钢结构课程设计说明书-钢结构梯形屋架课程设计.docVIP

河南理工大学钢结构设计 1 钢结构课程设计计算说明书钢结构课程设计计算说明书 目录目录 、设计资料 .2 二 屋架形式，尺寸及支撑布置2 三、荷载与内力计算.4 1.荷载计算4 2.内力计算4 四、杆件截面设计.6 1.上弦杆6 2.下弦杆7 3.端斜杆 ba .8 4.斜杆 bb .9 5.再分腹杆 c1g .10 6.中竖杆 je 11 五、节点设计12 河南理工大学钢结构设计 2 1. 下弦节点 b 13 2 .上弦节点 b 14 3 .屋脊节点 k 15 4 .下弦跨中节点 e 16 5 .端部支座节点 a 17 钢结构梯形屋架课程设计钢结构梯形屋架课程设计 、设计资料设计资料 已知条件：天津某厂金工车间，梯形钢屋架跨度 27m，长度 180m，柱距 6m。该车间内设有一台 30t 中级工作制桥式吊车。采用 1.5m6m 预应力混凝土 大型屋面板，冬季最低温为-20 度，采用 80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面， 屋面坡度i1/10。屋面活荷载标准值为 0.7 kn/m2，雪荷载标准值为 0.3 kn/m2，积灰荷载标准值为 0.35 kn/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面 为 400 mm400 mm，混凝土标号为 c20。钢材采用 q235b 级，焊条采用 e43 型。 二 屋架形式，尺寸及支撑布置屋架形式，尺寸及支撑布置 屋架的计算跨度：lo=270002150=26700mm 端部高度：h=2000mm（轴线处） ，h=2015mm（计算跨度处） 跨中高度： 0 0 26700 20150.13350 22 l hhimm 屋架的高跨比： 3350 0.12546 26700 o h l 屋架形式及几何尺寸见图 1 所示。 河南理工大学钢结构设计 3 屋架支撑布置见图 2 所示。 河南理工大学钢结构设计 4 符号说明：gwj-（钢屋架） ；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 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算三、荷载与内力计算 1.1.荷载计算荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 1.永久荷载标准值 防水层（三毡四油，上铺小石子） kn/1.2 0.350.42 找平层（20mm 厚水泥砂浆） kn/0.4 1.20.48 保温层（80mm 厚泡沫混凝土） kn/1.2 0.50.6 预应力混凝土大型屋面板 kn/1.2 1.41.68 屋架和支撑自重 2 1.2 (0.120.011 30)0.54/kn m 总计 3.72 kn/ 可变荷载标准值 屋面活荷载 kn/1.4 0.70.98 总计 0.98 kn/ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载： f=(3.72+0.98) 1.56=42.3 kn 全跨永久荷载+半跨可变荷载 河南理工大学钢结构设计 5 全跨节点永久荷载： f1=3.721.56=33.48 kn 半跨节点可变荷载： f2=0.981.56=8.82 kn 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重： f3 =0.541.56=4.86kn 半跨大型屋面板重及活荷载： f4=(1.68+0.98) 1.56= 23.94kn 2.2.内力计算内力计算 用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位荷载作用下的杆件内力系数，二 者相加得到全跨单位荷载作用下节点的内力系数，然后乘以实际的节点荷载， 得到相应的内力。屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆，竖杆和靠 近两端的斜腹杆，内力均达到最大。在第二种和第三种荷载组合作用下，靠跨 中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全跨荷载作用下所有杆 件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算近跨中的斜腹杆内力。 计算结果列下表。 河南理工大学钢结构设计 6 表 1-屋架杆件的计算内力 注：表内负责表示压力；正值表示拉力 四、杆件截面设计四、杆件截面设计 腹杆最大内力，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板479.68nkn 杆件名称 全跨 左半跨 右半跨pp1p2p1p2p3p4p3p4 计算内力(kn) ab 0.000.000.000.000.000.000.000.000.00 bcd -11.11-8.01-3.74-469.95-442.61-404.95-245.75-143.53 -469.95 de -17.89-12.26-6.79-756.75-707.09-658.85-380.45-249.50 -756.75 efg -18.47-12.84-6.79-781.28-731.62-678.26-397.15-252.32 -781.28 ghij -20.14-12.19-9.44-851.92-781.80-757.55-389.71-323.87 -851.92 a-b 5.934.371.89250.84237.08215.21133.4474.07 250.84 b-c 14.9410.525.33631.96592.98547.20324.46200.21 631.96 c-d 21.0813.489.16891.68824.65786.55425.16321.74 891.68 d-e 18.259.809.80771.98697.45697.45323.31323.31 771.95 aa -0.50-0.500.00-21.15-21.15-16.74-14.40-2.43 -21.15 ba -11.16-8.22-3.54-472.07-446.14-404.86-251.02-138.99 -472.07 bb 8.966.293.21379.01355.46328.29194.13120.39 379.01 cb -1.00-1.000.00-42.30-42.30-33.48-28.80-4.86 -42.3 db -7.44-4.88-3.08-314.71-292.13-276.26-152.99-109.89 -314.71 dc 5.483.212.73231.80211.78207.55103.4891.99 231.8 ec -1.50-1.500.00-63.45-63.45-50.22-43.20-7.29 -63.45 e1 0.730.730.0030.8830.8824.4421.023.55 30.88 c1 -4.56-1.78-3.35-192.89-168.37-182.22-64.77-102.36 -192.89 f1 -1.00-1.000.00-42.30-42.30-33.48-28.80-4.86 -42.3 g1 -3.76-0.98-3.35-159.05-134.53-155.43-41.73-98.47 -159.05 gd -2.26-2.930.51-95.60-101.51-71.17-81.131.23 -101.51 hd 0.000.000.000.000.000.000.000.00 0 h2 0.000.000.000.000.000.000.000.00 0 i2 0.000.000.000.000.000.000.000.00 0 j2d 2.693.50-0.61113.79164.5584.6896.86-1.53 16455 je 0.000.000.000.000.000.000.000.00 0 屋架杆件内力组合表 表1 河南理工大学钢结构设计 7 厚度取 t=14mm；其余节点板与垫板厚度取 t=12mm。 1.1.上弦杆上弦杆 腹杆最大内力，n=-472.07kn，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板 刚度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取 12mm。 1.上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，n=-851.92kn 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 ox l =150.8cm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取 上弦横向水平支撑的节间长度： oy l =300cm 因为 2 ox l oy l ，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 4 图 4 上弦截面 要截面积 * a = = f n . 3 2 851.92 10 4910.06 0.807 215 mm 需要回转半径 * x i =2.51 cm 60 1508 ox l * y i =5.00 cm 60 3000 ox l 根据需要的 * a、 * x i 、 * y i 查角钢型钢表，初选 2 l 16010014，a=6940 2 mm ， =2.80cm ， =7.86m。 x i y i 按所选角钢进行验算 河南理工大学钢结构设计 8 x =52.9=150 x ox i l 82 8150 . . y =38=150 y oy i l 867 300 . 由于510160300056056041114160 11 ./.b/l./t /b oy 则：=150444 16752 41300 1 41 1673 752 173 4 22 4 22 1 .) . . ( . . ) b. tl ( t b . oy yz 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.8384 yyzx xmin x 215 mpa 所选截面合适。 3 851.92 10 177 0.847 5680 x n mpa a 2 2 . .下弦杆下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，n=891.68kn 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 ox l =4500mm 屋架平面外根据支撑布置取 oy l =13350mm 计算需要净截面面积 * a= 3 2 891.68 10 4147 215 n mm f 选用 2 l1409014（短肢相并） ，见图 5。 河南理工大学钢结构设计 9 图 5 下弦截面 a=6940 2 mm ， =2.51cm，=6.93cm。 x i y i 按所选角钢进行截面验算，取 aa n （若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于 100mm，则可不计截面削弱影响） n/ 2 mm 215 n/ 2 mm 3 891.68 10 146.178 6100 n n a x =179.3 =250 x ox i l 512 450 . y =192.6=350 936 1335 .i l y oy 所选截面满足要求。 3.3. 端斜杆端斜杆 b ba a 已知 n-472.07kn， ox l oy l 253.9cm 因为 ox l oy l ，故采用等肢角钢，使 x i y i 选用角钢 2 l 10012,见图 6 图 6 端斜杆 ba a4560 2 mm ， x i 3.03cm， y i 4.64cm 截面刚度和稳定验算 x = =83.8 =150 033 9253 . . i l x ox y = =54.7 =150 644 9253 . . i l y oy 河南理工大学钢结构设计 10 由于=14.731092535805803832110/b/l./t /b oy 557 219253 104750 1754 4750 1 22 4 22 4 .) . (.) tl b. ( oy yyz 0.6624 xmin 215 n/ 2 mm 所选截面满足要求。 3 2 472 10 156.26/ 0.6624 4560 n n n mm a 填板放两块，=84.6 cm40 x i =403.03=121.2 cma 4.4. 斜杆斜杆 bb 已知 n=379.01kn 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 ox l =0.8l=0.82622=2097.6mm 屋架平面外根据支撑布置取 oy l =2622mm 选用 2 l1006，见图 7。 图 7 斜杆 bb a=2386 2 mm ， =3.10cm，=4.44cm。 x i y i n/ 2 mm 215 n/ 2 mm 3 379.01 10 160.05 2368 n a x =67.7 =350 x ox i l 103 76209 . . 河南理工大学钢结构设计 11 y =59.1=350 444 2262 . . i l y oy 所选截面满足要求。 填板放两块，=87.4cm80 x i =803.10=248cma 5.5. 再分腹杆再分腹杆 c1g =-192.89kn， =-159.01kn，=4174 mm 1 n 1c n 2 n 1g n1 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 ox l =0.8l=0.82087=1669.6mm 屋架平面外根据支撑布置取 oy l =（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396.33mm1 2 1 n n192.89 159.01 选用 2 l1006，见图 8。 图 8 再分腹杆 c1g 图 9 中竖杆 je a=2386 2 mm ， =3.10cm，=4.44cm。 x i y i x =53.9 =350 x ox i l 103 96166 . . y =99=350 444 6439 . . i l y oy 由于=25.51064395805807166010/b/l./t /b oy 8105 606439 104750 199 4750 1 22 4 22 4 .) . () tl b. ( oy yyz 0.5182 yzmin 河南理工大学钢结构设计 12 n/ 2 mm 215 n/ 2 mm 所选截面满足要求 3 192.89 10 157.64 0.5128 2386 yz n a 填板放两块，=109.9cm40 x i =403.10=124cma 6.6. 中竖杆中竖杆 je 已知 n0，0.9 335301.5cmll9 . 0 0 中间竖杆选用 2 l756 的角钢，并采用十字形截面，见图 9 a=17.6, cm, 2 cm452 0 .ix =103.6 =150 所选截面满足要求 912 5301 0 . . i l x o ox 填板放五块，=60.3cm40=402.45=98cma 0x i 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 2 表二 五、节点设计五、节点设计 用 e43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 mpa160 w f f 河南理工大学钢结构设计 13 各杆件内力由表 1 查得 1.1. 下弦节点下弦节点 b b 见图 10 图 10 下弦节点 b （1） 斜杆 bb 与节点的连接焊缝计算： n=379.01kn 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为： 肢背：，取200mm 3 2 379.01 10 3 12200 2 0.7 6 160 w lmm w l 肢尖：，取125mm 3 1 379.01 10 3 10122.8 2 0.7 5 160 w lmm w l （2） 斜杆 db 与节点的连接焊缝计算： n=314.71kn 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为 肢背：，取170mm 3 2 314.71 10 3 12168.1 2 0.7 6 160 w lmm w l 肢尖：，取110mm 3 1 314.71 10 3 10103.66 2 0.7 5 160 w lmm w l （3）竖杆 cb 与节点板连接焊缝计算：n = 42.3kn 因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm f h 焊缝长度40mm，取=60mm w l w l （4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 河南理工大学钢结构设计 14 n=631.96-250.84381.12kn，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm，所需焊缝长 度为： 肢背： ，取250mm 3 2 381.12 10 3 12201.01 2 0.7 6 160 w l w l 肢尖：，取150mm 3 1 381.12 10 3 12106.52 2 0.7 6 160 w l w l （5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制 作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图所示 2 2 . .上弦节点上弦节点 b b （1）斜杆 bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 bb 杆计算相同。 （2）斜杆 ba 与节点板连接焊缝计算，n=472.07kn。 设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为 肢背：，取200mm 3 2 472.07 10 3 20160.49 2 0.7 10 160 w l w l 肢尖： ，取150mm 3 1 472.07 10 3 117.08 2 0.7 6 160 w l w l 为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算 时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 p 与上弦垂直。上弦肢背槽焊 缝内的应力由下面计算得 ， mmhf612 2 1 2 1 节点板厚度mmhf10 上弦与节点板间焊缝长度为 440mm，承受集中力 p=42.3kn, 则 河南理工大学钢结构设计 15 mpa0.8mpa 1 42300 11.4 2 0.72 0.7 6 440 f fw p hl 156 w ff f 上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 480.11 0.24479.87kn 偏心距 e =110-25.984.1mm 设需焊缝长度为 440mm，则 479870 84.67 22 0.7 10 (44020) f ew n mpa hl 22 2 66 479870 84.1 98.05 2 0.72 0.7 10 (44020) f f w m mpa h l 2222 84.67 ()()()98.05120.13160 1.221.22 f f mpampa （4）节点板尺寸：方法同前，如图所示 节点板 b 尺寸 3 3 . .屋脊节点屋脊节点 j j （1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算： 弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够 密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分 削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。 n=851.92kn，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm，则需焊缝长度为 ，取=450mm 16 7 . 04 w ff w fh n l 3 851.92 10 16431.97 2 0.7 8 160 mm w l 拼接角钢长度取 2450+50950mm （2) 斜杆与节点板连接焊缝的计算： 河南理工大学钢结构设计 16 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm，n=101.51kn,所需焊缝长度为： 肢背：，取=70mm 0.7 101510 1264.87 2 0.7 6 160 w lmm w l 肢尖：，取焊缝长度=40mm 0.3 101510 1037.19 2 0.7 5 160 w lmm w l 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误 差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为 500mm240mm。 (3) 弦杆与节点板的连接焊缝计算： 取节点板的长度为 500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 220 mm。20102/500 上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 42300 13.730.8156.16 2 0.72 0.7 10 220 w ff fw p mpafmpa hl 上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯 矩设焊脚尺寸为 10mm。 0.15851920 0.15 41.49 22 0.7 10 220 f e w n mpa h l 22 66 0.15 851920 84.1 95.5 22 0.7 10 220 f e w m mpa h l 2222 95.5 ()()()41.4988.59160 1.221.22 f f mpampa （4）斜杆 j2 与节点板连接焊缝的计算 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm f h （5）节点板尺寸：方法同前，如图所示 河南理工大学钢结构设计 17 节点板 k 尺寸 4 4 . .下弦跨中节点下弦跨中节点 e e （1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长 度为 mm fh f l w ff w 404 16087 . 04 21510042.67 7 . 04 a ，取 w l =404+16=420mm 拼接角钢长度 2420+20=860mm （2） 弦杆与节点板连接焊缝计算： 按下弦杆内力的 15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊 缝长度为 肢背：，取 w l =90mm 0.7 771950 0.15 1272.308 2 0.7 6 160 w lmm 肢尖，取 w l =50mm 0.3 771950 0.15 1237.84 2 0.7 6 160 w lmm （3）节点板尺寸：方法同前，如图所示 河南理工大学钢结构设计 18 节点板 f 尺寸 5 5 . .端部支座节点端部支座节点 a a 图 11 支座节点 a （1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸 出肢的宽度，故可取为 160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与 节点板的高度相同，厚度同端部节点板为 14mm。 支座底板计算：支座反力 42.3 18.90.5 2 42.3 / 2420.88rkn 取加劲肋的宽度为 110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取 d=25mm， 锚栓孔直径为 60mm，则所需底板面积： 河南理工大学钢结构设计 19 22 1 420880 3.14 60 / 436496.4 12.5 c r amm f a 按构造要求取底板尺寸为 280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受 支座反力。 则承压面积： 2 65