鋼結(jié)構(gòu)廠房屋架設(shè)計(jì)

1、 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)廠房屋架設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 李銘 班 級(jí)： 土木091 學(xué)生姓名： 朱燦 學(xué) 號(hào)： 37 設(shè)計(jì)時(shí)間： 麗水學(xué)院工學(xué)院土木工程系1、設(shè)計(jì)資料某廠房總長(zhǎng)度60m，橫向跨度18m，縱向柱距6m。1. 結(jié)構(gòu)形式:鋼結(jié)構(gòu)廠房，梯形鋼屋架。屋面坡度i=1/10；L為屋架跨度，屋面結(jié)構(gòu)采用有檁體系；地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房?jī)?nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/30t（中級(jí)工作制）。2. 屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q235鋼，焊條為E50型；3.荷載

2、：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載1.3k，屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 防水層 0.1 保溫層 0.4 屋面板 0.85懸掛管道 0.05 2、 結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖所示 圖一：18米跨梯形屋架幾何尺寸根據(jù)上述條件設(shè)計(jì)梯形屋架支撐布置如圖所示： 圖二：支于鋼筋混凝土柱頂?shù)奶菪挝菁苤尾贾?a)上弦平面橫向支撐；(b)下弦平面橫向支撐；(c)屋脊處垂直支撐；(d)屋頂處

3、的屋架垂直支撐 1垂直支撐；2剛性系桿；3柔性系桿；4屋架；5柱頂連系梁3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值1)按屋面水平投影計(jì)算永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面坡度i=1/10； 防水層自重： 保溫層自重： 屋面板自重： 懸掛管道自重： 屋架及支撐自重： 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： ?。?2)雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（屋面水平投影）屋面傾角<，故。又雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，故取屋面可變荷載為。3) 積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值 積灰荷載為：設(shè)計(jì)屋架時(shí)考慮一下三種組合： 1)全跨永久荷載+全跨可變荷載按可變荷載效應(yīng)控制組合計(jì)算：永久荷載，屋荷載，屋面積灰荷載 節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：按永久荷載效應(yīng)控制組合計(jì)算：永久荷載，屋面活荷載，屋面積灰荷載節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)

4、計(jì)值：故應(yīng)取節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值P=42.2462)全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：3) 全跨屋架自重+半跨屋面板自重+施工活荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載： 半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及屋面活荷載：第1)、2)種為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，第3)種為施工時(shí)節(jié)點(diǎn)荷載情況。桿件的內(nèi)力計(jì)算 圖三：18米跨度全跨屋架桿件內(nèi)力系數(shù)為a 圖四：半跨屋架桿件內(nèi)力系數(shù)：左半跨為b，右半跨為c （由于屋架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)所以只需計(jì)算其中一個(gè)半跨）桿件名稱第一種組合第二種組合第三種組合計(jì)算桿件內(nèi)力上弦000000-262.812-226.382-162.853-115.051-61.016-262.812-262.81

5、2-226.382-162.853-115.051-61.016-262.812-379.918-310.052-252.622-151.684-102.836-379.918-379.918-310.052-252.622-151.684-102.836-379.918-384.523-284.747-284.747-128.802-128.802-384.523-384.523-379.918-379.918-262.812-262.8120000下弦146.594128.76688.34566.29431.914146.594336.363271.760204.023141.47883.

6、863336.363392.001322.226307.231145.721116.893392.001392.001336.363146.594斜腹桿-274.683-241.284-165.533-124.225-124.225-274.683200.204168.125128.38583.96283.962200.204-142.876-110.112-101.493-51.524-44.193-142.87679.59148.80969.06918.04435.27779.591-29.1502.606-45.77815.551-30.341-45.778,15.551-19.518-

7、49.75820.852-36.56723.491-49.758,23.491-19.518-29.15079.591-142.876200.204-274.683豎桿-21.123-21.942-9.342-12.434-1.717-21.942-42.246-43.884-18.684-24.868-3.434-43.884-42.246-43.884-18.684-24.868-3.434-43.88434.30425.40325.40311.49111.49134.304-42.246-42.246-21.123表1：4、截面選擇腹桿最大內(nèi)力為274.683kN，選用中間節(jié)點(diǎn)板厚度為t

8、=8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度10mm。（1）上弦桿整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算：計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度 ，雙角鋼截面不論對(duì)x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)需要截面回轉(zhuǎn)半徑：查附表1.20，得b類截面時(shí)，。需要截面積：由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用不等邊角鋼短邊相連方案時(shí)得，供給截面積>15.4,合適。截面驗(yàn)算： 故：<150,并且大于故由，按b類查表得截面尺寸滿足要求。每個(gè)節(jié)間放一塊填板均勻分布，尺寸：（2）下弦桿下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。（因跨中有通長(zhǎng)系桿）因屋架只承受靜力荷載，對(duì)拉桿可只計(jì)算其在豎向平面內(nèi)的長(zhǎng)細(xì)比，=350需要的截面回轉(zhuǎn)半徑為：需要的

9、面積為：由需要的，采用不等邊角鋼短邊相連方案時(shí)得：，截面驗(yàn)算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個(gè)節(jié)間放一塊填板，尺寸：間距：<，取150cm。（3） 斜腹桿1、端斜腹桿aB桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度： ，雙角鋼截面不論對(duì)x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)，查表得需要截面回轉(zhuǎn)半徑：需要截面積：由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時(shí)得，供給截面積>合適。截面驗(yàn)算：< 故：<，并且大于故由，按b類查表得截面尺寸滿足要求。每個(gè)節(jié)間放兩塊填板均勻分布，尺寸：2、斜腹桿最大拉力：最大壓力：按最大壓力進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算值為。由于節(jié)點(diǎn)板的嵌固作用，桁架平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度：節(jié)點(diǎn)板在桁

10、架平面外的剛度很小，故桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：雙角鋼截面不論對(duì)x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)，查表得需要截面回轉(zhuǎn)半徑：需要截面積：由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時(shí)得 ，供給截面積>合適。截面驗(yàn)算：< 故：<由，只需要求按b類查表得由腹桿壓力大于拉力，故可不必驗(yàn)算拉應(yīng)力。截面尺寸滿足要求。每個(gè)節(jié)間放三塊填板，尺寸：間距：<，取80cm。3、斜腹桿斜腹桿拉力設(shè)計(jì)值為：平面內(nèi)外計(jì)算長(zhǎng)度分別為：需要的面積為：選用等邊角鋼，提供截面驗(yàn)算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個(gè)節(jié)間放兩塊填板，尺寸：間距：<，取90cm。4、豎桿桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度： ，雙角

11、鋼截面不論對(duì)x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)，查表得需要截面回轉(zhuǎn)半徑：需要截面積：由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時(shí)得，供給截面積>合適。截面驗(yàn)算：<< 故：<故由，按b類查表得截面尺寸滿足要求。每個(gè)節(jié)間放兩塊填板，尺寸：間距：<，取70cm。表2：桿件內(nèi)力計(jì)算值（kN）計(jì)算長(zhǎng)度(cm)截面形式及規(guī)格A()回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值弦桿FG-384.523150.75300362.596.6558.245.10.768eg392.00130088518.91.43.75214.3236斜腹桿aB-274.68325325323.83.104.

12、3681.6185.480.732108.3Bc200.204209.04261.311.142.183.1695.8983.22186Dc-142.876229.12286.423.83.104.3673.965.680.72684.48De79.591229.12286.411.142.183.1695.8983.2273.0Fe-45.778249.92312.411.142.183.16114.698.860.407100.46Fg-49.758249.92312.411.142.183.16114.698.860.40799.99豎桿Ee-43.884207.225912.281.9

13、42.98106.889.60.51369.66Gg34.304231.228912.281.942.98119.296.9754.455、 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)“c” 已知采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計(jì)值設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取?！癈c”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例

14、繪出節(jié)點(diǎn)詳圖如圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為33.5cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差： 受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： <焊縫強(qiáng)度滿足要求。（2）下弦節(jié)點(diǎn)“e”已知采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計(jì)值設(shè)“De”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，加后取。肢尖內(nèi)力比肢背小，焊縫長(zhǎng)度取。設(shè)“Fe”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，加后取。肢尖內(nèi)力比肢背小，焊縫長(zhǎng)度取?！癊e”桿內(nèi)力為：43.884kN, <,焊縫長(zhǎng)度取，肢尖的力比

15、肢背小，焊縫長(zhǎng)度取 根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖如圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為30.5cm，。焊縫所受的力按弦桿受力的15%計(jì)算： 受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： <焊縫強(qiáng)度滿足要求。（3）下弦節(jié)點(diǎn)“g”已知采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計(jì)值拼接板的截面取與下弦桿相同的角鋼，為了使拼接角鋼和原來(lái)的角鋼相緊貼，對(duì)接角鋼頂部截去棱角，寬度為角鋼內(nèi)接圓半徑r，對(duì)其豎直邊應(yīng)割去=19m。連接焊縫的強(qiáng)度條件可求出拼接角鋼的總長(zhǎng)度為： 連接焊縫取370mm。設(shè)“Fg”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為

16、（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，加后取。肢尖受力比肢背小，焊縫取?！癋g”的焊縫尺寸與“Fg”相同。設(shè)“Gg”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，加后取。肢尖受力比肢背小，焊縫取?！癈c”桿內(nèi)力為：43.884kN, <,焊縫長(zhǎng)度取肢尖的力比肢背小，焊縫長(zhǎng)度取 根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖如圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為30cm，。焊縫所受的力按弦桿受力的15%計(jì)算： 受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： < 焊縫強(qiáng)度滿足要求。（

17、4）上弦節(jié)點(diǎn)“B” 已知采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計(jì)值“Bc”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c”相同。已知設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按不等邊角鋼長(zhǎng)肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。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(lái)。槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得到： 肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差,肢背采用槽焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。 上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為

18、290mm，則 < 焊縫強(qiáng)度滿足要求。（5） 上弦節(jié)點(diǎn)“D” “Dc”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c”相同，肢背焊縫長(zhǎng)度取80mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度取60mm。 “De”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“e”相同，肢背和肢尖焊縫長(zhǎng)度均取60mm 肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差,肢背采用槽焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。 上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為240mm，則 < 焊縫強(qiáng)度滿足要求。（6） 上弦節(jié)點(diǎn)“F” “Fe”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“e”相同，肢背和肢尖焊縫長(zhǎng)度均取60mm。 “Fg”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“g”相同，肢背和肢尖焊縫長(zhǎng)度均取60mm。 上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為260mm

19、 肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差,肢背采用槽焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。內(nèi)力都很小，無(wú)需驗(yàn)算。 焊縫強(qiáng)度滿足要求。（7） 上弦節(jié)點(diǎn)“C”和“E” “Cc”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c”相同，肢背和肢尖焊縫長(zhǎng)度均取60mm。取 豎桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長(zhǎng)度為60mm，則： 焊縫強(qiáng)度滿足要求。 弦桿內(nèi)力較小，經(jīng)驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度滿足要求。（8） 屋脊節(jié)點(diǎn)“G” 豎桿內(nèi)力不大，可按構(gòu)造要求決定焊縫尺寸。 弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為了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（一般為=21mm）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫長(zhǎng)度為（一條焊縫）拼接角鋼的長(zhǎng)度，拼接角鋼長(zhǎng)度取400mm。根據(jù)腹桿內(nèi)力，取節(jié)點(diǎn)板尺寸為：，上弦與節(jié)點(diǎn)板肢尖的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，計(jì)算長(zhǎng)度為，節(jié)點(diǎn)荷載為：焊縫承受的剪應(yīng)力：，滿足上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的鏈接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)