钢结构课程设计计算纸

钢结构课程设计一、设计资料温州地区某一单跨厂房总长度60m，纵向柱距6m，跨度18m1.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=1/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为2.屋架形式及材料:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图2所示。屋架采用的钢材为Q235钢，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条为E43型，手工焊。3.荷载标准值（水平投影面计）永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.5KN/m2水泥砂浆找平层0.5KN/m2保温层0.55KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撑自重：按经验公式计算：0.318KN/m2悬挂管道：0.15KN/m2可变荷载：屋面活荷载标准值：雪荷载标准值：0.35KN/m2积灰荷载标准值：1.2KN/m2厂房平面图18米跨屋架几何尺寸b.18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值内力系数图二、屋盖支撑布置1、上弦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,应在中间柱间增设横向水平支撑。2、下弦横向水平支撑屋架跨度为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厂房设有1台30t(中级工作制)的桥式吊车，且未设柱梁，因此，可不设下弦纵向水平支撑。4、垂直支撑垂直支撑应设在上、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=18m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常的刚性系杆，屋架下弦跨中通常设置一道柔性系杆。屋盖支撑布置如图3所示：上弦横向水平支撑1-12-2下弦横向水平支撑三、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0.5KN/m2水泥砂浆找平层0.5KN/m2保温层0.55KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撑自重：按经验公式计算：0.318KN/m2悬挂管道：0.15KN/m2小计∑3.89KN/m2(其中，tana=1/10,cosa=﹚(1)屋面可变荷载标准值：屋面活荷载标准值：雪荷载标准值：0.35KN/m2积灰荷载标准值：1.2KN/m2=（屋面活荷载，屋面雪荷载）max+屋面积灰荷载=1.9KN/（沿水平方向分布）2、荷载组合﹙1﹚钢屋架强度和稳定性验算时，仅考虑全跨荷载作用下工况，即全跨永久荷载+全跨可变荷载。屋架上弦节点荷载（由永久荷载效应控制的组合）：F=[1.35×3.89+1.4×（0.7×0.7+1.2×0.9）]×1.5×6.0=67.05KN（其中，1.5m×6m为预应力混凝土大型屋面板面积，含灌缝）屋架上弦节点荷载（由可变荷载效应控制的组合）：F=﹙1.2×3.89+1.4×1.9﹚×1.5×6.0=65.95KN取F=67.05KN﹙2﹚屋架挠度计算时，仅考虑全跨永久荷载+全跨可变荷载组合：屋架上弦节点荷载（由永久荷载效应控制的组合）：=﹙3.89＋1.9﹚×1.5×6.0=52.11KN3、杆件内力计算屋架在全跨满载荷载作用下的计算简图如图2所示。则，全跨满载作用下的内力计算结果见下表：内力计算表杆件名称杆件内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载F=67.05KNP=1上弦杆AB00BD-6.221-417.12DF-8.993-602.98FG-9.102-610.29下弦杆ac3.470232.66ce7.960533.72eg9.279622.16斜腹杆aB-6.502-435.96cB4.739317.75cD-3.362-225.42eD1.834122.97eF-0.690-46.26gF-0.462-30.98竖腹杆aA-0.5-33.53cC-1.0-67.05eE-1.0-67.05gG0.81254.44四、杆件截面设计1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG杆件的最大设计值进行内力设计：N=-610.29KN。计算长度=1507.5mm，==2d=2×1507.5=3015mm(按大型屋面与屋架保证三点可靠焊缝考虑，取两屋面板的宽度)。最大腹敢压力为-435.96KN（aB腹杆），由屋架节点板厚度参考表可知，支座节点板厚度取t=12mm,中间节点板厚度取t=10mm.因为=2，截面宜采用两个不等肢角钢相并，截面类型为b类，如图所示：yyxx10mm设λ=60，查表得，所需面积为:需要回转半径为：根据需要的A、ix、iy，查角钢型钢表，选用2∟140×90×8（短肢相距10mm）,A=36.077,ix=2.59cm,iy=6.73cm.＜[λ]=150＜[λ]=150短肢相并的角钢，可近似取=（满足长细比）由=58.02查得==0.817（b类），则（满足要求）因此，所选截面合适。2、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，最大内力在eg杆，=622,16KN计算长度=3000mm,=9000mm(纵向水平支撑点系杆与系杆之间的距离)。所需净截面面积：选用2∟125×80×8（短肢相距10mm）,A=31.978,ix=2.28cm,iy=6.07cm.如图5所示：10mm10mmxxyy(满足要求)3、斜杆（1）aB杆杆端轴力N=-435.96KN,计算长度==2530mm，由于=，故采用不等肢角钢，长肢相并，即使。所需的净截面面积为：选用2∟125×80×8（长肢相距10mm）A=31.978,ix=4.06cm,iy=3.27cm.对于y轴要考虑扭转效应的影响，采用换算长细比。对于长边相连的不等肢角钢：∴∵＞＞，只需求出=∴由=85.8查得（b类），则（满足要求）（2）cB杆杆端轴力N=317.75KN,计算长度=0.8l=0.8×2613mm=2090.4mm,=l=2613mm.所需净截面面积：选用2∟56×8等肢角钢（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.(满足要求)（3）cD杆杆端轴力N=-225.42KN,计算长度.所需净截面面积：选用2∟75×7等肢角钢（肢相距10mm）A=20.32,ix=2.3cm,iy=3.48cm.对于y轴要考虑扭转效应的影响，采用换算长细比。对于两肢相连的等肢角钢：∴∵＞＞，只需求出=∴由=99.62查得==0.559（b类），则（满足要求）（4）eD杆杆端轴力N=122.97KN,计算长度.所需净截面面积为：选用2∟56×8等肢角钢（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.（满足要求）（5）eF杆杆端轴力N=-46.26KN,计算长度.所需的截面面积为：选用2∟56×8等肢角钢（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.对于y轴要考虑扭转效应的影响，采用换算长细比。对于两肢相连的等肢角钢：∴∵＞＞，只需求出=∴由=148.76查得==0.314（b类），则（满足要求）（6）gF杆杆端轴力N=-30.98KN,计算长度.所需的截面面积为：选用2∟56×8等肢角钢（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.对于y轴要考虑扭转效应的影响，采用换算长细比。对于两肢相连的等肢角钢：∴∵＞＞，只需求出=∴由=148.76查得==0.314（b类），则（满足要求）4、竖杆cC杆、eE杆的选用及验算。（1）eE杆最长,N=-67.05KN,计算长度所需的截面面积为：选用2∟50×8等肢角钢（肢相距10mm）A=11.375,ix=1.51cm,iy=2.48cm.对于y轴要考虑扭转效应的影响，采用换算长细比。对于两肢相连的等肢角钢：∴∵＞＞，只需求出=∴由=137.22查得==0.354（b类），则（满足要求）（2）aA杆N=-33.53KN，计算长度.所需的截面面积为：为了便于支撑，选用2∟56×8等肢角钢（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm对于y轴要考虑扭转效应的影响，采用换算长细比。对于两肢相连的等肢角钢：∴∵＞＞，只需求出=∴由=94.76查得==0.593（b类），则（满足要求）（3）gG杆N=54.44KN，计算长度,选用2∟56×8等肢角钢组成的十字型斜截面（肢相距10mm）A=16.734,，则（满足要求）（满足要求）杆件内力组合杆件名称杆内力计算长度截面形式规格回转半径截面积系数KN弦杆上弦（FG杆）-610.291507.53015┓│┏2∟140×90×82.596.7336.0770.817207.05下弦（eg杆）622.1630009000┛│┗2∟125×80×82.286.0731.978——194.56斜腹杆aB-435.9625302530┓│┏2∟125×80×84.063.2731.9780.661206.25cB317.752090.42613┓│┏2∟56×81.682.7516.734——189.88cD-225.422291.22864┓│┏2∟75×72.303.4820.320.559198.45eD122.972291.22864┓│┏2∟56×81.682.7516.734——73.49eF-46.262499.23124┓│┏2∟56×81.682.7516.7340.31488.04gF-30.982499.23124┓│┏2∟56×81.682.7516.7340.31458.96竖腹杆Aa-30.5315921990┓│┏2∟56×81.682.7516.7340.31433.79Cc-67.0518322290┓│┏2∟50×61.512.4811.3760.354166.50Ee-67.0520722590┓│┏2∟50×61.512.4811.3760.314166.50Gg54.4426012∟56×81.682.7516.7340.31432.53五、节点设计1、腹杆杆端所需连接焊缝计算（1）aB杆N=-435.96KN,按构造要求，取肢背焊缝的焊脚尺寸.取肢尖焊缝的焊脚尺寸。肢背：取270mm.肢尖：取150mm.均满足大于8，小于60，满足构造要求。（2）cB杆N=317.75KN,按构造要求，取肢背焊缝的焊脚尺寸.取肢尖焊缝的焊脚尺寸。肢背：取210mm.肢尖：取100mm.均满足大于8，小于60，满足构造要求。（3）cD杆N=-225.42KN,按构造要求，取肢背焊缝的焊脚尺寸.取肢尖焊缝的焊脚尺寸。肢背：，取160m.肢尖：，取80mm.均满足大于8，小于60，满足构造要求。（4）eD杆N=122.97KN,由于腹杆内力较小，所以按构造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.（5）eF杆N=-46.26KN,由于腹杆内力较小，所以按构造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.（6）gF杆N=-30.98KN,由于腹杆内力较小，所以按构造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.（7）gG杆N=54.44KN,由于腹杆内力较小，所以按构造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.总上，腹杆端焊缝长度汇总如下：腹杆杆端焊缝长度杆件名称设计内力KN肢背焊缝肢尖焊缝焊缝长度焊脚尺寸焊缝长度焊脚尺寸aB-435.9627051505cB317.7521051005cD-225.421605805eD122.97605605eF46.26605605gF-30.98605605gG54.44605605cC-67.05605605aA-33.53605605eE-67.056056052、结点焊缝验算（1）支座节点a1)支座地板验算。支座处屋架反力：，C30混凝土，，铆杆直径取d=25mm,孔径，支座底板需要面积：底板尺寸取：铆栓垫板采用─100mm×100mm×20mm,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承板：根据几何关系，可得查表得,底板上的最大弯矩为：底板厚度为按照构造要求，取底板厚度为t=20mm.2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算。加劲肋高度取与节点板相同，为410mm,厚度也与节点板相同，取12mm,采用两侧面角焊缝与节点板相连，焊脚尺寸取。假定加劲肋受力为屋架反力的，即,则焊缝内力为：焊缝应力：（满足要求）3）节点板、加劲肋和底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部支座反力R=536.4KN,其中每块加劲肋个传递R/4=134.1KN。节点板传力为R/2=268.2KN.节点板与底板的连接焊缝长度取焊脚尺寸为,则（满足要求）。加劲肋与底板的焊缝长度，设焊脚尺寸为，则（满足要求）。4）弦杆与节点板的连接焊缝计算。a－c杆内力N=232.66KN,取肢背，肢尖，所需焊缝长度为：肢背：，取170mm.肢尖：，取70mm.（2）下弦节点c下弦与节点板的连接焊缝承受两节间的杆力差为：ΔN=(533.72-232.66)KN=301.06KN假设焊脚尺寸满足构造要求。一个角钢与节点板之间的焊缝长度为：肢背：，取220mm.肢尖：，取90mm.下弦杆与节点板满焊，其实际长度，大于所需长度，满足要求。（3）下弦节点e下弦与节点板的连接焊缝承受两节间的杆力差为：ΔN=(622.16-533.72)KN=88.44KN假设焊脚尺寸满足构造要求。一个角钢与节点板之间的焊缝长度为：肢背：，取220mm.肢尖：，取90mm.下弦杆与节点板满焊，其实际长度l=420mm,满足要求。（4）下弦拼接节点g下弦拼接杆处的最大杆力为622.16KN，设焊脚尺寸为5mm,接头一侧需要的焊缝长度为拼接角钢的总长度：取600mm.下弦与节点板连接焊缝验算，设，下弦杆与节点板满焊，即实际焊缝长度尺寸为200mm,满足设计要求。（5）上弦节点A上弦杆与节点板的连接焊缝承受的荷载及杆件内力：P=33.53KN,ΔN=0，上弦杆焊脚尺寸为5mm,因而采用大型屋面板，因此节点板可以伸出屋架上弦，按实际焊缝长度（节点板满焊）.肢背焊缝：（满足要求）肢尖焊缝：（满足要求）（6）上弦节点B上弦杆与节点板的连接焊缝承受的荷载及杆件