钢结构课程设计(69).doc

一、 课程设计（论文）目的钢结构基本原理是土木工程专业的重要专业课，为了加强学生对基本理论的理解和钢结构设计规范条文的应用，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，必须在讲完有关课程内容后，安排1周的课程设计，以提高学生的综合运用能力。课程设计又是知识深化、拓宽的重要过程，也是对学生综合素质与工程实践能力的全面锻炼，是实现本科培养目标的重要阶段。通过课程设计，着重培养学生综合分析和解决问题的能力以及严谨、扎实的工作作风。为学生将来走上工作岗位，顺利完成设计任务奠定基础。课程设计的任务是，通过进一步的设计训练，使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般钢结构设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案，熟练地进行结构设计计算，并学会利用各种设计资料。二、 已知技术参数和条件某厂房总长度90m，跨度根据不同的组号从附表中取，屋盖体系可从以下所给的类型中选取。纵向柱距6m。1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：组号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。3.屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.6kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.45kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载根据不同组号按附表取。屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2 水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 保温层 0.7kN/m2(按附表取) 积灰荷载 0.7kN/m2(按附表取) 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2附表：钢屋架的跨度及保温层标准荷载取值情况学号尾数 保温层荷载标准值（kN/m2） 积灰荷载标准值（kN/m2） 学号十位数 跨度（m）0 0.4 1.3 0 181 0.45 1.2 1 212 0.5 1.1 2 243 0.55 1.0 3 244 0.6 0.9 4 215 0.65 0.8 5 186 0.7 0.77 0.6 0.88 0.5 0.99 0.4 1.0三、任务和要求1、由结构重要性，荷载特征（静荷），连接方法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。 2、合理布置支撑体系，主要考虑 （1）上弦横向水平支撑 （2）下弦横向水平支撑 （3）垂直支撑 （4）系杆（刚性或柔性） 并在计算书上画出屋盖支撑布置图，并对各榀屋架进行编号 3、荷载及内力计算 （1）屋面恒载计算，其中水泥珍珠岩预制块自重为4kN/m2。 （2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同时考虑。 （3）屋面积灰荷载按指定值计算，积灰荷载属于可变荷载。 （4）利用结构的对称性，仅计算屋架左半跨杆件内力。 （5）计算屋架杆力时，应考虑三种荷载组合。 （6）将屋面分布荷载转化为屋架节点荷载，利用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。 （7）确定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力） 4、杆件截面选择 （1）屋架杆件常采用双角钢组合组成的T形截面或十字形截面，要根据x=y的等稳条件选择合理的截面形式。 （2）正确确定杆件的长细比，由轴心受力杆确定杆件截面及垫板数量。 （3）上弦杆，下弦杆，主斜杆截面选择过程要在计算书内详细说明，其余杆件截面选择可列表进行。 （4）杆件截面规格不宜过多，与垂直支撑相连的竖杆截面则不宜小于2L635。 5、节点设计 （1）熟知节点设计的基本要求及一般步骤。 （2）节点设计与施工图绘制往往是同步进行的。 （3）要在计算书内写出上下弦节点各一个，下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程。 6、屋架施工图 （1）用CAD绘制施工图一张（大小为A1或折合为A1图）（2）施工图应包括 屋架简图（比例1100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力。屋架正面图，上下弦平面图，采用两个比例。 注明全部零件的编号，规格及尺寸，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸。材料表。说明。图框邵阳学院城市建设系 班 级 姓 名 （图名） 指导教师 日 期 标题栏长度设计为150mm，左起第一栏长100mm，第二栏和第三栏各长25mm；高度设计为32mm，各行均分。图纸中字体均采用仿宋体，字体宽高比为0.8。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范（GB500172003）.北京：中国建筑工业出版社，2003.2雷宏刚主编.钢结构设计基本原理.北京：科学出版社，2007.3戴国欣主编.钢结构. 武汉：武汉理工大学出版社，2007. 五、进度安排12.28：荷载及内力计算12.2912.30：杆件截面选择12.31：节点设计1.11.2：施工图绘制1.3：文本整理六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：附 图： a . 18米跨屋架 b . 18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸 作用下各杆件的内力值c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 d . 21米跨屋架 e . 21米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸 作用下各杆件的内力值f . 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值g . 24米跨屋架几何尺寸h . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 i . 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值课程设计题 目 名 称 24m梯形钢屋架设计 课 程 名 称 钢结构课程设计 指 导 教 师 杨 桦 2008年 11月 25日目录 1设计资料21.1结构形式21.2屋架形式及荷载21.3屋盖结构及荷载21.4荷载计算22荷载组合23内力计算34杆件设计54.1上弦杆54.2其余杆件75、节点设计75.1下弦节点c75.2上弦节点B95.3上弦节点C105.4屋脊节点G105.5支座节点A1224米跨梯形屋架设计1、 设计资料某厂房总长度90m，跨度根据不同的组号从附表中取，屋盖体系可从以下所给的类型中选取。纵向柱距6m。1.1结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。1.2 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：组号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。1.3屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.6kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.45kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载根据不同组号按附表取。屋面各构造层的荷载标准值： 1.4荷载计算 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2 水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 保温层 0.7kN/m2 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3kN/m2 预应力混凝土屋面板 Gk1= 1.45kN/m2 屋架及支撑自重 Gk2=（0.12+0.011L）=0.12+0.01124=0.384 kN/m2 恒载总和 Gk= 3.684 kN/m2活荷载（雪载） Qk1= 0.6 kN/m2积灰荷载 0.7kN/m2 Qk=1.3 kN/m22、荷载组合 一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆（一般为跨中每侧各两根斜腹杆）可考虑半跨组合，在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。按建筑结构荷载规范（GBJ987）规定，活荷载和雪荷载两项取较大值。屋面坡度较小，对荷载影响小故未考虑，风荷载对屋面为吸力，故对重屋盖可不考虑。荷载组合一般考虑下列三种荷载组合情况，其中后两种仅用于计算跨中的部分腹杆。（1）全跨永久荷载和全跨可变荷载FG1 =GGKs=1.23.68410-31.51036103=39.79103NFQ1=GQKs=1.41.310-31.51036103=16.38103N支座反力R为R=8（FG1 +F Q1）=8(39.79103N+16.38103N)=44.94103N(2)全跨永久荷载和半跨可变荷载FG2=GGKs=1.23.68410-31.51036103=39.79103NFQ2=GQKs=1.41.310-31.51036103=16.38103N（3）屋架和支撑自重的半跨屋面板及半跨活荷载FG3-2=GGK2s=1.20.38410-31.51036103=4.15103NF G3-1=GGK1s=1.21.4510-31.51036103=15.66103NF Q3=GQK1s=1.40.610-31.51036103=7.56103NF3 =F G3-1 +F Q3=15.66103N+7.56103N=23.22103N以上计算中，F为节点荷载设计值g . 24米跨屋架几何尺寸h . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 i . 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值3、内力计算用图解法或数解法均可计算出全跨荷载作用下，屋架的杆件内力。其内力设计值见附图1。杆件名称 杆件编号 内力系数 杆力（kN） 计算内力 项目组合单位荷载F=1 使用阶段 施工阶段 在左 在右 全跨 全永FG1在左可FQ1在右可FQ1全永FG3-2在左F3在右F3上弦杆 AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BD -6.25 -2.47 -8.72 -248.7 102.4 40.5 -105.8 DF -9.04 -4.49 -13.53 -359.7 -148.1 -73.5 -581.3 FH -9.17 -6.09 -15.26 -364.9 -150.2 -99.8 -614.9 HI -7.38 -7.38 -14.71 -293.7 -120.9 -120.9 -535.5 下弦杆 ac 3.48 1.25 4.73 138.5 57.0 20.5 216 ce 8 3.53 11.53 318.3 131.1 57.8 507.2 eg 9.34 5.31 14.65 371.6 153.0 87.0 611.6 gi 8.44 6.73 15.17 335.8 138.2 110.2 584.2 斜腹杆 aB -6.53 -2.34 -8.87 -259.8 -107.0 -38.3 -405.1 Bc 4.76 2.12 6.88 189.4 78.0 37.7 305.1 cD -3.14 -2.03 -5.44 -124.9 -51.4 -33.3 -209.6 De 1.90 1.80 3.70 75.6 31.1 29.5 136.2 eF 0.71 -1.75 -2.46 28.3 11.6 28.7 68.7 Fg -0.45 1.56 1.11 -17.9 -7.4 25.6 0.3 gH 1.55 -1.53 0.02 61.7 25.4 25.1 112.2 Hi -2.47 1.39 -1.08 98.3 40.5 22.8 161.6 竖杆 Aa -0.5 0 -0.5 -19.9 -8.2 0 -28.1 Cc -1.0 0 -1.0 -38.8 -16.4 0 -55.2 Ee -1.0 0 -1.0 -38.8 -16.4 0 -55.2 Gg -1.0 0 -1.0 -38.8 -16.4 0 -55.2 Ii 0.97 0.97 0.812 38.6 16.3 16.3 71.2 根据厂房长度(90m60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为24m故不设下弦支撑。梯形钢屋架支撑布置如图所示： 4、杆件设计4.1上弦杆整个上弦采用等截面，按FH杆件的最大设计内力设计，即N=614.9KN上弦杆计算长度： ， 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。设60， 0.807，截面积为 = =2208.9 需要回转半径： = =25.1mm =50.3mm查表选用2 18011012,截面特性为A=6.74103mm2 。验算截面特性：A=2780 , =19.8mm, =35.1mm满足长细比要求， 查表（b类）， 满足要求填板每个节点放一块， =754mm40 4.2下弦杆整个下弦不改变截面，按eg杆件的最大设计内力设计，即N=611.6KN下弦杆计算长度： ， 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔对下弦的削弱，需要的毛截面积为 A 查表选用2 18011010,截面特性为A=5.68103mm2。验算腹杆最大内力N=405.1KN，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。B类截面。4.3其余计算结果见下表屋架杆件截面选择表杆件名称杆件编号 内力（KN） 计算长度cm 截面规格 截面面积（cm） 回转半径（cm） 长细比 容许长细比稳定系数 计算应力 （N/mm）上弦 FH -614.9 1508 3016 2 18011012 6740 31 87.1 48.7 34.4 150.00 0.862105.8下弦 eg 379.1 300 885 2 18011010 34.40 2.53 4.63 118.58 191.14 150.00 0.721 105.8斜腹 aB -240.5 253 253 2 100638 25.2 1.77 3.18 142.9 79.6 150.00 0.688-286.6Bc 210.7 209.04 261.3 2 90568 22.4 1.56 2.85 134 91.7 350.00 0.608254.2cD -135.3 229.12 286.4 2 90568 22.4 1.56 2.85 134 91.7 150.00 0.608 189.9De 56.3 229.12 286.4 2 90568 22.4 1.56 2.85 134 91.7 350.00 0.608 -67.9eF 59.6 249.92 312.4 2 100638 25.2 1.77 3.18 141.2 98.2 150.00 0.568 69.4Fg -71.3 249.92 312.4 2 100638 25.2 1.77 3.18 141.2 98.2 150.00 0.568 -82.9竖杆 Aa -28.7 159.2 199 2 63405 8.12 1.14 3.09 139.65 64.40 150.00 0.786 -10.1Cc -57.3 183.2 229 2 70455 11.22 1.28 3.41 143.13 67.16 150.00 0.769 -153.6Ee -57.3 207.2 259 2 755010 23.60 1.38 3.72 150.14 69.62 150.00 0.308 -78.8Gg 31 231.2 289 2 70455 11.22 1.28 3.14 180.63 92.04 350.00 0.345 122.85、节点设计5.1下弦节点用E50型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值 200MPa。a.下弦节点“c”，设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝为 6mm。所需的焊缝长度为肢背： ,取100mm。肢尖： ,取50mm.。设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝为 6mm。所需的焊缝长度为肢背： ，取70mm。肢尖： ，取50mm。“Cb”杆内力很小，取 6mm。综合取节点板尺寸300mm230mm下弦与节点板连接的焊缝长度为30.0cm， 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N191.8KN，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:200 Mpa焊缝强度满足要求5.2上弦节点“B”“Bc”杆与节点板的焊缝尺寸同上。设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 8mm和6mm，所需焊缝长度为肢背： ,取90mm.。肢尖： ，取50mm节点板上边缘缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载P= FG1+ FQ1=38350N+18900N=57250N与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：=6mm， 8mm上弦与节点板焊缝长度为290mm，则92.14 Mpa0.8 =160 Mpa上弦肢尖角焊缝的切应力为92.14 Mpa0.8 =160 Mpa5.3上弦节点“C”设“Cc”杆的肢背和肢尖焊缝为 6mm。所需的焊缝长度为肢背： ，取50mm。肢尖： ，取50mm。验算节点板强度上弦与节点板焊缝长度为173mm，则0.8 =160 Mpa上