[学士]某24米跨钢结构厂房课程设计

钢结构课程设计1一、设计资料1.结构形式某厂房跨度为24m，总长120m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C20，屋面坡度为i=1：10。2.屋架形式及选材屋架跨度为24m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用钢材及焊条为：钢材选用Q345钢，焊条采用E50型。3.荷载标准值（水平投影面计）①永久荷载：二毡三油防水层0.4KN/m2保温层1.0KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撑自重（按经验公式q=0.12+0.011L计算）0.384KN/m2悬挂管道0.1KN/m2②可变荷载屋面活荷载标准值0.5KN/m2雪荷载标准值0.7KN/m2积灰荷载标准值0.3KN/m24.屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=2005mm（轴线处），h=2990mm（计算跨度处）。起拱h=50mm二、结构形式与布置图屋架支撑布置图如下图所示钢结构课程设计2SC2SC2SC2SC2SC2SC1SC3SC4SC4SC4SC4SC4SC3SC1SC2SC2SC2SC2SC2SC2SC2SC1图2上弦支撑布置图50050060006000×1860001111111SC1C3C1C2C3C2C1C1C3C3C2SC111114160006000×186000500500图2下弦支撑布置图钢结构课程设计3CC22CC4CC25图2垂直支撑图2垂直支撑4CC1CC31CC1图一：24m跨屋架（几何尺寸）钢结构课程设计4图二：24m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆的内力值图三：24m跨屋架半跨单位荷载作用下各杆的内力值三、荷载与内力计算1.荷载计算永久荷载标准值：二毡三油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层1.0KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撑自重（按经验公式q=0.12+0.011L计算）0.384KN/m2悬挂管道0.1KN/m2_________________________________________________________________总计：3.684KN/m2可变荷载标准值：笔下文学大于屋面活荷载标准值0.5KN/m2，取0.7KN/m2积灰荷载标准值0.3KN/m2_______________________________________________________________总计1.0KN/m2永久荷载设计值：1.35×3.684＝4.973KN/m2可变荷载设计值：1.4×1.0＝1.4KN/m22.荷载组合设计屋架时，应考虑如下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载F=（4.973+1.4）×1.5×6=57.361KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载F1=4.973×1.5×6=44.757KNF2=1.4×1.5×6=12.6KN（3）全跨屋架和支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载F3=0.384×1.35×1.5×6=4.667KNF4=（1.4×1.35+1.4×0.7）×1.5×6=25.83KN3.内力计算本设计采用图解法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数。表一：屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=1)第一种组合F×①第二种组合第三种组合计算杆件内力/KN全跨①左半全跨②右半全跨③F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000上弦BCD-8.72-6.25-4.27-500.19-469.031-444.08-202.13-150.93-500.188DEF-13.53-9.04-4.49-776.09-719.466-662.136-296.65-179.03776.094FGH-15.26-9.17-6.09-875.33-798.534-759.726-308.08-228.42-875.329HI-14.71-7.38-7.38-843.78-751.363-751.363-259.28-259.17-843.78下弦AC4.733.841.25271.318260.0846227.450121.26254.3293271.317CE11.5383.53661.372616.8482560.526260.451144.91661.372EG14.659.345.31840.339773.3741722.596309.624205.426840.338GI15.178.446.73870.166785.3077763.761288.804244.528870.166钢结构课程设计67斜腹杆AB-8.87-6.53-2.34-508.79-479.273-426.47-210.07-101.78-508.792BC6.884.762.12394.644367.9042334.640155.0686.8204394.644CD-5.44-3.14-2.3-312.04-283.042-272.45-106.49-84.759-312.044DE3.71.91.8212.236189.5409188.28066.344963.736212.236EF-2.46-0.71-1.75-141.11-119.048-132.15-29.82-56.666-141.108FG1.11-0.451.5663.670744.0102769.3362-6.443145.467469.336-6.443GH0.021.55-1.531.1472220.42514-18.38240.1298-39.42740.13-39.426HI-1.08-2.471.69-61.95-79.4596-27.043-68.8438.6199-79.5638.62竖杆AA-0.5-0.50-28.681-28.6785-22.378-15.249-2.33-28.68CC-1-10-57.361-57.357-44.757-30.497-4.66-57.36EE-1-10-57.361-57.357-44.757-30.497-4.66-57.36GG-1-10-57.361-57.357-44.757-30.497-4.66-57.36II1.940.970.9771.28111.2871.2857.32-48.45111.28四、杆件截面设计腹杆最大内力-508.79kN,查表得，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。1.上弦杆（FGH杆）整个上弦不改变截面，按最大内力-875.329KN（受压）计算。上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度lox＝1508mm；在屋架平面外，根据支撑布置(上弦支撑点设在坚杆上端点)和内力变化情况取loy＝2×1508＝3016mm，因为loy＝2lox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。假定λ＝60，按Q345钢，轴心受压构件属于b类截面，查附表4.2得＝0.734钢结构课程设计7需要截面面积A＝Nf＝875.329×310/（0.734×310）＝3831.26mm2需要的回转半径为：ix＝lox＝1508/60＝25.13mmiy＝loy＝3016/60＝75.4mm根据A、ix、iy查不等肢角钢规格表,选用2L140×90×10,A＝4460mm2,xi＝25.6mm,yi＝75.4mm.按所选角钢进行验算：λx＝ilxox＝1508/25.6＝58.91＜[λ]＝150λy＝ilyoy＝3016/75.4＝60＜[λ]＝150（满足要求）由于λx〈λy，只需求x查附表4.2用内插法得x＝0.743σ＝ANx＝875.329×310/(0.743×4460)=280.2N/mm2＜310N/mm2故满足要求。2.下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力870.16KN（受拉）计算。按下弦支撑布置(支撑点在两端坚杆和中轴坚杆下端点)情况：Lox＝3000mm,Loy＝12000mm计算下弦截面净面积：An=fN＝870.16×310/310＝2806.87mm2需要的回转半径为：ix=lox＝3000/250＝12mmiy=loy＝12000/250＝48mm,选用2L100×63×10（短肢相并）钢结构课程设计8A＝3100mm2,ix＝17.5mmiy＝50.2mm.λx＝ilxox＝3000/17.5=171.4[λ]=250;λy＝ilyoy＝12000/50.2=239.0[λ]=250.σ＝nNA＝870.16×310/3100=297.8N/mm2＜310N/mm2满足要求。3.端斜杆（aB）杆件轴力N=508.79KN（受压）,计算长度xl0=yl0=2535mm，采用不等肢角钢，长肢相并。选2L140×90×10，A=4460mm2，，ix＝25.6mmiy＝67.7mm。钢结构课程设计9y＜λx＝ilxox＝2535/25.6=99[λ]=150，min=x=0.437σ＝AN=508.79×310/(0.437×4460)=261.12N/mm2＜310N/mm2，故满足要求。4.斜腹杆①杆Hi1.杆件内力：N=-79.56或38.62选择内力大值进行计算。计算长度xl0=0.8l=0.8×3370=2696mm，yl0=l=3370mm，按[]=150选，需要的回转半径为：ix＝lox＝2696/150＝18.0mmiy＝loy＝3370/150＝22.5mm，选2L63×5，A=1228mm2，，ix＝19.4mmiy＝29.6mmλx＝ixoxl＝2696/19.4=139.0[λ]=150，λy＝ioyyl＝3370/29.6=113.9[λ]=150min=x=0.253，xHiNA=79.56×310/（0.253×1228）=256.08N/mm2〈310N/mm2（满足要求）②杆gH杆件内力：Ngh=40.13或-39.426选择较大内力计算计算长度xl0=0.8l=0.8×3396=2716.8mm，yl0=l=3396mm，按[]=150选，需要的回转半径为：ix＝lox＝2716.8/150＝18.1mmiy＝loy＝3396/150＝22.6mm，选2L63×5，A=1228mm2，，ix＝19.4mmiy＝29.6mm。λx＝ixoxl＝2716.8/19.4=140.0[λ]=150，λy＝ioyyl＝3396/29.6=114.7[λ]=150min=x=0.250，σ=gxHNA=39.43×310/（0.250×1228）=131.1N/mm2310N/mm2钢结构课程设计10（满足要求）5.中竖杆（Gg）竖杆不改变截面尺寸，N＝57.36kN（压），l0x＝0.8l＝0.8×2890＝2312mm，l0y＝2890mm内力较小，按[]=150选，需要的回转半径为：ix＝lox＝2312/150＝15.4mmiy＝loy＝2890/150＝19.3mm，选2L56×5，A=1084mm2，，ix＝17.2mmiy＝26.9mm。λx＝ixoxl＝2312/17.2=134.4[λ]=150，λy＝ioyyl＝2890/26.9=107.4[λ]=150min=x=0.267，σ=xNA=57.36×310/（0.267×1084）=198.18N/mm2310N/mm2其余杆件的截面选择计算过程不一一列出，计算结果如下表二：杆件截面选择表。杆轴力（KN）选用型钢截面积2mm计算长度（cm）回转半径（cm）应力上弦