完整word版钢结构课程设计27m跨工业厂房普通钢屋架设计0814125237Word格式.docx
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10(1:
15)],上、下弦平面图,端部侧面图、跨中及中间部位剖面图;
3零件或节点大样图(1:
5);
④材料表;
设计说明。
所绘图纸应符合《房屋建筑制图统一标准(GB50001—2010)》
和《建筑结构制图标准(GB-T50105-2010)》的要求。
2.设计计算书
设计资料
某机械厂成品组装车间跨度为27m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。
厂房平面图、剖面
图及屋架结构形式见图2-1(以长度90m为例)。
r1
⑧
GLhlI」
cl
l:
ioo
平面图
1二1剖面1JQ0
H
■^—(150'
■'
[iso
I24000^30000
150150
2700033000
屋架形式
图2-1厂房平面、剖面及屋架形式示意图
1.车间柱网布置:
长度90m柱距6m;
跨度27m
2.屋架采用的钢材为Q235B钢,焊条为E43型。
3.屋面材料:
预应力大型屋面板
4.柱的混凝土强度等级为C25,屋面坡度i=1/10;
5.厂房工作温度高于-20C,无侵蚀性介质,地震设防烈度为6
度,屋架下标高为12.5m;
采用X6m预应力混凝土大型屋面板,H级防水,卷材屋面,屋架采用梯形钢桁架,两端铰支在钢柱上。
6.屋面活荷载标准值为kN/m2,雪荷载标准值为kN/m2,基本风
压kN/m3,基本雪压(不与活荷载同时考虑)kN/m2
设计依据
1.《钢结构课程设计指导》张志国张庆芳武汉理工大学出版社
2.《钢结构设计规范》(GB50017-2003,北京:
中国计划出版社
3.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012,北京:
中国建筑工业出版社
4.《钢结构基本原理》何若全中国建筑工业出版社
5.《房屋建筑制图统一标准》(GB50001-2010
6.《建筑结构制图标准》(GB-T50105-2010)
屋架形式及主要尺寸确定
屋面材料为预应力混凝土大型屋面板,采用无檩屋盖体系,梯形钢屋架,屋面坡度i二i/io。
屋架计算宽度5二L一2X0*15二27-2X0.15二26-7m,中间高度取
Pt,在27m轴线处端部高度丨-二"
门,在"
的两端高度为:
丨'
八汀宀计。
屋架跨中起拱高度按丨’小计算,取「严。
钢材选用Q235B钢,焊条为-「型,手工焊。
根据车间长度、屋架跨度和荷载情况,设置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆。
07
5
5A0
7
50
5Z?
57
di
033
2850300045003000
4KQ
12850]
3000
L
4500
13000
!
150
i7
'
13500
T
图2-2屋架形式
支撑布置
根据厂房长度(90m>
60)跨度及荷载情况,设置三道上、下弦
横向水平支撑。
因柱网采用封闭结合,厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间,该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。
在所
有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆,以保证安装时上弦杆的稳定,在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆,以传递山墙风
荷载。
在设置横向水平支撑的柱间,于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。
屋架支撑布置见图2-3所示:
r
Gl
G
J
GG?
瘙、、
LG?
屮i-E
11
-L
c
Cd
3
J™)
L3?
」oLG?
GO?
LEE
LQ2
X
?
G
图2-3(b)垂直支撑1-1
匚匚2GG2
匚匚4QG8
*4
□CC?
P
*
目
LG2LG2LG2
图2-3(c)垂直支撑2-2
符号说明:
GWJ-(钢屋架);
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)
备注:
某车间所设计的屋盖无吊车、无天窗、无振动设备,不必进行有关这些的计算。
屋架的内力计算
计算的基本假定
节点均为铰接;
所有杆件的轴线均位于同一平面内,且同心交汇于节点;
荷载均作用于节点。
荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,取较大的荷载标准值进行计
算,故屋面活荷载取m进行计算;
荷载计算中,因屋面坡度较小,风荷载对屋面为吸力,起卸载作用,对重屋盖可不考虑。
屋架沿水平投影面积分布的自重(包括支撑)可按经验公式
乱=0.12+0.011lkN/m2计算。
荷载计算如表2-1所示:
表2-1荷载计算表
荷载名称
标准值(kN/m2)
设计值(kN/m2)
预应力混凝土大型屋面板(包括
灌缝)
x=
改性沥青防水层
20厚1:
水泥砂浆找平层
150厚加气混凝土保温层
悬挂管道
屋架和支撑自重
+X27=
永久何载总和
屋面活荷载
可变荷载总和
荷载组合
设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况:
(1)第一种荷载组合:
全跨永久荷载+全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载:
F=(4.16+0.98)X1.5X6=47.664kN
(2)第二种荷载组合:
全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载:
R=4.316X1.5X6=38.844kN
半跨节点可变荷载:
|F2=0.98XL5X6=8.82kN
(3)第三种荷载组合:
全跨屋架(包括支撑)自重+半跨屋面板
自重+半跨屋面活荷载:
全跨节点屋架自重:
F3-0.563X1.5X6-5.067kN
半跨节点屋面板自重及活荷载:
R=(1.89+0.98)X1.5X6=25.830KN
上述三种荷载组合,其中
(1)、
(2)种组合为使用阶段荷载情况,(3)为施工阶段荷载情况。
内力计算
屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如图2-4所示。
用电算先解得F=1的屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨、右半跨):
J1
F
2
C
B
A
a
FF
2850b3000c
4500d|
3000e3000
300012850
1
26700
DJ
g
(a)全跨永久荷载+全跨可变荷载计算简图
F2J
\\
Fl
-
RF
fh
f2rf
E
F2rd
hl
LL2ILC2\
abcde
(b)全跨永久荷载+半跨可变荷载计算简图
R2
-\\
F3
R
一\
RRJ
RR—g
RRH
RRG
Rrff
Rre
Rrd
RRc
一
Rrb
R2F3J
abcde
(c)全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载计算简图
图2-4屋架计算简图
然后求出各种荷载情况下的内力进行组合,计算结果详细见表2-2:
表2-2屋架构件内力组合表
内力系数(F=1)
内力组合值
全跨
左半跨
右半跨
第一
第二种组合
第三种组合
杆件
名称
计算内
力
①
②
③
种组
合Fx
Fix①+
F2X②
F2X③
F3X①+
F4X②
F3X①
+F4X
上
弦
AB
BC
CD
DE
EF
FG
GH
HI
IJ
下
ab
be
cd
de
斜
腹
杆
aB
Bb
bD
De
ef
fG
Ef
Gd
dg
gJ
Hg
竖
Aa
Cb
Ec
Ff
Hd
Ig
Je
杆件截面设计
上弦杆
整个上弦杆采用等截面,按最大设计内力的HI、IG杆设计,根
据表2-2,有N二-910一38kNfl在屋架平面内计算长度为
I—Iq—1.507nid
本屋架为无檁体系,可以认为大型屋面板只起到刚性系杆作用。
根据支撑布置和内力变化情况,取在屋架平面外计算长度.为支撑
点间的距离,即:
lOy=3X1.507二4.521m
根据屋架平面外上弦杆的计算长度,上弦截面选用两个不等肢角钢,短肢相并,如图2-5所示。
.亠
2L180^1H0*10
图2-5上弦杆截面图
腹杆最大内力N二-47&
55kN,查单臂式桁架节点板厚度选用表
可知,中间节点板厚度选用10mm支座节点板厚度选用12mm设=60,
查Q235钢稳定系数表可知二
需要截面积
N
910.38X1O3
0.807X215
—5247.Oninri^
需要回转半径
1507
~60~
二25.1mm
loy4521
i~=
yX60
75.4mm
根据需要的*、4、4,查角钢型钢表,初选2L180
即A二567牯,"
©
Hmm,.=87.1mm
按所选角钢进行验算:
31?
二4&
15<
[X|=150
X二』二篇二55<
|X|=150
由于入丫>入’,只需求出Gy,查轴心受力稳定系数表,
则:
*二0.847
0A
910.38X103
0.847X5674
二189.43MPa<
215MPa
所以所选用的截面:
-JII■■■•.门符合上弦杆的要求。
上弦截面
如图2-5所示。
下弦杆
整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的cd杆计算,根据
表2-2有\又有:
屋架平面内取节点间轴线长度1^二I。
二MOOOm
屋架平面外根据支撑布置取
lOy二26700/2二k3350m
所需截面面积为:
A^=866-5^1°
\4030.37^
选用2L160X100X10,因为心》心,故用不等肢角钢,
短肢相并,如图2-6所示:
图2-6下弦杆截面图
该截面特征如下:
A二5064rnr2>
4030.37rnn2(符合要求)
ix-28.5mm,i$二77.8mm
长细比计算:
13
3000,,
入厂「
:
厉§
二105^26〈1人丨二350
入”二』二=171.59<
IXI-350
N866.53X103
―厂5064"
7"
耐55徵
对丫轴换算长细比:
b
160.561335047
t
160
yz
y
1716
所以选用截面满足要求,下弦杆截面如图2-6所示
端斜杆aB
杆件轴力N二「478.55kN,bG二2539mm。
因为|血二%,
故采用不等肢角钢,长肢相并,使'
x'
y,选用角钢
2L140X90X10,a=12mm,其截面特性为:
A二4452mm,
-44.7mm
iy=37.0mm
对该截面验算如下:
2539
44?
入厂』二黑二6&
62〈I入丨二150
因为
岂二薯二9<
048』=0.48X弓弟二13.54
t10b290
所以可取
<
150
1.09醐
68.62X1
1.09X904\
25393X102/
二76.23
由于g〉X,只需求O”,查轴心受压杆稳定系数表,
①典二0.733x,于是有:
146.65MPa<
N_478.55X1O3%A_0.733X4452
满足要求。
填板每个节间放两块,填板间距:
L=84,6cm<
40i=40X4.47二178.8cm
斜端杆aB截面如下图2-7所示
图2-7斜端杆aB杆截面图
腹杆
(1)腹杆cf-fG
此杆在f节点处不断开,采用通长杆件。
Ncf二-166.82kN,NfC=-128.69kN
再分式桁架中的斜腹杆,在桁架平面内的计算长度取节点中心间
距I厥二2086mm,在桁架平面外的计算长度:
N2128.69
l0y11(0.750.25-)4172(0.750.25)3934mm
y166.82
选用2L110X10,a=12mm查角钢规格表得
A=cm,ix3.38cm,iy5.00cm
2086
33.8
61.72150,
iy
3934
78.68150
50.0
由于
只需求X。
查表X=,则:
N166820
7A0.699__4252
56.13N/mm215N/mrh
再分腹杆截面如图2-8所示:
…|_--匕
I
■I
图2-8再分腹杆cf-fG截面图
(2)腹杆dg-gJ
此杆在g节点处不断开,采用通长杆件。
Ndg二54.34kN,NgJ=89.60kN
距10<
=224Smm,在桁架平面外的计算长度:
N5434
l0yl,(0.750.25-)4496(0.750.25)4054mm
0yN,89.60
选用2L63X5,a=12mm查角钢规格表得
A=cm,ix1.94cm,iy3.04cm
1ox
丽115・88150,
1oy
4054
133.36150
30.4
斜腹杆受拉则:
N89600
A1229
72.9N/mm215N/mrfi
再分腹杆截面如图2-9所示:
图2-9再分腹杆dg-gJ截面图
(3)斜腹杆bD
杆件轴力:
N=-307.91kN
计算长度:
1山二0.8X2873=2298mm,I叶二2873mm
因为,故采用不等肢角钢,长肢相并,使•1■■o
设60,查Q235钢的稳定系数表,可得0.807,则需要的
截面积为
=1774,65rmi2
N_307.91X103
"
0,807X215
需要的回转半径:
IOx2298
根据需要的A、J、匚,查角钢型钢表,初选2L110X
J二33.8mm,
iy-50.Omm
X二电二曙二6&
0<
[K]二150
Ilwww«
V
2873
50”0
57.5
740
由于入K>入y,只需求出eK,查轴心受力稳定系数表,=°
=97.86MPa<
307.91X10J
0^740X4252
2-10
所以所选用的截面「二符合要求。
斜腹杆bD截面如图所示。
图2-10斜腹杆bD截面图
(4)斜腹杆Bb
试取Bb杆的截面分bD相同,即腹杆Bb截面为.I.;
并
对两杆进行强度和刚度验算:
强度验算:
N37&
45XW3
-==89.OMPa<
A4252
满足强度要求。
刚度验算:
计算长度:
2098
33”8
62.1<
lx]=150
Qy_2622
匚"
50~0
二5Z4〈[入]二150
lOx二0.8X2622二2098mm,lOy二2622mm
满足刚度要求。
(5)腹杆De
试取De杆的截面与Cf相同,即腹杆De截面为江―:
并对杆进行强度和刚度验算:
强度验算:
N219,73X1疋
4252^t68MPa<
215MPa
氐二0.8X2873二2298mm,lOv二2873mm
2298
3^8
X]=150
50.0
=57.5<
[X]=150
竖杆Hd
由于杆件内力较小,按[]
150选择,需要的回转半径为:
N--71,50kN
10)(-0.8X3050=2440mm,1伽二3050mm
Iqx
2440
i二:
—
16.3mm
X[人]
loy
3050
1二:
Z—
20.3mni
y[X]
查型钢表,选截面的5和J较上述计算的J和S略大些。
选用
2L63X5,其截面特性为:
A二*=19以伽,=30.4mm
30?
4
二100.46<
|k|=150
Ok
2440,,
=19>
4=125.77<
|X|=150
由于入x>入#,只需求出查轴心受力稳定系数表,©
=二406,
则:
N_71.501X103
0A~0.406X1229
二143.29MPa<
所以所选用的截面.山:
「工符合要求。
竖杆截面如图2-11所
示:
图2-11竖杆截面图
表2-3屋架杆件截面选择表
名
称
编号
内力
/kN
计算长度
/cm
截面规格
截面
面积
/cm2
回转半径
长细比
容许
长细
比
稳定系数
计算应力九
(Nmm2)
l0x
oy
ix
x
HI、
「l180x110X10
300
1335
-nM60x100X10
—il140X90X10
nriiox10