24M跨度钢结构工业厂房设计书h

一、课程设计内容
1、计算书一份：
（1）绘制屋架支撑布置简图；
（2）荷载和杆件内力计算、汇总；
（3）设计节点并在计算书中绘制节点简图。

2、绘制钢屋架施工图（一号图纸一张594mmX841mm），绘制杆件汇总表。

二、设计资料
⨯工业厂房跨度为24m
L=，柱距为6m，厂房总长度为96m，选用1.5 6.0m 预应力钢筋混凝土大型屋面板。

采用梯形钢屋架，如图1，钢材选用Q235-B，焊条选用E43，手工焊。

屋架两端简支于钢筋混凝土柱上，檐口采用封闭结合，上⨯，混凝土标号为C20。

柱截面450mm450mm
荷载（标准值）：
1、永久荷载：预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）2
1800(N m)
S B S改性沥青防水卷材2
400(N m)
20m m厚找平层2
400(N m)
100m m厚泡沫混凝土保温层2
500(N m)
屋架和支撑自重2
500(N m)
2、活荷载：屋面雪荷载2
500(N m)
400(N m)，施工荷载2
课程设计正文:
一、屋架支撑布局简图
屋架上弦支撑布置图
屋架下弦支撑布置图
垂直支撑1－1
垂直支撑2－2
二、荷载和内力计算及节点设计
1、 荷载和内力计算 （1） 荷载组合
由于屋面坡度不大，故忽略坡度对荷载值的影响；风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。

永久荷载总和为：1.8+0.4+0.4+0.5+0.5=3.6 kN; 节点设计荷载：(1.35 3.6 1.40.70.5)6 3.096.3d F =⨯+⨯⨯⨯⨯= kN; 支座反力:4496.3385.2d d R F ==⨯= kN;
（2） 内力计算
用所给出的图中的单位内力可求出全跨荷载作用下屋架的杆件内力.内力设计值如下图所示:
2、 杆件截面选择
腹杆最大轴力为543.9kN ，选用支座节点板厚t=12mm ，中间节点板及垫板厚可为
t=10mm 。

所用钢材厚度均小于16mm ，设计强度=215N/2
mm 。

（1） 上弦截面
上弦不改变截面，最大内力max 756.05N =- kN ；
屋架平面内计算长度300.0cm ox l =；屋架平面外，要求大型屋面板与屋架可靠焊接，取 两块板的宽度300.0cm oy l =。

初选2
160⨯14，A=86.602
cm ， 4.92cm x i =， 6.99cm y i =。

验算弯矩平面内和弯矩平面外稳定性：
300
61[]150;4.92
ox x x l i λλ=
==<=0.801x ϕ= 由于16
0.5830011.40.5810.91.416
y l b t b ⨯=
=>==
故224
3.9(1)51[]15018.6y xz l t b
t b
λλ=+=<=
0.852yz ϕ=
上部局部弯矩：
011
9630037222544
M Pl N m =
=⨯⨯= 00.643335M M N m ==
1)上弦截面弯矩平面内稳定性验算。

223'22
3.142061086604297.2641.1 1.161EX
x EA N
πλ⨯⨯⨯===⨯ kN ； 1.05x γ=
2410482243.30.52117.65cm x I =⨯+⨯⨯= 3112117.65473.75cm 4.47x x I W y =
== 3222117.65183.66cm 11.53
x x I W y =
==
'
31756050143335000
(10.8/)0.8018660 1.05437.7510(10.8756.05/4269.22)
mx x x x x EX M N A W N N βϕγ⨯+=+-⨯⨯⨯⨯-⨯ = 101+109=210N/2
mm <f =215 N/2
mm ； 满足要求
2)上弦截面弯矩平面外稳定性验算。

1.0x β=；10.00170.927b y ϕλ=-=
756050143335000207.70.80186600.927473750
tx x y b x M N A W βϕϕ⨯+=+=⨯⨯ N/2mm <f =215 N/2mm ； 每节间放两块垫板 301
100.340125.23
a l i =
=<= 满足要求。

（2）下弦截面
下弦杆采用同一截面，最大内力max 769.53N =kN ；屋架平面内计算长度
600cm ox l =；屋架平面外根据支撑布置取600cm oy l =。

计算需要净截面面积：
3
2769.5310A 3579.2mm 215
N f *
⨯===
采用等肢角钢2100⨯10，A=38602
mm ， 3.05cm x i =， 4.52cm y i =。

截面强度验算：
3n N 769.5310
199.36A 3860
⨯== N/2mm <f =215 N/2mm ；
600
196.7[]1503.05
ox x x l i λλ=
==<=
600
132.7[]1504.52
oy y y
l i λλ=
=
=<= 每节间放两块垫板 600
200802443
a l i =
=<= 满足要求。

（3）腹杆
1)杆件A-F 、C-G ：
48.15AF N =- kN ，200ox l cm =，200oy l cm =
96.3CG N =- kN ，2500.8200ox l cm =⨯=，250oy l cm = 选2
63⨯6，A=14582
mm ， 1.93cm x i =， 2.99cm y i =。

杆件C-G 受力较大，长细比也较大，按杆件C-G 验算： 200
103.6[]1501.93
ox x x l i λλ=
==<=，0.532x ϕ= 250
83.62.99
oy y y
l i λ=
=
= 6.3
0.5825010.50.5823.20.6 6.3
y l b t b ⨯==<== 所以
422
0.475(1)86.4[]150yz y oy b l t
λλλ=+=<= 0.645yz ϕ=，min 0.532ϕ=
3
2
96.310
124.150.53214.5810
N A σϕ⨯===⨯⨯ N/2mm <f =215 N/2mm ； A- F 放两块垫板，C-G 放三块垫板，满足要求。

2）杆件E-H:选用2100⨯10，放三块垫板，经过上述杆件类似验算，满足要求。

3）杆件B-F ：选用2180⨯110⨯10（长肢相并），放三块垫板，经过验算，满足要求。

4）杆件B-G ：选用263⨯6，放两块垫板，经过上述杆件类似验算，满足要求。

5）杆件D-G 、D-H ： 选用280⨯6，放四块垫板，经过上述杆件类似验算，满足要求。

3、 节点设计
选用E43焊条，角焊缝的抗拉抗压和抗剪强度设计值w 2f 160N/mm f =。

（1） 下弦节点G （如下图）
1）斜杆BG 与节点的连接焊缝计算。

N=307.679kN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 f18mm h =和f26mm h =,所需焊缝长度为：
肢背:3
0.7307.6791016136.2mm 20.78160w l ⨯⨯=
+=⨯⨯⨯，取140mm w l =。

肢尖：30.3307.679101280.7mm 20.76160
w l ⨯⨯=+=⨯⨯⨯，取'
100mm w l =。

1） 斜杆DG 与节点的连接焊缝计算。

N=133.376kN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 f18mm h =和f26mm h =,所需焊缝长度
为：
肢背:3
0.7133.376101668.1mm 20.78160w l ⨯⨯=
+=⨯⨯⨯，取80mm w l =。

肢尖：3'0.3133.376101241.8mm 20.76160
w
l ⨯⨯=+=⨯⨯⨯，取'
80mm w l =。

2） 斜杆CG 与节点板的连接焊缝计算。

N=96.3kN
焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸f 6mm h =，焊缝长度取80mm w l =。

3） 下弦杆与节点板连接焊缝计算。

受力为左右下弦杆的内力差769.53426.9342.63GH FG N N N ∆=-=-=kN 肢背焊缝应力为：
肢背：3
0.7342.631046.220.76618τ⨯⨯=
=⨯⨯⨯2N/mm <w 2f 160N/mm f =； 肢尖：3
0.3342.631019.820.76618
τ⨯⨯=
=⨯⨯⨯2N/mm <w 2f 160N/mm f =； 满足要求。

（2） 上弦节点B （如下图）
1) 斜杆BG 与节点板连接焊缝计算,与下弦节点G 中BG 杆计算相同. 2) 斜杆BF 与节点板连接焊缝计算,N=543.9kN 。

设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为f110mm h =和f28mm h =。

所需焊缝长度为
肢背：3
0.7543.9102019020.710160
w l ⨯⨯=
+=⨯⨯⨯mm ，取200mm w l =。

肢尖：3
'0.3543.91012133.4mm 20.76160
w
l ⨯⨯=
+=⨯⨯⨯，取140mm w l = 3) 上弦杆与节点板连接焊缝计算。

为便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm 。

假定集中荷载F 由塞焊缝承受。

F=96.3kN ，焊脚尺寸为
52
t
=mm ，w 80l = mm 。

3
f 96.31017.220.75800
σ⨯==⨯⨯⨯2N/mm <w 2f f 1.22160195.2N/mm f β=⨯=。

675.3520675.352BC AB N N N ∆=-=-= kN
偏心矩：16045115e =-= mm 。

偏心力矩：675.35211.57766.548kN m M N e =∆⋅=⨯=⋅ f210mm h =，279cm w l =，则
3f w 675.3521061.06220.710790
e N h l τ∆⨯===⨯⨯⨯∑2
N /m m
42f 2
f 67766.54810
53.33N /m m 20.710790
M W σ⨯⨯===⨯⨯⨯
275.09N/mm =<w 2f 160N/mm f =，满足要求。

（3） 屋脊节点E （如下图）
1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算。

拼接角钢切肢的尺寸为512_6523f t h ∆=++=+= mm ，取25 mm 。

N=756.05kN ，取焊脚尺寸为6 mm ，则需焊缝长度为
3756.0510
1212
293.3
40.740.76160
w w f f N l h f ⨯=+=+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯ mm 取w l =300 mm ，拼接角钢的长度取230050650mm ⨯+=。

2） 弦杆与节点板连接焊缝计算。

上弦肢背与节点板用塞焊缝，满焊即可。

下弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。

N=756.0515%113.4kN ⨯=
113.411.51304.1kN m M N e =⋅=⨯=⋅
焊脚尺寸为6mm ，弦杆一侧焊缝长度为250mm ，有
3
f w 113.41056.25220.76240
e N h l τ∆⨯===⨯⨯⨯∑2N/mm
4
2f 2
f 61304.110161.78N/mm 20.76240
M W σ⨯⨯===⨯⨯⨯
2144.04N/mm =<w 2f 160N/mm f =，满足要求。

3） 中竖杆与节点板的连接焊缝计算。

N=29.275kN 。

此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸6mm ，焊缝
长度80w l mm =。

（4） 下弦跨中节点H （如下图）
1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算。

拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=769.58kN ，设肢尖、肢背焊脚尺寸为
6mm ，竖肢需切去523f t h mm ∆=++=,取25 mm ，则需焊缝长度为
265w l mm =。

拼接角钢长度
取为550mm 。

2）弦杆与节点板连接焊缝计算。

N=769.53⨯15%=115.43kN 设肢尖、肢背焊脚尺寸为6mm ，弦杆一侧许焊缝长度为
肢背：3
0.7115.43101272.12mm 20.76160w l ⨯⨯=
+=⨯⨯⨯，取75mm w l =。

肢尖：3'0.3115.43101239.8mm 20.76160
w
l ⨯⨯=+=⨯⨯⨯，取'
60mm w l =。

4） 其他腹杆内力较小，采用构造要求进行焊缝设计。

（5） 支座节点F （如下图）
下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离取为150mm 。

在节点中心线上设置加紧肋， 高度与节点板的高度相同，厚度为12mm 。

1） 端斜杆焊缝计算
端斜杆B-F 由前面计算结果取肢背及肢尖角焊缝尺寸分别
为:f1f2w1w210mm,8mm,l 165mm,l 110mm h h ====。

2） 验算下弦杆焊缝。

由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际测得节点板长度为42cm 。

肢背与肢尖
焊角尺寸均取为8mm ，则取焊缝计算长度为40 cm 。

肢背焊缝应力为
30.7426.91066.720.78400
τ⨯⨯==⨯⨯⨯2N /m m <w 2f 160N/mm f = 3） 支座底板计算。

支反力4496.3385.2d d R F ==⨯= kN;c f =9.62N/mm ，所需底板净面积为
3
22n 382.510A 39843.75398.449.6
mm cm ⨯=== 取锚栓直径24mm d =,锚栓孔直径为50 mm ，则所需底面积为
2
2n 0 3.145A A A 398.44255468.074
cm ⨯=+=+⨯⨯+= 按构造要求采用底板面积为26⨯26=676>468.072cm ，底板净面积为
2
2n 3.145A 676255606.44
cm ⨯=-⨯⨯-= 垫板采用20⨯100⨯200，孔径25.5mm 。

底板承受支座均布反力为
3
22385.210 6.35N/mm 606.410
q ⨯==⨯ 0.072β=，则 2210.072 6.3517614162.23N mm M qa β==⨯⨯=⋅
所需底板厚度19.88mm t >==，取20mm ，底板尺寸为 20m m ⨯260m m ⨯260m m 。

4） 加劲肋与节点板连接焊缝计算。

一个加劲肋的连接焊缝所能承受的内力为358.289.55kN 44
R V === 2689.55=582.1kN m 4
M Ve ==⨯⋅ 加劲肋焊缝厚度取6mm ，验算焊缝应力
3
f w 89.551021.8220.76(50012)
e N h l τ∆⨯===⨯⨯⨯-∑2N/mm 4
2f 2f 6582.11017.46N/mm 20.76488
M W σ⨯⨯===⨯⨯⨯
227.83N/mm =<w 2f 160N/mm f =，满足要求。

5） 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。

取f 8mm,h =，实际焊缝的总长度为22(2)87.6cm w l a b t c =+--=∑
焊缝应力为 3
w 2f f f 358.21073 1.22160192.5N/mm 0.78876
f σβ⨯==<=⨯=⨯⨯，满足要求。