钢结构课程设计(36)

1、钢结构课程设计学生姓名：*学院：*班级：*学号：*指导教师：*设计时间：* 年 * 月 20 日至 2*年 2月8西南交通大学一、 设计资料4二、 屋架的几何尺寸 4三、 屋架支撑4-5四、 杆力系数5-6五、 荷载汇集6-8六、杆力组合七、杆件截面选择8（1）上弦8（2）下弦8-9（3）斜腹杆9-12八、节点设计121、下弦节点12-142、上弦节点14-163、屋脊节点16-174、支座节点17-19九、施工图-、设计资料某北方地区一金工车间。长102m跨度27m柱距6m采用无檁屋盖 结构体系，梯型钢屋架，1.5mx 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，膨 胀珍珠岩制品保温层（容重4kN/卅,

2、所需保温层厚度由当地计算温度确 定），卷材屋面，屋面坡度i=1/10。钢材和焊条选择根据北方以往冬季的计算温度（-22 C）和荷载性质（静荷载）及连接方法（焊接），按设计规范要求，钢材选用 Q235B焊条选用E43型，手工焊屋架形式及尺寸由于屋面采用预应力混凝土大型屋面板和卷材防水层（i=1/10）, 故采用缓坡梯形屋架。屋架的计算跨度为：屋架端部高度取：。跨中高度：屋架的高跨比：在屋架的常用高度范围内。为了使屋架节点受荷，配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦 节间水平尺寸为3.0m的人字形式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角， 采用在分式。屋架跨中起拱54mm几何尺寸如图1所示。图（1）

3、四.屋盖支撑布置根据车间长度（102m>60m）跨度及荷载情况，设置三道上、 下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两 边的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系 杆保证安装是上弦的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递 山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一 道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系 杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆， 支撑布置见图2。 图中与横向水平支撑连接的屋架编号为 GWJ-2山墙的端屋架编号为 GMJ-3其他屋架编号均为GWJ-1表2荷载计算表荷载名称标准值（kN/）

4、设计值（kN/）备注预应力混凝土大型屋面板1.41.4 X 1.2 =1.68延屋面坡向分布三毡四油上铺小石子防水层0.40.4 X 1.2 =0.48延屋面坡向分布水泥砂浆找平层0.40.4 X 1.2 =0.48延屋面坡向分布厚泡沫混0.10.1 X 1.2 =延屋面坡向GG1 CC3 GG1GG1 CC1 nX. /-1 */GG1GG1GG1图4:垂直支撑1-1GG2 CC4 GG2LG2LG2图5:垂直支撑2-2L10GG2 CC2LG2凝土保温层0.12分布找平层0.50.5 X 1.2 =延屋面坡向0.6分布屋架和支撑自0.12+0.011 X0.417 X 1.2延屋面坡向重2

5、7=0.417=0.50分布永久荷载总和3.2173.86延水平分布取一者中的较大值屋面活荷0.40.4 X 1.4 =取屋面均布活载0.56何载积灰何载0.40.4 X 1.4 =0.56可变荷载0.81.12总和计算屋架杆力是应考虑如下三种荷载组合：使用阶段“全跨恒荷载+全跨屋面均布荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋 面均布荷载”。应注意半跨屋面活荷载可能作用于左半跨，也可能作 用于右半跨，恒活载和活荷载引起的节点荷载设计值，P恒及P活分别为P 恒=3.86x1.5x6=34.74( KNP 活=1.12x1.5x6=10.08( KN施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载”。

6、这 是只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒活载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半 跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋面两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设 计值P'恒和P'活分别为P'恒=0.5x1.5x6=4.5（ KNP'活=1.68+0.56x1.5x6=10.5（ KN（2）内力计算本设计采用图解法计算了屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数。根据算得的节点荷载和杆力系数，求得各杆的最不利内力。 计算结果如表3所示杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力（

7、kN）全跨左半跨右 半跨第 一种 组合 （p恒 +P活）第二种组合第三种组合P恒X+ P活XP恒X + P活XP'恒X+P'活XP'恒X+X P'活弦BA000000000.0丄1CB-9.977.192.79446.9418.8374.5120.474.2-446.9(C-44D9.977.192.79446.9 -418.8 3'74.5 120.474.26.91D-70E15.810.755.06708.2657.3599.9184.0124.28.21E -73F16.3811.335.06734.2683.2620.0192.7126.84.

8、21F-73G16.3811.335.06734.2683.2620.0192.7126.84.2(G-83H18.6711.057.62836.8760.0725.4200.0164.06.81H-85I19.1711.057.62859.2777.3742.8202.3166.39.2-85J19.1711.547.62859.2782.3742.8207.4166.39.2aa53122263240b.36.96.4140.226.100.45.78.9.21b19355511596下3.31.34.9796.656.502.458.001.6.6弦: 11687721817d8.241

9、.42.8217.548.802.402.053.7.5(7.81.9.998.208.408.473.673.6.2斜；a-45腹10.057.422.63450.4423.9375.6123.172.80.4杆1B 75233396356b.95.57.3856.332.300.24.30.8.31b-29D6.474.182.29290.0266.9247.973.053.201D42221144206c.61.59.0206.686.380.57.92.0.6-15f3.51.012.49156.9131.8146.726.441.96.9-12G2.690.

10、212.49120.695.6118.514.338.30.61E0003321332.f.73.732.72.75.41.0.37-6.(G0-1314-25d.720.93.662.35.61.76.50.741.7-15(d13-5723-.5g.15.131.971.51.50.18.015.571.5-12(J13-8144-.2J.89.871.974.704.75.89.112.2104.71H0003321330g.67.670.00.03.30.1.0杆aA-0.50.5022.422.417.47.52.3-22.4(bC11044.844.834.715.04.5-44.

11、81cE-1.51.5067.267.252.122.56.8-67.2竖1fF-11044.844.834.715.04.5-44.81dH-1.51.5067.267.252.122.56.8-67.2g11044.844.834.715.04.5-44.8e000000000屋架杆件内力组合表五杆件截面选择（1）上弦杆整个上弦不改变截面，取上弦最大设计杆力（IK杆）计算。N二859.2kN，I o=l ox=15O.8cm, 10y=150.7*2+150.8=452.2cm （按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取li为两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力ZB=-450.4kn查表得中

12、间节点板厚t=12mm支座节点板厚t=14mm先由非对称轴选择截面，假设入=60,由附表2.2查Q235钢的稳定 系数表，可得(由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类)需要 的截面面积As二N/© f=859.2*10 3/ (0.807*215 ) =4952.0mm=49.52cm 一般角钢厚度t=15mm属第一组，故取f=215N/mm 2。需要的回转半 径为i x=Ldx/ 入=150.8/60=2.51(cm)i y=S/ 入=452.2/60=7.54 (cm)上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T形截面，根据需要的 A、ix及iy查附表 3.5，选用 2L160 1

13、00 10:肢背间距 a= 12mm 则 As=50.6 (cni), i x=2.85cm, i y=7.78 cm (节点板厚为 14 mm),入=150。验算角钢，满足长细比的要求。由于，只需求，查表=0.818，则满足要求。所选截面合适，上弦截面如图所示：图6:上弦截面(2)下弦杆下弦亦不改变截面，整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd杆计N=817.5kN所需截面积为（因跨中有通长系杆）：选用2L160X 100X 10,因故用不等肢角钢，短肢相并A= 50.6，所以满足要求。下弦截面如图：图7.下弦截面（3）端斜杆按端斜杆aB最大设计内力设计。杆件轴力：计算长度：因为，故采用

14、等肢角钢，使。选用 2L100X 10。则：由于，只需求。查表=0.668，则:，故所选截面合适端斜杆截面如图：图8.端斜杆截面（4）斜腹杆腹杆cf-fG在f节点处不断开，采用通长杆件。再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁 架平面外的计算长度：选用2L110X 10,查角钢规格表得A= 45.52 ,由于，只需求。查表=0.458，则:再分腹杆截面如图:图9:再分腹杆截面(5) 竖杆Hd由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半径为查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2L63X 5,其几何特性为：A= 12.29 ,由于，只需求。查表=0.406，则：竖杆截面

15、如图：图10 :竖杆截面其余各杆件的截面选择结果见表4。需注意连接垂直的支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度为i o=0.9l，其他腹杆除Aa和Ba外，I °x=0.8l稳艮数件杆内计算长度/cm截面规截回转半径/cm长细比容定系名编号力格面面许长称/kN积/细比上 H-85145160X 100X 10502.7.551500弦I、IJ9.250.82.2.685782.98.1.818下 c817413160X 100X 10502.7.113500弦d.55035.6857857.971.6.246a-45225100X 10383.4.851500B0.4533.5

16、205603.05.0.668B356226100X 10383.4.851500b.362.22.2.5205605.97.0.648b-29228100X 10383.4.961500D087.37.3.5205604.22.5.594D206228100X 10383.4.961500腹 c.687.37.3.5205604.22.5.594杆 c-15239110X 10453.5.171500f6.908.73.3.52380015.98.65.458f-12239110X 10453.5.171500G0.608.73.3.52380015.98.65.458E32.11863 X

17、 5121.3.961500f7899.2994047.42.2.575G-6.33263 X 5121.3.111500d526.56.5.29940468.307.4.25441.7-15d.5242121.3.11063 X 5150g71.24.95.9.29940415.940.1.3415-12g.2242121.3.11063 X 5150J10424.95.9.29940415.940.1.341.7H3022063 X 5121.3.161500g03.53.5.29940404.96.9.523A-2212063 X 5121.3.861500a.461.21.5.2994

18、043.16.3.668C-4412363 X 5121.3.971500b.8840.2994044.85.7.588E-6722663 X 5121.3.181500竖c.2080.29940407.25.5.511杆 F-4411363 X 5121.3.541500f.8040.2994043.62.8.838H-6723063 X 5121.3.111500d.2445.29940425.800.3.406I-4411563 X 5121.3.651500g.8222.5.2994042.90.2.791屋架杆件截面选择表（六）.节点设计由前述施工图绘制可见，在确定节点板得外形和尺寸

19、时，需要斜腹杆与节点 板间连接焊缝的长度。为简洁起见，下面先算出个斜腹杆杆端需要的焊缝尺寸。 其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度li角钢肢尖所需焊缝长度126.1 :下选节点采用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值设bB杆的肢背和肢尖焊缝，所需焊缝长度为：肢背：肢尖：取，°设bD杆的肢背和肢尖焊缝，所需焊缝长度为：肢背：肢尖：取，°bC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差,按比例作出节点详图（见图11）,从而确定节点板的尺寸为280x 340mm下弦与节点板连接到焊缝长度为340mm,焊缝承受节

20、点左、右弦杆的内力差 NhNbc-Nab= 596.6-240.2 = 356.4kN。验算肢背焊缝的强度：图11:下弦节点“ b”6.2上弦节点“ B”斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b中Bb杆计算相同。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算：N=-450.4kN。设“aB'杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mn和6mm所需焊缝长度为 肢背：肢尖：取,。为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm用槽焊缝将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 焊缝强度设计值乘以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P与上弦垂直

21、。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到:肢尖焊缝承担弦杆内力，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为460mm则节点如图：图12:上弦节点“ B”6.3屋脊节点“ J ”弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密 合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。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。N=-859.2kN。设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm则需焊缝长度为,取拼接角钢长度取600>2 X 260=520mm上弦与节点板间的槽焊，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。

22、设肢尖焊缝,节点板长度为500mn,节点 一侧弦杆焊缝的计算长度为焊缝应力为:节点形式如图：图13：屋脊节点“ J”6.4下弦跨中节点“ e”跨中起拱50mm下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2L160X 100X 10,焊缝长度：，取=300mm拼接角钢长度I 2 300 10610mm。弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。设肢背、肢尖焊脚尺寸为8mm弦杆一侧需焊缝长度为肢背：,取=90mm肢尖，按构造要求，取焊缝长度50mn,取=60mm节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。焊缝强度满足要求。节点形式如图：图14

23、：下弦跨中节点“ e”6.5端部支座节点“ a”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：设支座底板的平面尺寸采用，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力， 则承压面积为。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中：混凝土强度设计值，对 C20混凝土，。支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的 最大弯矩为：式中：一底板下的平均应力，即=8.49。两边支承之间的对角线长度，即系数，由查表确定

24、。b2为两边支承的相交点到对角线的垂直距离。由此得：查表得=0.0546。则单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：，取 t = 22mm所以底板尺寸为mm(2) 加劲肋与节点板的连接焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图得焊缝长度为440mm计算长度I w= 440-12-15 = 413 (mrj)(设焊脚尺寸hf = 8mr)，每块加劲肋近似的按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e=( 140-8) /2 = 66 mm则焊缝所受剪力V及弯矩M为:R 44820V11.21kN,M Ve 44.82 662958.1kN mm44焊缝强度验算2=7.99N/mm v满

25、足要求。(3) 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力，其中每块加劲肋各传，节点板传递。节点板与底板的连接焊缝长度，所需焊脚尺寸为，取。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为所需焊缝尺寸所以取。节点形式如图：图15：端部支座节点“ a”6.6节点板计算(1)节点板在受压腹杆的压力作用下的计算所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆的净距离c与节 点板厚度t之比，均小于或等于10。所有与竖杆相连的节点板，c/t均小于或 等于15，因而节点板的稳定均能保证。（2）所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均能保证。此外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于 15&

26、#176;，斜腹杆与弦的 夹角均在30°60°之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于 60,都满足 构造要求，节点板均安全可靠。（七）本设计的施工详图材料表构建编码零件号截面长度（mmL180X 110151x 10070L160X 100142GWx 10810J-2183L50X 5300L140X 90 X214895数量重量（kg）正反个每计共合计225.6334213224.32977113496.28986490X 647710.3207.6L50X 5432909257L100X 64249665258L70X 5414569037149L50X 545790.3282310L90X 649425.6281011L50X 544370.8261012L50X 544190.2301613L70X 546795.7311514L70X 546035.1291415L63X 545890.4187.16L50X 542990117L50X 51335.21954422218L70X 524640.9422219L70X 5114640.9321520L63X 523285.8L180X 110701521231X 100.6L160X 100661322226X 100.1253.23"-18