24米屋架钢结构课程设计资料

1/40目录设计资料……………………………………………………2结构形式与布置……………………………………………3荷载计算……………………………………………………5内力计算……………………………………………………6杆件设计……………………………………………………8节点设计……………………………………………………12附件pf程序数据…………………………………………………182/40钢结构课程设计——24m跨钢屋架设计计算书一、设计资料：1.某单层单跨工业厂房，跨度24m，长度102m。2.厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度C20，上柱截面尺寸400x400mm，钢屋架支承在柱顶。3.吊车一台50T，一台20T，中级工作制桥式吊车（软钩），吊车平台标高12.000m。4.荷载标准值（1）永久荷载三毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/m2保温层0.6KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架（包括支撑）自重0.12+0.011L=0.384KN/m2（2）可变荷载屋面活载标准值0.7KN/m2雪荷载标准值0.35KN/m2积灰荷载标准值0.3KN/m25.屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1(屋面坡度为1:10)。图1梯形屋架示意图（单位:mm）6.钢材选用Q235钢，角钢，钢板各种规格齐全，有各种类型的焊条和C级螺栓可供选用。7.钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装设备。3/40二、结构形式与布置（1）屋架形式及几何尺寸如图2所示。图2屋架形式及几何尺寸（单位mm）（2）屋架支撑的种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。横向支撑：根据其位于屋架上弦平面或者下弦平面，又可分为上弦横向支撑和下弦横向支撑，上弦平面横向支撑对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要作用。设计人无数种屋架跨度为24m，室内有悬挂吊车，因此上弦与下弦都需在第一个柱间设置横向支撑，又因为长度为102m，所以应该在跨中增设一道横向支撑，保证横向支撑之间小于60m。纵向支撑：设于屋架的上弦与下弦平面，布置在沿柱列的各屋架端部节间部位，它可以与横向支撑一起形成水平刚性盘，增加房屋的整体刚度，减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形对于梯形屋架，纵向支撑设在屋架的下弦的平面。垂直支撑：位于两屋架端部或跨间某处的竖向平面或者斜向平面内，它可以保证屋架侧向整体稳定性，传递纵向所受纵向荷载，对于梯形屋架跨度小于30m，因此只需在屋架两端和跨度中点设置垂直支撑。系杆：在屋架上弦平面，屋架跨中和两端各布置一道通长的刚性系杆，其他结点设通长的柔性系杆；下弦平面，仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。具体支撑形式如图3：4/40上弦平面下弦平面图3.1-垂直支撑；2—系杆；3—上弦横向支撑；4—下弦横向支撑；5—下弦纵向支5/40三、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为m。由于坡度为1:10，所以cosα约等于1，因此按水平投影面积计算的自重与规范给定的q值基本相同。荷载永久荷载：预应力混凝土大型屋面板68.12.14.12/mkN屋架及支撑自重461.02.1)24011.012.0(2/mkN三毡四油（上铺绿豆砂）防水层48.02.14.02/mkN水泥砂浆找平层36.02.13.02/mkN保温层72.02.16.02/mkN一毡二油隔汽层06.02.105.02/mkN总计3.7612/mkN可变荷载：屋面活荷载98.04.17.02/mkN积灰荷载42.04.13.02/mkN总计1.42/mkN设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：449.4665.1)4.1761.3(FkN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：849.3365.1761.31FkN半跨节点可变荷载：6.1265.14.12FkN（3）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：149.465.1461.03FkN6/40半跨节点屋面板自重及活荷载：72.2765.1)4.168.1(4FkN（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。四、内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图见图4所示。由已知得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1（a）全跨永久荷载与全跨可变荷载（b）全跨永久荷载与半跨可变荷载（F2可左可右）（c）全跨屋架包括支撑、半跨屋面板自重、半跨屋面活荷载（F4可左可右）图4荷载组合7/40内力计算表格（表1）全跨左半跨右半跨F=46.449KNF1=33.849KNF2=12.60KNF3=4.149KNF4=27.72KN内力控制值F×aF1×a＋F2×bF1×a＋F2×cF3×a＋F4×bF3×a＋F4×cabcKNKNKNKNKNKN上弦杆AB000000000BC-9.141-6.549-2.593-424.59-391.931-342.086-219.464-109.804-424.590CD-9.141-6.549-2.593-424.59-391.931-342.086-219.464-109.804-424.590DE-14.104-9.425-4.679-655.117-596.161-536.362-319.778-188.219-655.117EF-14.104-9.425-4.679-655.117-596.161-536.362-319.778-188.219-655.117FG-15.833-9.516-6.316-735.427-655.833-615.513-329.475-240.771-735.427GH-15.833-9.516-6.316-735.427-655.833-615.513-329.475-240.771-735.427HI-15.27-7.635-7.635-709.276-613.075-613.075-274.997-274.997-709.276下弦杆ac4.9753.6631.312231.0838214.5526184.93122.179657.00992231.0838ce12.0458.363.685559.4782513.0472454.1422281.7139152.1229559.4782eg15.2289.7115.517707.3254637.8112584.9668332.3699216.1122707.3254gi15.7168.7416.975729.9925642.1075619.8559307.5062258.5527729.9925斜腹杆aB-9-6.627-2.373-418.041-388.141-334.541-221.041-103.121-418.041Bc6.9454.8082.137322.5883295.6621262.0075162.092688.05245322.5883cD-5.456-3.412-2.044-253.426-227.671-210.435-117.218-79.2966-253.426De3.681.8831.797170.9323148.2901147.206567.4650865.08116170.9323eF-2.412-0.672-1.74-112.035-90.111-103.568-28.6352-58.2402-112.035Fg1.064-0.4891.55349.4217429.8539455.58314-9.1405447.463755.58314gH0.0851.6-1.5153.94816523.03717-16.211844.70467-41.643144.70467Hi-1.145-2.5131.368-53.1841-70.4209-21.5203-74.41133.17036-74.411竖腹杆Aa-0.5-0.50-23.2245-23.2245-16.9245-15.9345-2.0745-23.2245Cc-1-10-46.449-46.449-33.849-31.869-4.149-46.449Ee-1-10-46.449-46.449-33.849-31.869-4.149-46.449Gg-1-10-46.449-46.449-33.849-31.869-4.149-46.449Ii2.0391.0191.01994.7095181.8575181.8575136.7064936.7064994.709518/40五、杆件设计支座斜杆最大内力设计值N=-418041N，选取中间节点板厚t=10mm，支座结点板厚t=12mm。（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按照FG、GH杆件之最大设计内力设计。最大内力：N=-735427N，上弦杆计算长度在屋架平面内：l0x=1507.48mm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况21507.483014.96oylmm。因为2oyoxll，假设75yx，则2xyii，故截面宜选用两个等边角钢相并。查附表1.20得，72.0，由282.475021572.0735427mmfNA，cmlixoxx01.275748.150cmliyoyy02.475496.301考虑到板厚度为t16mm,且单个面积大于23.75cm2，节点板厚度为10mm，由此，查附表2.1得：考虑选用2∠110×10等边角钢。所以截面特性为：2522.42261.212cmA，cmix38.3，cmiy93.4则cmcmilcmcmilyoyyxoxx15015.6186.4496.3011506.4441.3748.150由cmy15.61查附表1.20得，802.0故22/215/65.2152.52.42028.0735427mmNfmmNAN，不可。考虑选取2∠125×10等边角钢，截面特性为：2224.37348.746Acm，3.85xicm，5.52yicm9/40则：0150.74839.21503.85xxxlcmi0301.49654.61505.52yyyli由54.6ycm查附表1.20得，0.833故22/215/1.1816.4874833.0735427mmNfmmNAN，可。（2）下弦杆下弦杆属于轴心受拉杆件，截面按受力最大的部位g-i节间选用。最大内力为：NF5.729992在屋架平面内：3000oxlmm在屋架平面外：3000oylmm假设120yx，则1xyii，故截面宜选用两个不等边角钢长边相并。截面选择231.33952155.729992mmfNA，考虑到板厚度为t16mm,且单个面积大于16.97cm2，节点板厚度为10mm，由此，查附表2.3得：考虑选用2∠125×80×10等边角钢。所以截面特性为：2424.39cmA，cmix98.3，cmix31.3cmcmilcmcmilyoyyxoxx1506.9031.330015037.7598.330022/215/16.1854.39425.729992mmNfmmNAN，可。（3）端斜杆aB最大内力：N=-418041N，上弦杆计算长度在屋架平面内：l0x=0.8×2442.1=