單跨單層廠房鋼屋蓋設(shè)計計算書

第20頁鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書題目：某單跨單層廠房鋼屋蓋設(shè)計專業(yè)：土木工程目錄題目………………..3設(shè)計資料………3屋架形式及幾何尺寸……………..………………..3支撐布置……………3檁條設(shè)計……..……………………..4屋架設(shè)計……..……………………..6桿件截面設(shè)計.…………………….15節(jié)點連接設(shè)計……………………..21（一）題目某單跨單層廠房鋼屋蓋設(shè)計。（二）設(shè)計資料1、鋼材為Q235-B，焊條E43型。2、屋架支承于鋼筋混凝土柱子上，屋架節(jié)點采用焊接方式連接。3、鋼筋混凝土柱高為8m。5、廠房內(nèi)有中級工作制橋式吊車，起重量為Q。6、屋面均布活荷載（不與雪何在同時考慮）為:：輕型屋面取0.30kN/㎡；但計算負(fù)荷面積不超過60㎡時，取0.5kN/㎡。7、屋架形式：三角形鋼屋架。7-1長尺壓型鋼板屋面，屋面坡度為i=1/3，槽鋼檁條（坡向間距750~850mm）。7-2屋架間距：6m。7-3屋架跨度：15m。7-4基本風(fēng)壓為0.35kN/㎡。7-5基本雪壓為0.33kN/㎡。（三）屋架形式及幾何尺寸采用三角形屋架（芬克式），坡度為i=1/3，計算跨度為21m-0.3m=20.7m。跨中起拱為L/500=21000/500=42mm，H=L/6=3450mm，屋面材料采用壓型鋼板。屋架形式及幾何尺寸如圖所示。（四）支撐布置1、根據(jù)車間長度為72m，而支撐間距不宜大于60m，因此宜在沿長度方向第二柱間起布置上弦橫向支撐，這樣就避免了支撐間距大于60m的問題，一共兩道上下弦橫向支撐。具體布置如圖示。2、跨度為21m>18m，應(yīng)設(shè)置2道垂直支撐，但是為了與上下弦的橫向支撐布置在同一柱間，因此只在第二柱間起開始布置垂直支撐，為使支撐交叉桿滿足45度的角度要求，在一個柱間布置兩個交叉桿作為一道垂直支撐。具體布置如圖示。3、屋架上弦不再設(shè)置剛性系桿，由檁條兼作剛性系桿，屋架下弦沿跨中和約1/3處設(shè)置2道柔性系桿。（五）檁條設(shè)計1、荷載匯總屋架自重（包括支撐）估算公式=×L=0.01×21=0.21kN/㎡,可變荷載：檁條坡向間距取728mm,可計算得水平間距為700mm，因此可得受荷面積S=0.728×6=4.428㎡<60㎡，取可變荷載為0.5kN/㎡，暫不考慮風(fēng)荷載。假設(shè)檁條自重為0.13kN/㎡,即0.176kN/m。2、內(nèi)力計算2-1檁條線荷載=0.728×0.176＋0.21＋0.5×0.728=0.71kN/m，=1.2(0.728×0.176＋0.21)＋1.4×0.5×0.728=0.925kN/m,=×sin18.43·=0.292kN/m，=×cos18.43·=0.0.878kN/m。2-2彎矩設(shè)計值=×/8=0.878×/8=3.951kN/m，=×/8=0.878×/8=0.329kN/m。2-3截面初選及強(qiáng)度驗算===24.79選用【10，自重為0.098kN/m，小于假設(shè)值，加上拉條重量認(rèn)為與假設(shè)值相等，查表得=39.7，=16.8，=7.8，=198，=3.95cm,=1.41cm,由于計算截面有孔眼削弱，考慮0.9的折減系數(shù)，則可得凈截面模量為=35.73，=15.12，=7.02，屋面能阻止檁條失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，塑性截面發(fā)展系數(shù)=1.05，=1.2截面a點和b點強(qiáng)度為=＋=＋=144.37Mpa<f=215Mpa=＋=＋=123.45Mpa<f=215Mpa2-4撓度計算V=×==24.71mm>=40mm2-5構(gòu)造要求=6000/39.5=151.9<200滿足要求y方向有系桿，可不推算，即也滿足要求此檁條可兼作屋架平面內(nèi)支撐豎桿或剛性系桿（六）屋架設(shè)計1、荷載計算1-1永久荷載（對水平投影面）屋面板0.2kN/㎡檁條自重0.13kN/㎡屋架及支撐重0.21kN/㎡合計0.54kN/㎡1-2可變荷載1-2-1屋面荷載：此屋架僅受一可變荷載作用且受荷面積為6×21=126>60㎡,取為0.3kN/㎡，與雪荷載相同，因此取屋面活載為0.3kN/㎡。b.風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓為0.35kN/㎡1-3荷載組合a.恒載＋活載b.恒載＋半跨活載c.恒載＋風(fēng)載1-4上弦節(jié)點荷載上弦節(jié)點恒載標(biāo)準(zhǔn)值為P1=0.54×6×0.728=2.39kN下弦節(jié)點恒載標(biāo)準(zhǔn)值為P2=0.3×6×0.728=1.33kN假定基本組合由可變荷載效應(yīng)控制，則上弦節(jié)點荷載設(shè)計值為1.2×2.39＋1.4×1.33=4.73kN假定基本組合由恒載荷載效應(yīng)控制，則上弦節(jié)點荷載設(shè)計值為1.35×2.39＋1.4×0.7×1.33=3.55kN綜上所述，本工程的屋面荷載組合由可變荷載組合控制上弦節(jié)點恒荷載集中荷載（P表示恒荷載）上弦節(jié)點活荷載集中荷載（P表示活荷載）上弦集中荷載及節(jié)點荷載匯總表荷載形式荷載分類集中荷載（設(shè)計值）P（kN）節(jié)點荷載（設(shè)計值）3P（kN）備注恒荷載2.7228.166P=1.2×0.54×0.7×6=2.722kN活荷載1.7645.292P=1.4×0.3×0.7×6=1.764kN恒荷載+活荷載4.48613.458P=2.722+1.764=4.486kN1-5風(fēng)荷載設(shè)計值因為鋼筋混凝土柱高為8m，故取風(fēng)壓高度變化系數(shù)為=1上弦節(jié)點風(fēng)荷載計算簡圖風(fēng)載體形系數(shù)背風(fēng)面=－0.5迎風(fēng)面=－0.328坡度i=1/3即=計算主要承重結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面W1=－1.4×0.328×1×0.35=－0.161kN/㎡方向垂直屋面，為風(fēng)吸力；迎風(fēng)面W2=－1.4×0.5×1×0.35=－0.245kN/㎡方向垂直屋面，為風(fēng)吸力。W1與W2垂直于水平面，分力均小于永久荷載（荷載分項系數(shù)取1.2）所以永久荷載與風(fēng)荷載聯(lián)合作用不致使桿件內(nèi)力變號，因此，風(fēng)荷載影響可不考慮。1-6屋架上弦在檁條處集中荷載設(shè)計值為Q=（1.2×0.54＋1.4×0.35）×0.700×6=4.486kN2、內(nèi)力計算與內(nèi)力組合上弦桿因有節(jié)間荷載故為壓彎桿件，將軸力與彎矩的計算分開進(jìn)行，計算桿件軸力時，取屋架上弦節(jié)點處集中荷載為3Q，將3Q乘以內(nèi)力圖中的內(nèi)力系數(shù)即得各桿件的軸力?？缍戎醒朊總?cè)各兩根腹桿按照壓桿控制其長細(xì)比，因此可不考慮半跨荷載作用的情況，只計算全跨滿載時的桿件內(nèi)力。2-1軸力計算將以上結(jié)果與結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器的結(jié)果進(jìn)行對照，誤差較小，故可視為計算正確。標(biāo)題:三角形鋼屋架內(nèi)力計算內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1-44.01644870.78298482-0.00000000-44.01644870.78298482569.4835452-43.61629920.01491336569.483545-43.61629920.01491336580.3303863-43.0905972-0.79789818580.330386-43.0905972-0.797898180.000000004-42.94155261.041140210.00000000-42.94155261.04114021757.2461165-43.0160749-0.09077537757.246116-43.0160749-0.09077537691.2230236-42.6100565-0.95036484691.223023-42.6100565-0.950364840.000000007-35.41910260.98220771-0.00000000-35.41910260.98220771714.3831048-35.2131590-0.03268682714.383104-35.2131590-0.03268682690.6092029-34.6135064-0.94952089690.609202-34.6135064-0.949520890.0000000010-41.21483020.95821255-0.00000000-41.21483020.95821255696.93085011-40.8152524-0.01235528696.930850-40.8152524-0.01235528687.94455912-40.4412679-0.94585727687.944559-40.4412679-0.945857270.0000000013-39.78871360.970135450.00000000-39.78871360.97013545705.60266514-39.6148038-0.02245903705.602665-39.6148038-0.02245903689.26767515-39.3369184-0.94767642689.267675-39.3369184-0.947676420.0000000016-39.06793240.845305580.00000000-39.06793240.84530558614.81092117-39.21465430.09797009614.810921-39.21465430.09797009686.06690418-39.8989111-0.94327567686.066904-39.8989111-0.943275670.0000000019-40.13099560.81208461-0.00000000-40.13099560.81208461590.64851520-40.61517770.05369551590.648515-40.61517770.05369551629.70254021-41.0983329-0.86578012629.702540-41.0983329-0.86578012-0.0000000022-34.52992900.90510132-0.00000000-34.52992900.90510132658.30178923-35.41323370.04022665658.301789-35.41323370.04022665687.55959224-35.2244599-0.94532797687.559592-35.2244599-0.945327970.0000000025-42.40454970.98220771-0.00000000-42.40454970.98220771714.38310426-42.6159254-0.03268682714.383104-42.6159254-0.03268682690.60920227-43.1441176-0.94952089690.609202-43.1441176-0.94952089-0.0000000028-43.08810690.845305580.00000000-43.08810690.84530558614.81092129-44.01644870.09797009614.810921-44.01644870.09797009686.06690430-44.4165983-0.94327567686.066904-44.4165983-0.94327567-0.00000000319.754188330.00000000-0.000000009.754188330.00000000-0.00000000325.27047313-0.00000000-0.000000005.27047313-0.000000000.0000000033-8.676795650.00000000-0.00000000-8.676795650.000000000.0000000034-8.67679565-0.00000000-0.00000000-8.67679565-0.000000000.00000000355.046378920.00000000-0.000000005.046378920.00000000-0.00000000369.47771619-0.000000000.000000009.47771619-0.000000000.0000000037-2.846701910.00000000-0.00000000-2.846701910.000000000.00000000384.45043734-0.000000000.000000004.45043734-0.00000000-0.0000000039-5.11956521-0.000000000.00000000-5.11956521-0.00000000-0.00000000404.66952028-0.000000000.000000004.66952028-0.00000000-0.000000004118.60605820.00000000-0.0000000018.60605820.000000000.000000004213.95604850.000000000.0000000013.95604850.000000000.0000000043-5.10771002-0.000000000.00000000-5.10771002-0.00000000-0.00000000440.003750400.00000000-0.000000000.003750400.000000000.0000000045-4.92927927-0.000000000.00000000-4.92927927-0.00000000-0.0000000046-5.180121390.00000000-0.00000000-5.180121390.000000000.00000000474.44389620-0.000000000.000000004.44389620-0.00000000-0.0000000048-2.795036550.00000000-0.00000000-2.795036550.000000000.000000004913.59979420.00000000-0.0000000013.59979420.000000000.000000005017.94443670.00000000-0.0000000017.94443670.000000000.00000000514.26336045-0.000000000.000000004.26336045-0.00000000-0.0000000052-2.767667300.00000000-0.00000000-2.767667300.000000000.0000000053-2.87677472-0.000000000.00000000-2.87677472-0.00000000-0.000000002-2彎矩計算端部第一節(jié)間跨度1/3處正彎矩為0.8=0.8×3.10=2.48其他節(jié)間跨中1/3處正彎矩以及節(jié)點處的負(fù)彎矩為0.6=0.6×3.10=1.86（七）桿件截面設(shè)計選擇原則，一般情況下桿件截面的最小厚度為5mm，角鋼桿件或者T型鋼的懸伸肢寬不得小于45mm，由表查得桁架節(jié)點板的厚度取8mm。1、上弦桿計算長度上弦桿不改變截面，按照最大內(nèi)力設(shè)計=－191.55kN=2.48=1.86選用截面，其截面幾何特征為截面面積A=21.274（）截面抵抗矩回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比屬于b類截面取查表即得歐拉力穩(wěn)定系數(shù)a.平面內(nèi)穩(wěn)定性計算此端節(jié)點弦桿相當(dāng)于兩端支撐桿件，其上作用有段彎矩和橫向荷載并為異號曲率的情況，故取等效彎矩系數(shù)。用跨中最大正彎矩驗算=對于這種組合T形截面桿件，在彎矩效應(yīng)較大時，可能在較小的翼緣一側(cè)因受拉塑性區(qū)的發(fā)展而導(dǎo)致桿件失穩(wěn)，因此，還應(yīng)驗算截面的另一側(cè)顯然另一側(cè)不控制平面內(nèi)失穩(wěn)，故平面內(nèi)穩(wěn)定得以保證。b.平面外穩(wěn)定性驗算關(guān)于梁的整體穩(wěn)定性系數(shù)，由于，因所考慮構(gòu)件內(nèi)有端彎矩和橫向荷載同時作用，且使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率，因此取用跨中最大正彎矩根據(jù)支撐布置情況，可知上弦節(jié)點處均有側(cè)向支撐得以保證其不發(fā)生平面外失穩(wěn)，課不必驗算節(jié)點處的平面外穩(wěn)定，只需要驗算其強(qiáng)度。c.強(qiáng)度驗算上弦桿節(jié)點“2”處的彎矩較大，且又比較小，因此按照截面上無翼緣一邊的強(qiáng)度進(jìn)行驗算。2、下弦桿下弦桿不改變截面，按照最大內(nèi)力設(shè)計，取=181.683kN，計算長度選用截面截面幾何特征：截面面積：回轉(zhuǎn)半徑：長細(xì)比：強(qiáng)度驗算：3、腹桿節(jié)點板的厚度取6mm。a.桿件2-7，5-9：截面選擇兩根桿的內(nèi)力相同，計算長度基本相同，選取同一種截面L45×4，其截面幾何特性為截面面積：回轉(zhuǎn)半徑：長細(xì)比：屬于b類截面因此取，查表可得當(dāng)計算截面連接的是單角鋼桿件時，鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)進(jìn)行折減，其中，按照軸心受力構(gòu)件計算強(qiáng)度時，強(qiáng)度折減系數(shù)為0.85。強(qiáng)度驗算：b.桿件4-9，3-7：截面選擇兩根桿的內(nèi)力相同，計算長度基本相同，選取同一種截面2L45×4，其截面幾何特性為截面面積：回轉(zhuǎn)半徑：長細(xì)比：屬于b類截面因此取，查表可得強(qiáng)度驗算：c.桿件4-8，3-8：截面選擇取最大內(nèi)力N=兩根桿的內(nèi)力基本相同，計算長度基本相同，選取同一種截面2L45×4，其截面幾何特性為截面面積：回轉(zhuǎn)半徑：長細(xì)比：屬于b類截面因此取，查表可得強(qiáng)度驗算：d.桿件6-9：截面選擇內(nèi)力為N=78.51kN選取截面2L50×6，其截面幾何特性為截面面積：回轉(zhuǎn)半徑：長細(xì)比：屬于b類截面因此取，查表可得強(qiáng)度驗算：e.桿件8-9：截面選擇內(nèi)力為N=53.32kN選取截面2L50×6，其截面幾何特性為截面面積：回轉(zhuǎn)半徑：長細(xì)比：屬于b類截面因此取，查表可得強(qiáng)度驗算：f.桿件6-10：截面選擇連接垂直支撐的豎向腹桿，其計算長度=0.9×3450=3105mm，查看《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中表19-8可知，選擇2L50×5十字形相連即符合要求，可不必再進(jìn)行驗算。將所選擇截面的桿件布置總結(jié)在下表中桿件截面選擇表桿件內(nèi)力kN截面規(guī)格截面積計算長度mm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名稱編號上弦桿節(jié)點1-5-191.6等邊雙肢90×621.274218521852.793.9878.366.71500.770.887154.76下弦桿節(jié)點6-8181.7不等邊雙肢100×80×621.2744600103502.44.61191.7224.535085.4腹桿2-75-9-12.79等邊單肢45×42.5695827281.42.1441.662.21500.79660.48桿件4-93-720.23等邊雙肢45×45.318184023001.42.14131.4111.93500.38199.84桿件3-84-8-22.34等邊雙肢45×45.318169621201.42.14121.1103.81500.43197.47桿件6-978.51等邊雙肢50×611.38184023001.522.4121.197.3350159.75桿件8-953.32等邊雙肢50×611.38276034501.522.4181.6144.8350212.08桿件6-100等邊十字交叉50×59.609（八）連接節(jié)點設(shè)計1、一般桿件連接焊接焊縫設(shè)計構(gòu)造要求：焊縫最小尺寸為，這里，我們?nèi)=8mm>6，，因此取。桿件1-2所需焊縫長度：肢背：肢尖：桿件2-3所需焊縫長度：肢背：肢尖：桿件3-4所需焊縫長度：肢背：肢尖：桿件4-5所需