計算桁架桿件得內(nèi)力，在單位力作用下用圖解法(圖2-1)求得表3-1 o表3-1桿件軸線

5、單位荷載內(nèi)力F荷載內(nèi)力(kN)上弦桿B 135700C-15086 223-238x 030D-15076 223-238. 030E-15088 996-344. 097F-15078、 996-344、 097G-15089、 105-348、 266下 弦 桿-o2850+3、 479+133、 072-o3000+7、 961+304、 508-o3000+9、 270+354、 578斜桿25306 502-248. 7022613+4、 586+175、 4152864+3、 381-129. 3233124+1、 884+72、 06331240、 690-26x 3933124

6、O 463-17. 710豎 桿A-1990O 500-19、 12522901、 000-38. 25025901、 000-38. 2502890+0、 812+31、 0594截面選擇4、1上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，以最大軸力G-桿來選擇：血和=-348.266燈V在屋架平面內(nèi)得計算長度：=150.8c;h,屋架平面外得計算長度= 301.5o 選用兩個不等肢角鋼21100x80x6,長肢水平。截面兒何特性（長肢水平雙角鋼組成T形截面，節(jié)點板根據(jù)腹桿最大內(nèi)力選用板 厚 8mm）:A = 21274rix = 2.40cmJy = 4.61 c/z?仏=竺 = 62 $ 150（p

7、x = 0.7922x2.40xpx = 0.778= = !22=65.4150iy 4.61截面驗算:N _348266 0.778x2127 .4= 2104N/“2 16.4947W2= 1.58C/H iv = 4A2cm 2 = = 189.9 350 Av = = 67.9 3501.58v 4.42另兩個節(jié)點得下弦桿內(nèi)力較小，但Zov=600c/n,故須驗算其屋架平面外得長細比：600入=135.7 350y 4.424、3支座豎桿截面選擇桿軸力：=一19125歸V 計算長度九=口 = 199c/n,采用兩個等肢角鋼2Z63x5,組成T型截面 截面幾何特性:A = 12.286

8、cm2 ix = 1.94cm iy = 2.89cm199loo人= 102150, =0.542 A = 68.9 150,(pY = 0.758”1.94-2.89、截面驗算：一一 =目空=28.720N/nun1 f = 25N/mm2(pminA 0.542 x 1228.64、4支座斜桿截面選擇桿軸力:N = -248.70次N計算長度:lox = loy = 253cm采用兩個不等肢角鋼2/00x63x7,長肢相拼。截面兒何特性：A = 22.222cm1 ix = 3.20cm iv = 2.58c加253253盒= 79.1 150=0.693=1 = 9&1 截面驗算：記r

9、肩筆17.4 &1071 cm2 i = 1.53cm i. = 2.38cm209 一261.3人=一 = 136.6 350 A = 109.8 3501.53-2.384、6豎桿截面選擇桿軸力：N = _3&250kN計算長度：lox = 0.8/ = 0.8 x 229 = 183.2c加 loy = 229cm采用兩個等肢角鋼2Z50x5,組成T形截面。截而兒何特性：A = 9.606cm2 ix = 1.53cm iY = 2.38c/n1 QQ O9OQ人=TH9.7150= 0.438 九=96.2 150 叭=0.580截面驗算：JL_ =竺? = 90.91 3.352cm

10、2ix = 1.53cm i、= 2.38cm229 128642V = =9&3150 (px = 0.566 2v = =85.2 150 0V= 0.652 r 2.333.36截面驗算：=匚二= 154N/滬 3.352cm2ix = 1.53cm i、= 2.38c/n229 12864盒= 149.7 350= - = 120.3 2.384、9豎桿截面選擇桿軸力：N = _3&250kN計算長度：5 =0.8/=0.8x259 =207.2cm= 259cm采用兩個等肢角鋼2Z50x5,組成T形截面截面幾何特性:A = 9.606c/z?2 3.352cm2ix = 1.53cm

11、 i、= 2.38cw207 2259人= =135.4 150(px = 0.364 2 = = 10&8 150 只=0.501v 1.53x2.38、截面驗算：一-=1094N/” f = 25N/mm2(pminA 0.364 x 960.6J4、10斜桿截面選擇桿軸力：N = -26.39弘N計算長度：lox = 0.8/ = 0.8 x 312.4 = 249.9cm /n. =312 Acm 采用兩個等肢角鋼2Z63x5,組成T形截面截面兒何特性：A = 12.286c7h2 i = 1.94c/?/ zv = 2.89c/?/249 Q3124= =12&8vl50 =0393

12、 2 =-=10&l 150 =0.5041.9472.89N截面驗算：=26393- 54.7 N/nun2 /- 25N/mm20.393 x 1228 .64、11斜桿截面選擇桿軸力：N = 17710ZN計算長度：lox = 0.8/ = 0.8 x 312.4 = 249.9c/?/ loy =312 Acm采用兩個等肢角鋼2Z63x5,組成T形截面截面兒何特性：A = 12.286t7?r ix = 1.94c/;/ i、= 2.89c/249 93124人= =12&8150 0V= 0.393 Z =-_ =10&l 150 仇=0.504x 1.94-2.89截面驗算:1力1

13、0 0.393 x 1228 .6= 36.77V/mm2 f = 25N/mm24、12豎桿截面選擇桿軸力：N =+31.059燈V計算長度：lox = 0.8/= 0.8 x 289 = 231.2cmloy = 289cm采用兩個等肢角鋼2Z63x5,組成T形截面截面幾何特性:A = 12.286ctm2 ix = 1.94cm iy = 2.89cw?OQ17OQQ= = 119.2 350 2v = 100 = 2!252 = 253N/2r f = 25N/mm2 A 1228.6各桿件截面選擇結果列表如下表4-1桿件計算內(nèi) 力(kN)截 面 規(guī) 格截面面 積計算長 度(cm)迴轉(zhuǎn)

14、半 徑(cm)長 細 比容許長細穩(wěn)定系數(shù)名 稱編 號(cm2)比5節(jié)點設計各節(jié)點得節(jié)點板厚一律取8mm,各桿內(nèi)力如圖5-1所示。5、1下弦節(jié)點i設計（如圖6-2所示）首先，計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點板形狀與尺寸，最后 驗算下弦與節(jié)點板得連接焊縫。已知焊縫得抗拉、抗壓與抗剪得強度設計值：fwf =160N/加設桿得肢背與肢尖焊縫分別就是巧=6訕與=5切，則所需焊縫長度為：h土* ./0.7N0.7x175415月支 背：/u. = 9取 110mm2x0.7x6x160Hizh. ./0.7N0.7x175415日肢夫人 =50.0/nnt H乂 80mm2hef；v 2x

15、0.7x5x160設桿得肢背與肢尖焊縫分別就是的=6/與的=,則所需焊縫長度為肢背：幾=0.7N0.7x129323“ =67 Amin 2x0.7x6x160取 100mm0.7x1293232x0.7 x5x 160=346取 80mm設桿得肢背與肢尖焊縫均為存=5處，則所需焊縫長度為肢背:兒=0.7NW70.7x382502x0.7x5x160=23.9 mm取 165mmh七小 /7N0.7x382501AC肢尖:I , = 102m 取 165mm2hef； 2x0.7x5x160根據(jù)上述腹桿焊縫長度,并考慮桿件之間應留有間隙，按比例繪出節(jié)點大祥圖5-1, 從而確定節(jié)點板尺寸為385

16、 x 275 x Snun。下弦與節(jié)點板連接得焊縫長度為385mm, hf = 5mm ,焊縫所受得力為左右兩下弦桿內(nèi)力差3 = 304.508-133.072 =171.43弘N所受較大得肢背處焊縫應力 為：O.75A7V2helw0.7x1714362x0.7x5x(385 -10)= 45.7N/滬 2下弦節(jié)點j得設計（圖5-2）設節(jié)點所有焊縫為如=5mm ,所需焊縫長度如下:桿4 N = +72.06孤 N肢背/ 一()7N =2hef1；0.7x72063=45.0/zz/?2x0.7 x5x 160肢尖心罟帯2he打0.3x72063=19.3mm2x0.7x5x 160ffN =

17、 -3&25QkN肢背:(，- -7;v =2hef；0.7x38250“c=23.9mm2x0.7x5x160HX-J /z - C -0.3x38250=12x0.7 x5x 160桿-7V = 26393EV肢背乂 - O,7;V =H lhef；0.7 x 26393 t r c =1 0.5/77/7?2x0.7 x5x 160肢尖：（/ _（）3“ =2訶;0.3x26393=7. imm2x0.7x5x160所有焊縫均按構造（節(jié)點板尺寸）確定，焊縫長度均需大于60mmo下弦與節(jié)點板連接得焊縫長度為320mm, hf = 5mm ,焊縫所受得力為左右兩下弦桿內(nèi)力差A/V = 354

18、.578 - 304.508 = 50.07燈V所受較大得肢背處焊縫應力為：O.75A7V=2譏.0.7 x 500702x0.7x5x(320-10)= n.3N/mm2 131、9X2二263、8mm屋架分成兩個運輸單元，設置工地焊縫長度拼接，左半邊得弦桿與腹桿與節(jié)點板 連接用工廠焊縫，而右半邊得弦桿與腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫。中間豎桿跟 左半邊在工廠焊牢再出廠，為便于工地拼接，在拼接得角鋼與右半邊斜桿上，設置 螺栓孔21.5。作為安裝施焊前得定位之用。下弦桿與節(jié)點板之間用 = 5mm焊縫滿焊。斜桿-與豎桿-得內(nèi)力均很小，肢背與肢尖焊縫存=5mm ,施焊長度均可 按構造采用，至少60mm

19、,采用390 X 290X 8mm,所有焊縫均滿焊，焊縫長度均大于 所需長度。5、4支座節(jié)點h設計為了便于施焊，下弦焊與支座底板得距離取130mm,在節(jié)點中心設置加勁肋，加勁 肋高度與節(jié)點板高度相等。5、4、1支座底板計算支座反力：R = 6F = 6x3&25 = 229.5燈V支座底板得平面尺寸取401x280= 11228Q7?/zr,如僅考慮有加勁肋部分得底板承受支座反力，則實承面積為：280x110 = 30800w；r驗算柱頂混凝土得抗壓強度： = - = 7.45N/mm2 fc=0N/mm2 Al; 30800式中fc鋼筋混凝土軸心抗壓強度得設計值。底板得厚度按屋架反力作用下得

20、彎矩計算，節(jié)點板與加勁肋將底板分成4塊。每 塊板就是兩相鄰為固定支承而另兩相鄰邊自山得板,每塊板得單位寬度最大彎矩為:M =0*：式中q底板所受得均布反力， =蘭=竺巴= 7.45N/m滬AZI 30800勺兩支承之間得對角線長度，0 = 7（146-5）2+8O2 = 162jnmP一一系數(shù),hjax查課本表5-6確定，勺為兩支承邊得相交點到對角線q得垂線距離，ill相似三角形得關系得：勺=80x=69.6”162b、/at = 69.6/162 = 0.43 查表 5-5 得0 = 0.047M =0% =0.047 x7.45xl622 =9189N/m底板厚度：/ = J6M/* =

21、76x9189/215 = 16mm 取 20mm5、4、2加勁肋與節(jié)點板得連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板得鏈接焊縫計算與牛腿焊縫相似，假定一個加勁肋得受力為屋架 支座反力得四分之一，即：丄X229.500 = 57375&N4焊縫受剪力 U = 57.375WN，彎矩：M = 57.375 x40 = 2295燈V m，設焊縫們=5mm ,焊縫計算長度/, =391 -10 =381/n/n573752x0.7x5x381= 21.5焊縫應力為6=2hel,6M0廣1226295000 十 62x0.7x5x3812|(勺L)2 +J(空)2+21孑=J124.3 + 462.3 = 24.22

22、N/nun2 f； =y P rV 1.225、4、3節(jié)點板，加勁肋與底板得連接焊縫計算設焊縫傳遞全部支座反力R二229、5kN,其中每塊加勁肋各傳丄 /?=丄 X 229.5 = 57.375&7V,節(jié)點板傳-R = -x 229.5 = 114.754422節(jié)點板與底板得連接焊縫-=2x(280-10) = 540曲,所需焊腳尺寸為.R/2114750“ BEz 4、5上弦節(jié)點b設計為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點板得上邊緣可縮進上弦肢背8mm,用塞焊縫把 上弦角鋼與節(jié)點板連接起來。槽鋼作為兩條焊縫計算，這時，強度設計值應乘以 0、8得折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度得影響，且假定集中荷載

23、F與上弦 垂直（圖）上弦肢背槽鋼焊縫得切=4mm ,節(jié)點板得長度為435mm,其應力為：、仏的_弘）+（0.5尸）2 2=75.44 O.8/7 =128/nnn_ 0.75 x 2380362 + (0.5 x 38250)22x0.7x4x(435-10)上弦肢間角焊縫得應力為:血的 耳）尸+（0.5砂=26.26 160N / mm_ 0.25 x 2380362 + (0.5 x 38250)22x0.7x4x(435-10)腹桿與節(jié)點板連接焊縫已在下弦節(jié)點中訃算，可不必再計算，節(jié)點板尺寸就就是 根據(jù)腹桿焊縫長度按比例繪制確定。上弦為了便于擱置屋面板，在角鋼再肢間設 置肋板。5、4、6上弦節(jié)點d、f得設計兩個節(jié)點得弦桿內(nèi)力差值較小,腹桿與節(jié)點板得焊縫連接已在下弦節(jié)點計算中解 決,根據(jù)腹桿焊縫長度決定節(jié)點板尺寸（圖），假