钢结构厂房课程设计.doc
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1、课程设计计算说明书一、设计资料1、车间基本参数某公司因生产需要,拟在济南郊区建设一座单层单跨机加工车间(设计使用寿命50年),车间建筑平面、剖面见下图。图1 车间建筑平面图图2 车间建筑剖面示意图车间采用排架结构,下部为现浇钢筋混凝土柱及独立基础,上部采用钢屋架结构,屋架与排架柱铰接。车间内设有一台A4工作制的软钩梁式吊车,屋架下弦距离牛腿顶面1.8m,轨道高度130mm。混凝土排架柱采用实腹矩形柱;吊车梁可以采用T形或矩形钢筋混凝土吊车梁,也可以采用H形截面钢吊车梁(二选一),抗风柱为矩形截面钢筋混凝土柱。车间屋面采用75mm厚彩色夹芯钢板,屋面檩条为卷边C型钢(C18070202.5),檩
2、条间距约1.5m;车间四周围护墙采用240mm厚砖墙,内外各抹灰20mm厚,表面刷涂料;纵墙塑钢窗洞高为1.8m、宽为2.4m,共上下两层。2、车间荷载、材料自重、抗震设防等级 屋面活荷载标准值:0.5kN/m2(不上人屋面,无积灰荷载); 基本风压:0.45kN/m2; 基本雪压:0.30kN/m2; 屋面75mm厚夹芯钢板及檩条自重标准值:0.25kN/m2(按投影面积); 钢屋架及屋面支撑自重标准值(估算):0.35kN/m2(按投影面积); 钢筋混凝土自重25 kN/m3;砖及抹灰自重20 kN/m3;回填土自重20 kN/m3; 抗震设防等级:6度。3、荷载组合 钢屋架为简化计算,屋
3、面暂不考虑风荷载作用。首先计算一榀典型简支屋架的内力系数,然后分别计算下述三种荷载标准值作用下的杆件内力:全跨永久荷载、全跨屋面活荷载、半跨屋面活荷载。最后列表进行下述两种荷载组合:1.2全跨永久荷载+1.4(屋面活荷载,雪荷载)max;1.2全跨永久荷载+1.4(半跨屋面活荷载,半跨雪荷载)max。 排架柱为简化计算,不考虑车间的空间作用,将钢屋架简化成刚度无穷大的水平横梁,两端与排架柱铰接连接。屋面永久荷载及活荷载标准值分别等效作用到横梁上。首先分别计算下述八种荷载标准值作用下一榀典型排架的内力:永久荷载、屋面活荷载、左(或右)墙面风荷载、吊车左(或右)刹车力、吊车靠近左(或右)时的竖向荷
4、载;然后列表进行排架柱的内力组合。组合情况考虑以下六种:1.2永久荷载+1.4(屋面活荷载,雪荷载)max;1.2永久荷载+1.4墙面风荷载;1.2永久荷载+1.4吊车竖向荷载;1.2永久荷载+0.91.4(屋面活荷载,雪荷载)max+0.91.4墙面风荷载;1.2永久荷载+0.91.4(屋面活荷载,雪荷载)max+0.91.4吊车竖向荷载;1.2永久荷载+0.91.4(屋面活荷载,雪荷载)max+0.91.4墙面风荷载+0.91.4吊车竖向荷载+0.91.4吊车水平荷载。4、地质情况 经勘测,地表土为人工填土,1.2m厚,不宜作为天然地基土,建议全部挖除;其下为粘土,地基承载力特征值,压缩模
5、量,适宜作为地基持力层。场地地下水静止水位埋深为10.5米,可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。最大冻土深度可按0.5m考虑。5、主要构件材料 钢筋:纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋; 混凝土:C20 C30; 钢材:Q235-B或Q345-B。6、吊车参数起重量Q=5t,跨度为22.5m,车宽3.5m,轮距3m。,。7、钢屋架形式为梯形钢屋架,牛腿柱顶标高为5.1m。二、结构选型及结构布置1.采用梯形钢屋架2.采暖地区非采暖房屋,无需设置温度缝。3.按构造设置横向上弦水平支撑,下弦横向水平支撑,垂直支撑,柱间支撑,具体布置见下图。三、钢屋架计算1设计资料 取屋檐口高
6、为2.0m,屋面坡度为1/12。2屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2012.5mm。3.荷载组合设计屋架时,考虑以下两种荷载组合:(1) 全跨永久荷载+全跨可变荷载(2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载恒载设计值0.25+0.35=0.6 kN/m2活载控制分项系数取1.2, q1=1.20.6=0.72 kN/m2 ,恒载控制分项系数取1.35,q1=1.350.6=0.81 kN/m2活载计算: kN/m2分项系数1.4, q2=.40.5=0.7 kN/m2永久荷载控制的组合:0.81+0.70.7=1.30 kN/m2可变
7、荷载控制的组合:0.72+0.7=1.42 kN/m2取可变荷载控制的组合,计算节点荷载恒载载设计值p1=0.721.56=6.48kN活载设计值p2=0.71.56=6.30kN4.内力计算按力学求解器计算杆件内力,然后乘以实际的节点荷载,屋架要上述第一种荷载组合作用下,屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值,在第二和第三种荷载作用下,靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号,因此,在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算,而在半跨荷载作用下,仅需计算近跨中的斜腹杆内力,取其中不利内力(正、负最大值)作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。 全跨荷载布置图全跨荷载内力图
8、左半跨荷载布置图左半跨荷载内力内力计算表杆 件名 称 杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载P=12.78kNN=P全跨永久荷载+半跨可变荷载P1=6.48kNP2=6.30kNN左=P1+P2N右=P1+P2计算内力 KNP=1在左半跨在右半跨全跨上 弦杆JK0000000KL-6.35-2.51-8.86-113.23-97.42-73.23-113.23LM-6.35-2.51-8.86-113.23-97.42-73.23-113.23MN-9.35-4.64-14.00-178.92-149.63-119.95-178.92NO-9.35-4.64-14.00-178.92-149.6
9、3-119.95-178.92OP-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61PQ-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61QR-7.84-7.84-15.68-200.39-151.00-151.00-200.39下弦杆AB3.511.264.7660.8352.9638.7860.83BC8.223.6211.84151.32128.5199.53151.32CD9.755.5415.29195.41160.50133.98195.41DE8.927.1216.04204.99160.14148.80
10、204.99斜腹杆AK-6.54-2.54-8.89-113.61-98.81-73.61-113.61KB4.892.177.0690.2376.5659.4290.23BM-3.54-2.09-5.63-71.95-57.78-49.65-71.95MC2.061.883.9550.4838.5737.4450.48CO-0.86-1.83-2.69-34.38-22.85-28.96-34.38OD-0.321.671.3517.256.7318.8318.83DQ1.44-1.63-0.19-2.437.84-11.50-11.50QE-2.401.50-0.90-11.50-20.9
11、5-3.62-20.95竖杆AJ-0.500-0.50-6.39-6.39-3.24-6.39BL-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78CN-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78PD-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78RE0.800.801.6020.4515.4110.3720.455.杆件截面设计(1)上弦杆截面计算整个上弦杆按最大内力计算N = -204.61kN(压力),采用同一截面,查钢结构设计手册,节点板厚度选用8mm,支座节点板厚度选用10mm。计算长度 屋架平面内计算长度 取节间轴线长度
12、屋架平面外计算长度 屋架上弦水平支撑间距6000mm,取因为,根据等稳定性原则,截面选用两个不等肢角钢,且短肢相并。如图1所示。yyxx8图1上弦截面设,查轴心受压构件的稳定系数表需要截面积需要回转半径 根据需要的A 、 ix 、iy ,查角钢型钢表,选用2,A = 44.6 c , ix = 2.56 cm , iy =6.69 cm。按所选角钢进行验算 满足长细比要求。由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表,所选截面满足要求。(2)下弦杆截面计算整个杆件按最大内力计算,采用同一截面,N=204.99kN (拉力)计算长度 屋架平面内计算长度 取节间轴线长度屋架平面外计算长度 屋架下弦支撑
13、间距6000mm,取计算需要净截面面积选用280505(短肢相并),见图2所示,A =12.74 c , ix =1.42 cm , iy =3.95cm 按所选角钢进行截面验算,取。8xxyy图2 下弦截面 所选截面满足要求。(3)斜杆和竖杆截面计算 斜杆AK和斜杆BM合并N = -113.61kN (压力), l0x =251.6cm , l0y = l =280.9cm计算需要净截面面积选用2636,见图3所示,A =1458mm2 , ix =1.93cm , iy = 2.84cmxxyy6图3斜杆BM截面 属于b类截面 属于b类截面满足长细比要求。由于只需求出,查轴心受压构件的稳定
14、系数表,所选截面满足要求。 斜杆KB和斜杆合并N = 90.23kN(拉力),l0x = 0.8l = 224.72cm, l0y = l =280.9 cm计算需要净截面面积选用2455,见图4所示,A =8.58 c , ix = 1.37 cm , iy = 2.11 cmxxyy6图 4斜杆MC截面验算: 所选截面满足要求。 斜杆CO和斜杆QE合并N =-34.38kN (压力),l0x =0.8 l =2594.4mm l0y = l =3243mm选用2636,见图5所示,A =14.58mm2 , ix =1.93cm , iy = 2.84cmxxyy6图5斜杆QE截面 属于b
15、类截面 属于b类截面满足长细比要求。由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表,所选截面满足要求。斜杆OD .N =18.83kN(拉力),l0x = 0.8l = 241.84cm, l0y = l =302.3 cm计算需要净截面面积选用2455,见图6所示,A =8.58 c , ix =1.37 cm , iy =2.11 cmxxyy6图 6 斜杆OD截面验算: 满足长细比要求。所选截面满足要求。 斜杆DQ和竖杆AJ、竖杆BL、竖杆CN、竖杆PD合并N =-12.78kN (压力),l0x =0.8 l =259.44cm l0y = l =324.3cm选用2636,见图7所示,A
16、=14.58c , ix = 1.93cm , iy = 2.84cmxxyy6图7 斜杆DQ截面 属于b类截面 属于b类截面满足长细比要求。由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表,所选截面满足要求。竖杆REN =20.45kN (拉力), l0x = 0.8l= 2400mm l0y =3000mm 计算需要净截面面积选用2636, A =14.58 c , ix = 2.43cm , iy = 1.24cm 满足长细比要求。所选截面满足要求。图中竖杆RE截面图屋架杆件一览表杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积(m)回转半径长细比容许长细比(N/m)loxloyix(mm) iy
17、(mm)max上弦-204.6115056020短肢相并2L1409010446025.666.99015073.88下弦204.9930006000短肢相并2L80505127414.239.5211350160.90斜腹杆AK-113.61251625162L636145819.328.4130150201.35BM-71.95224728092L636145819.328.4116150107.75KB90.23208126012L45585813.721.1152350105.16MC50.48224728092L45585813.721.116435058.83CO-34.38241
18、830232L636145819.328.412515057.37QE-20.95259432432L636145819.328.413415038.84OD18.83241830232L45585813.721.117635021.95DQ-11.50259432432L636145819.328.413415021.32竖杆RE20.4524003000十字形2L636145824.312.424235014.03AJ-6.39201320132L636145819.328.41041508.28BL-12.78180022502L636145819.328.49315014.58CN-1
19、2.78200025002L636145819.328.410415016.57PD-12.78220027502L636145819.328.411415018.656.节点设计重点设计“”、“”、“”、“” “”五个典型节点,其余节点设计类同。(1)下弦节点选用E43焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/m,实际所需的焊脚尺寸可构造确定。 KB杆的内力N=90.23KN,采用三面围焊,肢背和肢尖焊缝hf=5mm,所需要的焊缝长度为:因为,所以按两面侧焊缝计算。肢背,取70mm肢尖,取50mm BM杆的内力N=-71.95KN,采用三面围焊,肢背与肢尖的焊缝hf=5mm,所需要的
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