钢结构课程设计.doc

钢结构设计计算书一、设计资料某工业厂房，长度120m，屋架间距6m，屋面采用1.26m预应力钢筋混凝土大型屋面板。15mm厚水混砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面350350，混凝土C50，屋架跨度、保温层荷载标准值和屋面积灰荷载标准值按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度 ： 24m 2、屋架采用的钢材及焊条为：钢，焊条为型。3、荷载标准值（水平投影面计）（1） 永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2 保温层 0.4 kN/m2 一毡二油隔气层 0.05 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3 kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 kN/m2屋架及支撑自重：按经验公式计算： 0.384KN/m2悬挂管道： 0.15 kN/m2（2） 可变荷载：屋面活荷载标准值： 0.7kN/m2雪荷载标准值： 0.35kN/m2积灰荷载标准值： 0.7kN/m2二、布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度 屋架端部高度 三、荷载计算1、荷载 永久荷载 恒载标准值 屋架自重 可变荷载 永久荷载设计值 可变荷载设计值 2、荷载组合 全跨永久荷载全跨可变荷载 全跨屋架自重半跨屋面板荷载半跨可变荷载全跨屋架自重 半跨屋面板荷载半跨可变荷载 全跨永久荷载半跨可变荷载全跨永久荷载 半跨可变荷载四、内力计算 图1 24米跨屋架几何尺寸 （mm）0.5 图2 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值（单位荷载下的内力值）按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，计算三种荷载组合作用下的内力值，取其最不利内力（正、负最大值）作为屋架设计的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。 全跨荷载内力图单位荷载作用在左半跨时的轴力图： 左半跨荷载内力图 内力计算表杆件名称杆内力系数P=1全跨永久荷载+全跨可变荷载P=56.443全跨永久荷载 +半跨屋面板荷载+半跨可变荷载P1=42.331P2=14.112全跨永久荷载+半跨可变荷载P3=4.666P4=25.830计算内力（KN)在左半跨在右半跨全跨N=P*N左=P1+P2N右=P1+P2N左=P3+P4N右=P3+P4上弦杆A-B0.000.000.000.000.000.000.000.000.00B-D-6.25-2.47-8.72-492.18-457.33-403.98-202.13-104.48-492.18D-F-9.04-4.94-13.98-763.67-700.31-636.10-296.63-179.11-763.67F-H-9.17-6.09-15.26-861.32-775.38-731.91-308.06-228.51-861.32H-I-7.38-7.38-14.76-833.32-728.95-728.95-259.50-259.50-833.10下弦杆a-c3.481.254.73266.98249.34217.87111.9654.36266.98c-e8.003.5311.53650.79600.97537.89260.44144.98650.79e-g9.345.3114.65826.89751.96695.08309.61205.51826.89g-i8.446.7315.17856.24761.27737.14288.79244.62856.65斜腹杆a-B-6.53-2.34-8.87-500.65-467.63-408.50210.06-101.83-500.65B-c4.762.126.88388.33358.41321.15155.0586.86388.33c-D-3.14-2.03-5.17-291.81-263.16-247.50-105.23-76.56-291.81D-e1.901.803.70208.84183.44182.0366.3463.76208.841e-F0.71-1.75-1.04-58.70-34.00-68.7213.49-50.06-68.72F-g-0.451.561.1162.6540.6469.00-6.4445.4769.00g-H1.55-1.530.021.1322.72-20.7440.13-39.4340.13H-i-2.471.39-1.08-60.96-80.57-26.10-68.8430.86-80.57竖杆A-a-0.50.00-0.5-28.22-28.22-21.17-15.25-2.33-28.22C-c-1.00.00-1.0-56.44-56.44-42.33-30.50-4.67-56.44E-e-1.00.00-1.0-56.44-56.44-42.33-30.50-4.67-56.44G-g-1.00.00-1.0-56.44-56.44-42.33-30.50-4.67-56.44I-i0.970.971.94109.5095.8195.8134.1134.11109.50四、杆件截面设计1、上弦杆截面计算根据查钢结构设计手册取节点板厚度,支座节点板厚度。 整个杆件采用同一截面按最大内力计算上弦杆计算长度：在屋架平面内，计算长度系数为 1.0，计算长度 在屋架平面外，计算长度系数偏安全地取为 2.0，计算长度 因故截面选用两个不等肢角钢短肢相并设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A 、 ix 、iy ，查角钢型钢表，选用2，A = 50.6 c , ix = 2.85cm , iy =7.70cm。按所选角钢进行验算满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面按最大内力计算 计算长度：屋架计算平面内取节间轴线长度屋架平面外根据支撑布置取计算需要净截面面积：、选用216010010（短肢相并），见上图，A =50.6 c , ix = 2.85 cm , iy =7.70cm 按所选角钢进行截面验算满足要求。3、斜杆截面计算斜杆a-B 因为 故采用不等肢角钢长肢相并使设： 杆件为b类截面 查表需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。4.、竖杆截面计算中竖杆i-I 计算长度： 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表选用2636，其几何特性为：A=14.58 c ix =1.93cm iy=3.06cm满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。边竖杆a-A计算长度： 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选用2636，其几何特性为：A=14.58 c ix =1.93cm 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。竖杆c-C计算长度： 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选用2636，其几何特性为：A=14.58 c ix =1.93cm iy=3.06cm满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。其他各杆件的截面计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表1.2 屋架杆件一览表1.2杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积(m)长细比稳定系数min计算应力(N/m)lox(mm)loy(mm)max上弦-861.3215083016短肢相并2L16010010506052.90.842202.16下弦856.2430006000短肢相并2L160100105060105.3169.2斜腹杆aB-500.6525352535长肢相并2L1409010446069.30.757148Bc388.33208626082L75102820126.55106.40cD-291.81228728592L75102820101.550.542190.78De208.84228728592L75102820101.1974.00eF-68.72250331292L6351228129.280.392155.57Fg69.00249531192L6351228128.6160.67gH406351228140.0029.50Hi-80.57269633702L6351228139.590.345210.74竖杆aA-28.22199019902L63614581030.53636cC-56.44183222902L6361458950.58866eE-56.44207225902L6351228120.470.43711.18gG-56.44231238902L6351228119.180.442110.49II109.50255231902L63614581320.378199五、节点设计1下弦c节点各杆件内力由表1.1查得。这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw 。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/mm2。设Bc杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，所需要的焊缝长度为：肢背： 取160mm肢尖： 取100mm设cD杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，所需要的焊缝长度为：肢背： 取120mm肢尖： 取80mmCc杆的内力很小，焊缝尺寸可以按构造要求确定，取hf=5mm 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出的节点详图，从而确定节点板尺寸为360mm445mm下弦与节点板连接的焊缝长度为44.5cm，hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应为： f160N/mm2焊缝强度满足要求。节点图如下图所示。下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件肢背焊脚尺寸hf1（mm）肢背焊脚长度(mm)肢尖焊脚尺寸hf2（mm）肢尖焊脚长度(mm)aB10150取1801062取80Bc8152取160687取100 cD8114取120665取70 De878取90630取50eF634取50614取30 Fg635取50 614取30gH519取3057取20 Hi642取60616取302上弦B节点：Bc杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点c中cB杆计算相同。aB杆的内力N=-500.65KN，设aB杆的肢背和肢尖焊缝hf=10mm和8mm，则所需的焊缝长度为：肢背： 取160mm肢尖： 取90mm为了便于在屋面板上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可以缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度值乘以0.8的折减系数。计算时课略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得：上弦与节点板间焊缝长度为460，则：上弦肢尖角焊缝的切应力为：上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件肢背焊脚尺寸hf1（mm） 肢背焊脚长度(mm)肢尖焊脚尺寸hf2（mm）肢尖焊脚长度(mm)Bc8150取160686取100 aB10145取160684取90cD8113取120665取80 De1064取80 1026取40eF637取50616取30 Fg827取40616取30gH522取3059取20Hi644取60618取303、屋脊I节点（1）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除，并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝hf=10mm，则所需焊缝长度为： mm拼接角钢长度弦杆端空隙。所以拼接长度取600mm。上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为500mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=500/2-10-20=220mm，焊缝应力为：腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。 4、 支座A节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度14mm。（1）支座底板的计算支座反力R=453426N按构造要求采用底板面积为ab=280400mm2如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R，则承压面积为280（280+12）=48160mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：=R/Au=453426/48160=9.41N/mm2fc=12.5N/mm2满足。 底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距为：M=式中 底板