钢结构设计原理与施工课程设计.doc

钢结构设计原理与施工课程设计钢结构厂房屋架指导教师： 班 级： 学生姓名： 学 号： 设计时间： 力学与建筑工程学院力学系目录 一、设计资料21.1结构形式21.2屋架形式及荷载21.3屋盖结构及荷载21.4荷载计算22荷载组合23内力计算34杆件设计54.1上弦杆54.2其余杆件75、节点设计75.1下弦节点c75.2上弦节点B95.3上弦节点C105.4屋脊节点G105.5支座节点A12梯形钢屋架课程设计一、设计资料某厂房总长度90m，跨度为24m. 地震设防烈度为7度，采用1.56.0m预应力混凝土屋板. 屋面坡度i=1/10, 雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35KN/m2，积灰荷载标准值1.0KN/m2，钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，钢材采用Q235。焊条采E43型。二、桁架几何尺寸及计算简图三、荷载取值1.屋面永久荷载见表一屋面永久荷载项目标准值 （kNm2）分项系数设计值 （kNm2）防水层（三毡四油）0.40 1.20.48 水泥砂浆找平层0.40 1.20.48 保温层0.70 1.20.84 一毡二油隔气层0.05 1.20.06 预应力混凝土层面板1.45 1.21.74 屋架和支撑自重0.38 1.20.46 合计3.38 4.06 2.屋面活荷载见表二屋面活荷载项目标准值 （kNm2）分项系数设计值 （kNm2）雪载或活载0.7 1.40.98 灰荷载1.0 1.41.40 合计1.7 2.38 表二因屋架屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影计算（风荷载为 风吸 力，且本例为重屋盖，故不考虑）四、荷载组合a.全跨永久荷载+全跨可变荷载F=1.56（4.06+2.38）=57.96KNb.全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载F1=1.564.06= 36.54 KN半跨可变荷载 F2=1.562.38=21.42KN全跨屋架和支撑重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑重F3=1.560.46= 4.14KN半跨屋面板重和半跨屋面活荷载F4=1.56（1.74+0.7）= 21.96 KN五、桁架支撑布置由于厂房长度90m,跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，由于L=24m，故可不设下弦横向水平支撑。桁架及支撑平面布置见图、内力分析 计算简图如下用图解法或数乘法皆可解出在全跨荷载作用下屋架杆件的内力，屋架杆件内力图和内力屋架构件内力组合表杆件名称杆件编号单位荷载 F1静载作用（KN/m）活载（KN/m）2.66杆件内力计算内力在左在右全跨全部恒载2.381屋架支撑0.461大型屋面板1.02在左在右全部组合一组合二组合三在左在右全部上弦杆AB0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 BC-6.250 -2.470 -8.720 -186.861 -36.179 -57.375 -22.675 -80.050 -149.625 -59.132 -208.757 -511.847 -452.715 -243.179 -511.847 CD-6.250 -2.470 -8.720 -186.861 -36.179 -57.375 -22.675 -80.050 -149.625 -59.132 -208.757 -511.847 -452.715 -243.179 -511.847 DE-9.040 -4.490 -13.530 -289.934 -56.136 -82.987 -41.218 -124.205 -216.418 -107.491 -323.908 -794.184 -686.693 -355.541 -794.184 EF-9.040 -4.490 -13.530 -289.934 -56.136 -82.987 -41.218 -124.205 -216.418 -107.491 -323.908 -794.184 -686.693 -355.541 -794.184 FG-9.170 -6.090 -15.260 -327.007 -63.314 -84.181 -55.906 -140.087 -219.530 -145.795 -365.324 -895.731 -749.937 -367.024 -895.731 GH-9.170 -6.090 -15.260 -327.007 -63.314 -84.181 -55.906 -140.087 -219.530 -145.795 -365.324 -895.731 -749.937 -367.024 -895.731 HI-7.380 -7.380 -14.710 -315.221 -61.032 -67.748 -67.748 -135.038 -176.677 -176.677 -352.157 -863.448 -687.967 -305.457 -863.448 下弦杆ab3.480 1.250 4.730 101.359 19.625 31.946 11.475 43.421 83.311 29.925 113.236 277.642 247.717 134.882 277.642 bc8.000 3.530 11.530 247.076 47.838 73.440 32.405 105.845 191.520 84.508 276.028 676.788 592.280 312.798 676.788 cd9.340 5.310 14.650 313.935 60.783 85.741 48.746 134.487 223.600 127.121 350.721 859.926 732.804 370.124 859.926 de8.440 6.730 15.170 325.078 62.940 77.479 61.781 139.261 202.054 161.116 363.170 890.449 729.332 342.473 890.449 斜腹杆aB-6.530 -2.340 -8.870 -190.075 -36.802 -59.945 -21.481 -81.427 -156.328 -56.020 -212.348 -520.651 -464.632 -253.075 -520.651 Bb4.760 2.120 6.880 147.432 28.545 43.697 19.462 63.158 113.954 50.753 164.707 403.842 353.089 186.196 403.842 bD-3.140 -2.030 -5.440 -116.574 -22.571 -28.825 -18.635 -49.939 -75.172 -48.598 -130.234 -319.317 -264.255 -126.567 -319.317 Dc1.900 1.800 3.700 79.287 15.351 17.442 16.524 33.966 45.486 43.092 88.578 217.183 174.091 78.279 217.183 Cf0.710 -1.750 -2.460 -52.715 -10.207 6.518 -16.065 -22.583 16.997 -41.895 -58.892 -144.397 -68.507 13.309 -144.397 Fd-0.450 1.560 1.110 23.786 4.605 -4.131 14.321 10.190 -10.773 37.346 26.573 65.155 27.808 -10.299 65.155 dH1.550 -1.530 0.020 0.429 0.083 14.229 -14.045 0.184 37.107 -36.628 0.479 1.174 37.802 51.419 51.419 He-2.470 1.390 -1.080 -23.143 -4.481 -22.675 12.760 -9.914 -59.132 33.277 -25.855 -63.394 -96.670 -86.287 -96.670 竖杆Aa-0.500 0.000 -0.500 -10.715 -2.075 -4.590 0.000 -4.590 -11.970 0.000 -11.970 -29.349 -29.349 -18.635 -29.349 Cb-1.000 0.000 -1.000 -21.429 -4.149 -9.180 0.000 -9.180 -23.940 0.000 -23.940 -58.698 -58.698 -37.269 -58.698 Ec-1.000 0.000 -1.000 -21.429 -4.149 -9.180 0.000 -9.180 -23.940 0.000 -23.940 -58.698 -58.698 -37.269 -58.698 Gd1.000 0.000 -1.000 -21.429 -4.149 9.180 0.000 -9.180 23.940 0.000 -23.940 -58.698 -10.818 28.971 -58.698 Ie0.970 0.970 0.970 20.786 4.025 8.905 8.905 8.905 23.222 23.222 23.222 56.937 56.937 36.151 56.937 1、 上弦杆整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=406.44kN计算，=150.75cm=150.75cm根据腹杆最大设计杆力NaB-290.34kN，取中间节点板厚度t8mm，支座节点板厚t10mm。假设50，由附表4-2查得=0.856. =选用2L100807短肢相关T形截面，按所选角钢进行验算： x loxix150.75/2.3963.07 = 150 ,满足要求 yloyiy150.75/4.6432.49 = 150 ,满足要求 双角钢T形截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比， 由得2、 下弦杆杆eg整个下弦采用等截面。按最大内力，lox=300cm，loy=885cm.查附表10，选用2L100806 ,(满足)(满足）3、 腹杆(1) ,aB杆 N=-290.34kN ,lox=253cm，loy=253cm选用2L100806.长肢相并，查附表10，=3.16cm，=3.37cm（满足）（满足）=89.6.查附表1.2得（2） Bc杆 N=211.62kN ,lox=0.8261.3=209.04m，loy=261.3cm选用2L706.查附表9 A=28.16=16.32，=2.15cm，=3.26cm（满足）（满足）（3） cD杆N=-151.02kN，lox=,0.8*286.4=229.12cm，loy=286.4cm.选用2L706,A=28.16=16.32，=2.15cm，=3.26cm(满足）（满足）查表得（满足）（4) De杆N=84.13kN，lox=,0.8*286.4=229.12cm，loy=286.4cm.选用2L565,A=25.42=10.84，=1.72cm，=2.69cm（满足）（满足）（满足）（5) Fg杆N=-36.54kN，lox=,0.8*312.4=249.92cm，loy=312.4cm.选用2L635.查附表9 A=26.14=12.28，=1.94cm，=2.97cm（满足）（满足）查表得（满足）4、 竖杆（1）Aa杆N=-22.53kN，lox=,0.8*199=159.2cm，loy=199cm.选用2L505.查附表9 A=9.606，=1.53cm，=2.53cm（满足）（满足）查附表（满足）（2）Cc杆N=44.65kN计算，=0.8*229=183.2cm,=229cm选用2L635.查附表9A=12.28，=1.94cm，=2.97cm(满足）（满足）差附表(满足）（3） Gg杆N=44.37kN计算，=0.8*289=231.2cm,=289cm.选用2L635.查附表9A=12.28，=1.94cm，=2.97cm（满足）（满足）（满足）杆件名称杆件编号内力（KN）计算长度cm截面规格截面面积（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数计算应力 （N/mm）上弦FG-406.44150.75150.75 11080724.62.394.6463.0752.883500.791209下弦eg414.34300885 10080621.282.404.61 125191.97 150 194.70斜腹aB-290.34 253253 10080621.283.163.37 80.0689.6 1500.621 219Bc211.62209.04261.3 70616.322.153.26 9780350129.66cD-151.02229.12286.4 70616.32 2.15 3.26118.10 96.451500.447207.01De84.13 229.12286.4 56610.841.72 2.69 133.20106.46350 77.61ef-38.56249.92312.4 63512.28 1.94 2.97 128.82105.18 1500.39280.10Fg-36.54249.92312.4 63512.28 1.94 2.97 128.82 105.181500.39272.82竖杆Aa-22.53 159.2199 5059.606 1.53 2.53104.0578.65 1500.529 44.34Cc-44.65183.2229 63512.28 1.94 2.9794.477.11500.59461.21Ee-44.65207.2259 63512.281.94 2.97 106.80 87.2150 0.51171.14 Gg41.37 231.2289 63512.281.94 2.97 119.17 97.3 350 33.698、 杆件设计（1）屋脊节点竖杆Gg杆端焊缝按构造取hf和lw为5mm和80mm。上弦节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷载，一般不作计算。角钢肢尖焊缝取上弦内力的15，即N=0.15N=0.15406.24=60.97kN。其产生的偏心弯矩M=60.97100060=3658200Nmm 设肢尖焊脚尺寸hf2=6mm，则焊缝计算长度lw2=200-26-5=183mm。验算肢尖焊缝强度 6M/（f20.7hf2lw2）+N/20.7 hf2lw2=63658200/(1.2220.76183）+60.9710/20.76183=71.16 N/mm=160 N/mm（满足）上弦杆起拱后坡度为1/10.拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成型。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=7-2=5mm。则接头一侧需要的焊缝计算长度为：Lw=N/(40.7hf )=406.4410/（40.75160）=181.23mm拼接角钢总长度为：L=2（lw+2 hf）+a=2（181.4+25）+（7+2/1080）=405.8mm取L=410mm拼接角钢竖肢需要的高度为=t+hf+5=7+5+5=17mm取=20mm，即竖肢余留高度为60mm。(2) 下弦拼接点拼接角钢采用下弦相同截面，拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计。设角焊缝焊脚尺寸hf=6-2=4mm.则拼头一侧的需要的焊缝计算长度为Lw=Af/(40.7hf )=21.28100215/（40.76160）=170.2mm拼接角钢的总长度L=2（lw+2 hf）+a=2（170.2+24）+8=364.4mm。取L=370mm拼接角钢竖肢需要切去的高度为=t+hf+5=6+4+5=15mm取=20mm，即竖肢余留高度为60mm。取两斜腹杆杆端至节点中心距离为230mm，竖杆杆端至节点中心则取90mm，节点板按布置腹杆杆端焊缝需要采用-33010380.（3） 支座节点根据端斜杆和下弦杆端焊缝，节点板采用-33012440，为了方便施工焊，取底板上表面至下弦线的距离为160mm.且在支座中线处设加劲肋-9010，高度与节点板相同。为440mm。1，底板计算支座反力R=6F=644.654=267.9kN根据构造需要。取底板尺寸为280mm380mm.锚栓采用2M24，并用图示U形缺口。柱采用的C30混凝土fcc=15N/mm,作用底板的压应力为P=R/A=267.91000/(192280)=4.98N/mmfcc=15N/mm底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支承板，计算底板单位宽度上的最大弯矩b1/a1=79.2/169.8=0.466.得=0.0546M=Pa1=0.05464.98169.8=78.40N.mm/mm需要底板厚度 f=2054.98N/mm(按厚度t16-40mm取值）取20mm2,加劲肋计算设hf=6mm。取焊缝最大的计算长度Lw=60hf=606=360mm425mm(焊缝实际长度）V=R/4=267.9/4=66.98kNM=ve=66.9852.5=3516kN.mm6M/（f20.7hf2lw）+V/20.7 hf2lw=63516000/(1.2220.76360）+66.9810/20.76360=27.17N/mm=160 N/mm（满足）3,加劲肋节点板与底板连接焊缝计算取8mm焊缝的总计算长度Lw=2a=2(b1-t-2c)-12hf=2280+2(192-12-215)-128=764mm=160 N/mm（满足）