电大本科-单层厂房钢屋盖钢结构毕业设计

'一、设计任务书（一）题目单层厂房钢屋盖（二）设计要求1、屋盖支撑布置——说明布置原则、依据。2、设计一个普通钢屋架：节点荷载计算、杆件内力计算、杆件内力组合、杆件截面、截面设计四个点型节点，附全部计算书。3、绘制施工图：内容包括支撑布置图，屋架结构图图中注明计算内力和选定的截面，支座节点、上弦一般节点、下弦拼接接点、屋脊节点。（三）设计资料1、钢屋架跨度为24m，屋架间距b=6m，屋架支座高度H0=2m，屋架坡度i=1/12，屋架上弦节间长度d=3m。2、屋面采用1.5m*6.0m，预应力钢筋混凝土屋面板和卷材屋面（由二毡三油防水层，2cm厚水泥砂浆找平层及8cm厚的泡沫混凝土保温层组成）。屋架坡度i=1/12，屋架选用梯形钢屋架，跨中高度H=3.25m，屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，上柱截面取为400mm*400mm，混凝土标号为C20，当地基本雪压为0.7KN/m2,钢材采用Q235，B级，焊条采用E43型，手工焊。屋架上弦平面利用屋面板，用埋固的小钢板和上弦杆焊住，代替水平支撑，在屋架下弦平面的端部及两侧面端面布置水平及竖直支撑。3、屋架计算跨度：l0=24m-2*0.15m=23.7m。4、跨中及端部高度，此设计为无檀屋盖方案，采用平板梯形屋架，取屋架在24m轴线处的端部高度h0=2.0m，屋架的中间高度h=3m，则屋架在23.7m处，两端的高度h0=2.0125m，屋架跨中起拱按l0/500考虑，取48mm。 （四）设计依据1、《建筑结构荷载规范》GB50009-20102、《钢结构设计规范》GB50017-20103、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-20014、《建筑抗震设计规范》GB5011-20105、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002二、设计计算书（一）结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见附图—1根据厂房长度取84m>60m，跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑，因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，设水平支撑的规格与中间柱网的支撑的规格有所不同，在所有柱间的上弦平面布置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载，在设置横向水平支撑的柱间，于是屋架跨中和两端各设一道垂直支梯，梯形钢屋架支撑布置附图—1所示。（二）荷载计算1、恒载标准值：2防水层（二毡三油上铺小石子）0.35KN/m，沿屋面坡向分布。2找平层（20mm厚水泥砂浆）0.4KN/m，沿屋面坡向分布。2保温屋（8cm泡沫混凝土）0.45KN/m，沿屋面坡向分布。2预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.4KN/m，沿屋面坡向分布。 屋架自重（包括支撑）按经验公式计算2I=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.38KN/m，沿水平投影面分布。2、活荷载标准值：2屋面均部活荷载（不上人的屋面）0.7KN/m，沿水平投影面分布。雪载S=μS0（因屋面与水平面的倾角α=arctan1/12=4.76<15，故屋面积雪分布系数μ=1.0）。风载：因α=4.76<15，风载体型系数μ=对屋面为吸力，故可不考虑风载影响。屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大荷载标准值进行计算，22因二者均为0.7KN/m，故可取其一，如屋面活荷载0.7KN/m进行计算。荷载计算如表—1表—1荷载计算表标准值设计值荷载名称计算式22备注KN/mKN/m防水层（二毡三油上0.350.42沿屋面坡向分布铺小石子）水泥砂浆找平层0.02*200.40.48沿屋面坡向分布（20mm厚）泡沫混凝土保温层0.450.48沿屋面坡向分布（80mm厚）预应力混凝土屋面板1.41.68沿屋面坡向分布（含灌缝）屋架和支撑自重0.12+0.011*240.380.46沿水平分布恒载总和2.983.58屋面均布活荷载0.70.98沿水平面分布，计雪荷载0.70.98算中取二者中的较大值可变荷载总和0.70.98注：由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。3、荷载计算及汇总表？？ 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载F=（3.56+0.98）*3*6=82.08KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=3.58*3*6=64.44KN半跨节点可变荷载：F2=0.98*3*6=17.64KN（3）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=0.46*3*6=8.24KN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=（1.68+0.46+0.98）*3*6=56.16KN（1）、（2）为使用节点荷载情况。（3）为施工阶段荷载情况。（三）内力计算屋架上三种荷载作用下的计算简图如图—1所示：（a）全跨永久荷载+全跨可变荷载 （b）全跨永久荷载+半跨可变荷载（c）全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重及活载图-1屋架计算简图1、用图解法或数个解法解得F=1的屋架的内力系数分别求出（a）、（b）、（c）三种情况屋架杆件的内力。2、然后将求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如表-2所示。屋顶上弦杆除了承受轴心压力外，尚承受节点间集中荷载而产生的弯矩。其值为：第一节点：M=0.8M0=0.8×41.04×3/4=24.62KN·M中间节点：M=0.6M0=0.6×41.04×3/4=18.47KN·M中间节点：M=-0.6M0=-18.47KN·M在全跨恒载和全跨活载作用下，屋顶弦杆、竖杆和靠近支座斜杆的内力均比较大，在屋架及支撑自重和半跨屋面板与活载作用下，靠近跨中的斜杆的内力可能发生变号。（四）杆件设计1、上弦杆 按受力最大的弦杆设计，沿跨度全长载面保持不变。上弦杆DE为压弯杆件：N=972.65KNM=18.47KN·Mlox=3000mm，loy=1500mm（由于上弦杆和屋面板埋设小钢板并牢固焊接，可代替水平支撑，故上弦杆平面外的计算长度loy=1500mm）腹杆最大内力N=574.56KN，查表得，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设λ=90查Q235钢的稳定系数表，可得φ=0.621，b类载面则所需载3N972.6510面面积为：A7285f0.621215需要的回转半径：ix=lox/λ=3000/90=33.3mmiy=loy/λ=1500/90=16.67mm根据需要A，ix，iy查角钢规格表，选用2∟160×14，肢背间距a=12mm，22则：A=43.3×2=86.6cmW1x=234.4×2=468.8cm2W2x=90.95×2=181.9cmix=4.92cmiy=7.07cmλx=lox/ix=3000/49.2=61.0λy=loy/iy=1500/70.7=21.2λ=（λx，λy）max=61.0满足长细λ≤［λ］=150的要求，查得φ=0.801，则3N995.5610σ=143.52MPa＜215Mpa2A0.80186.610（1）按公式验算弯距作用内的稳定性查表得载面塑性发展系数y1x=1.05y2x=1.2 2252EA2.061075.1410NEX=224105.6KN61.0此处节点间弦杆相当于两端支撑有端弯距和横向荷载同时作用，使构件产生反向曲率的情况，根据规范等效弯距系数βm=0.85将以上数据代入下式验算作用平面内的稳定性：M36Nm972.65100.8517.471023AyW(10.8N/N0.80186.6101.05468.810(10.8972.65/410.56)E=179.6N/mm2＜f=215N/mm2对于这种T形载面压弯杆件，还应验算载面另一侧，即NmMAW（11.25N/N)2E36972.65100.8518.47102==4.5N/mm2386.6101.05181.910(11.25972.65/4105.6)22=114.96120.06=5.1N/mm＜f=215N/mm所以可保证弦杆弯距作用平面内的稳定性。（2）按下式验算弯距作用平面外的稳定性：λy=loy/iy=1500/70.7=21.2mm≤［λ］=150，查表得=0.966对于双角钢T形载面的整体性系数：f235b10.001710.001721.20.96235235将以上数据代入下式验算作整体稳定性M36Nm972.65100.8518.47102=116.27+34.9=151.2N/mm＜23AW0.96686.6100.96468.810b12f=215N/mm所以可保证弯距作用平面外的稳定性。 （3）强度验算：由于上弦杆两端得弯距比较大，同时W2较小，因此，需按下式验算节点负弯距载面无翼缘一边的强度：M36N972.651018.47102=112.3+84.6=196.9N/mm＜f=21523AW86.6101.2181.9102z2N/mm因BC，CD，DE的弯距值和Efd相同，而轴心力均小于EF，为了简化制造工作，故用EF相同的载面尺寸而不必验算。上弦杆AB，N=0，M=24.62KNmM624.621022=112.8N/mm＜f=215N/mm3W1.2181.9102z2、下弦杆按轴心拉杆设计，沿全长截面不变，截面采用等肢角钢拼合，最大设计拉力：Nma=927.5KN3N927.5102lox=600cmloy=1200cmA==43.14cm2f21510选用2∟100×12，A=22.8×2=45.6cm2可满足要求。ix=3.03cmλx=lox/ix=600/3.03=198.02≤［］=350由于此屋顶不受动力作用，故可反验算在竖直平面内的长细比。3、斜腹杆（1）端斜腹杆AbN=-574.56KNlox=loy=3631cm因为Lox=Loy，故采用不等肢角钢，长肢相并使Lox≈Loy，选用 2∟160×100×10，则A=2×25.3=50.6cm2ix=5.14cmiy=4.05cmloxix363.15.1470.64，loxiy363.140.589.65，ymax89.65满足长细比150的要求，查得0.623则3N574.5610=182.3Mpa＜215Mpa所选截面合适。2A0.62350.610（2）其它斜腹杆Bb：N=357.87KN，lox=0.8loy=300cmloy=3750cm选用2∟80×6，则2A=2×9.4=18.8cm，ix=2.47cm，iy=3.73cmlox3002.47121.46，ylox3753.73100.54，ixiy，ymax121.463N375.8710150的要求，则2满足长细A18.810=190.4Mpa＜215MpabD：N=-205.2KN，lox=0.8loy=325.6cmloy=407cm选用2∟90×7，则2A=2×12.3=24.6cm，ix=2.78cm，iy=4.14cmlox325.62.78117.12，yloy4074.1498.31ixiy，ymax117.12满足长细比，150的要求，查得0.453则3N205.210=184.14Mpa＜215Mpa所选截面合适。2A0.45324.610Dc：N=85.52KN，lox=0.8loy=325.6cmloy=407cm选用2∟80×5，则 2A=2×7.91=15.58cm，ix=2.48cm，iy=3.71cmlox325.62.48117.12，yloy4073.7198.31ixiy，ymax117.12满足长细比，=150的要求，则3N85.5210=54.89Mpa＜215Mpa所选截面合适。2A15.58104、竖杆（1）端竖杆AaN=-41.04KN，lox=201.25cmloy=201.25cm由于杆件内力较小，按=150选择ix=lox/λ=201.25/150=1.34cm，iy=loy/iy=201.25/150=1.34cm查表，选截面的ix，iy较上述计算值略大，选用2∟63×4，则2A=2×4.98=9.96cm，ix=1.96cm，iy=3.02cmlox201.251.96102.68，yloy201.253.0266.64ixiy，ymax102.68满足长细比，150的要求，查得0.538则3N41.0410=76.6Mpa＜215Mpa所选截面合适。2A0.5389.9610 表-2屋架构件内力计算及内力组合表内力系数（Fi=1)第二种组合杆件名称全跨左半跨右半跨第一种组合F1×①+F1×①+F3①②③F×①F2×②F2×③FAB000000BC﹣9.37﹣7﹣3.4﹣769.32﹣727.28﹣663.78﹣上弦CD﹣9.42﹣7.05﹣3.5﹣773.19﹣731.39﹣668.76﹣DE﹣11.85﹣7.9﹣5.85﹣972.65﹣902.97﹣866.81﹣ab5.94.61.97484.27461.34414.953下弦bc11.38.54.78927.5870.17812.495aB﹣7﹣5.67﹣2.41﹣574.56﹣551.1﹣493.59﹣Bb4.363.051.9357.87334.76314.472斜腹杆bD﹣2.5﹣1.32﹣1.75﹣205.2﹣184.38﹣191.97﹣Dc0.70.251.4257.449.5270.161Aa﹣0.5﹣0.50﹣1.02﹣41.04﹣32.22﹣竖杆Cb﹣1.0﹣1.00﹣82.02﹣82.08﹣64.44﹣Ec﹣0.0200﹣1.64﹣1.29﹣1.29﹣表-3各杆件内力及截面选择表截面抵构件设计内力计算长度（cm)回转半径长截面形式截面面抗矩23编号N(KN)M(KNm)loxloy和规格积（cm)（cm)ix(cm)iy(cm)λ∟上2160×弦AB0±24.623001501486.6468.84.927.076 ∟杆﹣2160×BC769.32±18.473001501486.6468.84.927.076∟﹣2160×CD773.19±18.473001501486.6468.84.927.076∟﹣2160×DE972.6518.473001501486.6468.84.927.076∟2100×下ab484.27–6006001245.6–3.033.031弦∟2100×杆bc927.5–6006001245.6–3.033.031∟﹣2160×aB574.56–363.1363.1100×1250.6–5.144.057斜∟Bb357.87–300375280×618.8–2.473.731腹﹣杆∟bD205.2–325.6407290×724.6–2.784.141∟Dc85.52–325.6407280×615.58–2.483.711﹣∟Aa41.04–201.25201.25263×49.96–1.963.021竖﹣杆∟Cb82.08–250250263×49.96–1.963.021∟Ec﹣1.64–300300263×49.96–1.963.021表-4杆件端部焊缝计算杆件2每个角钢所需的焊缝面积（CM）设计内力角钢尺寸肢（KN)名称编号AwAw1Aw2hf∟2160×aB﹣574.5617.9611.676.288100×12Bb357.87∟11.387.973.416280×6斜腹杆Bd﹣205.2∟6.424.491.936290×7Dc85.52∟–––6280×6 aA﹣41.04∟–––6263×4竖杆bC﹣82.08∟–––6263×4Ce﹣1.64∟–––6263×4∟2160×上弦杆DE﹣972.6528.44208.44814∟2100×下弦杆bc443.2315.2510.684.58812'