某廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(共26頁)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書 21m跨度廠房鋼屋架設(shè)計(jì)姓 名： 李 德 海學(xué) 號(hào)： 3080210805班 級(jí)： 土木應(yīng)用08-5班指導(dǎo)教師： 姜 宏日 期： 2012-2-273-4目 錄1、設(shè)計(jì)資料 -12、支撐布置-23、荷載計(jì)算-44、內(nèi)力計(jì)算-55、桿件設(shè)計(jì)-76、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)-141、設(shè)計(jì)資料1.1、結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為21m，總長(zhǎng)90m，縱向柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，屋面坡度為i=1：10。雪荷載為0.35 KN/m2，積灰荷載為1.1 KN/m2。地區(qū)計(jì)算溫

2、度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房?jī)?nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/30t，鍛錘為2臺(tái)5t。1.2、屋架形式及選材本設(shè)計(jì)采用無檁條屋蓋方案屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架跨度為21m，屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：設(shè)計(jì)方案采用Q235鋼，焊條為E43型。1.3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載類型荷載名稱荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）永久荷載三氈四油（上鋪綠豆沙）防水層0.4水泥砂漿找平層0.4保溫層0.6一氈二油隔氣層0.05水泥砂漿找平層0.3預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45屋架自重0.12+0.11x21=0.351可變荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)

3、值0.7積灰荷載1.1雪荷載0.352、支撐布置2.1桁架形式及幾何尺寸布置如下圖2.1、2.2、2.3所示圖2.1 21米跨屋架幾何尺寸圖2.2 21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖2.3 21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2.2桁架支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計(jì)任務(wù)書中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房?jī)?nèi)有橋式吊車2臺(tái)150/30t(中級(jí)工作制 )，鍛錘為2臺(tái)5t，布置下弦縱向水平支撐。符號(hào)說明：SC上上弦支撐；XC下弦支撐；CC垂直支撐;GG剛性系桿；LG柔性系桿3、荷載計(jì)算1.荷載計(jì)算（1）永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.4+0.4+0.6+0.05+0.3

4、+1.45+0.35=3.551 KN/m2永久荷載設(shè)計(jì)值：1.2x3.551=4.26 KN/m2（由可變荷載控制） 1.35x3.551=4.79 KN/m2（由永久荷載控制）（2）可變荷載：0.7+1.1=1.8 KN/m2（取屋面活荷載與雪荷載中最不利值）可變荷載設(shè)計(jì)值：0.7x1.4 x 1.8=1.76 KN/m2（由永久荷載控制）由于4.76+1.76=6.55 KN/m22.52+4.26=6.78 KN/m2，所以按由可變荷載效應(yīng)控制取值并組合。2.荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮三種荷載組合：2.1、使用階段組合一：全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨永久荷載：4.26 x 1.5

5、x 6.0=38.34 KN/m2 全跨可變荷載：2.52 x 1.5 x 1.6=22.68 KN/m2 KN/m22.2使用階段組合二：全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨永久荷載： KN全跨可變荷載： KN2.3施工階段組合三：全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面板活荷載全跨屋架及支撐自重：F4=0.35×1.2×1.5×6=3.78 kN半跨屋面板重及半跨屋面板活荷載：F5=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94 kN2.1、2.2為使用階段荷載情況，2.3為施工階段荷載情況。4、內(nèi)力計(jì)算F=

6、1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已經(jīng)給出。求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見表4.1。表4.1 桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合計(jì)算桿件內(nèi)力/kN全跨左半跨荷載第一種組合F×第二種組合第三種組合左半跨右半跨F2×+F3×F2×+F3×F4×+F45×F4×+F5×上弦桿 AB000000000BC,CD-7.472-5.310-2.162-455.941-406.970-335.511-155.366-80.002-455.941DE,EF-11.

7、262-7.339-3.923-687.207-598.234-520.759-218.266-136.487-687.207FG，GH-12.180-6.861-5.319-743.224-622.589-587.616-210.293-173.377-743.224下弦桿ac4.1003.0101.090250.182225.461181.91587.55741.593250.182ce9.7446.6633.081594.579524.702443.462196.345110.591594.579eg11.9627.3264.636729.921624.777563.768220.601

8、156.202729.921gh11.7685.8845.884718.083584.634584.634185.346185.346718.083斜腹桿aB-7.684-5.641-2.043-468.878-422.542-340.940-164.091-77.955-468.878Bc5.8083.9601.848354.404312.492264.591116.75766.195354.404cD-4.409-2.633-1.776-269.037-228.758-209.321-79.70059.183-269.037De2.7921.2221.570170.368134.76014

9、2.65339.80848.140170.368eF-1.572-0.047-1.525-95.923-59.205-94.8574.817-42.451-95.923Fg0.328-1.0391.36720.051-10.98943.579-23.63433.96620.015gH0.7131.913-1.20043.50770.723 0.120 48.492-26.03343.507豎桿Aa-0.500-0.5000.000-30.510-30.510-30.510-13.860-1.890-30.510Cc-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61

10、.020-3.780-61.020Ee-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Gg-1.000-1.0000.000-61.02-61.020-61.020-61.020-3.780-61.020Hh0000000005、桿件設(shè)計(jì)5.1上弦桿整個(gè)上弦架采用等截面，按FG、GH桿件之最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。 上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。阂?yàn)?，故截面宜采用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并（圖5.1）腹桿最大內(nèi)力N=553.248kN，查表9.6.4，節(jié)點(diǎn)版厚度選用10mm，支

11、座節(jié)點(diǎn)板厚度用12mm。設(shè)=60查附錄4得。需要截面積： 需要的回轉(zhuǎn)半徑：， 根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：， ，滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于 ，只要求，查表得。，所需截面合適。5.2下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按eg桿最大設(shè)計(jì)值計(jì)算。，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得所需截面積： 根據(jù)所需截面積查表選用，不等肢角鋼，短肢相并（圖5.2）。按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算假設(shè)螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣距離約為100mm，則可不考慮截面的削弱影響，取=。則，所需截面滿足要求。5.3端斜桿aB桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度lox=loy=253cm。因?yàn)閘ox

12、=loy，故采用等肢角鋼，選用2L100×10，A=38.52cm2 ，ix=3.05cm，iy=4.6cm，滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。由=66.4，查表得，所以截面滿足要求。5.4腹桿5.4.1 Bc桿（圖5.4.1）桿件軸力： 所需截面積： 桿件計(jì)算長(zhǎng)度： ，選用2L100×10等邊角鋼，滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。由于，查表得，所以截面滿足要求。5.4.2 cD桿（圖5.4.2）桿件軸力： 計(jì)算長(zhǎng)度： ，選用2L90×10等邊角鋼，設(shè)=100查附錄4得，由于，查表得，則，所以截面滿足要求。5.4.3 De桿（圖5.4.3）桿件軸力： 所需截面積： 桿件計(jì)算長(zhǎng)度： ，選用2L9

13、0×6等邊角鋼，由于，查表得，則滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。所選截面滿足要求。5.4.4 eF桿（見圖5.4.4）軸力：，選用2L75×6等邊角鋼，由于，查表得，則滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。所選截面滿足要求。5.4.5 Fg桿（見圖5.4.5）軸力：，選用2L63×6等邊角鋼，由于，查表得，則滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。所選截面滿足要求。5.4.6 gH桿軸力：，選用2L63×6等邊角鋼，滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。由于，查表得，則，所選截面滿足要求。5.5 豎桿（圖5.5）軸力：，選用2L63×6等邊角鋼，滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。由于，查表得，則，所選截面滿足要求。5.6其余各桿件的截

14、面桿件計(jì)算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2計(jì)算長(zhǎng)度/cm容許長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)力/(N/mm2)名稱編號(hào)上弦FG，GH-743.224 2L140×90×12 52.8150.75300150186.4下弦eg729.9212L100×80×8 34.4300.001050250212.2斜腹桿aB-468.878 2L100×1038.52 253.0 253.0 150 121.1Bc354.404 2L75×617.59209.0261.30150215.00cD-269.037 2L90×1034.34229.1286.40

15、150 117.8De170.368 2L90×621.27229.1286.40350118.5eF-95.9232L75×613.82249.92312.40150137.7Fg20.0152L63×614.58249.92312.4015035.2gH 43.5072L63×614.58271.2339.0015087豎桿Aa-30.51 2L50×611.38159.2199.0015051.6Cc-61.02 2L50×611.38183.20229.00150124.7Ee-61.02 2L63×614.5820

16、7.20259.0015082.4Gg-61.02 2L63×614.58231.2289.0015095.66、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6.1下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖6.1）各類桿件的內(nèi)力由表4.1查得。這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)復(fù)桿的內(nèi)力計(jì)算與復(fù)桿與節(jié)點(diǎn)版連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)版的形狀與尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)版的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和

17、裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為34cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.2上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖6.2) Bc桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同。即肢背，肢尖aB桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的

18、應(yīng)力為：上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為400mm。節(jié)點(diǎn)荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時(shí)槽肯定是安全，可不必驗(yàn)算。肢尖焊縫驗(yàn)算如下：滿足要求。6.3屋脊節(jié)點(diǎn)“H”（圖6.3）弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（一條焊縫）：。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為40cm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)

19、算長(zhǎng)度為，焊縫應(yīng)力為：因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。腹桿Hg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同。6.4支座節(jié)點(diǎn)“a”（圖6.4）為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為12mm。6.4.1支座底板的計(jì)算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm×350mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280×180mm2=50400mm2。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中，為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)C30混凝土，底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相