钢结构课程设计计算书.doc

钢结构课程设计计算书一、设计资料1、屋架形式为梯形钢屋架；2、屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，混凝土标号 C25；3、车间柱网布置：长度 60m；柱距 6m；跨度 L=24m；4、屋面材料为预应力大型面板（1.5*6m，屋面板需保证与上弦3个点焊牢，故上弦平面外计 算长度为3米）5、钢材采用 Q235BF 钢，焊条为 E43型，手工焊;二、屋架尺寸及尺寸的确定(1)根据车间长度、跨度及荷载情况，在屋架上下弦设置两道横向水平支撑及垂直支撑和系杆,使屋盖成为空间刚度很大的稳定系统,中间各个屋架用系杆联系，支撑，屋架平面布置见下图1，图1：（2）屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，平坡梯形钢屋架。屋面坡度屋架计算跨度屋架端部高度取：。跨中高度：。屋架高跨比：。屋架跨中起拱取50 mm。为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为3.0m的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，左半跨如图所示，左右对称，左端部间距150mm屋架几何尺寸如图 2所示3、 支撑布置根据车间长度、屋架跨度、荷载情况、屋架上弦设置横向水平支撑及垂直支撑和系杆,使屋盖成为空间刚度很大的稳定系统,见图1。4、 荷载的计算屋面荷载标准值见表 1表1 荷载标准值荷载类型荷载名称荷载标准值永久荷载预应力大型屋面板(水平)2.61kN/m2屋架及支撑重量0.25kN/m2可变荷载坡屋面的屋面可变荷载（雪荷载）0.45kN/m2 风荷载为吸力，不考虑。 各屋架满跨与半跨内力系数见附图2。1、荷载计算 屋面荷载汇总 如表 2 所示： 表2 屋面荷载汇总荷载类型荷载名称荷载标准值永久荷载D总计2.86 kN/m2可变荷载雪荷载L0.45 kN/m22、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：（1） 组合一：全跨永久荷载全跨可变荷载。根据荷载规范，具体有以下2 种情况 所以组合一屋架上弦节点荷载为 （2） 组合二：全跨屋架及支撑自重半跨屋面板重。全跨屋架及支撑自重： 半跨屋面板重半跨屋面活荷载： 5、 内力计算本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），内力计算结果如表 3 所示。 表3屋架杆件内力组合表：杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力(kN)全跨左半跨右半跨第一种组合P第二种组合P1+ P2P1+ P2上弦AB0000000BC-11.1-7.9-3.1-405.8-247.7-112.4-405.8CD-11.1-7.9-3.1-405.8-247.7-112.4-405.8DE-16.7-11.2-5.5-610.5-353.3-192.6-610.5EF-16.7-11.2-5.5-610.5-353.3-192.6-610.5FG-18.4-11-7.3-672.7-351.5-247.2-672.7GH-18.4-11-7.3-672.7-351.5-247.2-672.7下弦ab6.14.5-1.6223140.6-31.4223bc14.4104.4526.4314.3156.4526.4cd17.811.36.4650.7358.6220.5650.7de17.38.78.7632.5284.2284.2632.5斜腹杆aB-9.7-7.1-2.6-351-222-95.1-351Bb7.352.2266.9157.478.4266.9bD-5.5-3.4-2.1-201.1-108.2-71.6-201.1Dc3.61.81.8131.658.858.8131.6cF-2.2-0.51.7-80.4-19.143-80.4Fd0.8-0.7-1.529.2-17.9-40.529.2-40.5df1.23.1-1.943.990.1-50.990.1-50.9fH1.23.1-1.943.990.1-50.990.1-50.9Gf0000000竖杆Aa-0.5-0.50-18.3-15.2-1.1-18.3Cb-1-10-36.6-30.4-2.2-36.6Ec-1-10-36.6-30.4-2.2-36.6Gd-1.5-1.50-54.8-45.7-3.4-54.8He00000006、 杆件截面计算及设计规定:桁架中的受压杆件的容许长细比为150，受拉杆件的容许长细比为350.可知腹杆最大内力为-354.6KN，查表得支座节点板厚度为12mm,中间节点板厚度为10mm.(1).上弦杆整个上弦杆的截面相同，上弦杆GF,GH都有最大内力-672.7KN，GH中节间弯矩，所以按GH杆设计。上弦杆计算长度：在屋架平面内，计算长度系数为 1.0，计算长度： ；在屋架平面外，计算长度系数为 1.0，计算长度： , 选用两个等肢角钢比较适当。节间弯矩选用等肢2L180X12，已知A=2x42.2=84.4cm.受压最大纤维的截面抵抗矩以及i=5.59cm,i=7.77cm.取a=10mm。相应的塑性系数,查表得，1.平面内稳定性验算此处节间弦杆相当于规范中两端支承的杆件，其上作用的有端弯矩和横向荷载并为异号曲率的情况，故取等效弯矩系数。上弦杆在弯矩作用平面内，节间正弯矩和支座负弯矩都是最大弯矩，所以分别用最大正弯矩和最大负弯矩进行稳定性的验算。用正弯矩：=对于这种T形截面压弯杆，还应验算截面的另一侧，即=79.70-68.39=11.31N/mmf=215N/mm用负弯矩： =95.11+64.12=159.23N/f=215 N/平面内的稳定可以得到保证。2.平面外稳定性验算已知平面外的计算长度=301.5cm，150,等边角钢的边厚比b/t=180/12=150.58/b=9.7.,由其组成的双角钢截面换算长细比为；，查表得=0.795，关于梁的整体稳定系数，现=38.6120,故在正负弯矩作用下分别取=1-0.0017=0.934 和=1-0.0005=0.981。用正弯矩： N/f=215 N/。用负弯矩：N/f=215 N/。平面外的稳定性可以得到保证。3.强度验算=147.6215强度可以得到保证。(2)下弦杆整个下弦截面不变，按最大内力所在的杆cd计算。N=650.7KN.平面内计算长度，平面外的计算长度=3m所需截面积为选用两个等肢角钢比较适当。选用2A=cm,=3.05cm, =4.52cm，a取10mm=300/3.05=98.36。=300/4.52=66.37 N/f=215 N/,满足要求。(3).腹杆计算在桁架平面内支座斜杆和支座竖杆的计算长度为l,其他腹杆为0.8l.在桁架平面外支座斜杆和支座竖杆为l,其他腹杆为L.1.端斜杆Ba有最大轴压力为-351KN,l=2128mm平面内计算长度，平面外的计算长度所需截面积为,选用两个等肢角钢比较适当。选用2L75*10A=28.2cm,=2.26cm, =3.53cm，a取12mm，支座节点板。平面内稳定：=212.8/2.26=94.2,=0.595, N/f=215 N/,满足要求平面外的稳定性：边厚比b/t=75/10=7.5.,所以满足要求。2再分式斜杆Hd,该杆是由杆df和赶杆Hf组成，因所受内力相同，所以截面形式设计为相同且在节点处不断开，设计值为90.1KN和-50.1KN.采用通长杆先按90.1KN设计：平面内计算长度，平面外的计算长度,选用两个等肢角钢比较适当。因为所需面积过小，按最小规定截面选用,查角钢规格表得：A=6.98cm,=1.38cm, =2.24cm，a取10mm强度验算：刚度验算：=201.6/1.38=152.6,=403.2/2.24=180，满足竖杆Gd最大轴压力为-54.8KN平面内计算长度，平面外的计算长度,由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半径为：查型钢表，选择截面的和较上述计算的和略大些，所以选用，其几何特性为：A=7.8cm,=1.54cm, =2.43cm，a取10mm刚度验算： ，满足。整体稳定验算：由于对x轴，y轴均属于b类截面，又有所以只需要求，查表的则：，满足。零杆根据刚度条件选择，为安装支撑，采用等肢双角钢十字形截面，由于纵向风荷载作用。支撑桁架按压杆考虑，允许长细比零杆Gf： ,选用2L454， A6.98， 零杆He： , ,选用2L504， A7.8，其余各杆件的截面设计过程不再一一列出，根据各杆的内力性质，现将计算结果分别列于表4 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力、上弦FG、GH-672.7301.5301.52L1801284.45.597.7753.938.61500.8380.795159.23170.82下弦cd650.73003002L1001038.63.054.5298.466.4350168.58腹杆aB-351212.8212.82L751028.22.263.5394.262.31500.5950.795209.2Bb266.92232232L90621.22.794.0579.955.13500.689182.8bD-201.1245.7245.72L90621.22.794.0588.160.71500.635149.4Dc131.62462462L90621.22.794.0588.260.73500.63597.8cF-80.4269.9269.92L90621.22.794.0596.766.61500.57765.7Fd29.2/-40.5270.8270.82L90621.22.794.0597.166.91500.57533.1Hf90.1/-50.9201.6403.22L4546.981.382.24152.6180350129.1fd90.1/-50.9201.6403.22L4546.981.382.24152.6180350129.1Gf0183.3183.32L4546.981.382.24132.881.8150竖杆Gd-54.81922402L5047.81.542.43124.798.81500.413170.1He0 2162702L5047.81.542.43140.388.9150 注：带*号的截面为短肢相并不等边双角钢截面，不带*号的为长肢相并不等边双角钢截面或等边双角钢截面。七、节点设计各杆件的计算内力、截面规格及形心距 y0 汇总见表 7 所示。表7 杆件信息汇总表杆件名称计算内力（kN）截面规格y0(mm)上弦 杆-672.72L1801248.9下弦杆650.72L1001030.9斜腹杆aB-3512L751022.2Bb266.92L90624.4bD-201.12L90624.4Dc131.62L90624.4cF-80.42L90624.4Fd29.2/-40.52L90624.4fH90.1/-50.92L45412.6fd90.1/-50.92L45412.6Gf02L45412.6竖杆Gd-54.82L50413.8He02L50413.8注：带*号的截面为短肢相并不等边双角钢截面，不带*号的为长肢相并不等边双角钢截面或等边双角钢截面。采用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。1 下弦节点“b”（1） 腹杆与节点的连接焊缝（a）“Bb”杆杆件轴力，截面为2L906，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为，。肢背焊缝焊脚尺寸取肢背所需焊缝长度:，取 肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度:取=75mm（b）“bD”杆杆件轴力，截面为2L906，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为，。肢背焊缝焊脚尺寸取肢背所需焊缝长度:取 肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度:取=60mm(c)“bC”杆杆件轴力，截面为2L504，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为，。肢背焊缝焊脚尺寸取肢背所需焊缝长:，取=40mm 肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度:,取=40mm（2） 节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图 4 所示，从而确定节点板尺寸为 340mm270mm。2、 上弦节点“B”（1） 腹杆与节点的连接焊缝（a）“Bb”杆 “Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。（b）“aB”杆杆件轴力，截面为2L7510，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为。肢背焊缝焊脚尺寸取肢背所需焊缝长度:，取 肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度:取=105mm(2) 根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图 5 所示，从而确定节点板尺寸为 560mm360mm。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10mm。3、 有工地拼接的下弦跨中节点“e” （1） 拼接角钢设计连接角钢取与下弦杆相同截面2L10010，焊缝长度：，取=200mm。拼接角钢长度。为了使拼接角钢与原来的角钢相紧贴，并便于施焊，需切去直角边棱，切肢（t为角钢厚度）。因切割而对拼接角钢截面的削弱考虑由节点板补偿而不计。（2）下弦杆与节点板的连接角焊缝 下弦杆与节点板连接焊缝的计算内力取和两者中的较大值，“e”节点处，下弦杆截面为2L10010，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度 取 肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度取（3）“He”杆与节点板的连接角焊缝杆件轴力，截面为2L504，节点板厚10mm，按构造要求确定焊缝尺寸。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度取 肢尖焊缝焊脚尺寸取焊缝长度取（4）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图6 所示。图中，屋架右半边运输单元上的构件必须在工地装配后才能与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。4,屋脊节点“H”“H”节点与一般上弦节点的区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。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。（1）拼接角钢的截面和长度与“e”节点类似，拼接角钢采用上弦杆同号角钢，顶部截去棱角，宽度为，垂直肢截去=25mm，见图7 所示。拼接角钢与上弦杆共有条角焊缝，都位于角钢的肢尖，承担节点两侧弦杆中较小的内力设计值。上弦杆截面为218012，焊脚尺寸取为所需的拼接角钢总长度为取。（2）腹杆与节点板的连接焊缝（a）“Hf”杆杆件轴力，截面为2L454，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为肢背焊缝焊脚尺寸取，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度 取肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度取（b）“He”杆“He”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“e”相