完整钢结构课程设计.doc

抚顺职业技术学院 建筑工程教研室钢结构课程设计任务书一、设计资料某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表，各位同学依次按学号尾数进行选取。KN/0123456789活载0.450.500.550.600.650.700.750.800.850.90基本雪压0.300.750.100.200.450.500.250.350.500.40基本风压0.350.600.250.550.300.500.600.450.650.50二、设计成果要求在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（手写）。A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。钢结构课程设计指导书1.设计资料：（1）略（2）屋架计算跨度 （3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（为），屋架跨中起拱考虑，取48m.2.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示：图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸 根据厂房长度（102m60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示： 屋架上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图3.荷载计算屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.7kN/进行计算。屋面风荷载 迎风面 背风面 由于屋面坡度较小，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋架不考虑。表 1 荷 载 计 算 表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.351.89三毡四油防水层（上铺绿豆沙）0.40.41.350.54找平层（厚2cm）0.30.31.350.40510cm厚泡沫混凝土保温层10.10.10.11.350.35屋架和支撑自重0.12+0.01124=0.3840.3841.350.5184永久荷载总和2.6843.6234屋面活荷载0.70.71.40.98积灰荷载0.60.61.40.84可变荷载总和1.31.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：3.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。4.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示： 屋架计算简图由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2 屋 架 构 件 内 力 组 合 表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨+上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-444.81-686.83-771.55-797.890-407.96-620.28-681.65-707.980-332.75-523.42-603.05-620.600-200.99-296.66-311.79-326.770-94.83-160.18-201.49-204.020-444.81-686.83-771.55-797.89下弦Abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52242.18586.45741.86740.81223.52534.05663.36632.62179.77442.52571.94600.78111.42259.58311.05268.3749.63130.47182.43224.58242.18586.45741.86740.81斜腹杆aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.4938.6876.4134.13-406.16306.07-238.00154.62-93.7130.2565.60103.3334.11-326.66256.41-206.98145.62-103.7857.07-1.0424.0722.73-202.47150.06-110.6966.22-27.80-1.6460.1981.6619.40-90.1975.79-67.0853.77-46.7836.65-34.63-31.033.28-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.49,-1.6465.60,-34.63103.33,-31.0334.13竖杆AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-24.50-48.92-73.47-48.990-24.50-48.80-73.46-48.990-16.31-32.56-48.91-32.610-13.95-27.86-41.81-27.890-2.34-4.64-7.02-4.670-24.50-48.92-73.47-48.990 5.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按GH,HI杆件的最大内力设计，即上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即在屋架平面外，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，根据支持布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如下图所示。（同学自己在此附图）腹杆最大内力 ，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取10mm,支座节点板刚度取12mm。设 ， 查Q235钢的稳定系数表，可得 （由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为需要回转半径： ， 根据需要A，查角钢规格表，选用 ，肢背间距a= ，则： ， ，按所选角钢进行验算： =150, （b类）双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比 =则= ， ， 故所选截面满足要求。填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），尺寸取 则间距 40i= ，取 。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。 ， ， ，所需截面积为：选用 ，因，故用不等肢角钢，短肢相并，如下图。 ， ， 350， 350 215MP故所选截面满足要求。填板每个节间放一块，尺寸取 ，则 间距 80i= ，取 。（3）斜腹杆端斜杆aB： 杆件轴力 计算长度 因，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用 ，肢背间距a= ，则： ， ， 按所选角钢进行验算： =150双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比 ,则=（1+）= 故由 ，b类， ， 故所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取 ，则间距 40i= ，取 。杆件dR-RI（其它杆件计算过程略，请同学独立完成，补充在计算书中） 杆件Bb杆件bD杆件Dc杆件cF杆件RG（4）竖杆杆件Aa杆件轴力 计算长度 ， 由于杆件内力较小，按选择，需要回转半径为 ，选用 ，查角钢规格表得 ， ， 150， ， ， 所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取 ，则 间距 40i= ，取 。杆件HR（其它杆件计算过程略，请同学独立完成，补充在计算书中）杆件Cb杆件Ec杆件Gd10表3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦GH、HI-797.89下弦cd741.86腹杆Aa-24.50aB-440.06Bb339.58Cb-48.92bD-267.24Dc180.33Ec-48.92cF-118.64Fd52.49Gd-73.47dR65.60-34.63RI103.3-31.0RG34.13HR-48.99Ie06.节点设计1.下弦设计（1）下弦节点b已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： = ，取 。肢尖： ，取 。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取 。肢尖： ，取 。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，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 。下弦节点“b”（此处附图）下弦与节点板连接的焊缝长度为 ，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝应力为 160MP,焊缝强度满足要求。（2）下弦节点c（其它节点计算过程略，请同学独立完成，补充在计算书中）（3）下旋节点d (4)下弦节点e 2.上弦设计（1）上弦节点“B” 已知： 设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，取170。肢尖： ，取140。 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8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到：肢尖焊缝承担弦杆内力差 ，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载 。上弦与节点板间焊缝长度为 ，则 ， 160MP节点如图: 上弦节点“B” （此处附图）（2）上弦节点“D” （其它节点计算过程略，请同学独立完成，补充在计算书中）（3）上弦节点“F”（4）上弦节点“G”（5）上弦节点“C”（6）上弦节点“E”（7）上弦节点“H”（8）上弦节点“A”（9）上弦节点“R”3.屋脊节点K弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度 +弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取 。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝，取节点板长度为 ，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为焊缝应力为： 160MP设“dI”、“Id”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取 。肢尖： ，取 。因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。节点形式如图:屋脊节点“K” （此处附图）4支座设计：支座节点“a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度12mm。（1）支座底板的计算：支座反力： 采用对C20，的钢筋混凝土柱，锚栓直径取25mm，锚栓孔直径取2倍的锚栓直径，即50mm。支座底板的面积A：A锚栓孔缺口面积=设支座底板的平面尺寸采用，如仅考虑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： 式中：混凝土强度设计值，。 支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中：底板下的平均应力，即= ， 两边支承之间的对角线长度，即 系数，由查表确定。为两边支承的相交点到对角线的垂直距离。由此得： , ,查表得 。则单位宽度的最大弯矩为：底板厚度： ，取t ,所以底板尺寸为 。（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算一个加肋的连焊缝风所承受的内力取为 ,M=Ve= ,加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同。采用，验算焊缝应力：对V:对M:应力验算: 160MP,（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算 设焊缝传递全部支座反力 ，其中每块加劲肋各传 ，节点板传递 。 节点板与底板的连接焊缝长度 ，所需焊脚尺寸为 ，取。 每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为所需焊缝尺寸所以取。节点如图：支座节点“a” （此处附图）下弦与节点板连接的焊缝长度为 ，。焊缝所受的力 ，受力较大的肢背处的焊缝应力为 焊缝强度满足要求。14