钢结构课程设计计算书.doc

1、某厂房总长度90m，跨度18m，纵向柱距6m，厂房内桥式吊车为两台150/30t中级工作制，锻锤为2台5t。地区计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，采用1.5m6m预应力混凝土屋面板（考虑屋面板起系杆作用），钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10（L为屋架跨度），屋架下弦标高为18m，钢材用Q235钢，焊条为E43型。2、 荷载及内力计算（1） 屋架计算跨度 L=300=（18000300）mm=17700mm屋架高跨比h/L=2890/17700=1/6.12，符合经济高度要求。（2） 支撑布置 根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。考虑到柱网的布置情况，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦设置刚性细杆保证安装时上弦的稳定，下弦设置刚性细杆以传递山墙风荷载。在设有横向水平支撑柱间的屋架跨中及两端设三道竖向支撑。（3） 荷载计算 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.41.2=0.48 KN/水泥砂浆找平层 0.41.2=0.48 KN/保温层 0.71.2=0.84 KN/一毡二油隔气层 0.051.2=0.06 KN/水泥砂浆找平层 0.3 1.2=0.36 KN/预应力混凝土屋面板 1.451.2= 1.74KN/屋架和支撑自重 (0.120.011L)1.2=(0.120.01118)1.2=0.382 KN/恒荷载总和 4.342 KN/活荷载（或雪荷载） 0.71.4=0. 98 KN/积灰荷载 1.31.4= 1.82KN/可变荷载总和 2.8 KN/屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不予考虑。(4) 荷载组合屋架设计时，应考虑以下三种荷载组合：使用阶段：全跨永久荷载全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：F1=（4.3422.8）1.56KN=64.278KN全跨永久荷载半跨可变荷载F2=4.3421.56KN=39.078KN F2=2.81.56KN=25.2KN施工阶段：全跨屋架和支撑自重半跨屋面板重半跨屋面活荷F3=0.3821.56KN=3.438KNF3=(1.742.8)1.56KN=40.86KN(5)内力计算本题采用图解法计算内力。应用图解法求的单位荷载作用于全跨及半跨各节点的各干内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出荷载组合下的杆件内力，取其中不利内力正、负最大值作为设计屋架的依据。具体计算如表1。 表1 屋架杆件内力组合3. 杆件设计腹杆最大内力417.9KN，查表7.4，选用中间节点板厚度取10mm，支座节点的节点板厚度取12mm.(1) 上弦杆 整个上弦杆采用等截面，最不利内力N=585.1KN。上弦杆计算长度在屋架平 面内为节间轴线长度ox =150.8cm；屋架平面外,0y =300cm(取两块屋面板宽度) ，截面选用两个不等肢角钢短肢相拼。2 1258010，A=39.42 ，X =2.26，y = 6.11，截面验算如下：构件长细比 x =Lox /x =150.8/2.26=66.7=150 y=Loy/y=300/6.11=49.1因为b1/t=125/10=12.50.56Loy/b1=0.56300/12.5=13.44故 杆件名称杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载N=P全跨永久荷载+半跨可变荷载N=+或全跨屋架和支撑自重半跨屋面板重半跨屋面活荷N=+或计算内力P=1在左半跨在右半跨全跨上弦杆AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000BC4.3711.8506.221399.9353.3 200.0399.9CD4.3711.8506.221399.9353.3200399.9DE5.6363.3578.993578.1493.456261.20578.1EF5.6363.3578.993578.1493.456261.20578.1FG4.5514.5519.102585.1470.373217.25585.1下弦杆ac2.5370.9333.470223.04199.53115.59223.04ce5.3252.6377.962511.8434.78244.95511.8eg5.3123.9679.279596.4496.47248.95596.4斜腹杆aB4.7541.7486.502417.94373.89216.6417.9Bc3.1581.5814.739304.6264.77145.33304.6cD1.8621.5203.382217.4179.0887.71217.4De0.5401.3441.884121.1107.2461.39121.1eF0.6151.3050.69044.459.8555.6955.69Fg1.6321.1700.46229.759.1868.2768.27竖杆aA0.5000.0000.50032.1432.1422.1532.14cC1.0000.0001.00064.364.344.364.3Ee1.0000.0001.00064.364.344.364.3Gg0.4060.4060.81252.2 41.9619.3852.2 yz y。查附表4.2x=0.771.N/A=585.1103/0.77139.4102=192.6N/2=215N/2填板每个节间放一块，La=75.4cm40=3.9840=159.2(2) 下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的eg杆计算：N=596.4KN,ox =300cm，,L0y =885cm，选用2125808,A=32.02 ，X =2.29，y =6.07。截面验算如下：构件长细比 x =Lox /x =300/2.29=131 y=Loy/y=885/6.07=145.8=350 N/A=596.4103/32102=186.4N/2=215N/2填板每个节间放一块，La=150cm80=804.01=320.8(3)斜腹杆 斜腹杆的最不利内力为杆aB受内力N=417.9KN，计算长度ox=0y=253.0采用不等肢角钢，长肢相并，选用21008010,A=34.42 ，X =3.12，y =3.53。截面验算如下：构件长细比 x =Lox /x =253/3.12=81.1=150 y=Loy/y=253/3.53=71.7因为b2/t=80/10=80.48Loy/b2=0.48253/8=15.2.故 yz=y（11.09b24/Loy2t2）=71.7（11.0984/2532 12）=76.7查附表4.2得y=0.677.N/A=417.9103/0.67734.4102=179.4N/2=215N/2填板放两块La=84cm40=2.3540=94(4) 竖杆 竖杆Ee的最不利内力N=64.3KN，ox =0.8=0.8259=207.2cm，0y =259cm选用2565,A=10.842 ，X =1.72，y =2.69。截面验算如下：构件长细比 x =ox /x =207.2/1.72=120.5=150 y=oy/y=259/2.69=96.3因为b/t=56/5=11.20.58oy/b=0.58259/5.6=26.8.故： yz=y（10.475b4/oy2t2）=96.3（10.4755.64/25920.52）=99.0查附表4.2得y=0.435N/A=64.3103/0.43510.84102=136.4N/2=215N/2填板放三块，a=51.7cm，略大于40=1.7240=68.8，但实际节点宽度较大，故仍够用。其余杆件截面选择见表2。需要注意的是连接垂直支持的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度，0=0.9，其他腹杆除aA、aB外，ox =0.8。 表2 屋架杆件截面选用表杆件名称内力设计值（KN）计算长度（m）所用截面截面积A（2）计算应力（N/2容许长细比填板数oxoy上弦杆FG585.11.5083.02125801039.4192.6150每节间1下弦杆eg596.43.08.85212580832.0186.4350每节间1斜腹杆aB417.92.532.532100801034.4179.41502Bc304.62.072.613270616.32186.63502cD217.42.2912.864275823.0170.91502De121.12.2912.864250611.38106.43502eF55.692.4963.124256510.84157.61503Fg68.272.4963.124256510.84193.21503竖杆aA32.141.991.99256510.8464.51502cC64.31.8242.28256510.84114.71502Ee64.32.0722.59256510.84136.41502Gg52.22.3122.601256510.8448.235034、 节点设计（1） 下弦节点c（如图1） 节点板的平面尺寸应由与其所连接杆件的角焊缝长度确定。1） Bc杆所需的焊缝长度取hf=5mm，则：肢背：w1=a1N/20.7hffw2hf=0.7304.6103/20.7516010=200.4mm,取210mm；肢尖：w2=a2N/20.7hffw2hf=0.3304.6103/20.7516010=91.6mm，取100mm。2） Cc杆所需的焊缝长度取hf=5mm，则：肢背：w1=a1N/20.7hffw2hf=0.764.3103/20.7516010=50.2mm,取60mm；肢尖：w2=a2N/20.7hffw2hf=0.364.3103/20.7516010=27.2mm，取60mm。3) cD杆所需的焊缝长度取hf=5mm，则：肢背：w1=a1N/20.7hffw2hf=0.7217.4103/20.7516010=145.9mm,取150mm；肢尖：w2=a2N/20.7hffw2hf=0.3217.4103/20.7516010=68.2mm，取70mm。4） 节点板与弦杆的连接焊缝。节点板与弦杆的连接焊缝，设计内力取节点两侧弦杆内力差N，满足构造要求取hf=5mm，则：N=NceNac=511.8223.04=288.76KN.由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸为：_260450，角焊缝计算长度w=45-1=44cm，采用hf=5mm，肢背焊缝应力为 =0.7288.76103/20.75440=65.6N/2fw=160N/2(2) 上弦节点B（如图2）1）aB杆所需的焊缝长度 满足构造取焊脚尺寸hf=7mm，则:肢背：w1=a1N/20.7hffw2hf=0.65417.9103/20.7716014=187.2mm,取190mm；肢尖：w2=a2N/20.7hffw2hf=0.35417.9103/20.7716014=107.3mm，取110mm。Bc杆所需焊缝长度同前。由aB杆和Bc杆的焊缝长度要求可确定节点板尺寸为：_2804002) 弦杆与节点板连接焊缝验算。为便于安放大型屋面板，上弦节点内缩7mm，做塞焊缝，此时hf=t/2=10/2=5mm，承受集中力F=64.3KN，则所需的塞焊缝长度为w1=w2=40-1=39cm =64.3103/20.75390=23.6N/231941.5mm2,锚栓垫板取-909018，孔径为24mm。垫板实际的基地反力为：An=AAn=78400230503.14502/4=73437.5mm2q=R/An=385.8103/73437.5=5.25N/2b1=a1/2=95mm 由于b1/a1=0.5，查表4.8的=0.056，则:M=qa12=10557.6Nmm所需的底板厚度：满足构造，取t=20mm，底板尺寸_280280203） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板连接焊缝承受的内力为V=R/4=385.8/4=96.4