《钢结构课程设计》word版.doc

钢结构课程设计学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 目录一、结构形式及支撑布置图二、荷载计算三、杆件内力计算四、杆件设计五、节点设计六、参考资料七、附表一八、附表二一、结构形式及支撑布置桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示图2.1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2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：柔性系杆图2.2 桁架支撑布置二、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。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以换算为沿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（=0.12+0.011跨度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载： 改性沥青防水层 1.004x0.35=0.351kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.004x 0.4=0.402kN/m2100厚泡沫混凝土保温层1.004x 0.6=0.602kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.004x 1.4=1.406kN/m2屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m2 _共 3.145kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载 0.7kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2_共 1.45kN/m2考虑以下三种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节点荷载设计值：（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对结构不利时：（按永久荷载效应控制的组合）（按可变荷载效应控制的组合）对结构有利时：半跨可变荷载设计值： （3）全跨桁架包括支撑自重+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） 全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：对结构有利时：半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：三、内力计算荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2）图 4.3 荷载组合4.3由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1四、杆件设计（1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计N=788.27kN=788270N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=3，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=470.35kN节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm设=60，选用角钢，为b类截面，查表得。需要截面积：需要的回转半径：根据需要的A、查角钢规格表，选用21409010，=2.85cm，=7.70cm，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.806。 故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计N=779070N平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：，所需截面面积：选用2，=2.56cm，=6.77cm，由于，故用不等肢角钢短肢相并考虑到下弦有的栓孔削弱，下弦净截面面积： 所选截面合适。（3）端斜杆aB杆件轴力： N=470.35kN=470350N计算长度，因为，故采用不等值角钢长肢相并。使设=60，查表得。选用2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.683。故所选截面合适。（4）腹杆He最大拉力： 21.46kN最大压力： 97.75kN按最大压力进行计算，设计计算值为97.75kN。由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取，节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架平面外的计算长度仍取节间距离，即。设=60，查表得，选用等肢角钢，2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.433。由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面合适。（5）腹杆Bb腹杆拉力设计值为 N=357.85kN选用2组成梯形截面，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为， ， 故所选截面合适。(6)竖杆Ie竖杆拉力设计值： N=144.39kN 选用2组成十字形截面，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为， ， 故所选截面合适。其他腹杆：竖杆Aa、Cb、Ec、Gd选用2组成的十字形截面，腹杆Db选用2短肢相并，腹杆Dc、Fd、Hd选用2组成的梯形截面，腹杆Fc选用2组成的梯形截面。经验算，所选截面都能满足要求。各杆件的截面的选择见附表2五、节点设计（1）上弦节点B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Ba”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背： ，加后取16cm 肢尖： ，加后取11cm考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，选择节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝： 忽略桁架上弦坡度的影响，假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的内力差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ，=8mm由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm，上弦肢尖角焊缝的剪应力为：故焊缝强度满足要求。（2）下弦节点“c”设“Dc”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取11cm 肢尖： ，加后取6cm设“Fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取8cm 肢尖： ，由于焊缝计算长度不得小于和40mm，肢尖焊缝长度取6cm。“Cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。节点板取265mm315mm，取，下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm，焊缝受左右弦杆的内力差为，受力较大的肢背处的剪应力为：焊缝强度满足要求。（3）屋脊节点“I”采用与上弦角钢相同钢号的角钢进行拼接，截取的垂直肢的宽度为：，其中取8mm，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算。一条焊缝所需的焊缝长度为：，拼接角钢的长度取500mm2209.6mm+48mm+152=481.2mm，合适。根据腹杆的内力，取节点板尺寸为200mm450mm，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为450mm-2x15mm-4，=5mm，故计算长度为3800mm，节点荷载为52.89kN，焊缝承受的剪应力：，满足。上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%，设肢尖的焊缝=8mm，节点板的长度为200mm，则节点一侧弦杆的计算长度为：，焊缝应力为： （8）支座节点“a”腹杆“aB”的焊缝尺寸同节点“B”肢背：，肢尖：。节点板的厚度为12cm，所确定的节点板尺寸如图6.8.1，下弦杆焊脚尺寸为肢背：，肢尖：，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为 ，经验算焊缝满足要求。为了便于施焊，下弦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，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为12mm。 支座底板的计算支座反力： R=8F=852.89kN=423.12kN 支座所需的净截面为：选择的支座底板的尺寸如图6.8.2。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm33849.6mm，故底板的面积合适。 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，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定 ，/=0.474查表得的值为0.054。底板下的平均应力为：每块板的单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：取t=18mm。加劲肋与节点板的焊接焊缝计算。 计算简图如图6.8.3假定一个加劲肋承受的力为支座反力的1/4，即加劲肋的计算内力为，则焊缝的内力为 设焊缝，焊缝的计算长度为：图6.8.1 加劲肋计算简图，则焊缝的应力：，满足。 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部的支座反力，每块加劲肋各传力为R/4=105780N，节点板传递的力为R/2=211560N。设节点板与焊缝的焊脚尺寸，则焊缝的计算长度我为：节点板的应力： 强度满足。加劲肋焊脚尺寸每块加劲肋与地板的连接焊缝长度为：加劲肋焊缝的应力为： 强度满足。六、参考文献：1、房屋建筑钢结构设计陈绍蕃，主编：中国建筑工业出版2、钢结构基础陈绍蕃，主编：中国建筑工业出版社3、钢结构基本原理沈祖炎等，主编：中国建筑工业出版社4、建筑钢结构王肇民，主编：同济大学出版社5、钢结构（第二版）周绥平，主编：武汉理工大学出版社6、建筑结构荷载规范（GB50009-2001）7、钢结构设计规范（GB50017-2003）8、建筑钢结构设计马人乐等，主编：同济大学出版社附表1 桁架杆件内内力组合表第二种组合第三种组合-6.26-2.48-462.42-426.03-405.55-370.48-339.98-186.24-95.65-462.42-8.93-4.44-707.14-642.02-609.01-575.99-531.05-269.37-161.68-707.14-8.96-5.50-788.27-700.99-661.53-650.16-601.53-276.31-193.43-788.27-7.10-7.10-751.04-646.81-605.42-605.42-228.90-228.90-751.043.521.26235.31221.66172.97102.7148.63235.317.953.50605.59526.70449.66237.79131.38605.599.165.20759.50683.15646.53625.08577.98278.86184.15759.508.196.54642.36658.81613.68257.27217.65779.07-8.89-6.55-2.35-470.35-435.93-415.57-342.73-193.67-93.05-470.35Bb6.774.682.08357.85327.28311.00265.96140.1977.97357.85bD-5.30-3.31-1.99-280.26-251.02-237.32-214.55-101.16-69.70-280.26Dc3.521.791.74186.23160.74150.54149.6957.3556.17186.23cF-2.28-0.59-1.68-120.38-95.69-87.61-106.46-23.67-49.71-120.38Fd0.95-0.541.4950.0328.1622.7157.96-9.1039.6058.02，-9.10dH0.181.61-1.469.7330.6734.15-14.34-18.9839.31-34.0939.31，-34.09He-1.51-2.671.16-80.08-97.09-97.75-40.84-31.35-70.2721.4621.46，-97.75Aa-0.50-0.500.00-26.45-26.45-25.65-19.11-16.99-14.05-2.08-26.45Cb-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89Ec-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89Gd-1.00-1.000.00-52.89-52.89-51.30-38.21-33.97-28.09-4.15-52.89Ie2.731.371.37144.39124.35116.39124.35116.3944.0144.01144.39附表2 桁架杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(N/mm)名称编号上弦FG、GH-788.27 160x100x105063452.12.857.752.8860.261500.81190.72下弦de779.07 140x90x10445211852.566.77117.20175350176.3腹杆Aa-26.45 50x4779196.51.542.43127.6080.861500.4085.09aB-470.35 125x80x103942249.43.983.3162.6780.761500.68174.7bB357.85 80x61879256.92.473.6583.270.4350190.4bC-52.89 50x4779223.31.542.43115.9791.891500.46148.2bD-280.26 140x90x104452281.32.566.7787.8941.551500.6399.3cD186.23 70x41114280.31.962.94114.3995.34350167.2cE-52.89 50x4779251.61.542.43130.71103.541500.38176.8cF-120.38 80x61879305.62.473.6598.9983.731500.56114.2d