27米单层厂房梯型钢屋架毕业论文

本科生课程设计

题目： 单层厂房梯型钢屋架课程设

计

学 院 建筑工程学院 专 业 土木工程 姓 名 李朋朋

1

指导教师 郑轩

2015年 7月 6 日

一、 题目

27m×90m跨厂房普通钢屋架设计 二、课程设计目的

通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置、受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行钢屋架的设计计算。 三、课程设计设计资料

某车间跨度为27m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台30050kN中级工作制吊车，工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm；屋面积灰荷载为0.4kN㎡，屋面活荷载为0.6kN㎡，雪荷载为0.4kN㎡，风荷载为0.45 kN㎡。

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混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。

四、屋架形式和几何尺寸

屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，平坡梯形钢屋 架。屋面坡度

屋架计算跨度l0?l?2?150?27000?2?150?26700 mm。屋架端部高度取：。

H?H0?l0?i?1800?26700/2?0.1?3135?3150mm2。

跨中高度：

屋架高跨比：。 屋架跨中起拱取50 mm。

为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为3.0m的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，屋架几何尺寸如下图所示。

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27米跨屋架几何尺寸

五、屋盖支撑布置

根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆。

屋架支撑布置图

符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；

CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 六、荷载计算

屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算，故取屋面活荷载0.7kN进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式

g?(0.12?0.011 ?L)kN/m2计算，跨度L单位为m。

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(1)永久荷载标准值（荷载一）

改性沥青防水层 0.4kNm2 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kNm2 80厚泡沫混凝土保温层 0.48kNm2 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4kNm2 悬挂管道 0.10Nm2 屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kNm2

总计 3.197kN㎡

(2)可变荷载标准值

基本风压： 0.35kNm2 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.45kNm2 积灰荷载 0.6kNm2 不上人屋面活荷载 0.7kNm2 （可变荷载可按水平投影面积计算）

永久荷载设计值 1.2×3.197=3.8364 kN㎡（由可变荷载控制）

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可变荷载设计值 1.4×(0.6+0.7)=1.82kN㎡ (3)荷载组合

设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况： 组合一 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：

F?(3.8364?1.82)?1.5?6?50.91kN

组合二 全跨永久荷载 + 半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：F1?3.8364?1.5?6?34.53kN 半跨节点可变荷载：

组合三 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

全跨节点屋架自重：

F3?0.417?1.2?1.5?6?4.5kN 半跨节点屋1.2+0.7×1.4) ×1.5×6=23.94 kN 面板自重及活荷载：F4?(1.4×组合一，组合二为使用阶段荷载情况，组合三为施工阶段荷载情况。

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七、内力计算

由电算法先解得F=1的桁架各杆的内力系数（F=1作用于全跨，左半垮和右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表一。

表内三种组合：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。

表一 屋架杆件内力组合表

内力系数（F=1） 右杆件全跨名称 ① 跨② 跨合F③ ×① A0 B 上B弦 C C7 -9.99 -7.179 -2..6 -507-9.9-7.1-2.-5070 0 0 左半半种组第一内力组合值 第二种组合 第三种组合 计算杆F1×①+ F2×② 0 -462.0 -462F1×①+ F2×③ 0 -390.0 -390F3×①+ F4×② 0 -217.0 -217F3×①+ F4×③ 0 -111-507.6 .7 -111-507.6 0.0 内力(kN) 7

D DE EF FG GH HI IJ a7 -15.8 -16.38 -16.38 -18.67 -19.17 -19.17 9 -10.75 -11.33 -11.33 -11.05 -11.05 -11.54 79 -5.06 -5.06 -5.06 -7.62 -7.62 -7.62 1.4.6 -804.4 -833.9 -833.9 -848.7 -975.9 -975.9 272.9 677.6 928.6 906..0 -721.7 -751.2 -751.2 -833.0 -850.3 -851.0 249.9 612.6 816.9 760.8 -468.6 365.8

.0 -628.5 -648.5 -648.5 -769.5 -786.8 -786.8 208.2 524.6 741.6 760.8 -390.1 313..0 -324.1 -345.0 -345.0 -348.6 -350.8 -362.5 118..7 -192-804.4 .2 -194-833.9 .9 -194-833.9 .9 -266-848.7 .4 -268-975.9 .7 -268-975.9 .7 57.9 272.9 5.36 3.96 b b下c 13.39.34 1 18.24 17.88.9 8.9 e 斜 a腹B 1 -10.05 -7.42 -2.63 7 -511.6 404.2 -222.9 169.11.42 7 6.82 5 355.5 293.1 3.99 283.154.677.6 9 245.928.6 4 293.906.7 2 -108-511.6 .2 92.8 404.7 弦 cd d杆 B7.95 5.57 2.3b bD D4.61 2.59 c c-3.5 f fG E0.73 0.73 f G0.72 d d1.15 3.13 g g1.89 3.87 J H0.67 0.67 g A-0.5 -0.5 a 竖C杆 b E-1.5 -1.5 -1 -1 3 -0.9-2.69 1 -0.21 -1.0-6.47 -4.18 8 -2.29 2.02 -2.49 -2.49 0 1.67 -329.4 234.7 -178.2 -136.9 8 -291.9 201.6 -137.4 -96.3 5 -260.9 192.1 -129.2 -83.-329.4 9 82.7 69.1 234.7 3 -161.6 -133.7 -39.9 -17.1 -75.-178.2 4 -71.-136.9 7 37.2 37.2 25.2 20.8 3.3 37.2 -19.36.7 9.6 52.1 43.0 0 -42.58.5 91.0 7.4 80.1 0 128.96.2 33.0 7 2 7 128.7 101.-38.52.1 -42.0 91.0 -38.7 -19.0 6 -1.97 -1.97 0 34.1 34.1 23.1 19.1 3.0 34.1 -25.-25.5 -50.91 -76.9

-17.3 -34.5 -51.-14.-2.3 -25.5 22 -28.-4.5 -50.91 4 -42.-6.8 -76.4 0 5 -50.0 91 0 -76.c F-1 f H-1.5 -1.5 d I-1 g J0 e 0 0 -1 0 0 -1 0 4 -50.91 -76.4 -50.91 0 4 -50.9 -76.4 -50.9 0 8 -34.5 -51.8 -34.5 0 7 -28.-4.5 -50.91 4 -42.-6.8 -76.4 7 -28.-4.5 -50.91 4 0 0 0 注：表内负责表示压力；正值表示拉力 八、杆件设计

1.上弦杆

整个上弦采用等截面，按HI、IJ杆件的最大设计内力设计。

N＝-975.9kN 上弦杆计算长度：

在屋架平面内：为节间轴线长度

在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即

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loy?1507?2?1508?4522mm

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。

腹杆最大内力N＝-511.6 kN，查表得，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。

设，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类），则需要的截面积：

N975.9?103A???5624.6mm2 ?f0.807?215需要的回转半径：

loy45221508ix???25.1mm,iy???75.4mm

?60?60lox根据需要A、查角钢规格表，选用2L160×100×12，肢背间距a＝12mm，则A＝60.1，，

按所选角钢进行验算：

满足长细比的要求。

由于，只需求，查表＝0.819，则

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N975.9?103??? MPa?198.3MPa?215MPa?yA0.819?6010

所选截面合适，上弦截面如图所示： 2.下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd杆计算。

N=928.6kN

，loy?l0?26700/2?13350mm

所需截面积为（因跨中有通长系杆）:

N928.6?103A???4319.1mm2?43.19cm2

f215 选用2L160×100×10，因故用不等肢角钢，短肢相并。 A＝50.6，，

loy1335lox450?x???157.9?350， ?y???171.6?350

ix2.85iy7.78??N928600? ?183.5MPa?215MPa，故所选截面合适。 A5060 下弦截面如图：

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3.斜杆

按端斜杆aB最大设计内力设计。 杆件轴力： 计算长度：

因为，故采用等肢角钢，使。选用2L100×10。则:

A＝38.52，，

，

由于，只需求。查表＝0.668，则:

??N511600? ?198.8MPa?215MPa，故所选截面合适。 ?xA0.668?3852 端斜杆截面如图： 4.腹杆

腹杆cf-fG在f节点处不断开，采用通长杆件。

,

再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距 ，在桁架平面外的计算长度：

l0y?l1(0.75?0.25N2136.9)?4174?(0.75?0.25?)?3932.2mm N1178.213

选用2L110×10，查角钢规格表得

A＝45.52，，

， ?y?loy?3932.2?78.64?150

iy50.0 由于，只需求。查表＝0.697，则:

??N178200? ?56.2MPa?215MPa ?yA0.697?4552 再分腹杆截面如图：

5.竖杆Hd

，lox?0.8*L?0.8?3050?2440mm，

由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半径为

loy3050lox2440ix???16.3mm，iy???20.3mm

[?]150[?]150查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2L63×5，其 几何特性为：

A＝12.29，，

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loy3050lox2440?x???125.8?150， ?y???100.3 ?150

ix19.4iy30.4由于，只需求。查表＝0.406，则:

??N76400? ?153.1MPa?215MPa ?xA0.406?1229竖杆截面如图：

其余各杆件的截面选择结果见表二。

表二 屋 架

杆 件 截 面 选 择 表

计算杆内名件力称 编kN 号 上HI-97容截回转半径cm 长细许截面面比 长规格 面细积 160×100×12 60.1 计算稳定应力 系数 0.819 198.3 长度cm 15 452.2 2.82 7.82 53 比 57150 弦 、IJ 5.9 0.8 .5 .8 15

下弦 cd 928.6 450 13160×50.6 2.85 7.78 157.9 171.6 55350 0.245 183.5 35 100×10 25-51aB 1.6 3 253 100×10 38.52 3.05 4.60 83150 0.668 198.8 .0 .0 26404Bb .7 2 28-32bD 9.4 3 28腹 Dc 杆 .7 3 20-17cf 8.2 7 20-13fG 6.9 7 1837.Ef 2 9 8.8.2347.7.2.262.2 287.3 287.3 39100×10 38.52 3.05 4.60 8557150 0.648 162.1 .9 .0 100×10 38.52 3.05 4.60 9462150 0.594 144.0 .2 .5 100×10 38.52 3.05 4.60 9462150 0.594 102.6 .2 .5 1145.3.38 5.5.52 00 9 1145.3.38 5.5.52 00 9 9712.1.94 3.63×5 29 04 110×10 110×10 78.65 78.65 62150 0.697 56.2 3.3 393.3 189 150 0.697 43.1 150 0.575 52.6 .4 .2 16

-1932.0 Gd 52.5 1 -4222.0 dg 91.9 0 -3822.7 gJ 1289 .7 34.Hg 1 203.5 -25Aa .5 161.2 -50竖 Cb .91 杆 4 0 29 4 04 8 -76Ec .4 208 260 63×5 12.29 1.94 3.04 107.2 85.5 150 0.511 121.7 18203.29 5 201.29 5 2363×5 12.1.93..8 .7 589475150 4 04 8 0. 70.4 63×5 12.1.93..1 .3 664 04 9 8366150 3 0. 31.1 63×5 12.1.93.4..9 521066150 0. 53.1 9 4.5.63×5 29 4 04 9 1 1 4212.1.93.5.0.150 34104.7 11140.9 4.5.63×5 29 4 04 9 1 1 4212.1.93.5.0.150 3474.0 11140.5 6.6.63×5 29 4 04 3 4 4 3212.1.93.8.7.150 25 166.9 16100.17

-50Ff .91 104 130 63×5 12.29 1.94 3.5342150 0.838 49.4 .6 .8 04 -76Hd .4 244 305 63×5 12.29 1.94 3.04 125.8 100.3 50150 0.406 153.1 -50Ig .91 122 152.63×5 12.29 1.94 3.62150 0.791 52.4 .9 .2 04 5

九、节点设计

采用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。 1.下弦节点“b”

设 bB 杆的肢背和肢尖焊缝，所需焊缝长度为：

3KN0.65?404.7?101肢背：l1??2hf??2?8?162.79mm w2?0.7hf1ff2?0.7?8?1603KN0.35?404.7?102肢尖：l2??2hf??2?6?117.39mm2?0.7hf2ffw2?0.7?6?160

取，。

设 bD杆的肢背和肢尖焊缝，所需焊缝长度为：

3KN0.65?329.4?101肢背：l1??2hf??2?8?135.48mm w2?0.7hf1ff2?0.7?8?16018

3KN0.35?329.4?102肢尖：l2??2hf??2?6?97.78mm2?0.7hf2ffw2?0.7?6?160

取，。

bC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。 根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（下弦节点b图），从而确定节点板的尺寸为280×340mm。下弦与节点板连接到焊缝长度为340mm，，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N＝Nbc-Nab＝677.6-272.9＝404.7kN。验算肢背焊缝的强度：

K1?N0.65?404.7?103?f???113.9N/mm2?160N/mm22?0.7hflw2?0.7?5??340?2?5?

下弦节点b如图：

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2.上弦节点“B”

斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算：N=-511.6kN。 设 “aB”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为： 肢背：

K1N0.65?511.6?103l1??2hf??2?10?168.46mm w2?0.7hf1ff2?0.7?10?1603KN0.35?511.6?102 肢尖：l2??2hf??2?6?145.23mm2?0.7hf2ffw2?0.7?6?160

取，。

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