21m跨度钢结构课程设计(完整版)(共19页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录1.0 设计资料11.1 结构形式与布置21.1.1 桁架形式及几何尺寸21.1.2 屋架支撑布置21.2 荷载计算41.2.1屋面活荷载选择41.2.2屋架和支撑自重计算41.2.3荷载组合41.3 杆件设计及内力计算61.3.1 屋架计算简图61.3.2 杆件内力计算和杆件内力表61.3.3 杆件设计7(1)上弦杆7(2)下弦杆8(3)腹杆9(4)竖杆11(5)屋架杆件截面选择表111.4 节点设计121.4.1 下弦节点“c”121.4.2 上弦节点“B”131.4.3 上弦节点“D”141.4.4 下弦节点“e”151.4.5 上弦节点“F”161.4.

2、6 下弦节点“g”171.4.7 屋脊节点“H”181.4.8竖杆与上弦节点“C,E,G”191.4.9支座节点“A”191.4.10支座节点“a”21参考文献22致谢22附录221.0 设计资料某厂房总长度90m，跨度21m，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，设计基本地震加速度为0.1g，二类场地。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=

3、1.0作用下杆件的内力）如图1.11及下图所示。 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值3.屋盖结构及荷载无檩体系：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，以KN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值值根据不同学号按附表取。施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载取0.6 KN/m2。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.

4、4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层 0.35KN/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 1.45KN/m2杆件名称内力系数F=1组合一组合二组合三杆件内力（KN）全跨(1)左半跨(2)右半跨(3)F*(1)F1*(1)+F2*(2)F1*(1)+F2*(3)F3*(1)+F4*(2)F3*(1)+F4*(3)上弦AB000000000BC CD-7.472-5.31-2.162-431.732-396.319-344.754-158.728-83.365-431.732DE EF-11.262-7.339-3.923

5、-650.718-586.460-530.506-223.334-141.555-650.718FG GH-12.18-6.861-5.319-703.760-616.635-591.377-215.774-178.858-703.760下弦ac4.13.011.09236.898219.044187.59489.40243.438236.898ce9.7446.6633.081563.008512.542453.868200.729114.976563.008eg11.9627.3264.636691.164615.227571.164225.984161.585691.164gh11.76

6、85.8845.884679.955583.575583.575190.642190.642679.955斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-443.982-410.517-351.582-167.549-81.413-443.982Bc5.8083.961.848335.586305.316270.721119.37068.809335.586cD-4.409-2.633-1.776-254.752-225.661-211.623-81.684-61.168-254.752De2.7921.2221.57161.322135.605141.30541.06549.396161.3

7、22eF-1.572-0.047-1.525-90.830-65.851-90.060-7.775-43.158-90.830Fg0.328-1.0391.36718.952-3.44035.971-23.48634.11335.971gH0.7131.913-1.241.19760.8539.86248.813-25.71260.853竖干Aa-0.5-0.50-28.890-28.890-20.700-14.085-2.115-28.890Cc-1-10-57.780-57.780-41.400-28.170-4.230-57.780Ee-1-10-57.780-57.780-41.400

8、-28.170-4.230-57.780Gg-1-10-57.780-57.780-41.400-28.170-4.230-57.780表1-2 屋架构建内力组合表注：表中F=57.78KN，F1=41.4KN，F2=16.38，F3=4.23KN，F4=23.94KN3.杆件设计1) 上弦杆整个上弦采用等截面，按FG,GH杆件的最大设计内力设计，即N=-703.76KN上弦杆计算长度： 在屋架平面内：为节间轴线长度，即L0x=l0=1.5075m 在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据布置和内力变化情况，取lOy为支撑点间的距离，即L0y=2*1.5075

9、= 3.015 m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图1.17所示 图1.17 上弦截面腹杆最大内力N=-446.901KN，查表知，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。 设=60，查轴心受压稳定系数表 =0.807则需要截面积为=/(0.807*215)=4056.1mm2需要回转半径：ix=l0x/=1507.5/60= 25.125mm2iy= l0y/=3015/60=50.25mm2根据需要的, ix , iy查角钢型钢表，初选2 L140×90×10，肢背间距a=10mm，则A=4452，ix =2.56

10、cm，iy =6.77cm。按所选角钢进行验算：x= l0x/ix=1507.5/25.6=58.9<=150y= l0y/iy=3015/50.25=60<=150则满足长细比<=150的要求。 由于y >x，只需求y。查表y=0.807，则N/(XA)= /(0.807*4452)=195.9<215N/mm2所选截面合适。2).下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=691.164KN。计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=3000mm。屋架平面外根据支撑布置，取 loy=20700/2=10350mm。所需的净截面面积=/215=3214.

11、7mm2=32.15cm2 选用2L140×90×8(短肢相并)，见图1.18： 图1.18 下弦截面查表得：A=3608mm2=36.08cm2>32.15cm2，ix =2.59cm，iy =6.73cm.x= lox/ix=300/2.59=115.8<350y= loy/iy=1035/6.73=153.8<3503)腹杠l 杆aB杆件轴力： N=-443.982KN=-N计算长度： lox =loy=2530mm因为lox =loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。选用2L140×90×10，肢背间距a=10mm，则A

12、=44.52cm2，ix =4.47cm，iy =3.74cm.x= lox/ix=253/4.47=56.6y= loy/iy=253/3.74=67.6因y >x，只需求y。查表y=0.7654，则=N/(XA)= /(0.7654*4452)=130.3 N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。l 杆Bc杆件轴力： N=335.586KN=N计算长度： lox =loy=2613mm选用2L100×7，肢背间距8mm，则A=27.60cm2，=3.09cm，=4.39cm.x= lox/ix=261.3/3.09=84.6<150y= loy/iy=261

13、.3/4.39=59.5<150因x >y，只需求x。查表x = 0.6574，则=N/(XA)= /(0.6574*2760)=185.0N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。l 杆cD杆件轴力： N=254.792KN计算长度： lox =loy=2864mm选用2L100×6，肢背间距a=8mm，则A=23.87cm2，=3.10cm，=4.37cm. x= lox/ix=286.4/3.10=92.4<150y= loy/iy=286.4/4.37=65.5<150因x >y，只需求x。查表x =0.6052，则=N/(XA)=/(0

14、.6052 *2387)=176.4N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。l 杆De杆件轴力： N=161.322KN计算长度： lox =loy=2864mm选用2L90×6，肢背间距a=8mm，则A=21.28cm2，=2.79cm，=3.98cm.x= lox/ix=286.4/2.79=102.7<150y= loy/iy=286.4/3.98=72.0<150因x >y，只需求x。查表x = 0.5378，则=N/(XA)=/( 0.5378*2128)=141.0N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。l 杆eF杆件轴力： N=-9

15、0.830KN计算长度： lox =loy=3124mm选用2L70×6，肢背间距a=8mm，则A=16.32cm2，=2.15cm，=3.18cm. x= lox/ix=312.4/2.15=145.3<150y= loy/iy=312.4/3.18=98.2<150因x >y，只需求x。查表x = 0.3248，则=N/(XA)=90830/( 0.3248*1632)=171.4N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。l 杆Fg杆件轴力： N=35.971KN计算长度： lox =loy=3124mm选用2L50×5，肢背间距a=8mm，则

16、A=9.61cm2，=1.53cm，=2.38cm. x= lox/ix=312.4/1.53=204.2<150y= loy/iy=312.4/2.38=131.3<150因x >y，只需求x。查表x =0.1796，则=N/(XA)=35971/(0.1796*961)=208.4N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。l 杆gH杆件轴力： N=60.853KN计算长度： lox =loy=3390mm选用2L70×5，肢背间距a=8mm，则A=13.75cm2，=2.16cm，=3.16cm. x= lox/ix=339/2.16=157.0<

17、150y= loy/iy=339/3.16=107.3<150因x >y，只需求x。查表x =0.285，则=N/(XA)=60853/(0.285*1375)=155.3N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。4)竖杆u 杆Aa杆件轴力： N=-28.890KN计算长度： lox =0.8l=0.8*1990=1592mm，loy=1990mm选用2L50×5，肢背间距a=8mm，则A=9.61cm2，=1.53cm，=2.38cm. x= lox/ix=159.2/1.53=104.1<150y= loy/iy=199.0/2.38=83.6<1

18、50因x >y，只需求x。查表x =0.5284，则=N/(XA)=28890/(0.5284*961)=56.9N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。u 杆Cc、Ee、Gg这三根杆件受力相同而且较小，以最不利杆件Gg（长度最大）确定断面。由于受力较小，可按长细比选择截面。杆件轴力： N=-57.780KN计算长度： lox =0.8l=0.8*2890=2312mm，loy=2890mm ix = lox/ =231.2/150=1.54cm iy = loy/ =289.0/150=1.93cm选用2L63×5，肢背间距a=8mm，则A=12.29cm2，=1.

19、94cm>1.54cm，=2.89cm>1.93cm.x= lox/ix=231.2/1.94=119.2<150y= loy/iy=289.0/2.89=100<150因x >y，只需求x。查表x =0.441，则=N/(XA)=57780/(0.441*1229)=106.6N/mm2<215N/mm2故所选截面合适。5)由于该屋架为对称结构，且荷载为对称荷载，故其他各杆截面设计由以上计算结果即可得到，详见表1-3表1-3 屋架杆件截面选择表1.4 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1-2查得，最小焊缝长度不应小于8

20、和40mm。1下弦节点c，见图1.19 图 1.19(1)斜杆Bc与节点的连接焊缝计算：N=335.586KN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 用150mm；肢尖： 用100mm(2)斜杆cD与节点的连接焊缝计算：N=126.66KN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 用120mm；肢尖： 用80mm(3)cC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸(4)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为410mm*335mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为410mm，hf

21、=6mm。焊缝所受的力为节点b左右两下弦杆的内力差N=563.008-236.898=326.11KN。受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。2上弦节点B，见图1.20图1.20(1)Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同。(2)斜杆aB与节点的连接焊缝计算：N=-443.982KN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为10mm和6mm，所需焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： 用160mm；肢尖： 用120mm为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘的上肢背可缩进8mm，用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8

22、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。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得hf=节点板厚度/2=12/2=6mm，hf=10mm上弦与节点板间焊缝长度为380mm，则(0.75*)2+(*1.22)22*0.7*6*(380-12)=105.0 N/mm2<上弦肢尖角焊缝的切应力为：(0.25*)2+(*1.22)22*0.7*10*(380-12)=21.4N/mm2<160N/mm2则节点板满足要求3上弦节点D，见图1.21 图 1.21(1) Dc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同。(2)斜杆De与节点的连接焊缝计算：N=161.322KN设肢背

23、与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 用90mm；肢尖： 用60mm(3)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为310mm*260mm。经按照(2)中节点B验算方法验算知，满足要求。4下弦节点e，见图1.22 图 1.22(1) eD杆与节点板的焊缝尺寸和节点D相同。(2)斜杆eF与节点的连接焊缝计算：N=90.830KN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 用60mm；肢尖： 用40mm(3)eE杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸(4)根据求的焊缝长度，并考虑杆件

24、之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为320mm*250mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为320mm，hf=6mm。焊缝所受的力为节点e左右两下弦杆的内力差N=691.164 -563.008 =128.156KN。受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。5上弦节点F，见图1.23 图 1.23(1) Fe杆与节点板的焊缝尺寸和节点e相同。(2)斜杆Fg与节点的连接焊缝计算：N=35.971KN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 用40mm；肢尖： 用30mm(3)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等

25、误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为220mm*210mm。经按照(2)中节点B验算方法验算知，满足要求。6下弦节点g，见图1.24 图 1.24(1) gF杆与节点板的焊缝尺寸和节点F相同。(2)斜杆gH与节点的连接焊缝计算：N=60.853KN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 用60mm；肢尖： 用40mm(3)gG杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸(4)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为250mm*270mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为250mm，hf=6mm。焊

26、缝所受的力为节点g左右两下弦杆的内力差N=60.853 -35.971 =24.882KN。受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。7屋脊节点H，见图1.25 图 1.25(1)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，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来计算。N=703.76KN设肢尖、肢背焊角尺寸为8mm， 取=230mm拼接角钢长度取 2×230+50=510mm。(2)上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15计算:N=703

27、.76×15=105.6KN。设肢尖焊角尺寸为8mm，取节点板长度为500mm，则弦杆一侧焊缝长度为500/2-10-20=220mm，焊缝应力为2+(1.22)2=91.9MPa<160MPa验算可知，强度满足要求(3)斜杆gH与节点板的连接焊缝计算：N=60.853KN 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，焊缝长度40mm 取=60mm。8竖杆与上弦节点C,E,G，见图1.26图1.26由于这三个杆的轴力相等且较小，焊缝尺寸均可按构造确定，取焊角尺寸hf=5mm，焊缝长度40mm 取=60mm。9支座节点A，见图1.27为了便于施

28、焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的长度，故可取160mm，在节点板中心线左侧设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为12mm。(1)支座底板计算： 支座反力：R=57.78*103*(8-1)=N加劲肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造需求取地板尺寸为240mm×360偏安全地取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：=R/An=/41280=9.8N/mm2<fc=12.5N/mm2式中 fc-混凝土强度设计值，对C25混凝土，fc=12.5N/mm2则混凝土抗压强度满足要求。图1.27(2)底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算、节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支撑而另两边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中 -底板下的平均应力， =9.8N/mm2-两边支撑对角长度， -系数