钢结构课程设计计算书.docx

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 钢结构课程设计 设计题目： 钢屋架设计 院 系： 土木工程学院 班 级： 土木二班 设 计 者： 麦浩 学 号： 1093310208 指导教师： 张文元 设计时间：2011-12-72011-12-16 哈尔滨工业大学1. 设计资料哈尔滨一金工车间，长96m，跨度27m，柱距6m，采用梯形钢屋架，1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板，上铺珍珠岩制品保温层（容重为4KN/，厚度），采用封闭结合。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（抗压设计强度=10N/）.车间内设有两台30/5T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m。2.荷载计算桁架计算长度：跨中及端部高度：桁架的中间高度： 在的两端高度： 在轴线处端部高度： 桁架跨中起拱： 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。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度的单位为。标准永久荷载：预应力混凝土大型屋面板 二毡三油防水层 找平层 厚珍珠岩保温层 桁架和支撑自重 管道荷载 合计 标准可变荷载：屋面活荷载 积灰荷载 设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载控制的组合）全跨节点荷载设计值： （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时： （按永久荷载控制的组合） (按可变荷载控制的组合)对结构有利时：半跨节点可变荷载设计值： （按永久荷载为主的组合） （按可变荷载控制的组合）（3） 全跨桁包括支撑+半跨面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载控制组合） 全跨节点桁架自重设计值，对结构有利时，对结构不利时，半跨节点屋面板自重及活荷载设计值： （1）、（2）为使阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。3.内力计算表一 桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力全跨（1）左半跨（2）右半跨（3）上弦AB00000000BC,CD-10.41-7.66-2.75-490.00-490.00DE-16.52-11.34-5.18-777.43-777.43EF-17.13-11.95-5.18-805.67-805.67FG-17.14-11.95-5.18-805.67-805.67GH-19.41-11.53-7.88-913.43-913.43HI,IJ-19.92-12.04-7.88-937.44-937.44下弦ab5.784.441.34272.01272.01bc13.939.904.03655.55655.55cd19.0111.967.05894.61894.61de18.449.229.22867.79867.79斜腹杆aB-10.27-7.66-2.61-483.31-483.31Bb7.925.502.42372.72372.72bD-6.52-4.16-2.36-306.73-306.73Dc4.602.532.07216.48216.48cg-3.49-0.92-2.57-164.10-164.10gE0.750.75035.3035.30gG-2.66-0.09-2.57-125.18-125.18Gd0.65-1.021.6730.5921.5142.07-21.9642.95df1.283.29-2.0160.2482.5824.8884.57-43.28fH0.680.68032.0030.9723.4519.373.0932.00fJ2.024.03-2.0195.06116.5550.39105.65-40.48竖杆Aa-0.5-0.50-23.53-23.53cb-1-10-47.06-47.06Ec-1.5-1.50-70.59-70.59Fg-1-10-47.06-47.06Hd-1.5-1.50-70.59-70.59If-1-10-47.06-47.06Je000004杆件设计4.1上弦杆整个上弦杆采用等截面，按HI,IJ杆件之最大设计内力设计。上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力为，查表9.6.4.节点板厚度选用，支座节点板厚度用。设，查附录4得需要的截面面积：需要的回转半径： 根据需要的、查角钢规格表（附录8）。选用，、，上弦截面按所选角钢进行计算：因为所以 截面在平面皆属b类，由于，只需求。查表得。,由于所需截面合适。4.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算。，所需截面面积为：因为，故用不等肢角钢，短肢相并。选用，考虑下弦有的铨孔削弱，下弦净截面面积：下弦截面4.3端斜杆aB杆件轴力：计算长度。因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用，。端斜杆截面因为所以因，只求。查表得所需截面合适。4.4腹杆设计4.4.1腹杆dffJ此杆在f节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：, 另一段最大压力：, 另一段在分式桁架的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距：在桁架平面外的计算长度计算如下：选用，因为所以查表得：拉应力：4.4.2腹杆BbBb杆内力：计算长度：由于杆Bb只受拉力作用，查型钢表，选用，满足需要4.4.3腹杆bD腹杆bD内力：计算长度：选用， ，因为所以因，只求。查表得，满足需求4.4.4腹杆Dc腹杆Dc内力：由于杆Dc只受拉力作用，查型钢表，选用， 满足需要4.4.5腹杆Eg腹杆Eg内力：由于杆Ee只受拉力作用，查型钢表，选用， 满足需要4.4.6腹杆cG此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大压力：, 另一段在分式桁架的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距：在桁架平面外的计算长度计算如下：选用，因为所以查表得：满足需要。4.4.7腹杆gF腹杆gF内力：计算长度：内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选用， 。因为所以因，只求。查表得，满足需要4.4.8腹杆Gd腹杆Gd内力：计算长度：选用，。因为所以因，只求。查表得，拉应力：满足需要4.4.9腹杆Hf腹杆Hf的内力：选用用，满足需要4.4.10腹杆fI腹杆fI的内力：计算长度：内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选用，。因为所以因，只求。查表得，满足需要4.5竖杆Hd竖杆Hd内力：计算长度：内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选用，。因为所以因，只求。查表得，。屋架杆件截面选用表杆件设计内力(kN)截面规格截面面积计算长度（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数设计内力名称编号上弦IJJK-937.4456.75150.8452.43.138.6348.269.11500.759217.6下弦de894.6150.6345013352.857.70158.1173.4350193.1斜腹杆Ba-483.3136.08241.3241.34.503.6353.679.21500.692193.6Bb372.7221.272002502.793.9871.762.8350175.2Db-306.7321.27219.7274.62.793.9878.776.91500.697206.9Dc216.4813.75219.22742.163.24101.585.6350157.4Eg35.309.606109.1136.41.532.5371.353.935036.7Gc164.1015.82203.5382.92.483.6382.1111.11500.493210.4Gd42.95-21.9610.83250.6313.21.732.69144.8118.61500.32662.2Ef47.069.60697.61221.532.5363.850.21500.78762.2Jd116.55-43.2813.75219.3431.52.163.31101.5133.41500.37284.8Hf329.606151.8189.81.532.5399.275.035033.3竖腹杆Aa-23.5310.831851851.732.69106.968.81500.51142.5Cb-47.0610.831722151.732.6999.479.91500.55985.0Ec-70.5910.831962451.732.69113.3141.61500.343190.0Fg-47.069.60697.61221.532.5363.852.01500.78762.2Hd-70.5910.832322901.732.69134.1110.21500.370176.2If-47.069.6061161451.532.575.860.51500.71768.3Je010.832882882.21130.32000.47505.节点设计5.1下弦节点设计5.1.1下弦节点“b”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都为，则所需的焊缝长度为：肢背：加后取肢尖：加后取设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝都为，则所需的焊缝长度为：肢背：加后取肢尖：加后取“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取根据上面求的的焊缝长度，并考虑杆件之间有空隙以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：下弦与节点板连接的焊缝长度为，。焊缝所受的力维左右两下弦杆的内力差,受力较大的制备处焊缝应力为：焊缝满足强度要求。 下弦节点“b”5.2上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算：肢背：，加上后取。肢尖：，加上后取。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。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，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：上弦与节点板间焊缝长度为。上弦肢尖角焊缝的剪应力为：上弦节点“B”5.3屋脊节点“J”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为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。设焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的计算。设肢尖焊缝，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： 因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，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与以上几个节点相同。 屋脊节点“J”5.4下弦节点“e”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为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。设焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。下弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的计算。设肢尖焊缝，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： 下弦节点“e”5.5支座节点“a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的地面与支座地板的净矩离取。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，厚度为。（1） 支座底板的计算。支座反力： 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座反力，则承压面积为。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中，为混凝土强度设计值，对混凝土，。 底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻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，为底板的平均应力：为两支承边之间的对角线长度：为系数，由查表8.4.1而定，为两支承