钢结构课程设计.doc

钢结构课程设计 班 级：学生姓名：学 号：指导教师：完成时间：成 绩：1.设计资料11.1结构形式11.2支撑布置12.荷载计算32.1荷载统计32.2荷载组合33.内力组合34.内力计算44.1内力系数的计算44.2内力计算表45.杆件截面设计55.1上弦杆55.2下弦杆65.3腹杆66.节点设计126.1下弦节点b设计126.2下弦拼接节点c136.3下弦a节点146.4上弦a节点186.5上弦b节点186.6上弦屋脊节点c196.7上弦d节点206.8上弦e节点227. 填板228. 参考文献231.设计资料1.1结构形式共有人厂房跨度24m，柱距6m，厂房总长度84m，选用1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。采用梯形钢屋架，刚才q235-b，焊条e43型，手工焊。屋架简支与钢筋混凝土柱上，檐口采用封闭结合，上柱截面450mm450mm，混凝土c20.。1.2支撑布置由于厂房长度超过60米，因此在厂房梁端及中部分别设置上弦横向水平支撑，由于跨度大于18米，因此应设置下弦横向水平支撑，与上弦横向水平支撑设在同一柱间。本厂房未涉及较大吨位的中、重级桥式吊车，所以不设置下弦纵向水平支撑。梯形屋架跨度小于30米，在跨中及两端设置垂直支撑，纵向与横向水平支撑在同一柱间设置。系杆布置在垂直支撑平面内，即两端和跨中各一道，其中屋脊节点、上下弦两端支撑处为刚性系杆，下弦跨中为柔性系杆。屋架上、下弦及垂直支撑布置图如图所示。注：上弦支撑sc；下弦支撑xc；垂直支撑cc；刚性系杆gx；柔性系杆rx。2.荷载计算2.1荷载统计永久荷载：预应力钢筋混凝土屋面板 1.4kn/m2 sbs改性沥青防水卷材 0.36kn/m2 20mm厚找平层 0.4kn/m2 100mm厚泡沫混凝土保温层 0.45kn/m2 屋架及支撑自重 0.52kn/m2永久荷载标准值合计为3.13kn/m2可变荷载：雪荷载 0.35kn/m2 屋面均布活荷载 0.48kn/m2 风荷载不考虑可变荷载标准值取0.48kn/m2重型屋架不考虑风荷载。2.2荷载组合按永久荷载起控制作用时：kn/m2按可变荷载起控制作用时：kn/m2所以按永久荷载起控制作用进行计算节点荷载为3m6m范围内的荷载之和，节点荷载设计值为：恒载：kn活载：kn3.内力组合取全跨永久荷载和全跨可变荷载的组合计算。4.内力计算4.1内力系数的计算采用节点法计算内力系数，以a节点为例，同理可计算得所有杆件的内力系数。4.2内力计算表杆件内力系数单项荷载内力内力组合值恒载全跨活载上弦杆o10000o2-7.013-533.41-59.40-592.81o3-7.013-533.41-59.40-592.81o4-7.851-597.15-66.50-663.65下弦杆u1+4.433+337.17+37.55374.72u2+7.991+607.80+67.68675.48腹杆v1-0.500-38.03-4.24-42.27v2-1.000-76.06-8.4784.53v3+0.304+23.12+2.57+25.69d1-5.648-429.59-47.84-477.43d2+3.195+243.01+27.06270.07d3-1.358-103.29-11.50114.79d4-0.225-17.11-1.91-19.025.杆件截面设计由于跨度小于30米，所以上、下弦可不变截面，按最大内力计算；梯形屋架按腹杆最大内力确定节点板厚度，查钢结构设计原理76页表格，节点板厚度应取12mm。5.1上弦杆由于屋面荷载通过横向水平支撑传给节点，因此只受节点荷载，上弦杆轴向受压，按o4的内力设计，kn。平面内计算长度平面外计算长度为了满足等稳定性条件，截面选用两不等肢角钢长肢相并比较适当。设，b类，查表得，n/mm2需要截面cm2，从型钢表选择2l16010010，长肢相并，。再用实际截面验算：（长细比满足要求）n/mm2由于截面无削弱所以不用验算强度。5.2下弦杆轴心受拉，用u2杆内力设计，需要截面cm2，选用2l1258，验算强度和刚度：（强度满足要求）受拉杆在净力荷载作用下只需验算平面内刚度（刚度满足要求）5.3腹杆（1） 支座处受压竖杆v1，n=42.27kn，采用两个等肢角钢组成的t形截面。设，b类，查表得，n/mm2需要截面cm2，从型钢表选择2l454，。再用实际截面验算：（长细比满足要求）n/mm2由于截面无削弱所以不用验算强度。（2） 受拉竖杆v3，n=25.69kn（该处设置竖向支撑）采用等肢双角刚组成的十字形截面，容许长细比为350，则所需回转半径为，所需截面cm2，从型钢表选择2l254，。再用实际截面验算：（净力荷载作用下不用验算拉杆的平面外刚度）（长细比满足要求）n/mm2（强度满足要求）（3） 受压竖杆v2，n=84.53kn，采用两个等肢角钢组成的t形截面。设，b类，查表得，n/mm2需要截面cm2，从型钢表选择2l568，。再用实际截面验算：（长细比满足要求）n/mm2由于截面无削弱所以不用验算强度。（4） 受压斜杆d1，n=477.43kn，采用两个等肢角钢组成的t形截面。设，b类，查表得，n/mm2需要截面cm2，从型钢表选择2l1258，。再用实际截面验算：（长细比满足要求）n/mm2由于截面无削弱所以不用验算强度。（5） 受拉斜杆d2，n=270.07kn所需截面cm2，从型钢表选择2l568，。再用实际截面验算：（净力荷载作用下不用验算拉杆的平面外刚度）（长细比满足要求）n/mm2（强度满足要求）（6） 受压斜杆d3，n=114.79kn，采用两个等肢角钢组成的t形截面。设，b类，查表得，n/mm2需要截面cm2，从型钢表选择2l1258，。再用实际截面验算：（长细比满足要求）n/mm2由于截面无削弱所以不用验算强度。（7） 受压斜杆d3，n=19.02kn，采用两个等肢角钢组成的t形截面。设，b类，查表得，n/mm2需要截面cm2，从型钢表选择2l755，。再用实际截面验算：（长细比满足要求）n/mm2由于截面无削弱所以不用验算强度。杆件截面选择汇总表杆件名称上弦下弦斜腹杆竖杆编号04u2d1d2d3d4v1v2v3计算内力kn-663.63675.48-477.43270.07-114.79-19.02-42.27-84.5325.69截面规格2l160100102l12582l12582l5682l12582l7552l4542l5682l254截面面积cm256.839.439.416.7439.414.766.9816.743.72l0x301600363.1300325.6325.6200200270l0y291.99363.1407407200250ix3.133.883.881.683.882.331.381.68imin=0.93iy4.365.555.552.835.553.522.322.8396.17154.6493.58178.5783.92139.7144.93119.05290.3266.9766.2994.27118.089.2990.9159.2075.3782.39122.39291.971503501503501501501501503500.5800.5970.6620.3460.3260.440验算强度或稳定性201.4154.64202.97161.3344.0037.24185.76114.7669.066.节点设计用e43形焊条，采用角焊缝，n/mm2，角焊缝焊脚尺寸应满足下列条件：，。节点板厚度均为12mm。6.1下弦节点b设计d2杆：肢背焊脚尺寸，焊缝计算长度：，141+2hf=141+26=153mm（验算408hflw60hf满足条件）肢尖焊脚尺寸，焊缝计算长度：，141+2hf=73+25=83mm（验算40=8hflw60hf满足条件）d3杆：肢背焊脚尺寸，焊缝计算长度：，60+2hf=44+26=72mm（验算408hflw60hf满足条件）肢尖焊脚尺寸，焊缝计算长度：，31+2hf=31+25=41mmv2杆：肢背焊脚尺寸，焊缝计算长度：，44+2hf=44+26=56mm（验算408hflw60hf满足条件）肢尖焊脚尺寸，焊缝计算长度：，23+2hf=23+25=33mm2216mm。d4杆：肢背焊脚尺寸，焊缝计算长度：，取焊缝长度为40mm。肢尖焊脚尺寸，焊缝计算长度：，取焊缝长度为40mm。v3杆：焊脚尺寸取3mm，由于受力较小，肢背和肢尖焊缝长度均取40mm。根据以上杆件对焊缝尺寸的要求用作图法得出节点板尺寸为500mm260mm，如图所示。一侧下弦肢背与节点板焊缝长度至少需要：mm，46+26=59mm总的弦杆肢背焊缝长度为259+（1020）=130mm60hf所以取lw=360mm。在f产生的正应力应力和n产生的切应力作用下肢背槽焊缝应力为：n/mm2肢尖：n/mm2满足条件。6.6上弦屋脊节点cv3杆所需焊缝尺寸为40mm，节点板如图所示。弦杆采用同号角钢拼接并切去尖角，mm，mm，拼接角钢长度取375mm。上弦肢尖与节点板内力取上弦内力的15%，节点板宽度200mm，则单侧弦杆焊缝计算长度为mm应力n/mm2，满足要求。6.7上弦d节点d1杆：肢背焊脚尺寸，焊缝计算长度：，237+2hf=249+26=249mm肢尖焊脚尺寸，焊缝计算长度：，116+2hf=31+25=128mmd2杆：肢背焊脚尺寸，焊缝计算长度：，141+2hf=141+26=153mm（验算408hflw60hf满足条件）肢尖焊脚尺寸，焊缝计算长度：，141+2hf=73+25=83mm（验算40=8hflw60hf，所以取焊缝计算长度为360mm。在f产生的正应力应力和n产生的切应力作用下肢背槽焊缝应力为：n/mm2肢尖：n/mm2满足条件。6.8上弦e节点d3杆肢背焊缝长度72mm，肢尖焊缝长度41mm；d4杆肢背、肢尖焊缝长度均为40mm。节点板如图所示。上弦肢背槽焊缝焊脚，计算长度480-2hf=480-12=468mm60hf，所以取焊缝计算长度为360mm。在f产生的正应力应力和n产生的切应力作用下肢背槽焊缝应力为：n/mm2肢尖：n/mm2满足条件。7. 填板在双角钢间每隔一定距离设置一块填板以保证两个角钢共同工作。十字形截面的填板横竖交替放置。角钢宽度5080mm，取60mm；t形截面中比角钢肢宽伸出15mm，十字形截面中比角钢肢宽收进15mm。填板间距：压杆不大于40i，拉杆不大于80i，在压杆的两个侧向固定点之间的填板不宜少于两个，且每节间不应少于两个（无法放置时至少放一个），拉杆同此处理。具体见下表。杆件名称受力截面i（cm）间距（cm）上弦受压160100105.80232下弦受拉12583.88310d1受压12583.88155d2受拉5681.68134d3受压12583.88155d4受压7552.3393v1受压4541.3855