昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计钢结构计算书

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1、 课 程 设 计课程名称： 钢结构设计 设计题目： 昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计 学 院： 土木工程学院 专 业： 土木工程、工程力学 年 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 课 程 设 计 任 务 书 土木工程学院 学院 土木工程 专业 年级姓 名： 学 号： 课程设计题目： 昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计 课程设计主要内容：（一）设计资料 昆明地区某工厂金工车间，长度90m，柱距6m，车间内设有两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋面采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/101/12。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上

2、柱截面400400mm，混凝土C20，屋面活荷载0.50 kN/m2，屋面积灰荷载0.75 kN/m2，屋架跨度、屋架计算跨度、屋面做法和屋架端高按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度 （1）21m （2）24m 2、屋面计算跨度 （1）L0L （2） L0L-300mm3、屋面做法 （1）有保温层 （2）无保温层4、屋架端高 （1）h0=1.8m （2）h0=1.9m （3）h0=2.0m （4）=2.1m（二）设计要求 1、由结构重要性，荷载特征（静荷），连接方法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。2、合理布置支撑体系，主要考虑 （1）上弦横向水平支撑 （2）下弦横向水平支撑 （3）垂直支撑

3、（4）系杆（刚性或柔性） 并在计算书上画出屋盖支撑布置图，并对各榀屋架进行编号 3、荷载及内力计算 （1）屋面恒载计算。 （2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同时考虑。 （3）屋面积灰荷载属于可变荷载。 （4）利用结构的对称性，仅计算屋架左半跨杆件内力。 （5）计算屋架杆力时，应考虑三种荷载组合。 （6）将屋面分布荷载转化为屋架节点荷载，利用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。 （7）确定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力） 4、杆件截面选择 （1）屋架杆件常采用双角钢组合组成的T形截面或十字形截面，要根据x=y的等稳条件选择合理的截面形式。 （2）正确确定杆件的长细比，由轴心受力杆件确定杆件截面及填

4、板数量。 （3）设计小组内每位同学所计算的上弦杆，下弦杆，斜杆截面选择过程要在计算书内详细说明，其余杆件截面选择可按同组内其他同学计算成果统一列表取用。（4）杆件截面规格不宜过多，与垂直支撑相连的竖杆截面则不宜小于2L635。 5、节点设计 （1）熟知节点设计的基本要求及一般步骤。 （2）要在计算书内写出一般上下弦节点，下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程。 6、屋架施工图 （1）用铅笔绘制1#施工图 （2）施工图应包括 屋架简图（比例1100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及起拱度。 屋架正面图，上、下弦平面图（轴线比例1：20，杆件、节点比例1：10）。 侧面图

5、，剖面图及零件详图。 注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。 材料表（一榀屋架的材料用量）。 说明（钢号、焊条型号、起拱要求、图中未注明的焊缝尺寸和油漆要求等）。 设 计 指 导 教 师 （签字）： 教学基层组织负责人（签字）： 年 月 日计算书1.屋架及支撑形式:2.荷载何内力计算1)荷载标准值 永久荷载标准值：20mm厚水泥砂浆找平层: 0.4 kN/m2三毡四油防水层： 0.4 kN/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板： 1.4 kN/m2屋架和支撑自重： (0.117+0.011L)=(0.117+0.01

6、121)=0.348 kN/m2可变荷载标准值： 屋面活荷载： 0.5 kN/m2屋面积灰荷载： 0.75 kN/m22）节点荷载计算全跨屋面永久荷载作用下P=（1.4+0.4+0.4+0.348）61.6=2.54861.5=22.932（kN）全跨可变荷载作用下P=0.561.5+0.750.961.5=（0.5+0.90.75）61.5=10.575（kN）当基本组合由可变荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为1.222.932+1.4（0.5+0.90.75）61.5=1.222.932+1.410.575=42.323（kN）当当基本组合由永久荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为1.3

7、522.932+1.4（0.70.5+0.90.75）61.5=30.958+12.915=43.873（kN）由上可知，本工程屋面荷载组合由永久荷载效应控制，节点集中力设计值取 P=43.873 (kN)。屋架节点荷载计算计算是考虑下列三种荷载组合情况：全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载（左）屋架及支撑自重+半跨屋面板自重（左）+半跨屋面活荷载（左）设：由永久荷载换算得的节点集中荷载； 由可变荷载换算得的节点集中荷载； 由部分永久荷载（屋架及支撑自重）换算得的节点集中荷载；由部分永久荷载（屋面板重）和可变荷载（屋面活荷载）换换算得的节点集中荷载。则：=1.3522.

8、932=30.958（kN）=1.4（0.70.5+0.90.75）61.5=12.92（kN）=1.350.34861.5=5.47（kN）=（1.351.4+1.40.5）61.5=23.31（kN）内力计算杆 力 组 合 表名称杆件编号杆件内力系数杆件内力计算杆力（KN）P=1第一组组合第二组组合第三组组合左右全(P1+ P2)P1+P2P3+P4上弦AB0000000BD-5.34-2.20-7.54-328.126-302.416-165.72-328.126DF-7.26-3.91-11.17-490.117-439.600-230.33-490.117FH-6.78-5.28-1

9、2.06-529.169-460.951-224.01-529.169下弦ab+3.17+1.67+4.84212.370190.793+100.37212.370bc+6.62+3.09+9.71426.055386.133207.43426.055cd+7.24+4.61+11.85519.954460.393+233.58519.954de+5.83+5.83+11.66511.618436.294+199.68511.618斜腹杆aB-5.17-2.10-7.27-318.993-291.861-160.28-318.993Bb+3.87+1.84+5.71250.543226.771

10、+121.44250.543bD-2.57-1.78-4.35-190.869-167.872-83.70-190.869Dc+1.19+1.58+2.77121.542101.129+42.89121.542cF-0.03-1.54-1.57-68.889-48.992-9.29-68.889Fd-1.05+1.38+0.3314.480-3.350-22.67-22.67dH+2.13-1.36+0.7733.78651.357+53.86+53.86竖腹杆Aa-0.500-0.50-21.939-21.939-14.39-21.939Cb-1.000-1.00-43.878-43.878

11、-28.78-43.878Ec-1.000-1.00-43.878-43.878-28.78-43.878Gd-1.000-1.00-43.878-43.878-28.78-43.878He00000003.杆件截面选择 (1)上弦杆(选用两根不等边角钢短肢相并)=-529.169kN（最大） =150.8cm =301.6cm腹杆=318.993kN,查表2.8得节点板t=10mm，支座节点板厚度t=12mm假定=60，=0.807， ， 选用2L125808短肢相并，A=31.9782.28cm，6.07cm验算：=150=150因为所以由表查得,=214（2）下弦杆=519.954kN，

12、=300 cm ，=1050cm ，节点板t=10mm,支座节点板t=12mm， =60 , =0.807 , 选用2L125808短肢相并A=31.9782.28cm，6.07cm验算：=350=350因为所以=162.6（3）端斜腹杆aB=-318.993kN，=270.9cm ，t=10mm, =60 , =0.807 ， 选用2L100807长肢相并，A=19.3122.39cm，4.71cm验算：=150=150因为所以查表得=209.62Bd,bD,Dc同aB,计算长度=0.8（4）斜杆cF=-68.889kN，=0.8322.6 =258.08cm ，=322.6cm ，t=10

13、mm, =60 , =0.807 ， 选用2L75505，A=12.25c。长肢相并2.39cm，2.20cm验算=150=150因为所以由查表的=183.78Fd dH同cF计算长度=0.8(5)竖杆Gd =-43.878kN，=0.8300 =240cm, =300cm内力小，按选择 ， 选择2L505 A=9.606c =1.531.6cm =2.45cmEC, Cb同Gd =0.8 Aa也同Gd =屋架杆件截面选择表名称杆件编号内力（）计算长度（cm）截面形式和规格截面面积(cm2)回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数计算应力N/mm2端部焊缝fLoxLoyixiyxy肢背肢尖上弦

14、FH-529.169150.8301.62L125808短肢相并31.9782.286.0766.1449.691500.773214下弦cd519.95415010502L125808短肢相并31.9782.286.0765.79172.98350162.6斜腹杆aB-318.993270.9270.92L100807长肢相并19.3122.394.71113.3557.521500.788209.628- 1406- 100Bb250.543215.9269.92L100807长肢相并19.3122.394.7190.3357.30350129.7381206- 80bD-190.8692

15、37.04296.32L100807长肢相并19.3122.394.7199.1862.911500.759130.228- 906- 70Dc121.542236.24295.32L100807长肢相并19.3122.394.7198.8462.7035062.948- 606- 60cF-68.889258.08322.62L75505长肢相并12.252.392.20107.98146.641500.306183.785- 504- 50Fd-22.67257.28321.62L75505长肢相并12.252.392.20107.65146.181500.30860.085- 504-

16、50dH+53.86279.12348.92L75505长肢相并12.252.392.20116.79158.5935043.975-505-50竖腹杆Aa-21.9392102102L5059.6061.532.45137.2585.711500.61437.205-505-50Cb-43.8781922402L5059.6061.532.45125.4997.961500.53984.745-505-50Ec-43.8782162702L5059.6061.532.45141.18110.201500.46897.605-505-50Gd-43.8782403002L5059.6061.5

17、32.45156.86122.451500.405112.785-505-50He0=283.52L705 十字形截面13.75_4.节点板计算(1)上弦节点 “B”。节点板尺寸为-25034010，只要计算Ba杆即可。对aB杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：肢背：，取140mm肢尖：，取100mm对bB杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：肢背：，取110mm肢尖：，取80mm为了便于在上弦搁置大型屋面板，节点板上边缘可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这时，承受集中力P=43.873kN肢尖焊缝承担弦杆内力差N=318.993-0=318.993kN=318993

18、N偏心矩e=8-1.9=6.1cmM=Ne=31899361=19458573Nmm，,则上弦节点 “D”。节点板尺寸为-20030010只要计算Db杆。对Db杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：肢背：，取90mm肢尖：，取70mm对Dc杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：肢背：，取60mm肢尖：，取60mm为了便于在上弦搁置大型屋面板，节点板上边缘可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这时，承受集中力P=43.873kN肢尖焊缝承担弦杆内力差N=190.869-0=190.869kN=190869N偏心矩e=8-1.9=6.1cmM=Ne=19086961=11643

19、009Nmm，,则上弦节点 “F”。节点板尺寸为-18026010只要计算Fc杆。对Db杆，肢背肢尖焊缝分别采用和4mm，则所需焊缝长度为：肢背：，取60mm肢尖：，取50mm对Db杆，肢背肢尖焊缝分别采用和4mm，则所需焊缝长度为：肢背：肢尖：节点板上边缘可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这时，承受集中力P=43.873kN肢尖焊缝承担弦杆内力差N=68.889-0=68.889kN=68889N偏心矩e=8-1.9=6.1cmM=Ne=6888961=4202229Nmm，,则对于节点“C”“E”“G”,所受内力较小，杆件Aa,Cb,Ec,Gd采用焊缝脚寸，最小焊缝长度。（2）下弦节点板b设计

20、：角焊缝强度设计值 Bb杆的肢背和肢尖焊缝分别采用 肢背： 取120mm肢尖：取80mmDb杆同理计算取90mm取60mmCb杆内力很小，根据构造绘出节点大样图，可知节点板尺寸为290265mm下弦杆与节点板连接的焊缝长度为290mm，61.14160() 满足强度要求下弦节点板c设计：角焊缝强度设计值 Dc杆的肢背和肢尖焊缝分别采用 肢背 取60mm肢尖：取40mmFc杆同理计算肢背 取40mm肢尖 取40mmEc杆内力很小，根据构造绘出节点大样图，可知节点板尺寸为160175mm下弦杆与节点板连接的焊缝长度为160mm55.89() 160() 满足强度要求下弦节点板d设计：角焊缝强度设计

21、值 Fd杆的肢背和肢尖焊缝分别采用 肢背 取40mm肢尖：取40mmHd杆同理计算肢背 取40mm肢尖 取40mmGd杆内力很小，根据构造绘出节点大样图，可知节点板尺寸为140180mm下弦杆与节点板连接的焊缝长度为140mm5.72() 160() 满足强度要求(3)支座节点板“a”计算支座反力R=7x43.873=307.111KN支座底板取用30cmx20cm。若仅考虑有加筋肋部分的底板作为有效面积，则底板承受的均布反力为q=R/An=307111/(300x200)=5.119(N/m) 底板的厚度按两邻边支撑而另两邻边自由板计算；查表2.9的=0.029，则板的单位宽度的最大弯矩为M=q=0.0295.119172172=4392(N/mm)底板厚度为 取t=12mm底板尺寸为-30020012（mm)加筋肋与节点板的焊缝计算：一个加筋肋的连接焊缝所承受的偏心荷载，偏于安全的取屋架支座反力的四分之一(N.mm)设焊缝=8mm,焊缝计算则节点板 加筋肋与地板的连接焊缝计算：设焊缝传递全部支座反力R=307.111KN初设。实际的焊缝总长度为取820mm所需焊缝尺寸，采用(4)屋脊节点H，采用同号刚拼接，切角部分最大内力杆为544.15KN 取160mm拼接角钢总长,取400mm切掉=23mm 取30mm计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取按构造要求决定节点板的尺寸。