鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)

1、山東建筑大學(xué)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書題目：某機(jī)加工車間設(shè)計(jì)課程：工業(yè)廠房課程設(shè)計(jì)院部：土木工程學(xué)院專業(yè)：土木工程班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)期限：指導(dǎo)老師：鋼 屋 架 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算一、設(shè)計(jì)資料 車間基本參數(shù)某公司因生產(chǎn)需要，擬在濟(jì)南郊區(qū)建設(shè)一座單層單跨機(jī)加工車間（設(shè)計(jì)使用壽命50年），車間建筑平面、剖面見下圖。車間采用排架結(jié)構(gòu)，下部為現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱及獨(dú)立基礎(chǔ)，上部采用鋼屋架結(jié)構(gòu)，屋架與排架柱鉸接。車間內(nèi)設(shè)有一臺(tái)A4工作制的軟鉤梁式吊車，屋架下弦距離牛腿頂面1.8m，軌道高度130mm?；炷僚偶苤捎脤?shí)腹矩形柱;吊車梁可以采用T形或矩形鋼筋混凝土吊車梁，也可以采用H形截面鋼吊車梁(二選一)，抗風(fēng)柱

2、為矩形截面鋼筋混凝土柱。車間屋面采用75mm厚彩色夾芯鋼板，屋面檁條為卷邊C型鋼（C180×70×20×2.5），檁條間距約1.5m;車間四周圍護(hù)墻采用240mm厚磚墻，內(nèi)外各抹灰20mm厚，表面刷涂料;縱墻塑鋼窗洞高為1.8m、寬為2.4m，共上下兩層。2、車間荷載、材料自重、抗震設(shè)防等級(jí) 屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值:0.5kN/m2(不上人屋面，無積灰荷載)； 基本風(fēng)壓：0.45kN/m2； 基本雪壓：0.30kN/m2； 屋面75mm厚夾芯鋼板及檁條自重標(biāo)準(zhǔn)值:0.25kN/m2（按投影面積）； 鋼屋架及屋面支撐自重標(biāo)準(zhǔn)值（估算）：0.35kN/m2（按投影面積）；

3、鋼筋混凝土自重25 kN/m3；磚及抹灰自重20 kN/m3；回填土自重20 kN/m3； 抗震設(shè)防等級(jí)：6度。3、荷載組合 鋼屋架為簡(jiǎn)化計(jì)算，屋面暫不考慮風(fēng)荷載作用。首先計(jì)算一榀典型簡(jiǎn)支屋架的內(nèi)力系數(shù)，然后分別計(jì)算下述三種荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的桿件內(nèi)力：全跨永久荷載、全跨屋面活荷載、半跨屋面活荷載。最后列表進(jìn)行下述兩種荷載組合：1.2×全跨永久荷載+1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max；1.2×全跨永久荷載+1.4×（半跨屋面活荷載，半跨雪荷載）max。 排架柱為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮車間的空間作用，將鋼屋架簡(jiǎn)化成剛度無窮大的水平橫梁，兩端與排架柱鉸接連接。屋面

4、永久荷載及活荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別等效作用到橫梁上。首先分別計(jì)算下述八種荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下一榀典型排架的內(nèi)力：永久荷載、屋面活荷載、左（或右）墻面風(fēng)荷載、吊車左（或右）剎車力、吊車靠近左(或右)時(shí)的豎向荷載；然后列表進(jìn)行排架柱的內(nèi)力組合。組合情況考慮以下六種：1.2×永久荷載+1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max；1.2×永久荷載+1.4×墻面風(fēng)荷載；1.2×永久荷載+1.4×吊車豎向荷載；1.2×永久荷載+0.9×1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max+0.9×1.4×墻面風(fēng)荷載；1.2

5、5;永久荷載+0.9×1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max+0.9×1.4×吊車豎向荷載；1.2×永久荷載+0.9×1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max+0.9×1.4×墻面風(fēng)荷載+0.9×1.4×吊車豎向荷載+0.9×1.4×吊車水平荷載。4、地質(zhì)情況 經(jīng)勘測(cè)，地表土為人工填土，1.2m厚，不宜作為天然地基土，建議全部挖除；其下為粘土，地基承載力特征值，壓縮模量，適宜作為地基持力層。場(chǎng)地地下水靜止水位埋深為10.5米，可不考慮水質(zhì)對(duì)基礎(chǔ)混凝土的侵蝕。最大凍土深度可

6、按0.5m考慮。5、主要構(gòu)件材料 鋼筋：縱向受力鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，箍筋采用HPB235級(jí)鋼筋； 混凝土：C20 C30； 鋼材：Q235-B或Q345-B。6、鋼屋架形式為梯形鋼屋架，吊車噸位為5t，牛腿柱頂標(biāo)高為6.3m。結(jié)構(gòu)布置鋼屋架計(jì)算一、設(shè)計(jì)資料 取屋檐口高為2.0m，屋面坡度為1/12。二、屋架布置及幾何尺寸屋架幾何尺寸圖屋架計(jì)算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mm。三、荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，考慮以下兩種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載恒載設(shè)計(jì)值按分項(xiàng)系數(shù)為1.2, q1=1.2×0.

7、6=0.72 kN/m2 ，按1.35為1.35×0.6=0.81 kN/m2活載計(jì)算：分項(xiàng)系數(shù)1.4，q2=.4×0.5=0.7 kN/m2活荷載0.5 kN/m2>雪荷載0.3 kN/m2永久荷載控制的組合：0.81+0.7×0.7=1.30 kN/m2可變荷載控制的組合：0.72+0.7=1.42 kN/m2取可變荷載控制的組合，節(jié)點(diǎn)荷載p1=0.72×1.5×6=6.48kN 節(jié)點(diǎn)荷載p2=0.7×1.5×6=6.30kN四、內(nèi)力計(jì)算按力學(xué)求解器計(jì)算桿件內(nèi)力，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載，屋架要上述第一種荷載組合作用

8、下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿內(nèi)力均達(dá)到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號(hào)，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計(jì)算，而在半跨荷載作用下，僅需計(jì)算近跨中的斜腹桿內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計(jì)算見圖屋架各桿內(nèi)力組合見表。全跨荷載布置圖全跨荷載內(nèi)力圖左半跨荷載布置圖左半跨荷載內(nèi)力圖內(nèi)力計(jì)算表?xiàng)U 件名 稱桿內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載P=12.78kNN=P×全跨永久荷載+半跨可變荷載P1=6.48kNP2=6.30kNN左=P1×+P2×N右=P1×+P2×計(jì)算

9、內(nèi)力KNP=1在左半跨在右半跨全跨上弦桿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-9.35-4.64-14.00-178.92-149.63-119.95-178.92OP-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61PQ-9.62-6.39-16.01-204.61-164.35-144.00-204.61Q

10、R-7.84-7.84-15.68-200.39-151.00-151.00-200.39下弦桿AB3.511.264.7660.8352.9638.7860.83BC8.223.6211.84151.32128.5199.53151.32CD9.755.5415.29195.41160.50133.98195.41DE8.927.1216.04204.99160.14148.80204.99斜腹桿AK-6.54-2.54-8.89-113.61-98.81-73.61-113.61KB4.892.177.0690.2376.5659.4290.23BM-3.54-2.09-5.63-71.9

11、5-57.78-49.65-71.95MC2.061.883.9550.4838.5737.4450.48CO-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-2.401.50-0.90-11.50-20.95-3.62-20.95豎桿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

12、-6.48-12.78PD-1.000-1.00-12.78-12.78-6.48-12.78RE0.800.801.6020.4515.4110.3720.45五、桿件截面設(shè)計(jì)1、上弦桿截面計(jì)算整個(gè)上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算N = -204.61kN（壓力），查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)，節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm。計(jì)算長(zhǎng)度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取因?yàn)?，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所示。yyxx8圖1上弦截面設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2，A = 4

13、4.6 c , ix = 2.56 cm , iy =6.69 cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算，滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計(jì)算整個(gè)桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=204.99kN （拉力）計(jì)算長(zhǎng)度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計(jì)算需要凈截面面積選用280×50×5（短肢相并），見圖2所示，A =12.74 c , ix =1.42 cm , iy =3.95cm按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取。8xxyy圖2 下弦截面所選截面滿足要求。3、斜桿和豎桿截面計(jì)算 斜桿AK和斜桿BM合并N = -113

14、.61kN (壓力)， l0x =2516mm ,l0y = l =2809mm計(jì)算需要凈截面面積選用263×6，見圖3所示，A =1458mm2 , ix =1.93cm , iy = 2.84cmxxyy6圖3斜桿BM截面屬于b類截面屬于b類截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿KB和斜桿合并N = 90.23kN（拉力），l0x = 0.8l = 224.72cm, l0y = l =280.9 cm計(jì)算需要凈截面面積選用245×5，見圖4所示，A =8.58 c , ix = 1.37 cm , iy = 2.11 c

15、mxxyy6圖 4斜桿MC截面驗(yàn)算：所選截面滿足要求。 斜桿CO和斜桿QE合并N =-34.38kN (壓力)，l0x =2594.4mm l0y = l =3243mm選用263×6，見圖5所示，A =14.58mm2 , ix =1.93cm , iy = 2.84cmxxyy6圖5斜桿QE截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。斜桿OD .N =18.83kN（拉力），l0x = 0.8l = 241.84cm, l0y = l =302.3 cm計(jì)算需要凈截面面積選用245×5，見圖6所示，A =8

16、.58 c , ix =1.37 cm , iy =2.11 cmxxyy6圖 6 斜桿OD截面驗(yàn)算：所選截面滿足要求。 斜桿DQ和豎桿AJ、豎桿BL、豎桿CN、豎桿PD合并N =-12.78kN (壓力)，l0x =259.44cm l0y = l =324.3cm選用263×6，見圖7所示，A =14.58c , ix = 1.93cm , iy = 2.84cmxxyy6圖7 斜桿DQ截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿REN =20.45kN (拉力)，l0x =2400mm l0y =3000mm

17、計(jì)算需要凈截面面積選用263×6， A =14.58c , ix = 2.43cm , iy = 1.24cm滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。所選截面合適。圖中豎桿RE截面圖屋架桿件一覽表?xiàng)U件桿內(nèi)力kN計(jì)算長(zhǎng)度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m）回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比系數(shù)min(N/m)loxloyix(mm)iy(mm)max上弦-204.6115056020短肢相并2L140×90×10446025.666.9901500.62173.88下弦204.9930006000短肢相并2L80×50×5127414.239.5211350160.90斜腹桿AK-

18、113.61251625162L63×6145819.328.41301500.387201.35BM-71.95224728092L63×6145819.328.41161500.458107.75KB90.23208126012L45×585813.721.1152350105.16MC50.48224728092L45×585813.721.116435058.83CO-34.38241830232L63×6145819.328.41251500.41157.37QE-20.95259432432L63×6145819.328.

19、41341500.37038.84OD18.83241830232L45×585813.721.117635021.95DQ-11.50259432432L63×6145819.328.41341500.37021.32豎桿RE20.4524003000十字形2L63×6145824.312.424235014.03AJ-6.39201320132L63×6145819.328.41041500.5298.28BL-12.78180022502L63×6145819.328.4931500.60114.58CN-12.78200025002L6

20、3×6145819.328.41041500.52916.57PD-12.78220027502L63×6145819.328.41141500.47018.65六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)“”、“”、“”、“”“”五個(gè)典型節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)類同。1下弦節(jié)點(diǎn)這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)連接焊縫的尺寸，即hf和lw。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160N/m，實(shí)際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。 （1）KB桿的內(nèi)力N=90.23KN，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf

21、=5mm，所需要的焊縫長(zhǎng)度為：因?yàn)?，所以按兩面?zhèn)群缚p計(jì)算。肢背,取70mm肢尖，取50mm（2）BM桿的內(nèi)力N=-71.95KN，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=5mm，所需要的焊縫長(zhǎng)度為：因?yàn)?，所以按兩面?zhèn)群缚p計(jì)算。肢背,取60mm肢尖，取50mm（3） 豎桿BL桿的內(nèi)力N=-12.78KN，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定取hf=5mm。所需要的焊縫長(zhǎng)度為：因?yàn)椋园磧擅鎮(zhèn)群缚p計(jì)算。肢背，取50mm肢尖，取50mm（4）下弦桿焊縫計(jì)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。N151.3260.8390.49kN，hf5mm，肢背焊縫，取80mm 肢尖焊縫，取50mm焊縫驗(yàn)算:

22、肢背焊縫f30.40N/mm2160N/mm2肢尖焊縫f20.27N/mm2160N/mm2焊縫強(qiáng)度滿足要求。根據(jù)節(jié)點(diǎn)放樣，得節(jié)點(diǎn)板尺寸為120×180，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。下弦節(jié)點(diǎn)各桿肢尖、肢背尺寸桿件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)KB566mm取70mm534mm取50 mmBM555mm取60mm529mm取50 mmMC542mm取50mm524mm取50mmCO532mm取50mm520mm取50mmOD522mm取50mm515mm取50mmDQ517mm取50mm513mm取50mm QE523mm取50mm 516mm取50mm2上弦K節(jié)點(diǎn)：KB桿節(jié)點(diǎn)

23、板連接的焊縫計(jì)算與下弦節(jié)點(diǎn)B中KB桿計(jì)算相同。AK桿N-113.61 kN，采用三面圍焊，設(shè)肢背和肢尖 hf = 5mm，因?yàn)?，所以按兩面?zhèn)群缚p計(jì)算。lw11081，取lw190mmlw21041，取lw250m上弦節(jié)點(diǎn)各桿肢尖、肢背尺寸桿件hf（mm）肢背 (mm)hf（mm）肢尖 (mm)AK581mm取90mm541mm取50mmKB566mm取70mm534mm取50 mmBM555mm取60mm529mm取50 mmMC542mm取50mm524mm取50mmCO532mm取50mm520mm取50mmOD522mm取50mm515mm取50mmDQ517mm取50mm5 13mm取

24、50mmQE523mm取50mm 516mm取50mm考慮擱置檁條，節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)上弦肢背6mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計(jì)算，P12.78kN。節(jié)點(diǎn)板尺寸為160200設(shè)肢尖焊縫=4mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。肢背焊縫驗(yàn)算：肢尖焊縫驗(yàn)算：節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。3、屋脊R節(jié)點(diǎn)（1）弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)ER桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸為：肢背hf=5mm，lw1=(0.

25、7×20.45×103)/（2×0.7×5×160）+10=23mm，取lw1=50mm，肢尖hf=5mm，lw2=（0.3×20.45×103）/（2×0.7×5×160）+10=15mm。取lw2=50mm。設(shè)焊縫高度hf=5mm，則所需要焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為：lw=（200.39×103）/（4×0.7×5×160）+10=100mm。取lw =120mm。拼接角鋼長(zhǎng)度300mm2×120=240mm。（2）上弦與節(jié)點(diǎn)板間的焊槽，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載

26、，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢尖焊縫hf=5mm，節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為280mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為lw=280/2-5-10=125mm，焊縫應(yīng)力為：fN=（0.15×200.39×103）/（2×0.7×5×125）=34.35N/mm2，fM=(0.15×200.39×103×68.8×6)/(2×0.7×5×1252)=113.45N/mm2 =99.13kN/mm2160kN/mm2中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=20.45

27、KN此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫尺寸hf=5 mm，焊縫長(zhǎng)度lw=50mm，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。4、下弦跨中E節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角鋼取與下弦桿相同截面280×50×5，焊縫高度hf=5mm，焊縫長(zhǎng)度為：lw=（204.99×103）/（4×0.7×5×160）+10=102mm，取lw=110mm連接角鋼長(zhǎng)度lw=2×110+10=230mm，取lw=230mm下弦桿與節(jié)點(diǎn)板，斜桿與節(jié)點(diǎn)板之間的連接焊縫按構(gòu)造設(shè)計(jì)。（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。N=204.99&#

28、215;15%=30.75KN設(shè)肢背、肢尖焊肢尺寸為5 mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背lw=（0.75×30.75×103）/（2×0.7×5×160）+10=31mm，取50mm，肢尖lw=（0.25×30.75×103）/（2×0.7×5×160）+10=17mm。取50mm腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算方法與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。5、 支座A節(jié)點(diǎn)為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋。加勁肋取280×60×

29、8mm，節(jié)點(diǎn)取280×200×8mm的鋼板。（1）支座底板的計(jì)算支座反力RA=RB=102.24KN 按構(gòu)造要求采用底板面積為a×b=200×160mm2如僅考慮加勁肋部分底板承受支座反力R，則承壓面積為200×（2×60+8）=25600mm2驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：=R/Au=102.24×103/25600=4N/mm2fc=12.5N/mm2滿足。 底板的厚度按屋架反力作用下的彎距計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊支承，而另兩相鄰邊自由的板，每塊板單位寬度的最大彎距為：M=式中 底板下的平均應(yīng)力，=4N/mm2；2兩支承邊之間的對(duì)角線長(zhǎng)度，2=113.14mm； 系數(shù)，由b2/a2決定。b2=60×150/113.14=79.55，b2/a2=79.55/113.14=0.703，查表得=0.085故M=0.085×4×113.142=4352.22Nmm。底板厚度t=11mm，取t=12mm。（2）加勁肋與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫