24跨厂房普通钢屋架设计.docx

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24跨厂房普通钢屋架设计

课程设计说明书

土木工程专业2010级1003班

课程钢结构

题目24m跨厂房普通钢屋架设计

姓名

指导教师职称

职称

2013年06月

课程设计评语：

课程设计答辩负责人签字

年月日

1.题目4

2.目的4

3.设计资料4...

4.屋架杆件内力系数与几何尺寸4..

5.荷载和内力计算5...

6.截面选择7...

7.节点设计9...

8.参考资料1..4.

1.题目：

24m跨厂房普通钢屋架设计

2.目的

通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式，结构布置，受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料，连接和基本构件的基本理论，基本知识,进行钢屋架的设计计算。

3.设计资料

某厂房跨度为24m总长度90m柱距6m厂房内设有两台300/50KN中级工作制桥式吊车，地区计算温度高于200C,无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度；屋架采用梯形钢屋架，屋架下弦标高为18m两端铰支在钢筋混凝土柱上，

混凝土柱上柱截面尺寸为400X400mm混凝土强度等级C30,屋面坡度i=1/10;采用1.5X6.0m预应力混凝土屋板，屋架采用的钢材为Q235B焊条为E43型;屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力如附图所示。

荷载：

①屋架及支撑自重：

按经验公式g=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以

m为单位，g为屋架及支撑自重，以KN/tf为单位；

②屋面活荷载：

屋面活荷载标准值为0.7KN/tf，雪荷载标准值为

SK0.5KN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是去两者的

较大值；积灰荷载根据不同学号按附表取值。

③屋面各构造层的荷载标准值：

图124m屋架几何尺寸

图224m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值

图324米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值

5.荷载和内力计算

（1）荷载计算

三毡四油（上铺绿豆砂）

防水层0.4KN/

m2

水泥砂浆找平层

0.4KN/

m2

保温层

0.5KN/

m2（21号）

一毡两油隔气层

0.05KN/

m2

水泥砂浆找平层

0.3KN/

m2

预应力混凝土屋面板

1.45KN/

m2

屋架和支撑自重

0.12+0.11L=0.12

X0.11X24=0.384KN/m2

恒何载总和

3.484KN/

m2

屋面活荷载

0.7KN/

m2

积灰荷载

1.3KN/

m2

可变荷载2.0KN/m2

屋面坡度不大，对荷载影响较小，未予考虑。

风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。

（2）荷载组合

一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，本例在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载

作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。

节点荷载设计值：

按可变荷载效应控制组合

Fd（1.23.481.40.71.40.91.3）1.5661.1KN

按永久荷载效应控制组合

Fd（1.353.481.40.70.71.40.91.3）1.5663.2KN

故节点荷载取为63.2KN，支座反力为Ra8Fd505.6KN。

（3）内力计算

用图解法解出全跨荷载作用下屋架杆件的内力，其内力设计值见下图：

图4：

崖架几何尺寸及肉力團

图5:

15*5000=9090

图6:

桁架下弦示意图

垂直支搏1-1

垂直支撑

6.截面选择

腹杆最大内力560.6KN,选用中间节点板厚为t=12mm支座节点板厚度14mm

（1）上弦

整个上弦不改变截面，按最大内力计算：

Nmax964.4KN,.150.8cm,山300cm（h取两块屋面板宽度）。

选用2L14012，A=65.0cm2，ix4.31cm，iy6.23cm

Sx

x"i"~

x

150.8

"431

X

!

0y

300

6.23

35

48.2

150

yz

双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比

140.58loy

1211.6~b~

0.58300

~14~

12.4

1故由maxyz

yzy（1眯）48.2（1翳鑒）55y

55,按b类查表得

0.833

3

964.4103

0.83365.0102

填板每个节间放一块（满足

178.1Nmm2f215Nmm2

l1范围内部少于两块），

4.31172.4cm

la75.440i40

（2）下弦下弦也不改变截面，按最大内力计算

Nmax958.7KN，lox300cm，l°y1200cm，缘的距离约为100mm可不考虑螺栓孔削弱。

选用2L18011010（短肢相并），A=56.8

连接螺栓孔中心至节点板边

cm2，

ix

3.13cm，iy8.71cm

填板每个节间放一块，I

（3）斜腹杆

①杆件Ba:

N=560.6KN,

选用2L140

故由

x

ix

3.13

l0y

1200

x

I

8.71

300

138

l0x

3

958.7103

2"

56.8102

150cm

loxloy

9010（长肢相连）

yz

b2

y（1

按b类查表得

N

填板放两块，la

3

560.6103

0.71644.6102

84.540i

96

350

350

168.8Nmm2

215Nmm2

80i803.13

250.4cm

253.5cm

A=44.6cm

ix

2.56cm，iy3.73cm

l0x

ix

l0y

T

9.0

253.5

T56

253.5

T73

0.48l°y~b~

晋）68

l0yt

0.716

175.6Nmm2f

40

99.6

150

68

150

②杆件Gg:

N=-63.2KN,

lox

ix

l0x

iy

0.48253.5

9

13.52

（1

1.0994

253.5212

）75.6

215Nmm2

2.59103.6cm

231cm，loy289cm，内力较小可按选择截面。

231

150

289

150

1.54cm

1.93cm

选用2L505,A=9.6cm2,ix1.53cm,iy2.53cm

填板放三块，la28972.2，略大于40i401.5361.2cm,但实际节点板宽

度较大，故仍可够用。

其余杆件截面选择表1，需要注意的是连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度丨00.91，其他腹杆除Aa,Bb夕卜，l°x0.81。

表1屋架杆件截面选用表

杆件

名称

杆件号

内力设计值N

（K2

计算长度（cn）

所用截面

截面积A

（cm2）

计算应力

（Nmm2）

容许长细

比

杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm

填板数

丨ox

loy

上弦杆

I-H'

-929.7

1.508

3.016

2L140X12

65

171.7

150

--

每节间1

2L180X110

下弦杆

1g

/

-e

925.9

3.000

12.000

X10

56.8

163.0

350

每节间1

A

/

-a

-31.6

1.990

1.990

2L63X5

12.3

34.3

150

--

2

2L140X90

10-190

Bz

/

-a

-560.6

2.535

2.535

X10

44.6

175.6

150

6-160

2

0.8X

8-180

Bz

/

-c

434.8

2.608=2.086

2.608

2L80X6

21.2

205.1

350

6-130

2

0.8X

C

/

-c

-63.2

2.290=1.832

2.290

2L50X5

9.6

108.8

150

2

0.8X

8-150

腹杆

D

/

-c

-343.8

2.859=2.287

2.859

2L100X7

27.6

171.6

150

6-100

2

0.8X

6-130

D

/

-e

233.8

2.856=2.285

2.856

2L70X5

13.71

170.5

350

5-90

2

0.8X

E

/

-e

-63.2

2.590=2.072

2.590

2L50X5

9.6

180.4

150

3

0.8X

6-100

F'

/

-e

-155.5

3.129=2.503

3.129

2L90X6

21.2

117.7

150

5-60

3

0.8X

5-60

F'

-g'

70.2

3.119=2.495

3.119

2L50X5

9.6

73.1

350

5-60

2

0.8X

G

-g'

-63.2

2.890=2.312

2.890

2L70X5

13.76

92.1

150

—

3

0.8X

H'

-g'

1.3

3.396=2.717

3.396

2L30X3

3.5

3.7

350

--

3

0.8X

5-60

H'

./-i

-68.0

3.370=2.696

3.370

2L70X5

13.76

105.9

150

5-50

3

I'-i'

0

0.9X3.190=2.871

2L70X5

13.76

0

200

--

2

7.节点设计

（1）下弦节点“c'”（图7）

腹杆与节点板的连接焊缝:

B'-c'杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取

hfi8mm,hf26mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：

肢背Iwi花咒池28178mm，用180mm

13

肢尖lw2咒746T6026120mm，用130mm

腹杆D'-c'，C'-c'的杆端焊缝同理计算，其余各杆件焊缝取值详表1

（屋架杆件截面选用表），其中C-c'杆内力较小，焊缝按构造采用。

根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为350mm410mm。

下弦

与节点板的连接的焊缝长度为410mm，hf6mm。

焊缝所受的左右两下弦杆的

内力差为N728.7298.9429.8KN，肢背的力最大，取肢背进行计算，则肢背处的焊缝应力为：

f用害碍96.4^2160Nmm2，焊缝强度满足要求。

21D.200

图7下弦节点“c'”

（2）上弦节点“B'”（图8）

上弦与节点板的连接焊缝，节点板缩进8mm肢背采用塞焊缝，承受节点荷

载Q=63.2KNhf6mm，|w1|w2431.241.8cm

3

遵%18.0Nmm2fftW1.22160195.2Nmm2

肢尖焊缝承担弦杆内力差N551.10551.1KN，偏心距e142.511.5，

10

偏心力矩M

Ne551.1

11.563.38KN?

m，采用hf2

10mm，则

对N:

551.1103

f20.710418

94Nmm2

对M:

663.38106f20.7104182

155Nmm2

则焊缝强度为

（?

2

2\（155）2

f（1.22）

942158Nmm2

160Nmm2

图8上弦节点“B'”

（3）屋脊节点“I”（图9）

弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸，一般可不计算,拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L140X12,除倒棱外，竖肢需切去

thf51210527mm，取30mm

并按上弦坡度热弯，拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设

hf10mm）

lN929.7103830mm

w0.7hfffw0.710160

共四条焊缝，认为平均受力每条焊缝实际长度

lw竽20228mm

拼接角钢总长度为：

l2lw20222820476mm

11

（4）支座节点“a'”（图10）

1底板计算

支反力Rd505.6KN，混凝土强度C30,仁14.3Nmm2，所需底板净面

积：

An505430335357mm2353.6cm2

锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm,则所需底板毛面积：

AAnA。

353.6245413.2cm2

按构造要求采用底板面积为axb=28X28=784cm2413.2cm2，垫板采用一100

X100X20,孔径26mm实际底板净面积为：

An784245724.4cm2

底板实际应力：

q725需6.98Nmm2

a1（14：

2）2（14124）218.9cm

Mqa20.0566.98189213963Nmm

X22。

12

2加劲肋与底板连接焊缝计算

一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为VJR畔126.4KN，则

MVe126.46.65

840.6KN?

cm

加劲肋高度厚度取与中间节点板相同，采用

hf6mm，贝q

126.4103

20.76（49512）

31.%

6840.6104

20.76（49512）2

25.7Nmm2

■（翟）231.1

3节点板，加劲肋与底板连接焊缝计算

采用hf8mm,实际焊缝总长度:

2（2811.82）

120.893.6cm

焊缝设计应力:

图10支座节点“a'

梯形屋架施工图见附图。

13

8．参考资料

1、戴国欣.钢结构.武汉理工大学出版社，第4版；

2、钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京计划出版社，2003版；

2002版

3、房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）.北京计划出版社，

14