鋼結(jié)構(gòu)課程設計(單層工業(yè)廠房)

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1、 鋼結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房課程設計 指導教師：曹 現(xiàn) 雷 班 級：土 133 班 姓 名：楊 駿 學 號： 139044535 日 期： 目 錄 .. 1 ..1 ..2 ..3

2、 ..4 ..4 ..5 10 11 一、設計資料： 某廠房車間設有兩臺 10 噸中級工作制吊車。車間無腐蝕性介 質(zhì)。該車間為單跨雙坡封閉式廠房， 屋架采用梯形桁架式鋼屋架， 屋架下弦標高 9m，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上， 柱截面尺寸為 400 ㎜ 400 ㎜，混凝土強度等級為 C30。屋面采用壓型鋼板屋面， C 型檁條，檁距為 1.2m~2.6m。屋面恒荷載（包括屋面板、保溫 層、檁條、屋架及支撐等）取值參考教材 中規(guī)定。

3、活荷載標 準值取 0.5kN/mm2；雪荷載標準值取 0.2，不考慮積灰荷載和積雪 不均勻分布情況。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為γ 0=1.0。屋架采用 Q235B 鋼， 焊條采用 E43 型。 設計時，荷載按以下情況組合： a. 恒載 +全跨活荷載（或雪荷載） b. 恒載 +半跨活荷載（或雪荷載） 二、屋架形式及幾何尺寸 屋架及幾何尺寸如圖 1 所示，檁條支承于屋架上弦節(jié)點。檁 距為 2267.5mm，水平投影距離為 2250mm。屋架坡度為 α= arctan = 7.13。

4、 圖 1 屋架形式和幾何尺寸 三、支撐的布置 依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》 GB50011-2001，支撐布置圖如圖 2 所示，上、下弦橫向水平支撐設置在廠房兩端和中部的同一柱間，并在相應開間的屋架跨中設置豎直支撐，在其余開間的屋架下弦跨中設置一道通長的剛性細桿，上弦通過水平支撐在節(jié)點處設置通長的剛性細桿。下弦兩端設縱向水平支撐。故上弦桿在屋 架平面外的計算長度等于橫向支撐的節(jié)距。支撐的布置見圖2。

5、 上弦水平支撐布置圖 下弦水平支撐布置圖 1-1 中部垂直支撐布置圖 2-2 端部垂直支撐布置圖 圖 2 支撐的布置圖 四、檁條布置 檁條設置在屋架上弦的每個節(jié)點上，間距 2267.5mm 。水平投影距離為 2250mm。屋架間距為 7.2m ， 所以在檁條跨中三分點處設兩道直拉條。在屋脊

6、和屋檐 分別設置斜拉條和撐桿。檁條布置見圖 3。 圖 3 檁條布置圖 五、材料自重及荷載 已知：彩色壓型鋼屋面板： 0.15KN/ 保溫層及燈具： 0.15KN/ C 型檁條自重： 0.10KN/ 屋架及支撐自重：  q=0.318KN/ 雪荷載（水平投影面） ：  0.2KN/ 活荷載（水平

7、投影面）  ：  0.5KN/ 六、荷載計算 1：永久荷載（恒載）計算： 彩色壓型鋼屋面板： 0.15/ = 0.151 KN/ 保溫層及燈具 0.15/ = 0.151 KN/ 檁條自重： 0.1KN/ 屋架及支撐自重： q = 0.318KN/ 合計： 0.720KN/ 恒載設計值按分項系數(shù) 1.2 取 為： 按分項系數(shù) 1.35 取 為： =0.720*135=0.972 KN/ 2：活載計算： > 雪荷載，所以，不考慮雪 荷載。 由于 + =

8、 0.864 + 0.7 = 1.564 > + 0.7 * 故永久荷載不起控制作用。所以，恒載按分項系數(shù)  = 1.462， 1.2 設計。 故有上弦節(jié)點恒荷載為 活荷載為 故可得各桿件的內(nèi)力大小，見圖 4。 圖 4 屋架各桿件內(nèi)力組合表 七、桿件截面選擇 （假定軸力 拉為正，壓為負） 1、上弦桿中內(nèi)力最大的

9、為 4-5， = -156.864 KN， = 226.8cm, = 453.6cm。 選用 2L 90 x 6 角鋼，A=2 * 10.6 = 21.2, =2.79cm, =3.91cm 長細比： = = = 81.3 < [λ] = 150 = = = 116 < [λ ] = 150 = ξ = 3.9 x = 58.5 > , = [1+0.16 ] = 116*[1+0.16 ] =120.7 查表得 = 0.683 = 0.434

10、 σ = =170.5 N/ < f =215 N/ 滿足要求。 2、下弦桿中內(nèi)力最大的為  7-8，  = 161.497 KN， =225cm,  = 225 cm。 選用  2L 90 x 6 角鋼，  A = 2  *  10.6 = 21.2  ,  =2.79cm, =3.91cm σ = =76.2 N/ < f =215 N/ 受拉桿件的容許長細比 [

11、λ =] 350 長細比： = = = 80.6 < [λ] =350 = = = 57.5 < [λ ] = 350 滿足要求。 3、斜腹桿  2-6，  = -130.433 KN  ， = 306.5 cm,  = 306.5 cm。 選用 2L 80 x 6 角鋼，A = 2 * 9.4 = 18.8 , =2.47cm, =3.51cm 長細比： = = = 124.1 < [λ] = 150 = = =

12、87.3 < [λ ] = 150 = ξ = 3.9 x = 52 > , = [1+0.16 ] = 87.3*[1+0.16 ] =92.3 查表得 = 0.416 = 0.606 σ = =166.8 N/ < f =215 N/ 滿足要求。 4、斜腹桿  2-7，  = 66.558 KN， = 245.2cm,  = 306.5 cm。 選用  2L 70 x 5 角鋼， A = 2

13、  *  6.87 = 13.74  ,  =2.16cm, =3.09cm σ = = 48.44 N/ < f =215 N/ 受拉桿件的容許長細比 [λ]= 350 長細比： = = = 113.5 < [λ] = 350 = = = 99.2 < [λ ] = 350 滿足要求。 5、斜腹桿 4-7， = -26.127 KN， = 277.8 cm, = 347.2 cm。 選用 2L 70 x 5 角鋼， A =

14、 2 * 6.87 = 13.74, =2.16cm, =3.09cm 長細比： = = = 128.6 < [λ] = 150 =  =  = 112.4 < [λ ] = 150 = ξ  = 3.9 x  = 54.6 > ， = [1+0.16 ] =112.4*[1+0.16 ] =116.6 查表得 = 0.394 = 0.455 σ = = 48.

15、3 N/ < f =215 N/ 滿足要求。 6、斜腹桿  4-8，  = -14.936 KN， = 277.8 cm,  = 347.2 cm。 選用  2L 70  x  5  角鋼，A=2*  6.87=13.74  ,  =2.16cm, =3.09cm 長細比： = = = 128.6 < [λ] = 150 = = = 113.1 < [λ ] = 150

16、 = ξ = 3.9 x = 54.6 > ， = [1+0.16 ] =113.1*[1+0.16 ] =117.3 查表得 = 0.394 = 0.432 σ = = 27.6 N/ < f =215 N/ 滿足要求。 7、豎腹桿 1-6， = -12.659 KN， = 180 cm, = 180 cm。 選用 2L 50 x 5 角鋼， A = 2 * 4.8 = 9.6 , =1.53cm, =2.30cm 長細比： = = =

17、 117.6 < [λ] = 150 = == 78.3 < [λ ] = 150 = ξ = 3.9 x = 39 > ， = [1+0.16 ] =78.3*[1+0.16 ] =81.4 查表得 = 0.450 = 0.646 σ = = 29.3 N/ < f =215 N/ 滿足要求。 8、豎腹桿  3-7，  = -25.137 KN， = 189 cm,  = 236.3 cm。 選用 2L 50 x 5 角

18、鋼， A = 2 * 4.8 = 9.6 , =1.53cm, =2.30cm 長細比： = = = 123.5 < [λ] = 150 = = = 102.7 < [λ ] = 150 = ξ = 3.9 x = 39 > ， = [1+0.16 ] =102.7*[1+0.16 ] =105 查表得 = 0.419 = 0.523 σ = = 62.5 N/ < f =215 N/ 滿足要求。 9、豎腹桿 5-8， = 13.621 KN， =

19、 234cm, = 292.5 cm。 選用 2L50 x 5角鋼， A = 2 * 4.8 = 9.6 , =1.53cm, =2.30cm σ = = 14.2 N/ < f =215 N/ 受拉桿件的容許長細比 [ λ =] 350 長細比： = = = 152.9 < [λ]= 350 = = = 127.2 < [λ ] = 350 滿足要求。 各桿件截面選擇匯總見下表

20、 八、各腹桿的焊縫尺寸計算 （除支座處節(jié)點板厚度為 t = 8mm 外，其余節(jié)點板厚度節(jié)點 板厚度均為 t=6mm 。） 1、先計算內(nèi)力最大的腹桿 2-6 ， =-130.433 KN 。 所需最小焊縫寬度  ： ≥ 1.5  = 1.5*  = 3.7mm  ， 角鋼肢尖處最大焊縫寬度  :  ≤  6  –(1~2)

21、 = 4 ~ 5mm, 角鋼肢背出最大焊縫寬度  :  ≤ 1.2 t = 7.2mm  。 所以  角鋼肢尖和肢背處都取  = 5 mm  。 所需焊縫長度： ≥ + 2 = 91.5mm 取 100mm ≥  + 2  =  44mm  取  80mm

22、 2、腹桿  2-7，  = 66.558 KN  ，取  = 4 mm 所需焊縫長度： ≥ + 2 = 60.0mm 取 80mm ≥ 其余腹桿內(nèi)力均小于桿  + 2 = 30.3mm 取 80mm 2-7 ，所以可取其余各腹桿的焊縫尺 寸，如下表所示：

23、 九、節(jié)點板的設計 (節(jié)點板的尺寸根據(jù)所匯交腹桿端部的焊縫設計長度確定 ) 附：節(jié)點編號如下圖 1、節(jié)點板“ 3”驗算： 1’ 槽:焊縫驗算 節(jié)點板與上弦角鋼肢背采用槽焊縫（滿焊）連接，并由此槽焊 縫支撐上弦集中荷載 P（ P = 13.977 KN ）。取槽焊縫寬度 = 0.5t =

24、 3mm ，得 = 130 –2*3 = 124 mm 。 = = 26.8KN/ < = 1.22 * 160=195.2 KN/ 。 由此可見因為上弦集中荷載很小，所以后面的節(jié)點板可不需 驗算槽焊縫。 2’： 因節(jié)點板“ 2”左右兩端桿件內(nèi)力相等，所以節(jié)點板傳遞的內(nèi)力差 N= 0 ，所以不需驗算上弦桿與節(jié)點板的肢尖焊縫，按照構(gòu)造要求滿焊即可。 2’ 節(jié):點板強度及穩(wěn)定性驗算 力作用下強度驗算：由圖量出 = 186 mm ， σ= = 22.9 N/ < f = 2

25、15 N/ 滿足要求。 因節(jié)點板“ 1”同樣不傳遞上弦桿內(nèi)力，且桿件內(nèi)力很小 （N = -12.659 KN ）所以可不驗算節(jié)點板“ 1”。 2、節(jié)點板“ 2”驗算： 1’ 上:弦肢尖角焊縫驗算 節(jié)點板與上弦桿的焊縫連接只傳遞節(jié)點板兩端桿件的內(nèi)力差 ΔN( N= -145.649 KN) 。采用雙面貼角焊縫（滿焊）連接承擔內(nèi) 力差

26、 ?N。取角焊縫寬度為 5mm ，所以得 = 400 –2*5 = 390mm ，內(nèi)力差 N= -145.649 KN，偏心距 e = 65mm，偏心彎矩 M = ΔN*e 。 = 53.4 N/ = = 53.4 N/ 。 = = 69.0 N/ < =160 N/ 1 - 2 桿與節(jié)點板間理論上不傳力，但按照節(jié)點構(gòu)造要求，采 用與桿 2 –3 相同的焊縫。 2’ 節(jié):點板強度及穩(wěn)定性驗算 力作用下強度驗算：由圖量出 = 213 mm ，

27、 σ= = 102.1 N/ < f = 215 N/ 力作用下節(jié)點板拉剪驗算： = 49.9 =90 = 40.1 = 57.3mm = 70mm = 88.4mm = 0.739 = 1 = 0.794 =60.85N/ =130.433KN 節(jié)點板的

28、自由端長度 = =53.3<60 節(jié)點板“ 2”滿足要求。 3、節(jié)點板“ 4”驗算 由節(jié)點板“ 2”可知，槽焊縫可不需再驗算，只需滿焊即可。 1’ 上:弦肢尖角焊縫驗算 節(jié)點板只傳遞桿 3-4 和 桿 4-5 的內(nèi)力差 ?N = 11.215 KN 。 取角焊縫寬度為 5mm ，且焊縫長度為滿焊，所以得 = 340  –2*5 = 33

29、0 mm  ，內(nèi)力差  N =-11.215 KN，偏心距 e=65mm  ，偏心彎矩  M =  N*e。 = 5.7 N/ = = 4.9 N/ = = 6.8 N/ < =160N/ 2’ 節(jié):點板強度及穩(wěn)定性驗算 力作用下強度驗算：由圖量出 = 184 mm σ= = 23.7 N/ 力作用下強度驗算：由圖量出  < f = 215 N/

30、 = 186 mm σ= = 13.4 N/ < f 對于無豎腹桿的節(jié)點板， c/t = 51/6 = 8.5 節(jié)點板的穩(wěn)定承載力為：  = 215 N/ ≤ 10  時， 0.8 t f = 0.8 * 184 * 6 * 215 * = 190.0 KN> = 26.317KN 節(jié)點板的自由端長度 = =35.8<60 節(jié)點板“ 4”設計滿足要求。 4、節(jié)點板“ 7”驗算

31、 1’ 節(jié):點板與下弦桿連接焊縫： 節(jié)點板“ 7”只傳遞桿 6-7 和 桿 7-8 的內(nèi)力差 N= -65.799 KN 取下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫寬為 = 5 mm 肢背焊縫長度 為 : ≥ +2 = + 2 = 51.1 mm 肢尖焊縫則更小，所以無需再計算，肢尖、肢背均滿焊即可。 2’ 節(jié):點板強度及穩(wěn)定性驗算 力作用下

32、強度驗算：由圖量出 = 178 mm σ= = 24.5 N/ 力作用下強度驗算：由圖量出  < f = 215 N/ = 182 mm σ= = 23.2 N/ < f = 215 N/ 力作用下節(jié)點板拉剪驗算： = 42.8 =90 = 47.2 = 75mm = 70mm = 63mm = 0.694 = 1 = 0.721 = 66.3N/

33、下弦跨中拼接節(jié)點“ 8” 1’: 下弦桿拼角鋼計算 拼接角鋼與下弦角鋼使用相同的 2L90 x 6 角鋼，設焊縫寬度 寬度為 = 5m ，為了便于施焊，切去拼接角鋼肢尖部分豎肢， 切去 ? = t + + 5 = 6 + 5 + 5 =16 ｍｍ。再切去拼接角鋼的 直角棱邊，所以下弦桿與拼接角鋼在接頭一側(cè)的角鋼在接頭一側(cè) 的焊縫長度為：

34、 = + 2 = + 2*5= 82.1mm 取 ，下弦角鋼間隙ｂ取 20ｍｍ，則拼接角鋼的 長度為 2 + 20 = 300mm 。 2’ :下弦桿與節(jié)點板焊縫計算 因節(jié)點板兩端桿件內(nèi)力差 ? Ｎ＝ 0，所以取一側(cè)內(nèi)力 (161.497KN) 的 15％進行計算。取角焊縫寬度 ＝ 5ｍｍ，節(jié)點 板滿焊，則：角焊縫長度為 = 400 –2*5 = 390 mm 。 肢背焊縫： = = 6.2 N/ < =160N/ 肢尖焊

35、縫：  = = 2.7 N/  < =160N/ 3’ 強:度及穩(wěn)定性驗算 力作用下強度驗算：由圖量出  = 178 mm σ= = 14.0 N/ < f = 215 N/ 節(jié)點板“ 8”設計滿足要求。 為了便于拼接節(jié)點現(xiàn)場施焊， 需進行提前定位， 在拼接角 鋼的兩側(cè)翼櫞板和下弦桿底部布置安裝螺栓。 安裝螺栓孔徑及 位置見結(jié)構(gòu)施工詳圖。 6、上弦跨中節(jié)點“ 5”

36、 1’ 槽:焊縫計算 槽焊縫所受的力大小為： 2P–2 * sin =2α * 13.977 –2 * 156.864 * sin7.13 =-11.0KN 因槽焊縫所受的力很小，所以可以不需驗算槽焊縫，槽焊 縫滿焊即可滿足受力要求。 2’：上弦拼接角鋼的計算 拼接角鋼與上弦角鋼使用相同規(guī)格的  2L90 x 6  角鋼，設焊縫 寬度為  = 5m

37、  ，上弦桿與拼接角鋼在接頭一側(cè)的角鋼在接頭一 側(cè)的焊縫長度為： = +2 = +2*5= 80mm 取 ，取 b=20 ｍｍ，則拼接角鋼的長度為 2 + 20 = 500mm 。 3、上弦肢尖與節(jié)點板“ 5”的連接焊縫驗算 節(jié)點板只傳力為  N = 0.15  = 23.5 KN 。取角焊縫長度 為 5mm ，焊縫為滿焊，所以  =145  –2 * 5 =135 mm 偏心距 

38、e=65mm  ，偏心彎矩  M =  N*e。 = 71.8 N/ = = 24.9 N/ = =63.9N/ < =160N/ 節(jié)點板“ 5”設計滿足要求。 7、支座節(jié)點“ 6”設計 圖 4 ：支座節(jié)點設計 錨栓采用 2M20 ，栓孔取 40mm ，栓孔位見圖。在節(jié)

39、點板中 心線上設置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點板高度一致。根據(jù)豎腹桿 和斜腹桿焊縫尺寸，支座處節(jié)點板采用不規(guī)則多邊形，尺寸見圖 4，厚度 t = 8mm ，為了方便施焊，取底板上表面至下弦桿肢背 的距離為 140mm ，且在支座中線處設加勁肋， 加勁肋厚度、 高度 與節(jié)點板相同，加勁肋板斷開且切角 20mm 。 1’ 底:板尺寸設計 支座反力 R =4(P 1 + P2 )=4 ( 13.977 + 11.340)=101.3KN 。 取底板尺寸為 280 *280mm ，錨栓采用 2M20 ，栓孔

40、徑 40mm ， 并用圖示 U 形缺口。柱采用的 C30 混凝土 fc=14.3N/mm 2 驗算柱頂混凝土的抗壓強度： q = = = 1.3N/mm 2 ＜ fc = 14.3N/mm 2 滿足要求。支座底板的厚度計算： a1 = = 192.3mm b1 = ( 140 –4 ) * = 96.1mm = = 0.500 查表得： β= 0.058 M = βq 2= 0.058 * 1.3 * 192.3 2= 2788 N ?mm 支座底板厚度 :

41、t ≥ = = 8.82 mm ，取 18mm 2’ 加:勁肋計算 設 = 5 mm 。取焊縫滿焊時的計算長度為： Lw = 350 - 20 - 2 = 320 mm V = R/4 = 101.3/4 = 25.3kN M = V ? e = 25.3 * = 1720.4 KN ?mm = 14.4 N/ = = 11.3 N/ = =16.3N/ < =160N/ 所以加勁肋高度滿足要求。 3’: 支座節(jié)點板、加勁肋與底板的水平連接焊縫 假定焊縫傳遞全部支座反例 R = 101.3 KN ，設焊縫寬度為 = 5 mm ，支座底板的水平連接焊縫 總長為節(jié)點板的水平焊 與加勁肋的水平焊縫之和： =2(280 –2 )+4(140 –4–20–2 ) = 2*(280 –10)+4(140 –4–20–2*5) = 964 mm = = 6.1 N/ 滿足要求。