钢结构课程设计(33).doc

钢结构课程设计设计题目厂房钢屋架设计学 院 专 业 年 级 姓 名 指导教师 （2011年9月）1.设计资料某车间跨度30 m，长度102 m，柱距6 m。车间内设有两台20 / 5 t中级工作制吊车，计算温度高于20 ，地震设计烈度为7度。采用1.5 m 6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，8 cm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。雪荷载为0.5 kN / m，积灰荷载为0.6 kN / m。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm 400 mm,混凝土标号为C20。要求设计钢屋架并绘制施工图。2.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置采用无檩屋盖方案，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度300 = 29700 mm,端部高度取= 1990 mm，中部高度= 3490 mm（为/ 8.5），屋架杆件几何长度见施工图（跨中起拱按/500考虑）。根据建造地区的计算温度和荷载性质，钢材采用Q235B。焊条采用E43型，手工焊根据车间长度，屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，见屋架几何尺寸、内力及支撑布置图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给了W1、W2和W3三种编号。3.荷载和内力计算（1）荷载计算两毡三油上铺小石子 0.35 kN/m找平层（2 cm厚） 0.40 kN/m泡沫混凝土保温层（8 cm厚） 0.50 kN/m预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.40 kN/m悬挂管道 0.10 kN/m屋架和支撑自重 0.12+0.011L=0.12+0.1130+0.45 kN/m_恒荷载总和 3.20 kN/m活荷载（或雪荷载） 0.50 kN/m积灰荷载 0.60 kN/m_可变荷载总和 1.10 kN/m屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。（2）荷载组合一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，本方案在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合：=（1.23.21.40.51.40.90.6）1.56 = 47.7 kN其中，永久荷载，荷载分项系数=1.2； 屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数=1.4；组合系数=0.7；积灰荷载，=1.4，=0.9。按永久荷载效应控制的组合：=（1.353.21.40.50.71.40.90.6）1.56 = 50.1 kN其中，永久荷载，荷载分项系数=1.35；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数=1.4；组合系数=0.7；积灰荷载，=1.4，=0.9。故截点荷载取为50.1 kN，支座反力为=10= 501 kN。（3）内力计算用图解法或数解法皆可解出全跨荷载作用下屋架杆件的内力。其内力设计值见布置图。4.截面选择腹杆最大内力559.9 kN，查 Q235钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表，选用中间节点板厚度为t=12 mm，支座节点板厚度 14 mm。（1）上弦整个上弦不改变截面，按最大内力计算；=-1123.5 kN，= 150.8 cm，= 300.0 cm（取两块屋面板宽度）。选用214012，A=65.0 cm，=4.31 cm，= 6.23 cm= 35= 48.2=150，= 0.87（b类）双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比=11.6=12.4，= 48.2= 55故由=55，按b类查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，得=0.833 =207.5N/mm f =215 N/mm填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），=75.4cm40i =404.31=172.4cm。(2)下弦下弦也不改变截面，按最大内力计算。=1099.7kN，=300 cm，=1500 cm，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100 mm (de节间)，可不考虑螺栓孔削弱。选用218011010(短肢相并)，A=56.8cm,=3.13cm,=8.71cm=96 = 350=172 = 350 =193.6N/mm215 N/mm填板每个节间放一块，=150 cm80i=805.8=464 cm。（3）斜腹杆杆件B-a：N=-559.9kN，=253.5 cm选用21409010（长肢相连），A=44.6 cm，=4.47cm，=3.73cm=56.7 = 150=68 = 150=9.0=13.52，=68=75.6，故由按b类查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，得=0.716=175.3 N/mm215 N/mm填板放两块，=84.5cm40i= 402.59=103.6 cm。杆件K-g：N=115.8kN，g-e：N= 79.6kN，内力不大，按受压杆长细比控制截面（跨中腹杆在半跨荷载作用下，内力变号）。=230.6 cm，=461.1cm。选2705，A=13.74 cm，=2.16 cm，=3.31 cm=107150=139150=84.3 N/mmf = 215 N/mm填板各放两块，=76.9 cm40i= 402.16 =86.4 cm。杆件G-d：N= -50.1kN，=231cm，=289cm，内力较小可按选择截面。= 1.54 cm= 1.93 cm选用2505，A=9.60 cm，=1.53 cm，=2.53 cm，填板放三块，= 72.2 cm，略大于40 i = 401.53= 61.2 cm。但实际节点板宽度较大，故仍可够用。其余杆件截面选择见屋架杆件截面选用表。需要注意的是连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜截面计算长度=0.9，其他腹杆除A-a、B-a、k-g和g-e外，=0.8l。5.节点设计（1）下弦节点“b”先算腹杆与节点板的连接焊缝：B-b杆肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸取=8mm，=6mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：肢背=+28=183mm，用190mm；肢尖=+26=124mm，用130mm。腹杆D-d和C-b的杆端焊缝内力差N=754.8 - 299.7=455.1kN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量的实际节点板长度是44.5cm,角焊缝计算长度= 44.5-1.2 = 43.3cm,采用=6mm,肢背焊缝应力为：=83.5N/mm(2)上弦节点“B”腹杆B-b、B-a的杆端焊缝计算从略。这里验算上弦与节点板的连接焊缝：节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=50.1kN，= 6mm,=46-1.2= 44.8cm=13.3N/mm= 1.22160 = 195.2N/ mm肢尖焊缝承弦杆内力差N = 558.7-0= 558.7kN,偏心距e =14-2.5 = 11.5 cm,偏心力矩M=Ne= 558.711.5 = 64.25kNm，采用=10mm，则对：= 89N/mm对M有：=137 N/mm则焊缝强度为：=143.3 N/ mm160 N/ mm（3）屋脊节点“K”腹杆杆端计算从略。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸，一般可不计算。这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截面214012，除倒棱外，竖肢需切去= t+5mm=12+ 10+5= 27mm，取=30mm，并按上弦坡度热弯。拼接角钢上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设=10mm）=1003mm共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：=271mm拼接角钢总长度为：l=2+20=2271+20 = 562mm取拼接角钢长度为700mm。（4）支座节点“a”杆端焊缝计算从略。以下给出底板等的计算。底板计算支反力=501kN，混凝土强度C20，=9.6 N/ mm，所需底板净面积：=52188 mm=521.9 cm锚栓直径d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板毛面积：A=+=521.88+245+=581.5 cm按构造要求采用底板面积为ab=2828=784 cm581.5 cm，垫板采用10010020，孔径26mm。实际底板净面积为：=724.4 cm底板实际应力q =6.92 N/ mm=18.9cm=9.43cm=0.5，查表得 =0.056，则：=13843N/mm所需底板厚度：t=20.13mm用t=22mm，底板尺寸为28028022 。加劲肋与节点板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为=125.3kN，M=Ve=125.36.65=833.2kNcm。加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即49514012）。采用=6mm，验算焊缝应力：对V=30.9 N/mm对M=25.5 N/mm=37.3 N/mm160 N/mm节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用=8mm，实际焊缝总长度：= 2(28+11.82)-120.8 = 93.6 cm焊缝设计应力：=95.6 N/mm=1.22160=195.2 N/mm屋架杆件截面选用表杆件名称杆件号内力设计值N(kN)计算长度(m)所用截面截面积A ( mm)计算应力（N/ mm)容许长细比杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝(mm)填板数上弦杆I-J J-K-1123.51.5083.01621401265207150每节间1下弦杆d-e1099.73.00015.00021801101056.8193.6350每节间1腹杆A-a-25.11.9901.990263512.338.01502B-a-559.92.5352.5352140901044.6175.315010-1906-1702B-b449.60.82.608=2.0862.608280621.22123508-1906-1302C-b-50.10.82.290=1.8322.29025059.6118.91502D-b-370.70.82.869=2.2952.8692100623.8216.31508-1606-1102D-c279.30.82.859=2.2872.859270513.71203.33506-1705-1102E-c-50.10.82.590=2.0722.59025059.6143.41503F-c-211.10.83.129=2.5033.129290621.21601506-1305-802F-d135.20.83.119=2.4953.11925059.6140.83505-1205-802G-d-50.10.82.890=2.3122.89025059.6171.71503H-d-76.90.83.395=2.7163.395270513.74137.21506-805-803H-e-31.30.83.385=2.7083.385263512.373.31503I-e-7