钢结构课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上钢结构课程设计 某厂房24m×90m钢屋架设计学 院 建筑工程系 课程名称 钢结构课程设计 专 业 土木工程 学 号 姓 名 指导教师 2016年1月8日任 务 书一、 设计题目 焊接梯形钢屋架设计二、 目的通过钢结构课程设计，掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法。运用有关力学和钢结构课程所学知识对钢屋架进行内力分析、杆件截面设计和节点设计。培养学生解决实际问题的能力。三、 设计资料1.广东某厂房总长度90m，跨度24m，纵向柱距6m。2.钢筋混凝土柱，柱的混凝土强度等级为C30，上柱截面尺寸400×400，梯形钢屋架支撑在柱顶。地区计算温度高

2、于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度。3.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。4.屋架形式、几何尺寸、屋架内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。5.屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。均为手工焊。6.屋面做法及荷载标准值：无檩体系：采用1.5×6.0m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，

3、以KN/m2为单位；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 0.5KN/m2 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40KN/m2 可变荷载：屋面活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载标准值为Sk=0.35KN/m2，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载取0.9KN/m2。 7.钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16m，运输高度为3.85m，工地有足够的起重安装条件。屋架的形式和几何尺寸屋架的计算跨度l0是指屋架支座反力之间的距离，当屋架支撑在钢筋混凝土柱网

4、上采用封闭结合时，可取屋架各杆件的几何尺寸如下图所示：屋盖支撑的布置：1. 上弦横向水平支撑采用大型屋面板的无檩屋盖，一般只考虑大型屋面板起系杆作用。通长情况下，在屋架上弦应设置横向水平支撑。上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑到上弦横向水平支撑的间距大于60m，应在中间柱间设置横向水平支撑。2. 下弦横向水平支撑屋架跨度大于18m，应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑，且沿屋架下弦在屋架跨度方向全长布置。3. 下弦纵向水平支撑本案例中设有2台150/30t（中级工作制）桥式吊车，且未设置托架，因此，可不设下弦纵向水平支撑。4. 垂直支撑

5、垂直支撑应设在上、下弦横向水平支撑同一开间内的两榀屋架之间。梯形屋架跨度L=24m时，可仅在跨中和两端各设置一道，共三道。5. 系杆屋脊节点以及屋架支座处沿厂房设置通长的刚性系杆，屋架下弦跨中通长设置一道柔性系杆。屋架支撑的布置如下图所示：专心-专注-专业一、荷载和内力计算1. 荷载计算：（1）屋面永久荷载标准值：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 0.5KN/m2预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40KN/m2 屋架及支撑自重 q=0.12+0.011*24= 0.384 KN/m2(沿水平面分布)小计 (0.4+0,4+0.5+1.4）/

6、cos5.71 +0.384=3.097=3.1KN/m2(沿水平面分布)注：（2）屋面可变荷载标准值：屋面活荷载标准值 0.7KN/m2屋面雪荷载标准值 Sk=0.35KN/m2屋面积灰荷载标准值 0.9KN/m2 本厂房地震设防烈度为六度，因此可不考虑竖向地震作用。2. 荷载组合屋架强度和稳定性计算时，应考虑一下3种荷载组合：（1）全跨永久荷载设计值+全跨可变荷载设计值屋架上弦节点荷载（由永久荷载效应控制的组合）屋架上弦节点荷载（由可变荷载效应控制的组合）即 （2）全跨永久荷载设计值+半跨可变荷载设计值全跨永久荷载作用下节点荷载设计值半跨可变荷载作用下节点荷载设计值（3）全跨屋架（包括支撑

7、）+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨屋架（包括支撑）作用下的集中荷载设计值：半跨屋面板自重及半跨屋面活荷载作用下节点荷载设计值：由永久荷载控制的组合由可变荷载控制的组合 组合（1）、（2）为使用阶段荷载，组合（3）为是施工阶段荷载。屋架挠度验算时，考虑一下荷载组合（4）全跨永久荷载标准值+全跨可变荷载标准值屋架上弦节点荷载标准值（由可变荷载效应控制的组合）3. 杆件的内力计算在半跨单元节点力作用下，各杆件内力系数如下图所示：4. 杆件的内力组合内力计算杆件杆件内力系数组合（1） F1=53.64kN组合（2） F2=27.9kN，F3=20.16kN组合（3） F4=3.46kN，F5=23

8、.94kN计算内力kNP=1在左半跨在右半跨全跨可变荷载 在左半跨可变荷载 在右半跨可变荷载 在左半跨可变荷载 在右半跨F1×F2× +F3×F2× +F1×F4× +F5×F4× +F5×上 弦 杆AB000000000BD-6.25-2.47-8.72-467.7408-369.288-293.0832-179.7962-89.303-467.7408DF-9.04-4.49-13.53-725.7492-559.7334-468.0054-263.2314-154.3044-725.7492FH-9

9、.17-6.09-15.26-818.5464-610.6212-548.5284-272.3294-198.5942-818.5464HI-7.38-7.38-14.71-789.0444-559.1898-559.1898-227.5738-227.5738-789.0444下 弦 杆ac3.481.254.73253.7172202.1238157.16799.67746.2908253.7172ce83.5311.53618.4692482.967392.8518231.4138124.402618.4692eg9.345.3114.65785.826597.0294515.78462

10、74.2886177.8104785.826gi8.446.7315.17813.7188593.3934558.9198254.5418213.6044813.7188斜 腹 杆aB-6.53-2.34-8.87-475.7868-379.1178-294.6474-187.0184-86.7098-475.7868cB4.762.126.88369.0432287.9136234.6912137.759274.5576369.0432cD-3.14-2.03-5.44-291.8016-215.0784-192.7008-93.994-67.4206-291.8016eD1.91.83.7

11、198.468141.534139.51858.28855.894198.468eF0.71-1.75-2.46-131.9544-54.3204-103.9148.4858-50.4066-131.9544gF-0.451.561.1159.540421.89762.4186-6.932441.18762.4186gH1.55-1.530.021.072831.806-30.286837.1762-36.55937.1762iH-2.471.39-1.08-57.9312-79.9272-2.1096-62.868629.5398-79.9272竖 腹 杆aA-0.50-0.5-26.82-

12、24.03-13.95-13.7-1.73-26.82cC-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64eE-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64gG-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64iI0.970.97-1-53.64-8.3448-8.344819.761819.7618-53.64二.杆件的界面选择1.上弦杆（1）使用阶段承载力计算整个上弦杆采用等截面，按FG，GH杆件的最大设计值进行内力计算计算长度最大腹杆压力-475.79kN（aB腹杆），中间节点板厚度,支座节点板厚度.设，

13、采用双角钢截面为B类截面（因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。）查轴心受压构件的稳定系数表所需角钢界面面积为：所需回转半径为根据所需的,A查角钢规格，选用2140*90*12， （短肢相距10mm）短肢相并的角钢，可近似地取由，查得，则满足要求。（2）施工阶段上弦稳定性验算当吊装右半跨吊装屋面板时，左半跨屋架平面外计算长度这里为半跨上弦的长度查轴心受压构件的稳定系数表，则因此，满足要求允许半跨吊装2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，最大内力在gi杆 N=813.72 kN （拉力）计算长度 屋架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选用2125×8

14、0×10（短肢相并），A =39.4c , ix =2 .26cm , iy =6.11cm （短肢相距10mm），按所选角钢进行截面验算，取 所选截面满足要求。eg杆内的内力接近813.72KN，杆内有螺栓孔消弱，应使得螺栓孔的位置直接点半边缘的距离a>100mm3.端斜杆aB N =-475.787kN (压力)因为，故采用不等肢角钢选用2100×80×10，A = 34.4 c , ix = 3.12cm , iy = 3.53cm 满足长细比：的要求。由于长边相连的不等边双角钢，可以采用以下简化公式：所以 由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所

15、选截面合适。5. 斜腹杆（1） cB杆N =369.042kN （拉力），L=2608mm， l0x =26080.8=2086.4mm l0y = l =2608mm、选用263×8，A =19.02c , ix =1.90cm , iy =3.02cm 所选截面合适。（2） cD杆N =-291.802kN （压力），L=259mm， l0x =28590.8=2287.2mm l0y = l =2859mm选用263×8，A =19.02c , ix =1.90cm , iy =3.02cm 由于长边相连的不等边双角钢，可以采用以下简化公式：所以 由于只需求出，查轴心

16、受压构件的稳定系数表0.56 所选截面合适。（3） eD杆N =198.468kN （拉力），L=2859mm， l0x =28590.8=2287.2mm l0y = l =2859mm、选用250×5等边角钢，A =9.6c , ix =1.92cm , iy =2.45cm 所选截面合适。（4） eF杆N =-131.954kN （拉力），L=3129mm， l0x =31290.8=2503.2mm l0y = l =3129mm选用263×8，A =19.02c , ix =1.9cm , iy =3.02cm 由于长边相连的不等边双角钢，可以采用以下简化公式：所

17、以 由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表， 所选截面合适。（5） gF杆件N =62.42kN （拉力），L=3119mm， l0x =31190.8=2495.2mm l0y = l =3119mm、选用250×5等边角钢，A =9.6c , ix =1.92cm , iy =2.45cm 所选截面合适。为了减少杆件类别，对gH，Hi杆件分别采用，其内力远小于eF杆件，满足受力要求！6. 竖杆gG杆件，选用等边角钢（肢相距10mm）所以查得，则满足要求（2） 竖杆aA 便于连接，选用263×8等边角钢组成。（3） Cc、Ee、Ii杆其受力情况与Gg想同，为了减少类别，

18、采用想同的尺寸256×5所选截面合适满足要求。总上，屋架各杆件截面汇总件表二节点设计下弦节点c（图）斜杆cB与节点板连接焊缝计算：N=369.04kN.设肢背与肢尖的焊缝尺寸均别为6mm,所需焊缝长度为肢背：肢尖：斜杆c与节点板的连接焊缝计算：N=-291.8KN肢背：肢尖：竖杆cC与节点板连接焊缝计算：N=53.64KN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf，焊缝长度>50mm.下弦杆与节点板连接焊缝计算：下弦与节点板的连接焊缝承受两节间的杆力差假设焊脚尺寸,满足构造要求。肢背：肢尖：2.上弦节点B（图）斜杆Bc与节点板连接焊缝计算，与下弦节点c中Bc杆计算相同。

19、斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=-475.79KN肢背和肢尖焊缝分别采用：hf8mm和 hf6mm肢背：肢尖：为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接.焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P53.64KN。上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N467.74-0467.74KN，因采用大型屋面板，一次节点板可以伸出屋架上弦，按实际焊缝长度（节点板满焊）,按下列公式验算：肢背焊缝：肢背焊缝：满足要求下弦拼接节点i下弦拼接杆处最大杆力为813.72kN，设焊脚尺寸为8mm，接头

20、一侧需要的焊缝计算长度：拼接角钢的总长度为：取400mm下弦与节点板连接焊缝验算，设焊脚尺寸为6mm，则实际焊缝尺寸为200mm，满足设计要求。屋脊节点I上弦拼接处最大杆力,上弦一侧所需焊缝长度,假设hf8mm，每一侧边界角钢与上弦所需的焊缝长度拼接角钢的长度为上弦与节点板的连接焊缝较长，且屋脊节点的杆件内力差较小，起焊缝可按构造满焊。支座节点a1） 支座底板计算支座处屋架反力：C30混凝土，铆杆直径取d=25mm，孔径，则支座底板需要面积：底板尺寸取250mm350mm=87500铆栓垫板采用-100mm100mm20mm，孔径，底板实际应力为：节点板，加劲肋将底板分成四块相同的相邻两边支撑

21、板根据几何关系，可得查表可得，底板上的最大弯矩为底板的厚度为根据构造要求，取底板厚度t=2mm材料表构件编号截面尺寸长度数量重量正反重量kg/m单个kg小计kg合计kgGWJ-22L140X90X10120642217.475210.8184843.27362199.4352L110X70X8120002210.946131.352525.4082L63X8199047.46914.8633159.453242L100X80X102535413.47634.16166136.64662L63X5260844.82212.5757850.30312L56X5229044.2519.7347938.939162L80X8285949.65827.61222110.44892L50X5285943.7710.7784343.113722L56X5259044.25111.0100944.040362L63X5312