钢结构课程设计

1、HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY钢结构设计原理课程设计计算书姓 名：XX学 号：U2009158XX专业班级：土木工程0905班 指导老师：张卉完成时间：2012年2月18日第一部分钢结构课程设计任务书设计资料及依据根据学号U200915851及次序14得已知条件：某车间跨度为 24m,厂房总 长度102m，柱距6m,车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车，地区 计算温度高于-20C,无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m； 米用1.5 >6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，U级防水，卷材屋面，桁架米用梯

2、形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450M50mm,混凝土强度等级为C25,屋架采用的钢材为 Q235B钢，焊条为E43型。屋架计算跨度：Lg L 300 24000 300 23700mm屋架端部高度：H。1900mm跨度：i。110计算跨度处高度：H 1900 1200 150 12000 1915mm1屋架跨中高度：h01900 120003100mm10表1荷载标准值荷载类型荷载名称何载标准值（kN m ）永久何载改性沥青防水层0.420厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4150泡沫混凝土保温层0.90:预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.40悬挂管道0.10屋架和支撑自

3、重0.12+0.011x24=0.384可变荷载基本风压0.40积灰荷载0.7不上人屋面活荷载0.7基本雪压0.5屋架尺寸及支撑布置屋架形式及尺寸如图1：1 J|rI.IoI1丁，,1330戸I 'I I3>'0.3000二o-7U屋盖的支撑布置如图2:图 置dasM rJ-rASLeuf uulrlH2 _h L垂直支撑 1-1垂直支撑2-2图2桁架支撑布置符号说明：GW钢屋架；SC-上线支撑；XC-下弦支撑;CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆三、荷载计算屋面活载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活载大于雪荷载，故取屋面活载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载乘

4、以1/ cos、.102 平 /10 1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载:改性沥青防水层20厚 1: 2.5水泥砂浆找平层150厚加气混凝土保温层 预应力混凝土大型屋面板（1.0051.0051.005（包括灌缝）1.005屋架和支撑自重悬挂管道1.0050.000120.4kN/m20.4kN/m0.9kN/m 221.4 kN/m 220.384 kN/m20.402kN/m20.402kN/m0.905kN/m 221.407kN/m20.386kN/mkN/m 2共3.537kN/m21.354.775 kN/m 2标准可变荷载:不上人屋面活载积灰荷载1.4+1.40

5、.7kN/m20.7kN/m20.98kN/m20.98kN/m2共 1.96kN/m 2设计桁架时应考虑一下三种荷载组合:1、全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：F （4.775 1.96）1.5 6 60.615kN2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1 4.775 1.5 6 42.975kN半跨节点可变荷载：F2 1.96 1.5 6 17.64kN3、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重：F3 1.35 0.386 1.5 6 4.690kN半跨节点屋面板自重及活载：F4 (1.2 1.4 0.98) 1.5 6 23.94kN其中，

6、1、2为使用阶段荷载情况，3为施工阶段荷载情况。计算详图如下:(c)图3桁架计算简图四、内力计算由电算先解得F=1时的桁架各杆的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨和右半跨)，然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，见表2。表2桁架杆件内力组合表内力系数(F=1)杆件名 称全跨a左半跨b右半 跨c第一种 组合F a第二种组合第三种组合片 aF1 aFa aF3 aF2 bF2 cF4 bF4cAB000000000BC-9.102-6.520-2.622-551.718-506.171-437.411-198.346-105.459-551.718CD-9.102-6.520-2.622-551.

7、718-506.171-437.411-198.346-105.459-551.718上DE-14.061-9.398-4.735-852.308-770.052-687.797-290.934-179.302-852.308弦EF-14.061-9.398-4.735-852.308-770.052-687.797-290.934-179.302-852.308杆FG-15.804-9.505-6.397-957.960-846.845-792.020-301.670-240.193-957.960GH-15.804-9.505-6.397-957.960-846.845-792.020-3

8、01.670-240.193-957.960HI-15.265-7.646-7.636-925.288-790.889-679.275-254.638-254.385-925.288ab4.9513.6451.326300.105227.067：236.160110.48154.965300.105下be12.0018.3003.707727.441662.155581.134254.987145.030727.441弦cd15.1919.6905.584920.802823.765751.335303.224204.927920.802杆de15.6988.7107.014951.53482

9、8.262798.349282.141241.539951.534aB-9.002-6.627-2.411-545.656-503.761-429.391-200.870-99.939-545.656Bb6.9544.8152.171421.527383.785383.785147.88584.588421.527bD-5.472-3.424-2.079-331.685-295.559-271.833-107.634-75.435-331.685De3.7001.8981.829227.246192.488191.27162.79161.139227.246斜eF-2.435-0.689-1.

10、772-147.558-116.798-135.902-27.915-53.842-147.558腹Fd1.086-0.4721.58265.82838.34574.577-6.20642.96674.577杆-6.026dH0.0611.583-1.5443.69830.546-24.61538.183-36.67738.183-36.677He-1.123-2.4971.395-68.071-92.308-23.653-65.04528.129-92.30828.129aA-0.500-0.5000-30.307-30.307-30.307-14.315-2.345-30.307竖杆bC-

11、1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615eE-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615dG-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615el2.0381.0121.029123.533105.434105.73533.78634.192123.533-30.245-60.489-60.489-60.489105.553注：F 60.615kN;Fi 42.975kN; F217.

12、64kN;F34.690kN; F423.94kN五、杆件设计1上弦杆整个上弦采用等截面，不改变截面，按最大内力设计，即按 FG、GH杆件的 计算内力设计。N 957.960kN=957960N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度l0x 150.7cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取l0y 2 15°.7cm 301.4cm因为l0y 2 l0x，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并腹杆最大内力，N=545.656kN（压），由屋架节点板厚度参考表可知：中间支座节点板厚度取12mm,支座节点板与垫板厚度取14mm。*入2口60 X100X12图4上弦截面假定入二6

13、0,双角钢组合截面绕x和y轴稳定性均属于b类截面。查轴心受压构件的稳定系数表，得= 0.807 o需要截面面积957960N0.807 215N/mm225521.2mm需要回转半径:ixl0x150.7cm602.51cm， iyl0y301.4cm5.02cm两角钢之间加12mm厚填板，查角钢规格表，选用602160 100 12，则2A GO.hcgix 2.82cm，iy 7.82cml°x150.7x空53.44150验算长细比：ix2.82；l0yly301.438.54 1507.82满足长细比的要求由于x大于y ,热轧不等边角钢短肢组合将绕x轴失稳，故由53.44，查

14、表得：x 0.840N 9579602189.72N/mm215N/mmxA 0.840 6011满足要求。2下弦杆整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大弱。选用2L160 100是 de 杆:Nde951.534kN951534Nl0x 300cm，l°y 240030 /21185cm所需截面积为：A Nn f951534N4425.7mm 244.26cm22215N/mm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm可不考虑螺栓孔削10,因l°ylox，故用不等肢角钢，短肢相并。2A=50.63cm44.26cm2, ix2.82cm

15、， iy 7.78cml0xx ixl0xy iy3002.2356.23134.2 190.2 350350NdeA951534线 187.94N/mm2215N mm25063mm满足要求。3.端斜杆aB整下弦杆不变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中内力最大aB杆,杆件轴力：N 545.656kN545656N计算长度l0x = l0y=245.5cm。因为l0x = l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i选用：2 140 90 10 ,则图6端斜杆截面A=44.522cm2, ix4.47cm，iy 3.74cml0xx ix245.54.4754.92 150l0yy -ly245

16、.53.7465.64 150由于xy，热轧不等边角钢长肢组合将绕y轴失稳，由y查表得0.776NA满足要求。4斜腹杆545656N222157.94N/mm2215N mm20.776 4452.2mm2Bb杆整个Bb杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力NBb 421.527kN， l0x 254.0cm， l0y 254.0cm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm可不考虑螺栓孔削弱。选用：2L100 72A=27.59cm , ix3.09cm，iy 4.53cml0x254.0xix3.09l0y254.0y-iy4.53NBb421527A2759满足要求。

17、82.2 56.4 350350152.78 N mm2<215N mm202|_lOOx7y图7斜腹杆Bb截面bD杆整个bD杆不变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力NbD 331.685kN, l0x278.80.8223.04cm， l0y 278.8cm2 906A=21.27cm 2, ixl0x223.04xix2.79l0y278.8yly4.14N331685A27592.79cm，79.94 67.34 y，选用:ly4.14cm150150120.2 N mm2<215N mm2满足要求。由于x热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由X查表得:0.688331685N

18、bDA174.7 N/mm2<215N/mm20.688 2759满足要求。图8斜腹杆bD截面Dc杆整Dc杆不变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力NDc 227.246kN，l0x 278.8 0.8223.04cm，l0y 278.8cm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm可不考虑螺栓孔削弱l0yJ278874.75 3503.73NdcA满足要求。227.246 120.94 N mm2<125N mm2 1879选用：2 806218.79cm，ix 2.47cm， iy 3.73cml0xix223.04 90.30 3502.472L§0x

19、6DeeF杆整个eF杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力243.6cm, l0y 304.5cmNcF 147.558kN，l0x 304.5 0.8218.79cm ,ix 2.47cm，iy 3.73cml0xix243.62.4798.62 150l0yiy304.53.7381.64 150选用：2_806。由于X y，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由X查表得：0.5640879 139.21N mm2<215N mm2图10斜腹杆cF截面满足要求Fd杆整个Fd杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力NFd 74.577kN， l0x 304.5 0.8 243

20、.6cm，l0y 304.5cm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm可不考虑螺栓孔削弱选用：2706图11斜腹杆Fd截面2A 16.32cm , ix 2.15cm, iy 3.33cml0xx Ix243.62.15113.3 350l0yy Iy304.591.443.33350NFdA74577163245.70 N mm2<215N mm2 满足要求。dH杆整个 dH杆不改变截面，米用热轧等边角钢，其中设计内力NdH 38.183kN，l0x 330.9 0.8264.72cm， l0y 330.9cm选用：263 4y263 x 4图12斜腹杆dH截面29.96

21、cm， Ix1.96cm，ly3.02cm由于xl0x264.72135.06lxl0ylyNdH1.96330.9109.571503.02150y，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由x查表得:0.36538183105.03N mm2<215N mmA 0.365 996满足要求。5.竖杆整个竖杆不改变截面，采用热轧等边角钢，设计内力最大的是el杆,NeI 123.533kN，l0x 310.0 0.8 248.0cm， l0y 310.0cm选用：28062A 18.79cm， ix 2.47cm， iy 3.73cml0xlx248.02.47100.4 150l0yly3103

22、.7383.1 150由于xy，热轧等边角钢组合将绕X轴失稳，故由x查表得：0.552 叫 123533119.10N mm2<215N mm2A 0.552 1879满足要求。图13竖杆截面其余各同类杆件截面选择计算过程同上， 此处略去其计算过程，仅将结果列 于表2 （见下页）杆件 名称内力 设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积2 A（ cm ）回转半径（cm）max入min计算应力（N/ mm2）l 0xl 0yixiy上弦杆-957.960150.7301.4216010012 短并60.112.827.8253.441500.840189.72下弦杆951.534300

23、1185216010010 短并50.632.827.78190.2350187.94aB545.656245.5245.52L140 90 10 长并44.524.473.7465.641500.776157.94Bb421.527254.0254.0九 100 727.593.094.5382.2350152.78bD-331.685223.0278.8290 621.272.794.1479.941500.688174.70De227.246223.0278.82匕0 618.792.473.7390.30350120.94cF-147.558243.6304.5280 618.792.

24、473.7398.621500.564139.21Fd74.577243.6304.520 616.322.153.33113.335045.70dH38.183264.7330.9263 49.961.963.02135.061500.365105.03He-92.308264.7330.9270 616.322.153.33123.121500.420134.67Aa-30.307191.5191.52L70 616.322.153.3389.101500.62829.57Cb-60.615176.0220.020 616.322.153.3381.861500.67659.14200.0

25、250.020 616.322.153.3393.021500.60161.80Ee-60.615Gd-60.615224.0280.0±70 616.322.153.33110.191500.60175.79el123.533248.0310.02匕0 618.792.473.73100.41500.552119.10:160N / mm2。六、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 各杆件内力由表查得，最小焊缝长度不应小于8hf。本设计确定节点板尺寸可在 施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。1.下弦节点“ b”图14下弦节点b42L527k

26、N60.615kN19C331.B85kN8 150JQOJOSkN727.411 kN斜杆Bb与节点板连接焊缝计算:设肢背与肢尖的焊缝尺寸分别为8mn和6mm则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：肢背：I w0.7NBb2heffW0.7 421527165mm，力卩 2hf后取 19cm2 0.7 8 160肢尖：丨w0.3N2heffw0.3 42152794.1mm，加 2hf 后取 11cm2 0.7 6 160斜杆bD与节点板的连接焊缝计算:肢背：lw 匹 °7 331685129.6mm,加2hf后取 15cm2he ffw2 0.7 8 160肢尖：I0.3NbD2hfw

27、0.3 3316852 0.7 6 16074.1mm，加 2hf 后取 9cm竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf 5mm ,焊缝长度|w>50mm根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。节点板尺寸 ：330mmx 425mm下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差：N 727.441 300.105 427.336kN设肢尖与肢背尺寸6mm受力较大的肢背处的焊缝应力为:88.4kN/mm2 <160kN/mm20.75 4273362 0.7 6

28、415 12焊缝强度满足要求。2.上弦节点“ B”图15上弦节点B斜杆Bb与节点板连接的焊缝尺寸，与下弦节点“ b”相同斜杆Ba与节点板连接焊缝尺寸按上诉同样方法计算，NaB 545.656kN肢背和肢尖焊缝尺寸分别采用：hf = 8mn和hf = 6mm肢背:l0.65NaB2hfw0.65 545656 c197.9mm,取 22cm2 0.7 8 160肢尖:l0.35NaB2heffw0.35 5456562 0.7 6 160142.1mm,取 16cm为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背 8mn,上弦角钢与 节点板间用槽焊连接.焊缝可按两条焊缝计算，焊缝强度设计值应乘

29、以 0.8的折 减系数。计算时可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：h'f 2 节点板厚度 2 12 6mm，hf 10mm上弦与节点板间焊缝长度为460mm则K(N1 NJ2(£云22 0.7hflwJ(0.75 551718)2 (f°622)22 0.7 6 (460 12)110.02N/mm2 0.8ffw 0.8 160 128N/mm2上弦肢尖角焊缝的切应力为：阿 N2 (詁9 J(0.25 551718)2 (薯2!)22 0.7h'fiw：2 0.7 10 (460 12)22.35N

30、/mm2 160N/mm23屋脊节点“ I ”弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。 为了使拼接角钢在拼接处能紧贴 被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板 来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设焊缝为10mm拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算,N 925.288kN。每条焊缝长度为（一条焊缝）：9252884 0.7 10 160206.54mm拼接角钢的长度 L 2 (206.54 10) 20 453.1mm，取 650mm图16屋脊节点I上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15

31、%计算。设焊脚尺寸为10mm,节点板长度为500mm则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：50010 20 220mm焊缝应力为:0.15 9252882 0.7 10 22045.07N/mm26昱2helW0.15 925288 100 23.62 0.7 10 220293.89N/mm2N f45.072293.891.22289.19N/mm <160N/mm满足强度要求因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝， 而右半 边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。4.支座节点“ a”为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座 底板间的距离不应小于下弦伸出肢的宽度，故取验算柱顶混凝土的抗压强度:为220mm在节点中心线上设置加劲肋，如劲肋 的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板 为 14mm（1）支座底板的