钢结构课程设计实例.doc

同济大学浙江学院钢结构课程设计实例 一梯形普通钢屋架课程设计实例同济大学浙江学院土木工程系TONGJI ZHEJIANG COLLEGE课程设计课程名称 钢结构课程设计 设计题目 梯形普通钢屋架设计（ 组） 系 名 称 土木工程_ _ _专 业_ 土木工程 _ _姓 名_ _ _ 学 号_ _ _ 指导教师_ _ _ _ 日 期_ _ 钢 屋 架 设 计 计 算 书一 题目：设计某车间（有吊车、无天窗、无振动设备）二 设计资料1. 车间柱网布置图（24m90m ）2. 屋架支撑与钢筋混凝土柱顶3. 屋面采用1.56m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。（屋面板不考虑作为支撑用）4. 柱距6m，厂房跨度L=24m。5. 柱网布置6. 选用钢材Q235B，焊条E43型，手工焊。图1 柱网布置图三 屋架布置及几何尺寸图2 屋架几何尺寸 屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架在24m轴线处的端部高度取H0=1990mm。跨中高度H= 3190mm。四 支撑布置屋架支撑布置见图3所示。上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑垂直支撑图3 屋架支撑布置图说明：图3中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。五 荷载计算及内力计算1、 荷载计算汇总表项次荷载名称标准值KN/m2设计值KN/m2备注1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.41.68沿屋面坡向分布2二毡三油加绿豆沙0.40.48沿屋面坡向分布3找平层（板上）0.40.48沿屋面坡向分布4找平层（板下）0.30.36沿屋面坡向分布5保温层0.70.846一毡二油隔气层0.050.067钢屋架及支撑自重0.380.46沿水平面分布8悬挂管道0.150.18恒载总和3.784.549活载1.41.96取屋面均布活载活载总和1.41.96注：非轻型屋盖不考虑风荷载的作用。永久荷载和可变荷载引起的屋架上弦节点荷载设计值：a) 使用阶段P(恒)=4.541.56=40.86 kN P(活)=1.961.56=17.64 kNb) 施工阶段P(恒)=0.461.56=4.14 kN P(活)=(1.68+1.96)1.56=32.76 kN2、 荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载（3） 全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。3、 内力计算 图4该设计采用内力系数法计算了屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数(如图4所示)，并列于表1。根据算得的节点荷载和杆力系数，利用表1进行杆件的内力计算组合并求出各杆的最不利内力，计算过程和结果如表1。 表1 杆力组合表 杆 件名 称杆内力系数内力值计算内力KN组合项目P=1使用阶段施工阶段P恒P活P活P恒P活P活在左半跨在右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨上弦杆AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00+BD-6.25-2.47-8.72-356.30-110.25-43.57-36.10-204.75-80.92-510.12+DF-9.04-4.49-13.53-552.84-159.47-79.20-56.01-296.15-147.09-791.51+FH-9.17-6.09-15.26-623.52-161.76-107.43-63.18-300.41-199.51-892.71+HI-7.38-7.38-14.71-601.05-130.18-130.18-60.90-241.77-241.77-861.42+下弦杆ac3.481.254.73193.2761.3922.0519.58114.0040.95276.71+ce8.003.5311.53471.12141.1262.2747.73262.08115.64674.51+eg9.345.3114.65598.60164.7693.6760.65305.98173.96857.03+gi8.446.7315.17619.85148.88118.7262.80276.49220.47887.45+斜腹杆aB-6.53-2.34-8.87-362.43-115.19-41.28-36.72-213.92-76.66-518.90+Bc4.762.126.88281.1283.9737.4028.48155.9469.45402.48+cD-3.14-2.03-5.44-222.28-55.39-35.81-22.52-102.87-66.50-313.48+De1.901.803.70151.1833.5231.7515.3262.2458.97216.45+eF-0.71-1.75-2.46-100.52-12.52-30.87-10.18-23.26-57.33-143.91+Fg-0.451.561.1145.35-7.9427.524.60-14.7451.1172.87-10.15+ +gH1.55-1.530.020.8227.34-26.990.0850.78-50.1250.86-50.04+Hi-2.471.39-1.08-44.13-43.5724.52-4.47-80.9245.54-87.7041.07+竖杆Aa-0.500.00-0.50-20.43-8.820.00-2.07-16.380.00-29.25+CcEeGg-1.000.00-1.00-40.86-17.640.00-4.14-32.760.00-58.50+Ii-0.970.00-1.00-40.86-17.110.00-4.14-31.780.00-57.97+图4 上弦左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数六 杆件截面设计1、 上弦杆截面计算整个上弦杆不改变截面，取上弦最大设计杆力（FH杆）计算。N =892.71kN（压力），。根据腹杆最大设计杆力，查钢结构设计手册，取中间节点板厚度t=12mm，支座节点板厚度t=14mm。因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图5所示。yyxx12图5上弦截面设，查轴心受压构件的稳定系数表需要截面积需要回转半径 根据需要的AS、 ix 、iy ，查角钢型钢表，选用2，AS= 52.800c , ix = 2.54 cm , iy = 6.88cm(节点板厚12mm)。按所选角钢进行验算，查轴心受压构件的稳定系数表，故 满足要求。验算对称轴y的稳定承载力。因，换算长细比，查轴心受压构件的稳定系数表，故 ，满足要求。垫板每节间放置一块（满足范围内不少于两块），垫板间距=150.8/2=75.4cm40i (i=4.44cm)。2、 下弦杆截面计算下弦亦不改变截面，采用最大设计杆力(gi杆)计算，N=887.45kN（拉力），需要的净截面面积为12xxyy图6 下弦截面选用2（短肢相连），, (节点板厚12mm)。验算：在节点设计时，将位于de杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，且使栓孔中心到节点板端边缘距离不小于100mm，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（）：满足要求。垫板每节间放一块，=150cm80i (i=4.47cm)。3、 端斜杆截面计算选取aB杆，N =518.90kN（压力）, ， 设，查轴心受压构件的稳定系数表需要截面积 回转半径xxyy12，选用长肢相并，查型钢表，选用2， ， ，图7 端斜杆截面验算： 因，换算长细比查轴心受压构件的稳定系数表，故满足要求。垫板每节间放置两块，=253.5/3cm=84.5 cm 40i (i=2.59cm)。4、 斜腹杆截面计算a) Bc杆N=402.48KN(拉力)， ，需要的净截面积 选用2（等肢相并）， ， ，yyxx12图8 斜腹杆截面验算： 满足要求垫板每节间放置一块，=260.8/2cm=130.4cm 80i (i=2.14cm)。b) gH杆情况一：N=50.86KN（拉力） 情况二：N =50.04kN（压力）按受压杆设计时， 设，查轴心受压构件的稳定系数表 需要截面积 回转半径 ， 选用2（等肢相并）， ， 压杆验算： 因，换算长细 比 查轴心受压构件的稳定系数表，故满足要求。 拉杆验算： 满足要求垫板每节间放置三块，=339.6/4cm=84.9cm 40i (i=2.33cm)。5、 竖杆a) Aa杆N=-29.25 kN（压力）， 设，查轴心受压构件的稳定系数表需要截面积 回转半径 ，选用2（等肢相并）， ，yyxx12图9 竖杆截面验算： 因，换算长细比 查轴心受压构件的稳定系，故满足要求。垫板每节间放置三块，=199/4cm=49.8 cm 40i (i=1.55cm)。b) Gg杆N=-58.50 kN（压力）, ，。设，查轴心受压构件的稳定系数表需要截面积 回转半径 ，选用2（等肢相并）， ，验算： 因，换算长细 比 查轴心受压构件的稳定系数表，故满足要求。垫板每节间放置三块，=231.2/4cm=57.8 cm As，满足要求。底板承受的实际均布反力节点板和加筋肋将底板分层四块相同的两相邻边支承板，它们的对角线长度a1及内角顶点到对角线的距离b1分别为，b1/a1=0.5，由此查表得=0.058，两相邻边支承板单位板宽的最大弯矩为所需底板厚度为（取t=21mm）实取底板尺寸为 28028021。 加筋肋与节点板的焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由图14量得焊缝长度为525mm，计算长度lw= 525-12-15=498（mm）(设焊脚尺寸hf=6mm)，每块加劲肋近似地按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e=（140-10-15）/2+15=72.5（mm）。则焊缝所受剪力V及弯矩M为 焊缝强度验算满足要求。 加筋肋和节点板与底板的焊缝计算上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为（图14）（设hf=8mm）所需焊脚尺寸为hf尚应满足角焊缝的构造要求：hf,min= =6.9(mm)，hf,min=1.2t=1.212=14.4（mm），实取hf=8mm。其他节点构造详见施工图 图14 支座节点“a”7. 节点板计算 节点板在受压腹杆的