钢结构设计模板

钢结构设计课程设计学生姓名：指导教师： 学生班级： 学生学号：5、34任务参数： 序号一 6 序号二 F设计时间： 2009年二_月 18 日至 2009 年 5 月24 日TTT T附图目录1 设计资料2 屋架形式及几何尺寸3 支撑布置4 荷载4.1 荷载标准值计算4.2 荷载设计值计算4.3 荷载组合5 内力计算及内力组合6 杆件选择6.1 上弦杆6.2 下弦杆6.3 一般腹杆7 节点连接计算7.1 腹杆与节点板或弦杆腹板的连接焊缝的计算7.2 一般节点计算7.3 拼接节点计算7.4 支座节点计算8 参考文献1 设计资料某屋盖结构拟采用钢结构，拟建建筑顶层平面如附图。屋架跨度30m，长42m。根 据甲方要求确定采用平行弦钢桁架，屋面坡度为i = 1/10，屋架间距为6m,屋架与钢筋 混凝土柱顶铰接。屋面材料采用彩色夹芯板，工字型檩条，檩距5m （水平投影距离）， 地面粗糙度类别为 B 类， 二级建筑， 不考虑积灰荷载及地震作用 。基本风压 w = 0.50kN/m2，基本雪压s二0.45kN/m2，。屋架钢材采用Q235B，焊条采用E4300型，焊接工艺采用手工焊。2 屋架形式及几何尺寸平行弦屋架结构布置图及剖面图如图21.檩条支撑于屋架上弦节点。均为节点荷 载。经计算可知，屋架坡角（上弦与水平面之间的夹角）为a = arctan 10 = 5 o4238，檩 距为5.02m。水平投影间距为5m。(?50001505000几何尺寸（O）內力（KN）500050005Q00图 2-1 屋架形式及几何尺寸图3 支撑布置依据建筑抗震设计规范GB500112001，支撑布置见图3-1,上弦横向水平支 撑设置在房屋两端及伸缩缝处第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置竖向支撑，在其 余开间屋架下弦跨中设置一通长水平系杆，上弦横向水平支撑在节点处设通常系杆。故 上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向水平支撑的节距；下弦杆在屋架平面外的计算 长度为屋架跨度的一半。竖向支撑图 3-1 屋架上弦支撑图4 荷载4.1 荷载计算1）永久荷载：（恒荷载）：（对水平面头影）彩色夹芯板0.15 510=0.151 kN/m2檩 条自重0.10 kN/m2屋架及支撑0.30 kN/昭合 计0.551 kN/m2（2）可变荷载（活荷载）：（对水平面投影）1）屋面均布活荷载0.30kN/m22）雪荷载基本荷载：s = 0.45kNf。据建筑结构荷载规范（GB500092001）,o/ m 2由于5。4238兀25。,卩二1.0。雪荷载标准值s =卩s = 0.45kN/ ，雪荷载 rkr 0/ m 2不与屋面活荷载同时考虑，仅考虑两者中较大者的作用。另据 建筑结构荷载规范（GB500092001）可知，不考虑全跨积雪不均匀分布情况。3）风荷载基本风压为0.45 kN/m2,但考虑到建筑物较低没有超过20m,且屋面坡度小于30度，因此可不考虑风荷载的效应。由檩条传给屋架上弦节点荷载见图4-1图4-1屋架荷载图4.2 荷载设计值计算由可变荷载控制的组合：1）恒荷载设计值分项系数为 1.2，故恒荷载上弦节点设计值为：1.2 x 0.551 x 5 x 6 二 19.84 kN2） 活荷载设计值分项系数为 1.4，故活荷载上弦节点设计值为：1.4 x 0.45 x 5 x 6 二 18.9 kN4.3 荷载组合按上所述，此结构不考虑风荷载，荷载规范规定屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而取 用其中较大者，由于在上述荷载取用过程中雪荷载大于活荷载，因此，在荷载最不利组合过 程中仅考虑以下两种情况：1、恒载+全跨雪载2、恒载+半跨雪载5 内力计算及内力组合具体计算结果及组合结果见表51：（受拉符号为正，受压符号为负） 由于实际情况存在风荷载，考虑这种效应可能是拉杆变为压杆，我们通过控制所有拉杆的长 细比不超过250。杆件编号见表5-1图 5-1 杆件编号图杆件单项荷载内力（设计值）内力组合不利组合恒载活载全跨全跨恒+全恒+全上弦杆4-63.31-59.36-47.49-122.67-110.8-122.677-162-154.33-118.71-316.33-280.71-316.3311-211.85-201.81-142.46-413.66-354.31-413.6617-211.85-201.81-118.71-413.66-330.56-413.6621-162-154.33-71.23-316.33-233.23-316.3325-63.31-59.36-23.74-122.67-87.05-122.67下弦杆20000006124.62118.7194.97243.33219.59243.3310199.39189.94142.46389.33341.85389.3314224.31213.69142.46438366.77437.9516224.31213.69142.46438366.77437.9520199.39189.9494.97389.33294.36389.3324124.62118.7147.49243.33172.11243.3328000000腹杆1000000375.6872.0957.68147.77133.36147.775-83.41-79.46-63.57-162.87-146.98-162.87845.4143.2628.8488.6774.2588.679-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.731215.1414.42029.5615.1429.5613-16.68-15.890-32.57-16.68-32.571544.6442.5328.3587.1772.9987.1718-16.68-15.89-31.78-32.57-48.46-32.571915.1414.4228.8429.5643.9829.5622-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.732345.4143.2628.8488.6774.2588.6726-83.41-79.46-31.78-162.87-115.19-162.872975.6872.0928.34147.77104.02147.7727000000表 5 1 荷载组合表6 杆件截面选择6.1 上弦杆考虑到施工及经济的要求，上弦杆只采用一种截面，因此在上弦杆设计中，需要找到控制杆件。有上述组合结果可得到最大轴力值为N = N =-413.66kN, l = l = 5020mm7 11 ox oy选用 TM170 x 250 x 9 x 14截面面积：A = 50.76cm 2回转半径重心：长细比：i = 4.48cm i = 6.00cmxyz - 3.09cm0九-ox 112.05 兀 R-150x i 4.48x九-.-J02 - 83.67 兀 k= 150 y i 6.00y九yzy+ 九 2)+z其中：oot *-22丿=(3.09 - 0.7)2 - 5.71cm2i2 -e2 +i2 +i2 - 5.71 + 4.482 +62 - 61.78cm2o o x yI - - f bt3 -125 x 1(17 - 1.4)x 0.93 + 25 x 1.43 = 79.97 t 3 i i 3i-1I -0+1wr /79.97 :25.7 丿=61.78 x 50.76-1007.8九yz3.672 +1007.8)+ 6.672 +1007.8(5.71 )1 x 83.672 x 1007.8161.78 丿-4 x12二84.31 汩=6.00cmy优2504379504609= 95.02选用： TW125 x 250 x 9 x 14 A= 46.09cm2 , i = 2.99cm, i = 6.29cm xy九=-ox = 167.89 兀 k= 250x i 2.99x九=2 = 22 = 238 兀 k= 250 y i 6.29y下弦杆符合要求，且经济性较好。6.3 一般腹杆考虑到施工方便及经济性，腹杆的截面形式不宜太多也不宜太少，因此截面取三种形式， 具体分组如下：3、5、26、29 杆为一组，8、9、15、22、23 杆为一组，12、13、18、19 杆 为一组。故腹杆共取三种截面。对于 3、29 杆为支座斜杆，但其承受拉力，故可不单独验算。（1）对3、5、26、29杆，最大内力为162.86kN（压）截面采用T型钢，型号为:TM97 x 150x 6 x 9 l 二 0.8 x 3.36 二 2.688m, l 二 3.36mox oy截面积：A = 19.88cm 2回转半径：i = 2.50cm i - 3.57cmxy重心： z -1.78cm0a l268.8 c h长细比： 九107.52兀LX150x i2.50xX -仁-迺-94.12 兀 k=150y i 3.57yXyzy+ 九2 )+z12其中：t) z 一亠 o 2丿2 =(1.78 - 0.45)2 - 1.77cm2i2 -e2 +i2 +i2 -1.77+2.52 +3.572 -20.76cm2-125 x b.7 - 0.9)x 0.63 +15 x 0.93=4.92cm4 3oo xt1-k bt33i ii-1-0r/4.92 丿 /:25.7 丿- 20.76 x+ w 712- 2155Xyz4.122 + 2155)+ :4.122 + 21551.77 )h 4 x1 x 94.122 x 2155120.76 丿12104.23 X 107.52x由X查申0.508xxNG p Ax162.86 x 1030.508 x 19.88 x 102-161.63 N/mm 2兀 f - 215 N/mm 2（2）、对8、9、15、22、23杆最大轴力为：97.71kN （压）。截面采用T型钢，型号为TW 75 x 150 x 7 x10 ， l =0.8x3.36=2.688m,l =3.36moxoy截面积：A = 20.28cm 2回转半径：i = 1.81cm i = 3.73cmxy重心：z = 1.37 cm0长细比：=J = 2688 = 148.5 兀 L= 1501.81=2 = I36 = 90.08 兀 BL 150 i 3.73y九yzC + 九 2 )+血 2 + 九 2 ) 4 x 1 y z Al y z其中：e2ot )z 一亠o 2丿2 =(1.37 0.5“ = 0.76cm 2i2 =e2 +i2 +i2 =0.76 +1.812 +3.732 =17.95cm2=125 x b.5 1.0)x 0.73 +15 x 1.03 L 6.60cm4 3o o xt+= k bt33i ii=1=0wY/6.60 丿 / :25.7 丿x 20.28=1415.8九yz60.082 +1415.8)+ ”0.082 +1415.8) 4 x(0.76)1 x 90.082 x 1415.8117.95 丿12=90.48 X = 148.5x查 p = 0.31597.71 x 103xx=152.952 兀 f = 2152NG =p A 0.315 x 20.28 x 102 x（3）、对12、13、18、19杆最大轴力为：32.57kN （压）。截面采用T型钢，型号为:TM74 x 100 x 6 x 9 l 二 0.8 x 3.36 二 2.688m, l 二 3.36m ox oy截面积：A = 13.63cm 2重心：z -1.55cm0长细比：九 _ -ox 137.85 兀!k_ 150x i1.95x九336 143 兀 DJ150 y i2.35y回转半径：i = 1.95cm i - 2.35cmxy+ 九 2)+九yz1yz其中：e2oz 一亠o 2丿2 _ (1.55 - 0.45)2 -1.21cm2o o x- k bt 33iii _1-0九yz九2z_ 10.54 x 13.63/ +1 / /25.7 十 Wl2 丿w /_ i 2 A 25.7 丿(8.69 _ 424.862 + 424.86)+_ 1=逅2 + 424.86-4x1 -竺(10.54 丿x 1432 x 424.86i2 -e2 +i2 +i2 -0.76+1.952 +2.352 -10.54cm2-125 x .4 - 0.9)x 0.63 +10 x 09 L 8.69cm4 3-143.17 8h and 40mm。 wf7.2 一般节点计算1、节点编号见图 7-2N = 1350 x 215 = 2902501焊角尺寸hf二6mm2fNlw = 0.7 x 4 x16 x 160 = 107.9mm施工时取120mm由计算结果可知，本设计中不需要节点板。其他节点计算过程相同，故列表如才.且满足刚 度强度要求。其他节点计算过程相同，计算结果如表7-1.与上弦连接 与下弦连接 杆件号焊角尺寸焊缝长度焊角尺寸焊缝长度3、5、26、296mm120mm6mm120mm8、9、15、22、237mm120mm7mm120mm12、13、18、195mm120mm5mm120mm表 7-1焊缝表7.3 拼接节点计算1、上弦拼接节点上弦拼接节点尺寸及构造（见图 7-3）图 7-3 上弦拼接节点图上弦拼接节点采用水平盖板和竖向拼接板与弦杆共同组成。水平盖板尺寸为：宽 290mm,厚为14mm；竖向拼接板尺寸为：宽100mm,厚9mm,分别与弦杆上翼缘、腹板 等强度连接。上翼缘盖板设计承受的轴向力为 ：N 二 250 x 14 x 215 二 753kN焊缝设计：（h二12mm ）贝呱753 x 10 3=281mm2 x 0.7 x 12 x 160flw水平盖板长度：L 二 2 x 281 + 2 x 170 x 0.1 +10 二 606mm 施工时取为： 610mm。腹板焊缝验算腹板竖版设计承受轴力为：N =（170 -14）x 9 x 215 二 302kN2焊缝设计：（h = 8mm ）贝f302 x 103= 169mm2 x 0.7 x 8 x 160竖板内侧不进行焊接,选用竖板长度为 L = 500mm, 其端部采用斜切。这样竖板的端 部及下侧焊缝已超出所需焊缝长度。上弦拼接节点竖板尺寸及构造（见图 7-4）1in口图 7-4 上下拼接节点构造图对于屋脊节点，由与拼接盖板的影响腹杆与上弦的连接需要设置节点板，由7.2 中计算得数据可确定节点板。（见图 7-4）图 7-4 上弦拼接节点节点板图2、下弦拼接节点下弦拼接节点尺寸及构造图（7-5）下弦拼接节点采用与上弦相同的结构，水平盖板和竖向拼接板与弦杆共同组成。水平盖 板尺寸为：宽290mm,厚为14mm；竖向拼接板尺寸为：宽70mm,厚9mm,分别与弦杆 上翼缘、腹板等强度连接。上翼缘盖板设计承受的轴向力为 ：N1 二 250 % 14 % 215 二 753kN焊缝设计：(h = 12mm )贝归753 % 10 32%0.7%12%160=281mm水平盖板长度：L 二 2 x 281 + 2 x 170 x 0.1 +10 二 606mm 施工时取为：610mm。腹板焊缝验算腹板竖版设计承受轴力为：N =(125 - 14)x 9 x 215 二 214.785kN2焊缝设计：h = 7 mm ）则214.785 x 103=137mm 2 x 0.7 x 7 x 160竖板内侧不进行焊接，选用竖板长度为 L = 500mm, 其端部采用斜切。这样竖板的端部及下侧焊缝已超出所需焊缝长度。上弦竖板构造图 7-6图 7-6 上弦拼接节点构造下弦拼接节点节点板构造图(图7-7)=0ran图 7-7 下弦拼接节点节点板构造图7.4 支座节点计算1、支座节点支座节点构造图 7-8寸LOP 、-ru图 7-8 支座节点构造图支座节点板如上图所示，与上弦连接采用二级对接焊缝，其强度不低于母材强度故不需要验算。节点板轮廓尺寸有构造要求确定，不许对其进行验算。2、支座底板计算：支座底板构造如图 7-9r.sli!-1宀图 7-9 支座节点构造图支座锚栓直径为24mm,锚栓孔径为50mm ,底板支反力R = 116.21kN116.21 x 103f二10 Nmm2则底板所需净面积：A” =10 =116.21cm2考虑锚栓孔的削弱，所需面积3.14 x 5 2 A = A + A = 116.21 + 2 x 3 x 5 += 165.84cm 2n 0 4考虑构造要求底板采用一250 x 250的方形钢板。则底板的实际应力计算如下：实际净面积：=25 x 25 - 2 x 3 x 5 -3.14 x 524=575.4cm 2底板均布应力：116.21x103575.4 x102= 2.022125 - 9= 170.41mm85.21mm= 0.5查表得：0 = 0.058则,M = 0 qa2 = 0.058 x 1.58 x 170.412 = 2661.19kN - mm1所需底板厚度：t n空:沖竺=8.8mm f205按构造取 20mm。29.05 x 1 03T =f2 x 0.7 x 5 x 210 2=19.76 N；/ mm 2对 M：6x174.3x104b =f2 x 0.7 x 5 x 210 2=33.88 N/mm 2底板采用- 250 x 250 x 20 钢板。3、加劲肋与节点板焊缝计算V = R = 116.21 = 29.05kN4412.0M = V - e = 29.05 x= 174.3kN - cm2加劲肋断面：250x120x9h =5mm 则， l =250-30-10=210mmfw加劲肋与底板相交处对加劲肋进行切角处理，切角处水平长度取为2cm,竖直长度为3cm。一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为：对 V：( 33.88 队1.22丿2+19.762 = 34.08N/兀 f = 160N/mm2/mm24、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：底板实际焊缝长度：l = 2 x(25 + 10.5)- 6 x 1 = 65cm ；焊角尺寸h = 5mmwf焊缝实际应力：116.21 x 1030.7 x 5 x 6502 兀 1-22ff8、参考文献1、钢结构，魏明钟。 武汉理工大学出版社2、轻型钢结构设计便携手册，北京：中国建材工业出版社，2007年3、钢结构详图设计实例图集，王安麟，北京：中国建筑工业出版社，1996年