鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計-某單層單跨工業(yè)廠房（24m）

1、土木工程學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書全套圖紙加扣 3346389411或3012250582學(xué) 院： 土木工程學(xué)院專業(yè)班級： 土木工程1405班姓 名： 學(xué) 號：指導(dǎo)老師： 2016年1月第一節(jié) 設(shè)計資料1. 某單層單跨工業(yè)廠房，跨度24 m，長度102 m。2. 廠房柱距6 m，鋼筋混凝土柱，混凝土強度等級C20，上柱截面尺寸400400，鋼屋架支承在柱頂。3. 吊車一臺150 T，一臺30 T，吊車平臺標(biāo)高+12.000 m。4. 荷載標(biāo)準(zhǔn)值(1)永久荷載： 屋面材料自重： 0.70kN/m2屋架及支撐自重(經(jīng)驗公式)： 0.384kN/m2 (2)可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.50kN/

2、m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.60kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.45kN/m2 (3)風(fēng)荷載： B類地區(qū)， , 基本風(fēng)壓：0.4 kN/m25. 屋架計算跨度，幾何尺寸及屋面坡度見圖1。圖1 24米跨屋架幾何尺寸(單位：mm)6. 角鋼、鋼板各種規(guī)格齊全（均采用Q345鋼）；有各種類型焊條和C級螺栓可供選用。7. 鋼屋架的制造、運輸荷安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運往工地安裝,最大運輸長度16 m，運輸高度3.85 m，工地有足夠的起重安裝條件。第二節(jié) 設(shè)計內(nèi)容一、屋架選型和布置支撐 屋架選型：選擇無檁型屋架。 支撐代號：屋架上弦橫向水平支撐sc；屋架下弦橫向水平支撐xc；屋架下弦縱向水平支撐zc；

3、垂直支撐cc；系桿LG。 屋架支撐系統(tǒng)設(shè)計如下：1.1 廠房柱距6m,屋架間距取為6米。1.2 在房屋兩端第一個柱間各設(shè)置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支撐。房屋長度較大，為102m，其兩端橫向支撐間距超過了60m，為增加屋蓋的剛性，在長度方向正中間的柱間加設(shè)一道橫向支撐。1.3 房屋是廠房，且廠房內(nèi)有吊車，高度較高，對房屋整體剛度的要求較高，設(shè)置縱向支撐，對梯形屋架，縱向支撐設(shè)置在屋架的下弦平面。1.4 在屋架中和兩端各布置一道垂直支撐。垂直支撐的形式根據(jù)高度與柱距的比值確定。在此屋架結(jié)構(gòu)中，屋脊處h/l=3190/6000=0.53，故取如下圖垂直支撐形式：垂直支撐圖樣1.5 在屋架上

4、弦平面，屋架跨中和兩端各布置一道通長的剛性系桿，其他結(jié)點設(shè)通長的柔性系桿；下弦平面，僅在跨中和兩端布置通長的柔性系桿。屋架支撐系統(tǒng)設(shè)置如圖2所示。圖2 梯形屋架支撐布置圖cc垂直支撐；LG系桿；sc上弦橫向支撐；xc下弦橫向支撐；zc下弦縱向支撐二、桿件內(nèi)力的計算先定出屋架所有桿件的尺寸，畫出屋架示意圖如圖3。圖3 屋架幾何尺寸圖3、 荷載計算與組合3.1荷載計算恒載設(shè)計值=恒載標(biāo)準(zhǔn)值1.2活載設(shè)計值=活載標(biāo)準(zhǔn)值1.4(1) 永久荷載設(shè)計值屋面材料自重 0.4+0.4+0.7+0.05+0.4+1.4×1.2=4.02KN/m2屋架及支撐自重 合計 q1=4.4608KN/m2(2)

5、 可變荷載設(shè)計值由于積雪時人不大可能大量擁上屋面等原因，對屋面均布可變荷載和雪荷載，只取其較大者。屋面活載： 雪荷載： 積灰荷載： 1.1×1.4=1.54KN/m2合計(雪荷載+積灰荷載) q2=3.01KN/m23.2 荷載組合 設(shè)計屋架時應(yīng)考慮三種組合：使用階段a.全跨永久荷載+全跨可變荷載 結(jié)點荷載設(shè)計值： a種荷載組合屋架受力圖b.全跨永久荷載+半跨可變荷載 節(jié)點荷載設(shè)計值： b種荷載組合屋架受力圖施工階段c.全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板+半跨活載 節(jié)點荷載設(shè)計值： c種荷載組合屋架受力圖3.3 內(nèi)力計算桿件在單位節(jié)點作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見下表（全跨和左半跨內(nèi)力

6、值相關(guān)數(shù)據(jù)見圖4）。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對桿件計算主要起控制作用；組合二和組合三，可能引起跨中幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均與鋪設(shè)面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。屋架節(jié)點編號及內(nèi)力系數(shù)，如下圖所示：圖4(a) 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 圖4(b) 24米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值根據(jù)所給各荷載組合下桿件內(nèi)力系數(shù)，即可求得其對應(yīng)控制內(nèi)力，結(jié)果見下表：屋架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（P=1）第一種組合第二種組合第三種組合計算內(nèi)力全跨左半跨右半跨P=24.9372kNP1=24.9372kNP1=14.5308kNP2=11.

7、7072kNP2=4.1472kNP×P1×P2×P1×P2×P1×P2×P1×P2×kNkNkNkNkNkN上弦桿AB000000000BC-8.72-6.25-2.47-217.452-184.774-134.765-101.061-61.811-217.452CD-8.72-6.25-2.47-217.452-184.774-134.765-101.061-61.811-217.452DE-13.53-9.04-4.49-337.400-277.998-217.801-149.979-102.734

8、-337.400EF-13.53-9.04-4.49-337.400-277.998-217.801-149.979-102.734-337.400FG-15.26-9.17-6.09-380.542-299.971-259.223-158.504-126.522-380.542GH-15.26-9.17-6.09-380.542-299.971-259.223-158.504-126.522-380.542HI-14.76-7.38-7.38-368.073-270.436-270.436-137.844-137.844-368.073下弦桿ac4.733.481.25117.953101.

9、41571.91355.75132.596117.953ce11.538.03.53287.526240.824181.686130.88684.471287.526eg14.659.345.31365.330295.079241.762157.739115.893365.330gi15.178.446.73378.297289.259266.636150.551132.795378.297斜腹桿aB-8.87-6.53-2.34-221.193-190.235-134.801-104.591-61.083-221.193Bc6.884.762.12171.568143.520108.5937

10、7.95950.546171.568cD-5.44-3.41-2.03-135.658-108.801-90.544-57.969-43.639-135.658De3.701.901.8092.26868.45467.13135.07334.03592.268eF-2.46-0.71-1.75-61.346-38.193-51.952-17.574-28.373-61.346Fg1.11-0.451.5627.6807.04133.634-0.06920.80233.634-0.069gH0.021.55-1.530.49920.741-20.00816.178-15.80420.741-20

11、.008Hi-1.08-2.471.39-26.932-45.3225.746-30.1269.9549.954-45.322豎腹桿Aa-0.5-0.50-12.469-12.469-5.854-7.265-2.074-12.469Cc-1-10-24.937-24.937-11.707-14.531-4.147-24.937Ee-1-10-24.937-24.937-11.707-14.531-4.147-24.937Gg-1-10-24.937-24.937-11.707-14.531-4.147-24.937Ii1.940.970.9748.37835.54535.54518.11818

12、.11848.378屋架桿件內(nèi)力組合四、桿件截面設(shè)計4.1節(jié)點板厚選擇支座斜桿最大內(nèi)力設(shè)計值N=-221.193KN，查鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課本表9.1：選取中間節(jié)點板厚t=8mm，支座結(jié)點板厚t=10mm。又由于所用鋼種為Q345鋼，所以選取中間節(jié)點板厚t=6mm，支座結(jié)點板厚t=8mm。4.2上弦桿（壓彎構(gòu)件）整個上弦桿采用同一截面，免去不同截面桿件間的拼接。截面按受力最大的部位F-G-H節(jié)間選用，最大內(nèi)力為：由屋面坡度1：10得屋面傾角： 計算長度： 彎矩作用平面內(nèi) 彎矩平面外（側(cè)向無支撐） 雖當(dāng)時宜選用長邊外伸的兩不等邊角鋼，但壓彎構(gòu)件又希望加大角鋼的豎邊尺寸，因而仍選用兩個等邊角鋼。設(shè)，

13、查附表1.20得，則需要截面特性為： 因為F-G-H節(jié)間不是端部，故節(jié)點板厚度為6mm,由附表得：選用280×10等邊角鋼。 截面特性為： 截面驗算： 由查附表1.20得， 故 則所選上弦桿截面滿足要求。4.3 下弦桿（軸心受拉構(gòu)件）屋架下弦桿采用等截面。截面按受力最大的部位g-i節(jié)間選用，最大內(nèi)力為：計算長度：，（因下弦有縱向支撐和系桿）截面需要根據(jù)所需截面特性，查附錄，選用270×45×6不等邊角鋼，且短肢相連。截面特性為: 截面驗算： 故所選下弦桿截面滿足要求。4.4 腹桿（軸心受力構(gòu)件）這里的腹桿包括斜腹桿以及豎腹桿，斜腹桿在組合二和組合三中可能發(fā)生變號，

14、計算時有需注意的地方。桿件拉力為正，壓力為負(fù)且需要驗算穩(wěn)定性。以下的截面設(shè)計包括部分斜腹桿和部分豎腹桿，同樣算法可以得出的桿件截面不予給出詳細(xì)計算過程，以免占大量篇幅以顯累贅。(1) 端斜桿aB 桿件軸力已知為N=-221.193kN，計算長度。因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。設(shè)=100，查附表1.20，=0.43（b類截面）。需要截面面積需要回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要的A、 ，選用275×50×10，則查附表可得A=23.180，(端部節(jié)點板厚度為8mm)。按所選角鋼進行驗算： 因為<，由查附表得，則 因此，所選截面合適。(2) 斜腹桿Bc計算內(nèi)力：N=171.56

15、8kN計算長度： 需要截面積查附錄，選取250×4等邊角鋼。截面特性：截面驗算： 因此，所選截面合適。(3) 斜腹桿cD計算內(nèi)力：N=-135.658kN計算長度： 截面選擇：設(shè)，查附表1.20得，。則需要截面積查附錄，選取263×6的等邊角鋼。截面特性：截面驗算： 由，查附表1.20得： 因此，所選截面合適。(4) 斜腹桿gH計算內(nèi)力：N1=20.741kN,N2=-20.008kN計算長度： 截面選擇：設(shè)，查附表1.20得，。則需要截面積: 所以，需要回轉(zhuǎn)半徑： 查附錄，選取263×4的等邊角鋼。截面特性：截面驗算： 由，查附表1.20得： 因此，所選截面合適

16、。(5) 豎腹桿Aa計算內(nèi)力：N=-12.469kN計算長度： 因為桿件內(nèi)力較小，按選擇截面，所需要的回轉(zhuǎn)半徑為： 根據(jù)、，選用250×4等邊角鋼。查附錄可得：(端部節(jié)點板厚度為8mm)。截面驗算：由于>,由查附表得所選截面合適。(6) 豎腹桿Ii計算內(nèi)力：N=48.378kN計算長度： 需要截面積查附錄，選取250×4等邊角鋼。截面特性：截面驗算： 因此，所選截面合適。其余各桿截面選擇過程不一一列出，其計算過程類似。4.5 桿件截面選擇列表上弦桿和下弦桿采用等截面通長桿，腹桿截面形式有多種截面形式。各桿件截面選擇表匯總?cè)缦拢?4米梯形屋架桿件截面選擇列表桿件計算內(nèi)力

17、（kN）截面規(guī)格截面面積（cm2）計算長度（cm）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力（MPa）名稱編號上弦桿所有-380.542T型280×1030.252150.748301.4962.423.5984.01500.537232.95下弦桿所有378.297短肢相并270×45×613.294300.00300.001.263.43238.1250-284.56斜腹桿aB-221.193長肢相并275×50×1023.180253.50253.502.332.24113.21500.379251.78Bc171.568T型250&#

18、215;47.794208.64260.801.542.28135.5250-220.13cD-135.658T型263×614.576228.72285.901.932.84118.51500.332280.33De92.268T型250×47.794228.72285.901.542.28148.5250-118.38eF-61.346T型263×49.956250.32312.901.962.80127.71500.293210.30Fg33.634-0.069T型250×47.794249.52311.901.542.28162.0250-41.

19、150.49gH20.741-20.008T型263×49.956271.68339.601.962.80138.61500.25520.8078.81Hi9.954-45.322T型263×49.956269.60337.001.962.80137.61500.25810.00176.44豎腹桿Aa-12.469T型250×4 7.794159.20199.001.542.35103.41500.41138.93Cc-24.937T型250×47.794183.20229.001.542.28119.01500.33096.95Ee-24.937T型2

20、50×47.794207.20259.001.542.28134.51500.268119.38Gg-24.937T型263×49.956231.20289.001.962.80118.01500.33474.99Ii48.378T型250×47.794255.20319.001.542.28165.7250-62.07五、節(jié)點設(shè)計 選取下弦端節(jié)點、下弦相鄰節(jié)點以及上弦相連斜向受力位置節(jié)點3個節(jié)點作為主要節(jié)點進行設(shè)計，其余節(jié)點類同。其3個節(jié)點位置見下圖：采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和剪切強度設(shè)計值=200N/mm,最小焊縫計算長度不應(yīng)小于8和40mm，側(cè)面角

21、焊縫的計算長度不宜大于60；節(jié)點板厚t1=6mm(端部節(jié)點板厚8mm)，角鋼厚為t2(根據(jù)所選桿件截面確定)。5.1 下弦節(jié)點c先計算腹桿焊縫長度，然后定出節(jié)點板的形狀和尺寸，最后計算下弦桿與節(jié)點板之間的連接焊縫。(1) 斜桿Bc與節(jié)點板的連接焊縫計算 ，角焊縫強度設(shè)計值，根據(jù)t1、t2,設(shè)焊縫 ，則焊縫所需長度(按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算)：角鋼背計算長： 實際長：，取角鋼趾計算長： 實際長：，取(2) 豎桿Cc與節(jié)點板的連接焊縫計算， 角焊縫強度設(shè)計值，根據(jù)t1、t2,設(shè)焊縫，則焊縫所需長：角鋼背計算長： 據(jù)構(gòu)造要求取為32mm，實際長度：角鋼趾計算長： 據(jù)構(gòu)造要求取為32mm

22、，實際長度：(3) 斜桿cD與節(jié)點板的連接焊縫計算， 角焊縫強度設(shè)計值，根據(jù)t1、t2，設(shè)焊縫 ，則焊縫所需長度：角鋼背計算長: 實際長度：，取角鋼趾計算長： 據(jù)構(gòu)造要求取為48mm，實際長度：(4) 下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰內(nèi)力之差： N=287.536-117.953=169.573kN根據(jù)節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為310×230mm。肢背焊縫驗算(按短肢相并不等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算)：設(shè)，則滿足要求，故所選節(jié)點板符合要求。 放樣圖如下：5.2 上弦節(jié)點B(1) aB桿焊縫計算 ，角焊縫強度設(shè)計值，根據(jù)t1、t2，設(shè)焊縫 ，則焊縫所需長度(按長肢相并不等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算)：角鋼背計算長：實際長度：，取角鋼趾計算長： 據(jù)構(gòu)造要求取為48mm，實際長度：，取(2)Bc 桿焊縫計算 ，角焊縫強度設(shè)計值，根據(jù)t1、t2，設(shè)焊縫 ，則焊縫所需長度：角鋼背計算長：實際長度：，取角鋼趾計算長： 實際長度：，取(3)上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫驗算為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背10mm,用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。為避免角鋼外伸邊受彎曲而變形過大，在角鋼背面加焊一厚10mm的