鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(單層工業(yè)廠房)

鋼結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房課程設(shè)計指導(dǎo)教師：曹現(xiàn) 雷班級：土 133 班姓名：楊駿學(xué)號： 139044535日期：目錄. 1.1.2.3.4.4.51011一、設(shè)計資料：某廠房車間設(shè)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(biāo)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1.2m2.6m。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?；詈奢d標(biāo)準(zhǔn)值取 0.5kN/mm2；雪荷載標(biāo)準(zhǔn)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0=1.0。屋架采用Q235B 鋼，焊條采用 E43 型。設(shè)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= arctan= 7.13。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(shè)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(shè)置在廠房兩端和中部的同一柱間，并在相應(yīng)開間的屋架跨中設(shè)置豎直支撐，在其余開間的屋架下弦跨中設(shè)置一道通長的剛性細(xì)桿，上弦通過水平支撐在節(jié)點處設(shè)置通長的剛性細(xì)桿。下弦兩端設(shè)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。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(shè)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(shè)兩道直拉條。在屋脊和屋檐分別設(shè)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(shè)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+= 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(shè)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(fù)）1、上弦桿中內(nèi)力最大的為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(xì)比：= 81.3 < = 150= 116 < = 150= = 3.9 x= 58.5> ,=1+0.16 = 116*1+0.16 =120.7查表得= 0.683= 0.434=170.5N/<f =215N/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=76.2 N/< f =215 N/受拉桿件的容許長細(xì)比 = 350長細(xì)比：= 80.6 < =350= 57.5 < = 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(xì)比：= 124.1 < = 150= 87.3 < = 150= = 3.9 x= 52> ,= 1+0.16 = 87.3*1+0.16 =92.3查表得= 0.416= 0.606=166.8N/<f =215N/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*6.87 = 13.74,=2.16cm,=3.09cm= 48.44 N/< f =215 N/受拉桿件的容許長細(xì)比= 350長細(xì)比：= 113.5 < = 350= 99.2 < = 350滿足要求。5、斜腹桿 4-7，= -26.127 KN，= 277.8 cm,= 347.2 cm。選用 2L 70x 5角鋼， A = 2 * 6.87 = 13.74, =2.16cm,=3.09cm長細(xì)比：= 128.6 < = 150= 112.4 < = 150= = 3.9 x= 54.6> ，= 1+0.16 =112.4*1+0.16 =116.6查表得= 0.394= 0.455=48.3N/<f =215N/滿足要求。6、斜腹桿4-8，= -14.936 KN，= 277.8 cm,= 347.2 cm。選用2L 70x5角鋼，A=2*6.87=13.74,=2.16cm,=3.09cm長細(xì)比：= 128.6 < = 150= 113.1 < = 150= = 3.9 x= 54.6> ，= 1+0.16 =113.1*1+0.16 =117.3查表得= 0.394= 0.432=27.6N/<f =215N/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(xì)比：= 117.6 < = 150= = 78.3 < = 150= = 3.9 x= 39> ，= 1+0.16 =78.3*1+0.16 =81.4查表得= 0.450= 0.646= 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 角鋼， A = 2 * 4.8 = 9.6,=1.53cm,=2.30cm長細(xì)比：= 123.5 < = 150= 102.7 < = 150= = 3.9 x= 39> ，=1+0.16 =102.7*1+0.16 =105查表得= 0.419= 0.523= 62.5 N/< f =215 N/滿足要求。9、豎腹桿 5-8，= 13.621 KN，= 234cm,= 292.5 cm。選用 2L50 x 5角鋼， A = 2 * 4.8 = 9.6,=1.53cm,=2.30cm= 14.2 N/< f =215 N/受拉桿件的容許長細(xì)比 = 350長細(xì)比：= 152.9 < = 350= 127.2 < = 350滿足要求。各桿件截面選擇匯總見下表八、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(12) = 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80mm2、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 80mm2-7 ，所以可取其余各腹桿的焊縫尺寸，如下表所示：九、節(jié)點板的設(shè)計(節(jié)點板的尺寸根據(jù)所匯交腹桿端部的焊縫設(shè)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 = 3mm ，得= 130 2*3 = 124 mm 。=26.8KN/<=1.22*160=195.2KN/。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 ，= 22.9 N/< f = 215 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N(N= -145.649 KN) 。采用雙面貼角焊縫（滿焊）連接承擔(dān)內(nèi)力差 ?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 = N*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 ，= 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/<f =215N/對于無豎腹桿的節(jié)點板， c/t = 54/6 = 9 10時，節(jié)點板的穩(wěn)定承載力為：0.8t f = 0.8 * 213 * 6 * 215 *= 219.8 KN>=130.433KN節(jié)點板的自由端長度=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= 3402*5 = 330 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= 23.7 N/力作用下強度驗算：由圖量出< f = 215 N/= 186 mm= 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，0.8t 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(shè)計滿足要求。4、節(jié)點板“ 7”驗算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= -65.799KN 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)定性驗算力作用下強度驗算：由圖量出= 178 mm= 24.5 N/力作用下強度驗算：由圖量出< f = 215 N/= 182 mm= 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/<f =215N/節(jié)點板“ 7”設(shè)計滿足要求。5、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(shè)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 。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：=+2=+2*5=82.1mm取，下弦角鋼間隙取20，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? 0，所以取一側(cè)內(nèi)力(161.497KN) 的 15進行計算。取角焊縫寬度 5，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= 14.0 N/< f = 215 N/節(jié)點板“ 8”設(shè)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”1 槽:焊縫計算槽焊縫所受的力大小為：2P2* sin=2 * 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(shè)焊縫寬度為= 5m，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 ，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=1452 * 5 =135 mm偏心距e=65mm，偏心彎矩M =N*e。= 71.8 N/= 24.9 N/=63.9N/<=160N/節(jié)點板“ 5”設(shè)計滿足要求。7、支座節(jié)點“6”設(shè)計圖 4 ：支座節(jié)點設(shè)計錨栓采用 2M20 ，栓孔取 40mm ，栓孔位見圖。在節(jié)點板中心線上設(shè)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(shè)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(shè)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 = 192.3mmb1 = ( 140 4 ) *= 96.1mm= 0.500查表得： = 0.058M = q2= 0.058 * 1.3 * 192.3 2= 2788 N ?mm支座底板厚度 : t = 8.82 mm ，取 18mm2 加:勁肋計算設(shè) = 5 mm 。取焊縫滿焊時的計算長度為：Lw = 350 - 20 -2= 320 mmV = R/4 = 101.3/4 = 25.3kNM = 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(shè)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 4202)= 2*(280 10)+4(140 4202*5)= 964 mm= 6.1 N/滿足要求。