钢结构课程设计3.doc

钢结构课程设计目 录第一章 设计任务11.1设计资料11.2屋架形势、尺寸、材料选择及支撑布置1第二章 荷载计算及组合12.1 荷载计算12.2 荷载组合3第三章 内力计算及杆件设计 43.1 内力计算43.2 杆件设计4第四章 节点设计及支座设计 74.1 节点设计74.2支座节点设计10参考文献 13 第一章 设计任务1.1 设计目的为了使学生更好地掌握钢结构的基本理论与设计方法，同时更好地锻炼学生综合运用已经学过的专业基础知识解决工程实际问题的能力。1.2 设计资料 1 该车间为无悬挂式起重机、无天窗、无振动。 2 钢屋架支承在钢筋混凝土柱顶，钢材采用q235，混凝土等级为c25。 3 屋面采用1.5m6.0m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面不作支撑用）。 4 车间长度为120m，柱距为6m，屋架的排水坡度为i=1:20。车间跨度为26m，端距为2.0m。 第二章 荷载汇集及组合2.1 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 本设计为无檩屋盖方案，i=1:20，采用平坡梯形屋架，屋架计算跨度l0=26000-300=25700mm，端部高度取h0=2000mm，中部高度h=2650mm,钢材采用q235，焊条采用e43手工焊。杆件的尺寸见图2.1。 图2.1 车间杆件几何长度（单位mm）2.2荷载和内力计算 1.荷载计算 永久荷载：二毡三油防水层 0.35 kn/m2 找平层（2cm厚） 0.40 kn/m2保温层（1） 0.5 kn/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板 1.40 kn/m2 物价的支撑自重 0.12+0.011l=0.12+0.01126=0.406kn/m2 恒荷载总合 3.256 kn/m2可变荷载：活荷载 0.5 kn/m2积灰荷载 0.6 kn/m2可变荷载总合 1.10kn/m2屋面坡度不大，对荷载影响小，不予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。 2 荷载组合 一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载。本设计在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全垮满载时杆件内力。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合fd=（1.23.256+1.40.5+1.40.90.6）1.56=48.27kn其中，永久荷载的荷载分项系数为1.2； 屋面活荷载的荷载分项系数为1.4； 组合系数为0.6；按永久荷载效应控制的组合 fd=（1.353.256+1.40.50.6+1.40.90.6）1.56=50.77 kn其中，永久荷载的荷载分项系数为1.35；屋面活荷载的荷载分项系数为1.4；故节点荷载取为50.77kn。支座反力为rd=9fd=950.77=456.93 kn 第三章 内力计算及杆件设计3.1 内力计算 用内力系数法可解出全跨荷载作用下屋架杆件的内力。见图3.1 图3.1 屋架内力3.2 杆件设计 腹杆最大内力为480.33kn，查表选用中间节点板厚度为t=10mm，支座节点板厚度为t=12mm。 1、上弦杆 整个上弦不改变截面，按最大内力计算： =-1119.58kn lox=150.2cm loy=300.0cm 选用214012 a=65.0 ix=4.31cm iy=6.16cm x=35 y=48.7 =0.862（b类） 双角钢t型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭曲计算长细比yz =11.6y 故由 =56 查表 =0.833 =206.8 填板每个节间放一块la=150.22cm=75.1cm40i=404.31=172.4cm 2 下弦杆 下弦也不改变截面，按最大内力计算。 =1103.44kn lox=300cm loy=1300cm 连接支撑的螺栓孔中心直接点板边缘的距离为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。 选用218011010（短肢相并） a=56.8 ix=3.13cm iy=8.63cm 填板每个节间放一块 la=150cm80i=805.8=464cm 3 斜腹杆 杆件b-a：n=-480.33kn lox= loy=222.2cm 选用21409010（长肢相连） a=44.6 ix=4.47cm iy=3.66cm =9/1.0=9 loy=故yz=y（1+1.09b4/ loy2t2）=61（1+由于yzy故由yz按b类查附表得=0.768=填板放两块，la=74.01cm40i=402.59=103.6cm 竖杆b-b：n=-455kn =0.8=170cm =212.5cm选用2807 a=21.72 ix=2.46cm iy=3.67cm x=69.1 y=57.9.7 杆件g-d：n=-50.77kn 内力较小可按选择截面 ix= lox /=194/150=1.29cm iy= loy/=242.5/150=1.62cm选用2505 a=9.6cm2 ix=1.53 cm iy=2.45cm 填板三块la=242.5/4=60.63 cm40i=61.2 cm 其余杆件截面选择见表3.1 需要注意的是连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，腹杆除a-a，b-a外lox=0.8l. 表3.1 屋架杆件截面选用表杆件名称杆件号内力设计值（kn）计算长度(m)所选截面截面积计算应力杆件端部角钢焊缝(mm)填板数loxloy上弦杆j-i-1119.581.5023.00021401265206.81下弦杆d-e1033.443.013.021801101056.8194.31腹杆a-a-25.3852.0002.000263512.338.42b-a-480.332.2202.2202140901044.60140.2310-200 ,6-1802b-b4452.1062.663280621.2209.58-180 6-1203c-b -50.771.7002.12525059.60119.23d-b-373.772.1202.6502100623.8214.68-140 6-1002d-c291.122.1202.650270513.71205.46-120 8-1102e-c -50.771.8202.27525059.60144.1 3f-c-225.222.2122.765290621.21628-140 6-1003f-d153.532.2122.7652505 9.6141.7 2g-d -50.771942.4252505 9.6 169.3 3h-d -91.572.3062.882270513.74 140.14h-e -28.742.3062.8822635 12.3 71.2 4i-e -50.772.062.575263512.3 159.8 6-80 5-802第四章 节点设计及支座设计 4.1节点设计 1 下弦节点b 先算腹杆与节点的连接焊缝；b-b杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf1=8mm,hf2=6mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）； 肢背： 取190 mm 肢尖： 取130 mm d-b杆：肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf1=8mm, hf2=6mm 肢背： 取160 mm肢尖： 取110 mm c-b杆内力较小，焊缝按构造选用。 图4.1 下弦节点“b” 其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸。量得实际节点板长度是44.5cm，角焊缝计算长度 =44.5-1.2=43.3 cm (采用hf=6mm) 肢背焊缝应力为： 2 上弦节点b 杆件b-a =8mm =6mm所需焊缝长度： 取200mm 取140mm节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝。承受节点荷载q=50.77kn =5mm 肢尖焊缝承受弦杆内力差 =474.50kn 偏心距 e=14-2.5=11.5cm 偏心力矩 m=e=474.511.5=54.57knm 采用=10mm 对： 对m: 则焊缝强度为： 图4.2 上弦节点“b” 3 屋脊节点g（只进行拼接计算） 拼接角钢采用与上弦杆相同截面214012,竖肢需切去=t+hf+5mm=10+8+5=23mm 取30mm。并按上弦坡度热弯，拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设） 共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝的实际长度 拼接角钢总长度： 取拼接角钢长度为500mm图4.3 屋脊节点“h”4.2 支座设计 1 支座节点a 图4.4 支座节点 底板计算 支反力=457kn，混凝土强度c25，=11.5 n/mm2 所需底板毛面积 锚拴直径取d=25mm锚拴孔直径为d=50mm，则所需底板毛面积： 按构造要求采用底版面积为ab=2828=784 ，垫板采用-10010020，孔径为26mm。 实际净面积: =784-245-=724.4 底板实际应力： = cm 查表得 则：=0.0566.311892=12622n/mm 所需底板厚度： 用t=20mm 底板尺寸为-280