鋼結(jié)構(gòu)課程設計--某機加工車間設計

1、<p><b>　　課程設計計算說明書</b></p><p>　　題目：某機加工車間設計</p><p>　　課程：工業(yè)廠房課程設計</p><p><b>　　院部：土木工程學院</b></p><p>　　專業(yè)：土木工程109</p><p><b>

2、;　　班級：</b></p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p><b>　　學號：</b></p><p><b>　　設計期限：</b></p><p><b>　　指導老師：</b></p><p&

3、gt;　　鋼 屋 架 設 計 計 算</p><p><b>　　一、設計資料</b></p><p><b>　　車間基本參數(shù)</b></p><p>　　某公司因生產(chǎn)需要，擬在濟南郊區(qū)建設一座單層單跨機加工車間（設計使用壽命50年），車間建筑平面、剖面見下圖。</p><p>　　車間采用排架結(jié)

4、構(gòu)，下部為現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱及獨立基礎，上部采用鋼屋架結(jié)構(gòu)，屋架與排架柱鉸接。車間內(nèi)設有一臺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捎脤嵏咕匦沃?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)，抗風柱為矩形截面鋼筋混凝土柱。</p><p>　　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

5、5;20×2.5），檁條間距約1.5m;車間四周圍護墻采用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。</p><p>　　2、車間荷載、材料自重、抗震設防等級</p><p>　?、?屋面活荷載標準值:0.5kN/m2(不上人屋面，無積灰荷載)；</p><p>　?、?基本風壓：0.45kN/

6、m2；</p><p>　?、?基本雪壓：0.30kN/m2；</p><p>　?、?屋面75mm厚夾芯鋼板及檁條自重標準值:0.25kN/m2（按投影面積）；</p><p>　?、?鋼屋架及屋面支撐自重標準值（估算）：0.35kN/m2（按投影面積）；</p><p>　?、?鋼筋混凝土自重25 kN/m3；磚及抹灰自重20 kN/m3

7、；回填土自重20 kN/m3；</p><p>　?、?抗震設防等級：6度。</p><p><b>　　3、荷載組合</b></p><p><b>　?、?鋼屋架</b></p><p>　　為簡化計算，屋面暫不考慮風荷載作用。首先計算一榀典型簡支屋架的內(nèi)力系數(shù)，然后分別計算下述三種荷載標準值作

8、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。最后列表進行下述兩種荷載組合：</p><p>　　1.2×全跨永久荷載+1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max；</p><p>　　1.2×全跨永久荷載+1.4×（半跨屋面活荷載，半跨雪荷載）max。</p><p><b>　?、?排架柱</b&

9、gt;</p><p>　　為簡化計算，不考慮車間的空間作用，將鋼屋架簡化成剛度無窮大的水平橫梁，兩端與排架柱鉸接連接。屋面永久荷載及活荷載標準值分別等效作用到橫梁上。</p><p>　　首先分別計算下述八種荷載標準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）墻面風荷載、吊車左（或右）剎車力、吊車靠近左(或右)時的豎向荷載；然后列表進行排架柱的內(nèi)力組合。組合情況考慮以下六

10、種：</p><p>　　1.2×永久荷載+1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max；</p><p>　　1.2×永久荷載+1.4×墻面風荷載；</p><p>　　1.2×永久荷載+1.4×吊車豎向荷載；</p><p>　　1.2×永久荷載+0.9×1.4

11、15;（屋面活荷載，雪荷載）max+0.9×1.4×墻面風荷載；</p><p>　　1.2×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；</p><p>　　1.2×永久荷載+0.9×1.4×（屋面活荷載，雪荷載）max+0.9×1.4&

12、#215;墻面風荷載+0.9×1.4×吊車豎向荷載+0.9×1.4×吊車水平荷載。</p><p><b>　　4、地質(zhì)情況</b></p><p>　　經(jīng)勘測，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。場地地下水靜止水位埋深為10.5米，可不考慮

13、水質(zhì)對基礎混凝土的侵蝕。最大凍土深度可按0.5m考慮。</p><p><b>　　5、主要構(gòu)件材料</b></p><p>　　① 鋼筋：縱向受力鋼筋采用HRB335級鋼筋，箍筋采用HPB235級鋼筋；</p><p>　　② 混凝土：C20~ C30；</p><p>　　③ 鋼材：Q235-B或Q345-B。<

14、;/p><p>　　6、鋼屋架形式為梯形鋼屋架，吊車噸位為5t，牛腿柱頂標高為6.3m。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)布置</b></p><p><b>　　鋼屋架計算</b></p><p><b>　　一、設計資料</b></p><p>　　取屋

15、檐口高為2.0m，屋面坡度為1/12。</p><p>　　二、屋架布置及幾何尺寸</p><p><b>　　屋架幾何尺寸圖</b></p><p>　　屋架計算跨度=24000-300=23700mm。</p><p>　　屋架端部高度H0=2000mm。</p><p><b>　

16、　三、荷載組合</b></p><p>　　設計屋架時，考慮以下兩種荷載組合：</p><p>　　全跨永久荷載+全跨可變荷載</p><p>　　全跨永久荷載+半跨可變荷載</p><p>　　恒載設計值按分項系數(shù)為1.2, q1=1.2×0.6=0.72 kN/m2 ，按1.35為1.35×0.6=0.81

17、 kN/m2</p><p>　　活載計算：分項系數(shù)1.4，q2=１.4×0.5=0.7 kN/m2</p><p>　　活荷載0.5 kN/m2>雪荷載0.3 kN/m2</p><p>　　永久荷載控制的組合：0.81+0.7×0.7=1.30 kN/m2</p><p>　　可變荷載控制的組合：0.72+0.7

18、=1.42 kN/m2</p><p>　　取可變荷載控制的組合，節(jié)點荷載p1=0.72×1.5×6=6.48kN</p><p>　　節(jié)點荷載p2=0.7×1.5×6=6.30kN</p><p><b>　　四、內(nèi)力計算</b></p><p>　　按力學求解器計算桿件內(nèi)力，然

19、后乘以實際的節(jié)點荷載，屋架要上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿內(nèi)力均達到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達到最大或發(fā)生變號，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應計算，而在半跨荷載作用下，僅需計算近跨中的斜腹桿內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力（正、負最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計算見圖屋架各桿內(nèi)力組合見表。</p><p><b>　　全跨荷載布置圖</b

20、></p><p><b>　　全跨荷載內(nèi)力圖</b></p><p><b>　　左半跨荷載布置圖</b></p><p><b>　　左半跨荷載內(nèi)力圖</b></p><p><b>　　內(nèi)力計算表</b></p><p>

21、;<b>　　五、桿件截面設計</b></p><p><b>　　1、上弦桿截面計算</b></p><p>　　整個上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算N = -204.61kN（壓力），查《鋼結(jié)構(gòu)設計手冊》，節(jié)點板厚度選用8mm，支座節(jié)點板厚度選用10mm。</p><p>　　計算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度&l

22、t;/p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取</p><p>　　因為，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所示。</p><p><b>　　圖1上弦截面</b></p><p>　　設，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表</p><p><b>　　需要截面積</b>

23、;</p><p><b>　　需要回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2∟，A = 44.6 c㎡ , ix = 2.56 cm , iy =6.69 cm。</p><p><b>　　按所選角鋼進行驗算</b></p><p><

24、b>　　，</b></p><p>　　滿足長細比：的要求。</p><p>　　由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，</p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p><b>　　2、下弦桿截面計算</b></p><p>　　整個

25、桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=204.99kN （拉力）</p><p>　　計算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度</p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐布置取</p><p><b>　　計算需要凈截面面積</b></p><p>　　選用2∟80×50×5（短肢相并），見圖2所示，A =1

26、2.74 c㎡ , ix =1.42 cm , iy =3.95cm </p><p>　　按所選角鋼進行截面驗算，取。</p><p><b>　　圖2 下弦截面</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　3、斜桿和豎桿截面計算</p>&l

27、t;p>　?、?斜桿AK和斜桿BM合并</p><p>　　N = -113.61kN (壓力)， l0x =2516mm , l0y = l =2809mm</p><p><b>　　計算需要凈截面面積</b></p><p>　　選用2∟63×6，見圖3所示，A =1458mm2 , ix =1.93cm , iy =

28、2.84cm</p><p><b>　　圖3斜桿BM截面</b></p><p><b>　　屬于b類截面</b></p><p><b>　　屬于b類截面</b></p><p>　　滿足長細比：的要求。</p><p>　　由于只需求出，查軸心受壓

29、構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，</p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p>　?、?斜桿KB和斜桿ＭＣ合并</p><p>　　N = 90.23kN（拉力），l0x = 0.8l = 224.72cm, l0y = l =280.9 cm</p><p><b>　　計算需要凈截面面積</b

30、></p><p>　　選用2∟45×5，見圖4所示，A =8.58 c㎡ , ix = 1.37 cm , iy = 2.11 cm</p><p><b>　　圖 4斜桿MC截面</b></p><p><b>　　驗算：</b></p><p><b>　　所選截面滿

31、足要求。</b></p><p>　　斜桿CO和斜桿QE合并</p><p>　　N =-34.38kN (壓力)，l0x =2594.4mm l0y = l =3243mm</p><p>　　選用2∟63×6，見圖5所示，A =14.58mm2 , ix =1.93cm , iy = 2.84cm</p><p&g

32、t;<b>　　圖5斜桿QE截面</b></p><p><b>　　屬于b類截面</b></p><p><b>　　屬于b類截面</b></p><p>　　滿足長細比：的要求。</p><p>　　由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，</p><

33、p><b>　　所選截面合適。</b></p><p><b>　　斜桿OD </b></p><p>　　.N =18.83kN（拉力），l0x = 0.8l = 241.84cm, l0y = l =302.3 cm</p><p><b>　　計算需要凈截面面積</b></p>

34、<p>　　選用2∟45×5，見圖6所示，A =8.58 c㎡ , ix =1.37 cm , iy =2.11 cm</p><p>　　圖 6 斜桿OD截面</p><p><b>　　驗算：</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>

35、;　　斜桿DQ和豎桿AJ、豎桿BL、豎桿CN、豎桿PD合并</p><p>　　N =-12.78kN (壓力)，l0x =259.44cm l0y = l =324.3cm</p><p>　　選用2∟63×6，見圖7所示，A =14.58c㎡ , ix = 1.93cm , iy = 2.84cm</p><p><b>　　圖7 斜桿

36、DQ截面</b></p><p><b>　　屬于b類截面</b></p><p><b>　　屬于b類截面</b></p><p>　　滿足長細比：的要求。</p><p>　　由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，</p><p><b>　　所

37、選截面合適。</b></p><p><b>　　⑥豎桿RE</b></p><p>　　N =20.45kN (拉力)， l0x =2400mm l0y =3000mm </p><p><b>　　計算需要凈截面面積</b></p><p>　　選用2∟63

38、5;6， A =14.58 c㎡ , ix = 2.43cm , iy = 1.24cm</p><p>　　滿足長細比：的要求。</p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p>　　圖８中豎桿RE截面圖</p><p><b>　　屋架桿件一覽表</b></p>

39、<p><b>　　六、節(jié)點設計</b></p><p>　　重點設計“Ａ”、“Ｂ”、“Ｋ”、“Ｒ” “Ｅ”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設計類同。</p><p><b>　　1．下弦Ｂ節(jié)點</b></p><p>　　這類節(jié)點的設計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大

40、小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。</p><p>　　選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值＝160N/m㎡，實際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。 </p><p>　　（1）KB桿的內(nèi)力N=90.23KN，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=5mm，所需要的焊縫長度為：</p><p>　　因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。<

41、/p><p><b>　　肢背,取70mm</b></p><p><b>　　肢尖，取50mm</b></p><p>　?。?）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，所需要的焊縫長度為：</p><p>　　因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。</p>

42、<p><b>　　肢背,取60mm</b></p><p><b>　　肢尖，取50mm</b></p><p>　　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。</p><p>　　所需要的焊縫長度為：</p><p>　　因為，所以按兩面?zhèn)?/p>

43、焊縫計算。</p><p><b>　　肢背，取50mm</b></p><p><b>　　肢尖，取50mm</b></p><p>　?。?）下弦桿焊縫計算</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。</p><p>　　ΔN＝151.32－60.

44、83＝90.49kN，hf＝5mm，</p><p>　　肢背焊縫　，取80mm</p><p>　　肢尖焊縫，取50mm</p><p><b>　　焊縫驗算:</b></p><p>　　肢背焊縫τf＝＝30.40N/mm2＜160N/mm2</p><p>　　肢尖焊縫τf＝＝20.27N/

45、mm2＜160N/mm2</p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　根據(jù)節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為120×180，節(jié)點圖如下圖所示。</p><p>　　下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸</p><p><b>　　2．上弦K節(jié)點：</b></p>

46、<p>　　KB桿節(jié)點板連接的焊縫計算與下弦節(jié)點B中KB桿計算相同。</p><p>　　AK桿N＝-113.61 kN，采用三面圍焊，設肢背和肢尖 hf = 5mm，</p><p>　　因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。</p><p>　　lw1＝＋10＝81，取lw1＝90mm</p><p>　　lw2＝＋10＝41，取lw2＝

47、50m</p><p>　　上弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸</p><p>　　考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背6mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，P＝12.78kN。</p><p>　　節(jié)點板尺寸為160200設肢尖焊縫=4mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。</p><p><b>　　肢背焊縫驗算：&

48、lt;/b></p><p><b>　　肢尖焊縫驗算：</b></p><p><b>　　節(jié)點圖如下圖所示。</b></p><p><b>　　3、屋脊R節(jié)點</b></p><p>　　（1）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施

49、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)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。</p><p>　　設ER桿與節(jié)點板的焊縫尺寸為：肢背hf=5mm，lw1=(0.7×20.45×103)/（2×0.7×5×160）+10=23mm，取lw1=50mm，</p><p

50、>　　肢尖hf=5mm，lw2=（0.3×20.45×103）/（2×0.7×5×160）+10=15mm。取lw2=50mm。</p><p>　　設焊縫高度hf=5mm，則所需要焊縫計算長度為：lw=（200.39×103）/（4×0.7×5×160）+10=100mm。取lw =120mm。拼接角鋼長度300mm

51、＞2×120=240mm。</p><p>　?。?）上弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內(nèi)力的15%計算，設肢尖焊縫hf=5mm，節(jié)點板長度為280mm，節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為lw=280/2-5-10=125mm，焊縫應力為：τfN=（0.15×200.39×103）/（2×0.7×5×125）=

52、34.35N/mm2，σfM=(0.15×200.39×103×68.8×6)/(2×0.7×5×1252)=113.45N/mm2</p><p>　　==99.13kN/mm2＜160kN/mm2</p><p>　　中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=20.45KN此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫尺寸hf=

53、5 mm，焊縫長度lw=50 mm，節(jié)點圖如下圖所示。</p><p>　　4、下弦跨中E節(jié)點設計</p><p>　?。?）下弦接頭設于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2∟80×50×5，焊縫高度hf=5mm，焊縫長度為：</p><p>　　lw=（204.99×103）/（4×0.7×5×160

54、）+10=102mm，取lw=110mm</p><p>　　連接角鋼長度lw=2×110+10=230mm，取lw=230mm</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板，斜桿與節(jié)點板之間的連接焊縫按構(gòu)造設計。</p><p>　?。?）弦桿與節(jié)點板連接焊計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。N=204.99×15%=30.75KN</p>&

55、lt;p>　　設肢背、肢尖焊肢尺寸為5 mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為</p><p>　　肢背lw=（0.75×30.75×103）/（2×0.7×5×160）+10=31mm，取50mm，</p><p>　　肢尖lw=（0.25×30.75×103）/（2×0.7×5×160）+10

56、=17mm。取50mm</p><p>　　腹桿與節(jié)點板連接焊縫的計算方法與以上幾個節(jié)點相同，節(jié)點圖如下圖所示。</p><p><b>　　支座A節(jié)點</b></p><p>　　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)點中心線上設置加勁肋。加勁肋取280×60×8mm，節(jié)點取280

57、5;200×8mm的鋼板。</p><p>　　（1）支座底板的計算</p><p>　　支座反力RA=RB=102.24KN </p><p>　　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</p>

58、<p>　　驗算柱頂混凝土的抗壓強度：σ=R/Au=102.24×103/25600=4N/mm2＜fc=12.5N/mm2滿足。 </p><p>　　底板的厚度按屋架反力作用下的彎距計算，節(jié)點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=βσ</p><p>　　式中 σ—底板下的

59、平均應力，σ=4N/mm2；</p><p>　　2—兩支承邊之間的對角線長度，2=113.14mm；</p><p>　　β—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β=0.085</p><p>　　故M=βσ=0.085×4×113.142=43

60、52.22Nmm。</p><p>　　底板厚度t==11mm，取t=12mm。</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點的連接焊縫計算</p><p>　　加勁肋高度取與支座節(jié)點板相同，厚度取與中節(jié)點板相同（即—200×8×280），一個加勁肋的連接焊縫所承受的內(nèi)力為四分之一支座反力。</p><p>　　R/4=102.

61、24×103/4=25.56×103N，M=Ve=25.56×103×50=1.28×106Nmm</p><p>　　設焊縫hf=5mm，焊縫計算長度lw=280-10-15=255mm，則焊縫應力為</p><p>　　τf=(25.56×103)/(2×0.7×5×255)=14.32 N/mm

62、2，</p><p>　　σf=(6×1.28×106)/(2×0.7×5×2552)=16.87 N/mm2，</p><p>　　=19.91N/mm2＜160N/mm2</p><p>　?。?）節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫</p><p>　　設焊縫傳遞全部支座反力R=102.24k

63、N，其中每塊加勁肋各傳R/4=25.56kN，節(jié)點板傳遞R/2=51.12kN。</p><p>　　節(jié)點板與底板的連接焊縫計算長度=2×（160-10）=300mm，所需要的焊腳尺寸為h≥(51.12×103)/(0.7×300×160×1.22)=2.0mm，取h=5mm。</p><p>　　每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為=（60-

64、10）×2=100mm。所需要的焊縫尺寸為h≥(51.12×103)/(0.7×100×160×1.22)=4 mm，取h=5mm，節(jié)點圖如下圖所示。</p><p>　　其他節(jié)點設計方法與上述方法類似。具體見屋架施工圖。</p><p><b>　　七、填板計算</b></p><p>　　上

65、弦桿：填板厚度為8mm，40i=40×4.47=178.8cm，取間距150/2=75cm</p><p>　　下弦桿：填板厚度為8mm，80i=80×2.56=204.8cm，取間距300/3=100cm</p><p>　　腹桿：斜桿AK、斜桿BM、斜桿CO、斜桿QE、斜桿DQ、豎桿AJ、豎桿BL、豎桿CN、豎桿PD，填板厚度均為6mm，40i=40×1.