钢结构范本.doc

建筑钢结构课程设计某车间屋盖设计计算书设计内容： 建筑钢结构课程设计 班 级： 土木1002 学 号： 姓 名： 指导老师： 日 期： 2013.5.28 目录1、设计资料 32、结构形式与布置 43、荷载计算 64、内力计算 85、杆件设计 116、节点设计 257、参考文献 398、总结40 一、设计资料1.车间柱网布置图（LX240m）（如图） 图柱网布置图2.某车间厂房屋架，车间无吊车、无天窗、无振动设备。屋架支承于钢筋混凝土柱顶，屋面采用1.56m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用），跨度30m，长度240m，柱距6m,屋面坡度i=1/10, 采用梯形钢屋架。3.钢屋架选用Q235B钢，焊条为E43型。4.屋架计算长度：l0=3020.15m=29.7m5.屋架端部与跨中高度：屋架跨中高度：3490mm屋架端部高度：1900mm屋架在29.7m处的高度：2005mm起拱按f=L/500，取60mm6. 永久荷载标准值（不含屋架和屋面板自重）：2.2 kN/ m2；可变荷载标准值2.5kN/ m2 。二、结构形式与布置1.桁架形式及几何尺寸如图所示:图2 屋架形式及几何尺寸图3 屋架内力系数图2.桁架支撑布置如图所示 符号说明：SC-上弦支撑 XC-下弦支撑 CC-垂直支撑 GG-刚性系杆 LG-柔性系杆三、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜分布的永久荷载以1/cosa=1.005,换算为水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（屋架自重120+11L）N/ m2。屋架及支撑自重： 0.12 KN/m2+0.01130 KN/m2=0.45 KN/m2其他恒载： 2.2KN/m2 永久荷载标准值总和： 2.65KN/ m2可变荷载标准值总和： 2.5KN/ m2 设计屋架时，应考虑以下荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载按永久荷载效应控制控制的组合：F=(1.352.65+0.71.42.5) 1.56=54.25kN按可变荷载效应控制控制的组合： F=(1.22.65+1.42.5) 1.56=60.12kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载：全跨节点永久荷载设计值：F1.1=1.352.651.56=32.20kN （按永久荷载为主的组合） F1.2=1.22.651.56=28.62kN （按可变荷载为主的组合）半跨节点可变荷载设计值：F2.1=0.7x1.4 x2.5 x1.5x6=22.05kN (按永久荷载效应控制的组合)F2.2=1.4x2.5x1.5x6=31.5kN (按可变荷载效应控制的组合)（3）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载按可变荷载效应控制的组合全跨节点屋架自重设计值：F3.1=1.2x0.45x1.5x6=4.86kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4.1=（1.2x2.2+1.4x2.5）x1.5x6=55.26KN按永久荷载效应控制的组合全跨节点屋架自重设计值：F3.2=1.35x0.45x1.5x6=5.47kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值:F4.2=（1.35x2.2+1.4x2.5x0.7）x1.5x6=48.78KN通过以上比较最不利组合值为：F=60.12KN F1=32.20KN F2= 31.5kN F3= 5.47kN F4=55.26KN注：、为使用阶段荷载情况，为施工阶段荷载情况。计算详图见图3。 （a） (b)（c）图3 屋架计算图40四、内力计算由电算先解得F=1的桁架的杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨、右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1.屋架杆件内内力组合表。附表1.屋架杆件内内力组合表构件名称内力系数（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）全垮左半跨右半跨F1.1*+F2.1*F1.2*+F2.2*F3.1*+F4.1*F3.2*+F4.2*上弦杆1AB0000000002BC-11.317-8.199-3.118-680.378 -545.195 -582.161 -508.077 -461.851 -680.378 3CD-11.317-8.199-3.118-680.378 -545.195 -582.161 -508.077 -461.851 -680.378 4DE-19.807-12.158-7.649-1190.797 -905.869 -949.853 -768.113 -701.412 -1190.797 5EF-17.807-12.158-5.649-1070.557 -841.469 -892.613 -758.393 -690.472 -1070.557 6FG-20.686-13.037-7.649-1243.642 -953.555 -1002.699 -820.959 -749.097 -1243.642 7GH-21.454-13.836-7.618-1289.814 -995.903 -1049.847 -868.844 -792.273 -1289.814 8HI-22.282-13.014-9.268-1339.594 -1004.439 -1047.652 -827.444 -756.705 -1339.594 9IJ-22.748-13.483-9.265-1367.610 -1029.786 -1075.762 -855.626 -782.132 -1367.610 10JK-22.746-13.482-9.264-1367.490 -1029.699 -1075.674 -855.561 -782.073 -1367.490 下弦杆11ab6.3444.6881.656381.401 307.647 329.237 289.891 263.382 381.401 12 bc15.19110.750 4.441913.283 726.188 773.391 667.873 607.480 913.283 13 cd20.09513.4246.6711208.111 943.058 997.975 839.472 764.742 1208.111 14de22.04313.5868.4571325.225 1009.356 1058.830 857.891 783.300 1325.225 15ef21.04410.52210.5221265.165 909.627 933.722 683.720 628.374 1265.165 斜腹杆16Ba-11.404-8.422-2.982-685.608 -552.914 -591.675 -520.823 -473.205 -685.608 17Bb8.8536.2482.605532.242 422.835 450.185 388.290 353.203 532.242 18Db-7.482-4.935-2.547-449.818 -349.737 -369.587 -309.071 -281.656 -449.818 19Dc5.4873.2422.245329.878 248.168 259.161 205.820 188.159 329.878 20Fc-4.199-2.015-2.184-252.444 -183.365 -188.971 -141.095 -129.504 -252.444 21Fd2.6620.7131.949160.039 128.692 137.580 120.639 109.633 160.039 22Hd-1.5040.408-1.912-90.420 -90.588 -103.272 -112.967 -101.494 -112.967 23He0.283-1.4411.72417.014 47.127 62.405 96.644 85.645 96.644 24Ig0.6470.647038.898 35.100 38.898 38.898 35.100 38.898 25eg1.6343.676-2.04298.236 133.671 162.559 211.077 188.253 211.077 26gK2.3444.391-2.047140.921 172.298 205.402 254.039 227.015 254.039 竖杆26Aa-0.5-0.50-30.060 -27.125 -30.060 -30.060 -27.125 -30.060 27Cb-1-10-60.120 -54.250 -60.120 -60.120 -54.250 -60.120 28Ec-1-10-60.120 -54.250 -60.120 -60.120 -54.250 -60.120 29Gd-1-10-60.120 -54.250 -60.120 -60.120 -54.250 -60.120 30Ie-1.496-1.4960-89.940 -81.158 -89.940 -89.940 -81.158 -89.940 31Jg-1-10-60.120 -54.250 -60.120 -60.120 -54.250 -60.120 32Kf000000000五、杆件设计1.上弦杆（1）整个上弦采用等截面，按IJ杆件的最大设计内力设计，即N=1367.610 KN（2）上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度：在屋架平面内，根据支撑布置和内力变化情况，取：（3）截面选择因为 故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。Q235钢f=215N/mm；压杆=150；短肢相并（如图所示）,整体稳定系数按b类腹杆最大内力N=-685.608 KN, 查表，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设=60，查Q235钢稳定系数表，可得则需要的截面面积： 需要的回转半径：cmlicmlioyyoxx54.7604.45251.2608.150=ll根据需要查角钢规格表，选用2L20012514短边相连，截面特性：A=87.73cm，=3.54cm, =9.66cm, b1/t=200/14=14.29按所选角钢进行验算。（4） 截面验算 截面x和y平面皆属于b类，由于，只需求。由=55.37查附表E-9-2，=0.831。则：故所选截面符合要求。12yyxx2L20012514 上弦截面2.下弦杆（1）确定内力及已知条件整个下弦采用同一截面，按下弦杆de的最大内力值计算，在屋架平面内的计算长度：，屋架平面外的计算长所需截面面积为：（2） 截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）根据需要（A、）查角钢规格表，选用2L18011012，截面特性：A=67.42cm2, =3.11cm, =8.75cm （3）截面验算考虑下弦有221.5mm的栓孔削弱，下弦的净截面面积为：所选截面符合要求。2L18011012yyxx12 下弦截面 3.端斜杆aB杆件轴力：N=685.608 KN=685608N计算长度：=253cm截面选择：根据需要的A ，因为=，所以采用不等肢角钢长肢相并，使得和相近，故选用2L16010010截面特性： A=50.63cm, =5.14cm, =4.05cm /t=100/10=10截面验算： 由于其连接方式为长肢相并的不等边，需验算（） 所以用来计算，=0.72422/215/04.1875063724.0685608mmNmmNANy=js满足要求2L16010010yyxx12端斜杆截面4. 斜腹杆（1） Bb杆计算内力：N=532.242 KN= 532242N计算长度： 截面选择：A=根据需要的A 查型钢表选用2L1008截面特性：A=31.28 =3.08cm =4.55cm， b/t=100/8=12.5截面验算： 符合要求（2）Db杆计算内力：N=-449.818KN=-449818N计算长度： 截面选择：根据需要的A 查型钢表选用2L1008截面特性：A=31.28 =3.08cm =4.55cm， b/t=100/8=12.5截面验算： 由=74.38查附表E-9-2，=0.724 符合要求yyxx122L1008（3） Dc杆计算内力：N=-329.878KN=-329878N计算长度： 截面选择：A=根据需要的A 查型钢表选用2L1008截面特性：A=31.28 =3.08cm =4.55cm， b/t=100/8=12.5截面验算： 符合要求（4） Fc杆计算内力：N=-252.444 KN=-252444N计算长度： 选用2L7510等边角钢（肢间距12mm）截面特性：A=28.25 =2.26cm =3.61cm， b/t=75/10=7.5截面验算： 由=110.58查附表E-9-2，=0.490 符合要求（5） Fd杆计算内力：N=160.039 KN=160039N计算长度： 选用2L455等边角钢（肢间距12mm）截面特性：A=8.58 =1.37cm =2.34cm， b/t=45/5=9截面验算： 符合要求（6） Hd杆计算内力：N=-112.967 KN=-112967N计算长度： 选用2L7510等边角钢（肢间距12mm）截面特性：A=28.25 =2.26cm =3.61cm， b/t=75/10=7.5截面验算： 由=120查附表E-9-2，=0.437 符合要求（7） He杆计算内力：N=96.644 KN=96644N计算长度： 选用2L455等边角钢（肢间距12mm）截面特性：A=8.58 =1.37cm =2.34cm， b/t=45/5=9截面验算： 符合要求（8） Ig杆计算内力：N=38.898 KN=38898N计算长度： 选用2L455等边角钢（肢间距12mm）截面特性：A=8.58 =1.37cm =2.34cm， b/t=45/5=9截面验算： 符合要求yyxx122L455（9）腹杆eg-gk 此杆在g点处不断开，采用通长杆件最大拉力：Ngk=254.039 kN 另一段Neg=211.077 kN 最大压力：Ngk=227.015 kN 另一段Neg=188.253 kN再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心距：=230.1cm在桁架平面外的计算长度按下列式子计算： 截面选择： 选用2L7510，可知两等边角钢进行组合A=28.25 =2.26cm =3.61cm， b/t=75/10=7.5所以用来计算，查表得=0.393拉应力： 截面所选用的角钢符合截面要求yyxx122L7510 eggK截面5. 竖杆竖杆IeN=89.940KN=89940N由于内力比较小，所以按=150计算，所求的回转半径为：查型钢表，选截面的ix和iy较上述计算的ix和iy略大些。可知，用2L635截面几何特征：A=12.29 =1.94cm =3.04cm b/t=63/5=12.6b/t=12.62305.2=610.4mm上弦与节点板之间的塞焊，假定承受节点荷载，可不验算。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝，节点板长度为600mm，则节点一侧角焊缝的计算长度为，焊缝应力为： 因屋架的跨度较大，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。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。 图3.8 屋脊节点“K”（9）支座节点 “a”为了便于施焊，下弦焊与支座底板的距离取115mm，在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等，厚度取14mm。1)弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆 肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：肢背： 取180mm肢尖： 取70mm支座斜杆 肢背焊缝长度为，肢尖焊缝长度为，则所需焊缝长度为：肢背： 取280mm肢尖： 取140mm支座竖杆 肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：肢背： 肢尖：2）支座底板的计算支座反力：R=10F=1060.12KN=601200N支座底板的平面尺寸，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则实承面积为：验算柱顶混凝土的抗压强度：式中：混凝土强度设计值，对C25混凝土，=12.5。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成4块。每块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为：式中 q底板所受的均布反力，两支承之间的对角线长度，系数，由查课本表5-6确定，为两支承边的相交点到对角线的垂线距离，由相似三角形的关系得：查表5-5得底板厚度： 取25mm3)加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的四分之一，即：焊缝受剪力，弯矩：，设焊缝，焊缝计算长度焊缝应力为： 4)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R=601200N，其中每块加加劲肋各传，节点板传设节点板与底板连接焊焊缝为6mm，强度验算： 设加劲肋与底板连接焊焊缝为8mm每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：，焊缝强度验算： 图9.1 加劲肋计算简图 图9.2 支座节点“a”七、参考文献1.房屋建筑钢结构设