钢结构课程设计 例题

..钢屋架设计计算一、设计资料屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上(砼等级240m，柱距(屋架间距)为6m，房屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。二、支撑布置.三、荷载计算永久荷载预应力钢筋混凝土屋面板(包括嵌缝)屋架自重保温层支撑自重NmKN/m2(120+11×24)=0.384KN/m2mNm=0.40KN/m2NmKNm2Nm08KN/m2可变荷载KNm2Nm70KN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水计算。2、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载P3kN...(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P=4.457×1.5×6=40.11kNP=0.98×1.5×6=8.82kN12(3)全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P=1.2×(0.384+0.08)×1.5×6=5.01kN3作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载P=(1.2×1.5+1.4×0.7)×1.5×6=25.02kN4以上1)，2)为使用阶段荷载组合;3)为施工阶段荷载组合。内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力(正、负最大值)作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。全跨荷载布置图全跨荷载内力图左半跨荷载布置图.左半跨荷载内力左半跨荷载内力图右半跨荷载布置图右半跨荷载内力图表1载P=5.01kN3P=25.02kN40P=40.11kN1P=8.82kN20②00件-113-15KN0③0①0.0000斜腹杆下弦杆竖杆五、杆件截面设计整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-688.25kN(压力)，查《钢结构设计手册》，节点板计算长度屋架平面内取节间轴线长度l=150.5cm0x屋架平面外根据支撑和内力变化取l=2?150.5301.0cm因为2l=l，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图1所示。0x0yyxxxy需要截面积N688.25『103需要回转半径A=需要回转半径.xl60yl60l1508l3016l1508l3016按所选角钢进行验算iyl=li=150.52.85=53，l=li=301.07.78=39x0xxy0yy由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.842xyminxxs===162N/mm2<f=215N/x2、下弦杆截面计算计算长度屋架平面内取节间轴线长度l=300cm屋架平面外根据支撑布置取l=600cm计算需要净截面面积N680.67『103nf215A==nf215按所选角钢进行截面验算，取AA。y12xxyl=0x=l=0x==105<[l]=350l=0y==77<[l]=350i2.85i7.78xys===135N/mm2<f=215N/A5060所选截面满足要求。3、斜杆截面计算...ixiyy12xxyxi2.56xxi2.56xl251.6yi6.84l=0y==37<[l]=150属于byi6.84y由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.568xyminxxs==s===157N/mm2<f=215N/mm2x计算需要净截面面积N311.50『103nf215A===nf215yxxy.ll0.1xi1.90yi3.10ll0.1xi1.90yi3.10xys===164N/mm2<fxyA1902所选截面满足要求。yxxyxi2.46xxi2.46xl280.9yi3.75l=0y==75<[l]=150属于byi3.75y由于入>入只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.614xyminxxs===s===183N/mm2<f=215N/mm2x计算需要净截面面积N165.93『103nf215A===nf215xyxxy图6斜杆13-3截面yi2.77ys===s===153N/mm2<f=215N/mm2所选截面满足要求。yxxxyxi2.46xxi2.46xl302.3yi3.75l=0y==81<[l]=150属于byi3.75y由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.568xyminxxs===s===153N/mm2<f=215N/mm2x..计算需要净截面面积A===321mm2nf215yxxy图8斜杆15-4截面l=l0x=241.8=141<[l]=350l=l0y=302.3=109<[l]=350xi1.72yi2.77xy所选截面满足要求。A===234mm2nf215yxxxyxi1.72xl=0y==117<[l]=yi2.77y...s===47N/mm2<f=215A1082yxxxy验算xi1.93xi1.93xl324.3yi3.06l=0y==106<[l]yi3.06y由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.365xyminxxs==s===152N/mm2<f=215N/mm2x4、竖杆截面计算xi1.88xl201.25yi3.07l=0y==66<[l]=150属于yi3.07y由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.517xyminxxs===s===20N/mm2<f=215N/mm2x.xi1.88xl225yi3.07l=0y==73<[l]=150属于byi3.07yxy只需求出jxy只需求出jmin=jx，查轴心受压构件的稳定系数表，jx=0.581s===35N/mm2<f=215N/mm2xxi1.88ll250y由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.517xyminxxs===s===40N/mm2<f=215N/mm2xxi1.88ll275y由于l>l只需求出j=j，查轴心受压构件的稳定系数表，j=0.453xyminxxs===s===45N/mm2<f=215N/mm2x..yyx.yyxN47.03『103nf215A===nf215mxi1.88ll300ys===s===21N/mm2<f=215N/mm2A002100x0中竖杆截面图.斜腹杆.斜腹杆屋架杆件一览表σ竖杆杆件上弦2-133-154-172-123-144-165-18杆内力kN-688.25-396.97-243.97-118.28-81.11-23.96-47.92-47.92-47.92计算长度loxloy截面形式及角钢规格┛┗短肢相并┛┗短肢相并┛┗长肢相并┛┗┛┗┛┗┛┗┛┗┛┗┛┗十字形十字形十字形十字形十字形截面积 径iy(mm)iy(mm)长细比细比系数六、节点设计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fw＝160N/m㎡，实际所需的焊脚尺寸可由tl=63mm.fffffffffffffN=0.7h?lbfw0.7创663创21.22?160103299.84N3fw3ffNhfmml=80mmw3N=0.7h?lbfw0.7创680创21.22?160131174.4N3fw3ffwhfw0whfw0所需要的焊缝长度为：l=63mmw3N=0.7h?lbfw0.7创863创21.22?160137733.12N3fw3ffkNNN3(4)下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。焊缝强度满足要求。.下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸hhf(mm)N=0.7h?lbfw0.7创8140创21.22?160306073.62N3fw3ffhf(mm)665656件23上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸hf(mm)8665656hf(mm)8665656件...h=t/2=10/2=5mm，P＝47.92kN。ff(