课程设计—钢结构电大

1钢结构课程设计学 号 姓 名 学 校 专 业 梯形屋架设计1 设计资料梯形屋架，建筑跨度为 18m，端部高度为 1.99m，跨中高度为 2.89m，屋架坡度 i=1/10,屋架间距为 6m，屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm，混凝土采用 。屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑20C（如图 1-1所示） 。屋面采用 1.56m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm 厚珍珠岩（）的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm 厚水泥砂浆找平3/50mkgr层，屋面雪荷载为 ，钢材采用 3 号钢。2/0.kN22 设计要求2.1 屋面雪荷载取值：按分组序号，取用设计资料屋面雪荷载+0.1分组序号（比如第 1组，屋面雪荷载取值为： +0.11= ，以此类2/30.mkN2/40.mkN推） 。2.2 设计中，应绘制出必要的节点详图等图纸。2.3 其他条件与设计资料相同。3 荷载计算3.1 永久荷载预应力钢筋混凝土大型屋面板： 2/68.142.mkN三毡四油防水层及及找平层（20mm）： 907120mm厚泡沫混凝土保温层： 2/5屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度 l=18m）32/318.21. mkglPw 2/384.02.1mkN3.2 可变荷载屋面雪荷载： 2/7.05.4kN3.3 荷载组合永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为： kNF 25.386.17.0)384.50.912.68.( 4 内力计算桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法求得表 4-1。 杆 件 轴线 单位荷载内力 F 荷载内力（kN ）B- 1357 0 0C- 1508 -6.223 -238.030D- 1507 -6.223 -238.030E- 1508 -8.996 -344.097F- 1507 -8.996 -344.097上弦杆G- 1508 -9.105 -348.266-O 2850 +3.479 +133.072-O 3000 +7.961 +304.508下弦杆 -O 3000 +9.270 +354.578- 2530 -6.502 -248.702- 2613 +4.586 +175.415- 2864 +3.381 -129.323- 3124 +1.884 +72.063- 3124 -0.690 -26.393斜杆- 3124 -0.463 -17.710A- 1990 -0.500 -19.125- 2290 -1.000 -38.250- 2590 -1.000 -38.250竖杆 - 2890 +0.812 +31.0595 截面选择5.1 上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面，以最大轴力 G-杆来选择： kNN26.348max4在屋架平面内的计算长度 ，屋架平面外的计算长度 。cmlox8.150 cmloy5.301选用两个不等肢角钢 ，长肢水平。62L截面几何特性（长肢水平双角钢组成 T形截面，节点板根据腹杆最大内力选用板厚 8mm）：274.1cmAciciyx61.4,0.586.5xoil 792.0x10410yoil 8.y截面验算： 22min /15/4.1.278.36mNfNAN大型屋面板与上弦焊牢，起纵横向水平支撑作用，上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。5.2 下弦杆截面选择下弦杆也采用相同截面，以最大轴力-O 杆来选择： kNN578.34max在屋架平面内的计算长度： ，屋架平面外的计算长度：cmlox30。cmloy30所需截面面积为： 24.1692578fNAn选择两个不等肢角钢 ，长肢水平。90截面几何特点： 22.14.7cmccmix58.1iy 3509185.3x 3509.6742.y另两个节点的下弦杆内力较小，但 ，故须验算其屋架平面外的长细loy6比： 3507.142.60y5.3 支座竖杆截面选择杆轴力： kN15.95计算长度： ，采用两个等肢角钢 ，组成 T型截面cmloyx195632截面几何特性： 286.Acix94.1cmiy89.， ，50294.1x.x10.y78.y截面验算： 22min /5/70.286.14. NfNAN5.4 支座斜杆截面选择杆轴力： 计算长度：k702.48 cmloyx253采用两个不等肢角钢 ，长肢相拼。7631截面几何特性： 2.cmAcix0.iy8.50.792.3x9x1509.y67.y截面验算： 2min /4.172.67.48mNAN5.5 斜杆截面选择杆轴力： 计算长度：k415.7 cmllox 2093.618.0cmloy3.261所需截面: 28.215cmfNAn选用两个等肢角钢 ，组成 T形截面0截面特性： 227.6.9ccncix53.1cmiy8.23515.20x 089.3y5.6 竖杆截面选择杆轴力： kN20.8计算长度： cmllox 2.1839 cloy9采用两个等肢角钢 ，组成 T形截面。5截面几何特性： 260.cAix.iy8.17.953.218x438.x150296.cy8.y6截面验算： 2min /159.06.438.025mNAN5.7 斜杆截面选择杆轴力： k32.19计算长度： cmllox 1.294.860cloy4.286采用两个等肢角钢 ，组成 T形型截面57截面几何特性： 2239cAix53.miy38.103.8.29x6x102.6.y652.y截面验算： 22min /1.54.825. NfmNN5.8 斜杆截面选择杆轴力： k063.72计算长度： cmllox 1.294.8.cloy4.286所需截面： 51fNAn采用两个等肢角钢 ，组成 T形型截面02截面几何特性： 223.6.9cccix53.1cmiy38.2357145.29x 08.46y5.9 竖杆截面选择杆轴力： kN20.8计算长度： cmllox 2.0759.cloy59采用两个等肢角钢 ，组成 T形截面截面几何特性： 223.6.cAix3.1cmiy38.2150435.1207x4x508.y1截面验算： 22min /1/.109682NfmNAN5.10 斜杆截面选择7杆轴力： kN39.26计算长度： cmllox 9.24.18.0cloy4.312采用两个等肢角钢 ，组成 T形截面5截面几何特性： 26.cAix.iy89.108.294.1x39.x150.2y4.y截面验算： 2min /7.546.28. mNfNAN5.11 斜杆截面选择杆轴力： k710.计算长度： cmllox 9.24.38.cloy4.312采用两个等肢角钢 ，组成 T形截面562截面几何特性： 2.1cAix.1iy89.08.94.12x39.x150.2y4.y截面验算： 2min /76.128.7mNfNN5.12 竖杆截面选择杆轴力： k059.3计算长度： cmllox 2.318.cloy89采用两个等肢角钢 ，组成 T形截面62截面几何特性： 2.1Aix4.miy.2350.94.123x 350189.y截面验算： 22/6.28NfmNN各杆件截面选择结果列表如下表 5-1杆件名称 编号计算内力（kN）截面规格截面面积（ ）2c计算长度（cm） 迴转半径（cm） 长细比 容许长细比 稳定系数 应力N/mm2上炫杆Fg-gh -735.399 125*10 48.746 150.7301.53.85 5.52 39.2 54.6 150 0.833 181.18下炫杆gi 729.964 100*80*1034.334 300 300 2.35 4.78 127.6662.76350 / 212.6腹杆 Aa -23.224 45*3 5.318 190 190 1.40 2.30 135.782.6 150 0.362 120.6腹杆 aB -418.025 100*8 31.276 244 244 3.08 4.56 79.3 53.6 150 0.692 193.1腹杆 Bc 322.576 80*3 15.824 202.25252382.46 3.63 81.5 6906 350 203.9腹杆 Cc -46.447 45*4 6.972 174.8218.51.38 2.24 126.797.5 150 0.403 165.3腹杆 cD -253.416 75*8 23.01 222.0277.52.28 3.05 97.3779.29150 0.572 192.4腹杆 De 170.926 45*5 8.584 222.0277.51.37 2.26 162.0122.8350 199.16 节点设计各节点的节点板厚一律取 8mm。6.1 下弦节点 i设计首先，计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板形状和尺寸，最后验算下弦与节点板的连接焊缝。已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值： 2/160mNfw设杆的肢背和肢尖焊缝分别是 和 ，则所需焊缝长度为：mhf6hf5肢背： 取 110mmheflw4.9107.25.0/ 肢尖： 取 80mmmfNl .6/ 设杆的肢背和肢尖焊缝分别是 和 ，则所需焊缝长度为hfhf5肢背： 取 100mmheflw4.67107.293.0/ 肢尖： 取 80mmmfNl .5/设杆的肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为hf肢背： 取 165mmheflw9.2316057.28.0/ 9肢尖： 取 165mmmhefNlw2.10657.0238./ 根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留有间隙，按比例绘出节点大样图。从而确定节点板尺寸为 。下弦与节点板连接的焊缝长度为 385mm， ，焊缝所受的力为左右两下hf5弦杆内力差 所受较大的肢背处焊缝应力为：kNN436.1702.358.4 22/160/.5)(7.02675.0 mfmhel wwf 6.2 下弦节点 j的设计设节点所有焊缝为 ，所需焊缝长度如下：mf5杆- kN063.72肢背： mheflw0.4516.723/ 肢尖： fl .9.023./杆- kN5.8肢背： mheflw.23167.85/ 肢尖： fl .0.023./杆- kN9.6肢背： mheflw5.167.9/ 肢尖： fl .0.233.0/所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于 60mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 320mm， ，焊缝所受的力为左右两下mhf5弦 杆内力差 所受较大的肢背处焊缝应力为：kNN07.58.347.5 22/160/31)2(.027.0 mNfhel wwf 焊缝强度满足要求。106.3 下弦节点 k 的设计下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） ，拼接角钢这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的mhtff5焊缝长度按弦杆内力计算设焊缝 ，则所需一条焊缝计算长度为:f6lw9.1307.4358拼接角钢的长度取 400mm131.92=263.8mm屋架分成两个运输单元，设置工地焊缝长度拼接，左半边的弦杆和腹杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝。中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂，为便于工地拼接，在拼接的角钢与右半边斜杆上，设置螺栓孔 。作为安装施焊前的定位之用。下弦杆与节点板之间用5.21焊缝满焊。mhf5斜杆-和竖杆-的内力均很小，肢背与肢尖焊缝 ，施焊长度均mhf5可按构造采用，至少 60mm，采用 3902908mm，所有焊缝均满焊，焊缝长度均大于所需长度。6.4 支座节点 h设计为了便于施焊，下弦焊与支座底板的距离取 130mm，在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。6.4.1 支座底板计算支座反力： kNFR5.29.386支座底板的平面尺寸取 ，如仅考虑有加劲肋部分的底板218040m承受支座反力，则实承面积为： 23验算柱顶混凝土的抗压强度： 2/10/45.70829mNfNARcn 式中 钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值。cf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： 21qaM式中 q底板所受的均布反力， 2/45.730829mNARqn两支承之间的对角线长度，1 16)16(211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1/ab1b1垂线距离，由相似三角形的关系得： m6.92480查表 5-5得43.062/.9/1ab 7.NqM/91572底板厚度： 取 20mmmft 6586/6.4.2 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： kN37.0.2941焊缝受剪力 ，弯矩： ，设焊缝kNV375.M29545，焊缝计算长度mhf5 mlw81焊缝应力为： Nhel2helM26.f5.1387.025N 6.13857.0922222 /160/.4.34.).6()( mNfmNwNfM 6.4.3 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 R=229.5kN，其中每块加劲肋各传 ，节点板传kNR3752941 kR75.14.291节点板与底板的连接焊缝 ，所需焊脚尺寸为mlw540)28(采用flhwf 9.160547.1.0/ hf每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为： ，所需焊mlw102)08(脚尺寸为 取mflRhwf 12.56017.3.0/hf66.4.4 下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：kN2.13f12肢背： mhefNlw3.741605.275.0/ 肢尖： fl 8.2/支座斜杆 肢背焊缝长度为 ，肢尖焊缝长度为kN70.248 mhf6，则所需焊缝长度为：mhf5肢背： mheflw3.74160.25.0/ 肢尖： fNl 8.2/支座竖杆 肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为：k125.9hf5肢背： mhefNlw9.16070/ 肢尖： fl 2.5.23./根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度，全部焊缝满焊。6.4.5 上弦节点 b设计为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽钢作为两条焊缝计算，这时，强度设计值应乘以 0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，且假定集中荷载 F与上弦垂直（图）上弦肢背槽钢焊缝的 ，节点板的长度为 435mm，其应力为：mhf4/221)5.0()(welFNk mNfw/128.04.75)10435(7.028.865. 22 上弦肢间角焊缝的应力为： /2212).()(whelFNk13mN/1602.)10435(7.028.865.2 腹杆与节点板连接焊缝已在下