钢结构设计计算书-跨度为24m的设计方案-(2).doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date钢结构设计计算书-跨度为24m的设计方案-(2)钢结构设计计算书-跨度为24m的设计方案-(2)目 录1、设计资料11.1结构形式11.2屋架形式及选材11.3荷载标准值（水平投影面计）12、支撑布置22.1桁架形式及几何尺寸布置22.2桁架支撑布置如图33、荷载计算44、内力计算55、杆件设计75.1上弦杆75.2下弦杆85.3端斜杆aB95.4腹杆95.5 竖杆145.6其余各杆件的截面166、节点设计176.1下弦节点“c”176.2上弦节点“B”186.3屋脊节点“H”196.4支座节点“a”216.5下弦中央节点“h”23致谢24参考文献24图纸241、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为24m，总长90m，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C30，屋面坡度为。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。1.2、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。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用Q345钢，焊条为E50型。1.3、荷载标准值（水平投影面计） 永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 保温层 0.6KN/m2(按附表取) 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.45 KN/m2屋架及支撑自重(按经验公式计算) 0.384 KN/m2 可变荷载：屋面活荷载标准值： 雪荷载标准值： 0.35KN/m2积灰荷载标准值： 1.1 KN/m2(按附表取)2、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图2.1、2.2、2.3所示 图2.1 24米跨屋架几何尺寸图2.2 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值图2.3 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值-2.2桁架支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车2台150/30t(中级工作制 )，锻锤为2台5t，布置下弦纵向水平支撑。桁架支撑布置图符号说明：SC上上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆3、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。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载值：三毡四油防水层：1.005×0.4=0.402 kN/m2 水泥砂浆找平层：1.005×0.4=0.402 kN/m2保温层：1.005×0.6=0.603 kN/m2一毡二油隔气层：1.005×0.05=0.05025 kN/m2水泥砂浆找平层：1.005×0.3=0.3015 kN/m2预应力混凝土大型屋面板：1.005×1.45=1.4575 kN/m2屋架及支撑自重： 0.12+0.011×24=0.384kN/m2共 3.6 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载标准值（大于雪荷载）：0.8 kN/m2积灰荷载标准值： 1.1 kN/m2共 1.9 kN/m2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1、全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合)全跨节点永久荷载设计值：F=（1.35×3.6 +1.4×0.7×0.8+1.4×0.9×1.1）×1.5×6=63.27 kN3.2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1.1=1.35×3.6×1.5×6=43.74 kN(按永久荷载为主的组合)F1.2=1.2×3.6×1.5×6=38.88 kN(按可变荷载为主的组合)对结构有利时：F1.3=1.0×3.6×1.5×6=32.4 kN半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4×（0.7×0.8+0.9×1.1）×1.5×6=19.53 KN(按永久荷载为主的组合)F2.2=1.4×（0.8+0.9×1.1）×1.5×6=22.554 KN(按可变荷载为主的组合)3.3、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主控制的组合)全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F3 .1=1.2×0.384×1.5×6=4.1472 kN对结构有利时：F3 .2=1.0×0.384×1.5×6=3.456 kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2×1.45+1.4×0.8）×1.5×6=25.74 kN3.1、3.2为使用阶段荷载情况，3.3为施工阶段荷载情况。荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2） 图 4.3 荷载组合4.34、内力计算F=1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已经给出。求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4.1。表4.1 桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合计算杆件内力/kN全跨左半跨荷载第一种组合F×第二种组合第三种组合左半跨右半跨F1.i×+F2.i×F1.i×+F2.i×F3.i×+F4×F3.i×+F4×上弦杆 AB000000000BC,CD-8.72-6.25-2.47-551.71-551.71DE,EF-13.53-9.04-4.49-856.04-856.04FG，GH-15.26-9.17-6.09-965.50-965.50HI-14.71-7.38-7.38-930.70-930.70下弦杆ac4.733.481.25299.27299.27ce11.538.03.53729.50729.50eg14.659.345.31926.91926.91gi15.178.446.73959.81959.81斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-561.20-561.20Bc6.884.762.12435.30435.30cD-5.44-3.14-2.03-344.19-344.19De3.701.901.80234.10234.10eF-2.460.71-1.75-155.64-93.73(,)-147.07(,)9.77(,)-55.25(,)-155.649.77Fg1.11-0.451.5670.2339.76(,)83.74（,）-7.75（,）44.76（,）-7.7583.74gH0.021.55-1.531.2731.15(,)-33.73(,)39.98(,)-39.31（,）-39.3139.98Hi-1.08-2.471.39-68.33-95.48(,)-20.09(,)-68.06（,）30.93（,）-95.4830.93竖杆Aa-0.500-0.5000.000-31.64-31.64Cc-1.000-1.0000.000-63.27-63.27Ee-1.000-1.0000.000-63.27-63.27Gg-1.000-1.0000.000-63.27-63.27Ii000.970021.8(F22)024.9724.975、杆件设计5.1上弦杆整个上弦架采用等截面，按FG、GH杆件之最大设计内力设计。 上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：因为，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）腹杆aB最大内力=561.20kN，查表9.6.4，节点版厚度选用12mm，支座节点板厚度用14mm。设=60查附录4得。需要截面积： 需要的回转半径： 根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用， ，按所选角钢进行验算： 满足长细比的要求。截面在x和y平面内皆属b类，由于 ，只要求 ，查表得。所需截面合适5.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按gi杆最大设计值计算。，根据桁架下弦支撑布置情况，得所需截面积： 根据所需截面积查表选用，不等肢角钢，短肢相并（图5.2）。，考虑下弦有有221.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：所需截面适合。5.3端斜杆aB杆件轴力：计算长度。因为，故采用不等边角钢，长肢相并，使。设=80，查附录4得，需要的回转半径：根据需要的，查角钢规格表，选用2L140×90×10，（图5.3） ，。又所选截面合适。5.4腹杆5.4.1 Bc杆杆件轴力： 所需截面积： 杆件计算长度： ，选用2L75×6等边角钢（图5.4.1）， 满足长细比的要求。 满足要求。 5.4.2 cD杆杆件轴力：计算长度： 设=100查附录4得所需的 ，选用2L75×10（图5.4.2），由于，只求，查附录4，得所选截面满足。5.4.3 De杆杆件轴力：所需截面积：杆计算长度： 选用2L50×5等边角钢，（图5.4.3），满足长细比的要求。所选截面满足。5.4.4 eF杆，计算长度：，设=100查附录4得所需的选用2L75×5等边角钢（见图5.4.4）， ，由于，只求，查附录4，得，拉力：所选截面满足。5.4.5 Fg杆计算长度：内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选截面和较上述计算的和略大些。选用2L63×5（图5.4.5），由于，只求，查附录4，得拉应力： 所选截面满足。5.4.6 gH杆，计算长度：内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选截面和较上述计算的和略大些。选用2L63×5（见图5.4.6）， 由于，只求，查附录4，得拉应力： 所选截面满足。5.4.7 Hi杆，计算长度：，内力较小，按选择，需要的回转半径为：查型钢表，选截面和较上述计算的和略大些。选用2L63×5（见图5.4.7），由于，只求，查附录4，得，拉应力： 所选截面满足。5.5.1 竖杆Aa,Cc,Ee,Gg：Aa,Cc,Ee,Gg都受压，各个竖杆采用同类截面，按Gg杆件的最大设计内力设计。，内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选截面和较上述计算的和略大些。选用2L63×5（见图5.5），由于，只求，查附录4，得，所选截面满足。5.5.2 竖杆Ii：（见图5.5）按5.5.1所选截面验算：KN 所选截面满足。5.6其余各杆件的截面见表5.1表5.1 杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(N/mm2)名称编号上弦FG，GH-965.50 2L200×125×12 75.824150.75301.63.579.6142.4463.821500.710179.34下弦eg959.8 2L125×80×10 39.42300.00600.003.986.1975.3796.93350273.29斜腹杆aB-561.20 2L140×90×1044.522 253.5 253.5 4.47 3.74 56.71 75.32 150 0.620 203.31Bc435.30 2L75×617.59208.64260.82.313.5390.3273.88350247.47cD-344.19 2L75×1028.25228.72285.902.263.61101.2080.651500.430 283.34De234.10 2L50×59.61228.72285.901.532.53149.49113.00350243.60eF-155.649.772L75×514.82250.32312.902.323.50107.9094.891500.390269.28Fg-7.7583.74 2L63×512.286249.52311.901.943.04128.62105.751500.29468.16gH -39.31 33.98 2L63×512.286271.2339.601.943.04139.80114.611500.255125.5Hi-95.4830.932L63×512.286269.6337.01.943.04138.97113.781500.257302.39竖杆Aa-63.27 2L63×512.286159.20199.001.943.0488.0665.461500.333154.65Cc-63.27 2L63×512.286183.20229.001.943.0494.4375.331500.474108.64Ee-63.27 2L63×512.286207.20259.001.943.04106.8185.201500.396130.04Gg-63.27 2L63×512.286231.2289.001.943.04119.1898.471500.336153.27Ii24.972L63×512.286255.203191.943.04131.55104.9335024.976、节点设计6.1下弦节点“c”（图6.1）各类杆件的内力由表4.1查得。这类节点的设计步骤是：先根据复杆的内力计算与复杆与节点版连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：“Cc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为。下弦与节点板连接的焊缝长度为34cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。6.2上弦节点“B”(图6.2) 图6.2 “B”节点板布置图Bc杆（2L 75×6）与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背，肢尖aB（2L140×90×10）杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为：为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：上弦与节点板间焊缝长度为505mm。同书上节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：满足要求。6.3屋脊节点“I”（图6.3）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点板长度为40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为： 因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。 腹杆Hg与节点板的连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。6.4支座节点“a”（图6.4）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为14mm。6.4.1支座底板的计算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm×350mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280×180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中，为混凝土强度设计值，对C25混凝土，底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中，为底板下的平均应力：为两支承边之间的对角线长度：为系数，由b1/a1查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离。由相似三角形的关系，得：，查表8.4.1得底板厚度：又根据构造要求，桁架跨度，取。6.4.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4，即：则焊缝内力为：， 设焊缝，焊缝计算长度，则焊缝应力为：6.4.3节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力，加劲肋、节点板与底板的连接焊缝长度之和满足要求6.5下弦中央节点“i”（图6.5）Hi，Ii杆的内力都很小，焊缝尺寸可按构造要求取，肢背和肢尖的。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为185mm×360mm。 图 6.5 下弦中央节点“i”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊接长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。下弦与节点板之间的角焊缝，假定承受节点荷载。下弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点板长度为36cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：，焊缝应力为：肢背验算： 满足要求。参考文献1 张耀春，周绪红. 钢结构设计原理M 北京：高等教育出版社，2004 2 钢结构设计规范（GB500172003）. 北京：中国计划出版社，20033 房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001）. 北京：中国计划出版社，20024 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001） 北京：中国计划出版社，20025 钢结构设计手册（上册）（第三版） 北京：中国建筑工业出版社，2004图纸