钢结构课程设计-钢屋架计算书.docx

土木与交通学院2010级房建2班 陈伟柱钢结构课程设计钢屋架计算书全套图纸加扣3012250582 姓名学号院系土木与交通学院专业和班级10级土木工程2班指导老师目录1、选择刚才和焊材 22、合理布置支撑体系 23、屋架荷载及内力计算 43.1荷载计算 43.1.1永久荷载标准值 43.1.2可变荷载标准值 43.2内力计算 54、杆件截面选择和验算 64.1上弦杆 64.2下弦杆 74.3腹杆等其余杆件 75、节点设计 95.1下弦普通节点 95.2上弦普通节点 125.3下弦拼接节点 155.3.1拼接角钢与下弦杆的连接焊缝计算 155.3.2下弦杆与节点板的连接焊缝计算 155.4屋脊节点 165.4.1拼接角钢与弦杆的连接焊缝计算 165.4.2上弦杆与节点板的焊缝计算 165.5支座节点 165.5.1支座节点板计算 165.6填板数量计算191、选择刚才和焊材根据广东地区结构的工作环境温度（0度）与荷载性质（静载），按设计规范要求，屋架钢材选取Q235BZ，要求保证含碳量。焊材选取E43，手工焊。2、合理布置支撑体系 屋盖体系采用无檩体系，屋面采用1.5mX6m预应力混凝土屋面板，选用题型屋架。屋架计算跨度： 屋架端部高度： 跨中高度： 屋架高跨比： 为了使屋架节点受荷，配合屋面板1.5m宽，腹杆体系全部采用下弦节间为3m的人字形式。由于屋架跨度为24m，屋架跨中不考虑起拱。参考梯形钢屋架 （05G511），几何尺寸如下图所示： 图2-1 屋架杆件的几何长度根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑，因车间两端为山墙，故横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上平面设置刚性系杆保证端屋架上弦和横向支撑牢固相连，下柱间设置刚性系杆保证山墙的风荷载有效传递；考虑到混凝土屋面板的面内刚度较大，也可起到刚性系杆的作用，故第一柱间上、下弦刚性系杆间距可适当放大。在设置横向水平支撑的同一柱间，设置竖向支撑三道，分别设在屋架的两端和跨中。屋脊节点及屋架支座处沿厂房设置通长刚性系杆，屋架下弦跨中设一道通长柔性系杆（不包括两端）。屋盖支撑布置如下图所示。 图2-2屋架上弦横向水平支撑布置 图2-3屋架下弦水平支撑布置 图2-4屋盖支撑布置图3、屋架荷载及内力计算3.1荷载计算3.1.1永久荷载标准值三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m220厚水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2120厚加气混凝土保温层 0.72 kN/m2一毡二油隔气层 0.05 kN/m2预应力混凝土大屋面板 1.45 kN/m2屋架及支撑自重 0.12+0.011x24=0.38 kN/m2永久荷载总标准值 3.4kN/m23.1.2可变荷载标准值 屋面活荷载（使用时） 0.35 kN/m2 屋面活荷载（施工中） 0.70 kN/m2计算屋架时应考虑下列三种荷载组合情况：全跨永久荷载+全跨可变荷载由恒载控制时：节点荷载 由活载控制时： 由恒载控制更不利。全跨永久荷载+（左）半跨可变荷载 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（施工铺屋面板时）由恒载控制时： 由活载控制时： 3.2内力计算用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数 和 ，二者相加得到全跨单位节点荷载作用下内力系数 ，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。屋架各杆件内力见下表。 表3-1 杆件内力组合名称杆件编号内力系数（P=1）组合1组合2组合3内力设计值（kN)拉力为正，压力为负左半跨右半跨全跨全跨（恒+活）全跨恒+半跨活全跨支撑、屋架+半跨屋面板+半跨施工活载恒载控制活载控制上弦AB00000000BD-6.27-2.48-8.75-388.41-383.23-189.51-189.28-388.41DF-9.14-4.54-13.68-607.57-597.15-280.76-279.95-607.57FH-9.23-6.12-15.35-681.45-666.16-290.37-288.75-681.45HI-7.38-7.38-14.76-655.52-635.59-243.83-241.24-655.52下弦ab+3.47+1.24+4.71+209.17+206.71+104.29+104.24+209.17bc+8.09+3.57+11.66+517.70+509.88+246.40+245.92+517.70cd+9.44+5.36+14.81+657.34+644.49+293.00+291.82+657.34de+8.43+6.73+15.16+673.19+655.71+270.67+268.60+673.19 续上表斜腹杆aB-6.52-2.34-8.86-393.21-388.58-196.05-195.94-393.21bB+4.85+2.15+6.99+310.53+305.82+147.62+147.33+310.53bD-3.50-2.07-5.58-247.57-242.55-109.10-108.62-247.57cD+1.91+1.80+3.71+164.53+159.71+62.45+61.84+164.53cF-0.71-1.75-2.45-108.94-103.81-28.15-27.36-108.94dF-0.56+1.49+0.93+41.16+36.31-9.11-9.98-41.16dH+1.66-1.45+0.21+9.32+14.50+40.56+41.60+41.60eH-2.46+1.40-1.06-47.06-52.37-63.32-64.47-64.47竖腹杆aA-0.500-0.50-22.20-22.40-14.21-14.29-22.40bC-1.000-1.00-44.40-44.80-28.41-28.58-44.80cE-1.000-1.00-44.40-44.80-28.41-28.58-44.80dG-1.000-1.00-44.40-44.80-28.41-28.58-44.80eI+0.95+0.95+1.90+84.27+81.71+31.35+31.01+84.274、杆件截面选择和验算4.1上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算。截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。平面内计算长度取图2-1中的几何长度，平面外计算长度取为两块屋面板宽。根据腹杆最大内力，查钢结构设计表2-5取节点板t=10mm，支座节点板厚t=12mm。上弦杆受压，由稳定控制。假定=60，截面类型为b类，查得=0.807。 选用2L140x90x10短肢相并，则A=4452.2mm2，ix=25.6mm，iy=67.7mm。验算： 查表得 ,则 4.2下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力 计算， ， 。由于下弦杆受拉，所以由强度控制，同时需要满足刚度要求=350。由于没有侧向支撑，下弦杆平面外计算长度取为跨度的一半。所需面积： 选用2L140x90x8短肢相并，A=3607.7mm2，ix=25.9mm，iy=67.3mm。 4.3腹杆等其余杆件竖腹杆均为压杆，斜腹杆有拉有压。其中有可能受拉也有可能受压的杆件，容许长细比按压杆计，即=150。计算双角钢压杆的平面外稳定时（即绕对称轴Y轴失稳），查稳定系数y采用换算长细比yz，计算公式详见钢结构设计公式（2-12）（2-19）。屋架弦杆和单系腹杆的计算长度按钢结构设计表2-3计算。由于节点g两端的斜腹杆均受拉，且在节点板处连续不中断，其平面外计算长度取为每端斜腹杆几何尺寸的2倍。腹杆各杆件计算过程详见下表。 表4-1 屋架杆件截面选择（节点板厚 ）杆件内力设计值N (kN)几何长度l (mm)计算长度(mm)截面形式及规格截面面积A回转半径(mm)长细比稳定系数应力设计值（N/ mm2）l0xl0y(mm2)ixiy 斜腹杆aB-393.212538253825382L110x8/3447.83448.975 52 79 0.7260.641+177.92bB+310.532621209726212L80x6/1879.424.736.585 72 /+165.23bD-247.572870229628702L90x6/2127.427.940.582 71 84 0.6750.661+176.06cD+164.532870229628702L50x5/960.620.924.5110 117 /+171.28cF-108.943127250231272L63x5/1228.626.129.696 106 111 0.5810.487+182.07dF-41.163127250231272L50x5/960.620.924.5120 128 130 0.4370.387+110.72dH+41.603391271333912L40x5/758.316.820.6161 165 /+54.85eH-64.473391271333912L50x5/960.620.924.5130 138 141 0.3870.341+196.80竖腹杆aA-22.402000200020002L50x5/960.620.924.596 82 86 0.5810.648+40.14bC-44.8022981838.422982L50x5/960.620.924.588 94 98 0.6350.568+82.11cE-44.8025262020.825262L50x5/960.620.924.597 103 107 0.5750.511+91.27dG-44.8028932314.428932L50x5/960.620.924.5111 118 121 0.4870.432+107.96eI+84.273190l0=28712L50x5十字960.6imin=19.2150 /5、节点设计5.1下弦普通节点下弦普通节点的节点板尺寸主要由腹杆的最大内力确定。先由腹杆的最大内力确定所需焊缝长。双角钢焊缝计算公式：角钢肢背：角钢肢尖：内力分配系数k1、k2取法：不等边角钢长边相连 0.65 0.35等边角钢 0.70 0.30不等边角钢短边相连 0.75 0.35角焊缝（手工焊）需要满足的构造要求：最小焊脚尺寸： ，其中tmax为较厚板件的厚度。最大焊脚尺寸：非板边：hfmax1.2tmin ，其中tmin为较薄焊件厚度。板 边：当t16mm时，hfmaxt1当t16mm时，hfmaxt1-（12）（mm）其中t1为板件厚度。最小计算长度：同时满足lw8hf和lw40mm。得到焊缝长度后，接着按比例绘制出节点板形状，量出尺寸，然后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。此连接焊缝承受下弦相邻节间弦杆的内力差N=N1-N2，按节点板满焊，验算焊缝的应力是否小于焊缝强度。计算结果见下表，计算过程不再一一列出。表5-1 下弦普通节点焊缝长度计算节点板杆件内力设计值（kN）hf1（mm）lw1（mm）hf2（mm）lw2（mm）肢背焊缝长度肢尖焊缝长度lw1+2hf1验算构造要求选取lw2+2hf2验算构造要求选取bbB310.53 6162 583 174 60 180 93 50 100bC-44.8623 512 35 60 6022 50 50bD-247.57 6129 566 141 60 15076 50 90ccD164.53 5103 544 113 50 140 54 50 70cE-44.8528 512 38 50 5022 50 50cF-108.94 568 529 78 50 8039 50 50ddF-41.16 526 511 36 50 50 21 50 50dG-44.8528 512 38 50 5022 50 50dH41.60 526 511 36 50 5021 50 50表5-2 下弦节点板处弦杆内力差作用下肢背应力验算节点板bcdhf（mm)666lw（mm）400370300组合1N1（kN)517.70 517.70 657.34 N2（kN)657.34 657.34 673.19 N（kN)139.64 139.64 15.85 f（N/mm2）35 26 5 组合2N1（kN)509.88 509.88 644.49 N2（kN)644.49 644.49 655.71 N（kN)134.61 134.61 11.22 f（N/mm2）67 50 7 组合3恒载控制246.4017104.29 246.4017293.00 293.0005246.40 293.0005270.67 46.60 142.11 46.60 22.33 23 65 17 14 活载控制245.92 104.24 245.92 291.82 291.82 245.92 291.82 268.60 45.89 141.69 45.89 23.21 23 65 17 145.2上弦普通节点上弦普通节点计算过程与下弦普通节点类似，确定好节点板尺寸后，也需要验算上弦杆与节点板的连接焊缝，塞焊缝和肢尖焊缝按节点板大小满焊，假设塞焊缝只承受集中荷载的作用，角钢肢尖与节点板的连接焊缝承受N及其产生的偏心力矩M=Ne（e为角钢肢尖至弦杆轴线的距离），肢尖焊缝验算公式如下：fN=N20.7hflwfM=6M20.7hflw2(fM1.22)2+(fN)2ffw 计算过程及结果详见下表。表5-3上弦普通节点焊缝长度计算节点板杆件内力设计值（kN）hf1（mm）lw1（mm）hf2（mm）lw2（mm）肢背焊缝长度肢尖焊缝长度lw1+2hf1验算构造要求选取lw2+2hf2验算构造要求选取BBa-393.21 8219 7251 235 80 240 265 70 270Bb310.53 6231 6231 243 60 250243 60 250DDb-247.57 7158 6184 172 70 180196 60 200Dc164.53 6122 5147 134 60 150 157 50 160FFc-108.94 681 597 93 60 100107 50 110Fd-41.16 631 537 43 60 6047 50 50HHd41.60 631 537 43 60 60 47 50 50He-64.466022648 558 60 60 7068 50 70表5-4 上弦与竖杆相交的节点板焊缝长度计算节点板杆件内力设计值（kN）hf1（mm）lw1（mm）hf2（mm）lw2（mm）肢背焊缝长度肢尖焊缝长度lw1+2hf1验算构造要求选取lw2+2hf2验算构造要求选取AAa-22.40 514 56 24 505016 5050CCb-44.80 528 512 38 505022 5050EEc-44.80 528 512 38 506022 5050GGd-44.80 528 512 38 505022 5050IIe84.27 553 523 63 507033 5050表5-5 上弦节点板处弦杆内力差作用下肢尖角焊缝应力验算节点板BDFHhf（mm)8666lw（mm）380310270220e（mm）68.868.868.868.8组合1N1（kN)0.00 -388.41 -607.57 -681.45 N2（kN)-388.41 -607.57 -681.45 -655.52 N（kN)388.41 219.16 73.88 25.93 f（N/mm2）95 88 34 15 M=Ne（kNm）26.72 15.08 5.08 1.78 （N/mm2）108 121 55 29 折算应力（N/mm2）130 132 56 28 组合2N1（kN)0.00 -383.23 -597.15 -666.16 N2（kN)-383.23 -597.15 -666.16 -635.59 N（kN)383.23 213.93 69.01 30.57 f（N/mm2）94 85 32 17 M=Ne（kNm）26 15 5 2 （N/mm2）107 118 51 35 折算应力（N/mm2）128 129 53 33 组合3恒载控制N1（kN)0.00 -189.51 -280.76 -290.37 N2（kN)-189.51 -280.76 -290.37 -243.83 N（kN)189.51 91.25 9.61 46.54 f（N/mm2）46 36 4 27 M=Ne（kNm）13 6 1 3 （N/mm2）53 50 7 53 折算应力（N/mm2）63 55 7 51 续上表组合3活载控制N1（kN)0.00 -189.28 -279.95 -288.75 N2（kN)-189.28 -279.95 -288.75 -241.24 N（kN)189.28 90.67 8.81 47.51 f（N/mm2）46 36 4 27 M=Ne（kNm）13 6 1 3 （N/mm2）53 50 7 54 折算应力（N/mm2）63 55 7 525.3下弦拼接节点5.3.1拼接角钢与下弦杆的连接焊缝计算拼接角钢采用L140x90x8，被连接弦杆的最大内力为N=673.19kN，假定平均分配给两个角钢四条焊缝，则两弦杆端间一侧所需焊缝计算长度： 焊缝实际长度为： ，取210mm。拼接角钢所需长度为： 式中b为两弦杆端间空隙。竖肢需切去 ，取 5.3.2下弦杆与节点板的连接焊缝计算由于拼接节点两侧弦杆的内力差为0，故按考虑拼接角钢削弱部分由节点板补偿计算，下弦杆肢背与节点板的练级焊缝计算长度：取 。肢尖焊缝长度取与肢背焊缝等长度。5.4屋脊节点5.4.1拼接角钢与弦杆的连接焊缝计算拼接角钢采用L140x90x10，被连接弦杆的最大内力为N=681.45kN，假定平均分配给两个角钢四条焊缝，则两弦杆端间一侧所需焊缝计算长度： 焊缝实际长度为： ，取 。拼接角钢所需长度为： 竖肢需切去： ，取 ，并按上弦坡度热弯。5.4.2上弦杆与节点板的焊缝计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝承受接头两侧弦杆的竖向分力与节点荷载P的合力，肢背两条塞焊缝（相当于四条角焊缝），肢尖四条角焊缝，连接焊缝共八条，每条焊缝长度： 取。5.5支座节点5.5.1支座节点板计算节点板“a”的厚度取t=15mm，大小与下弦杆和斜腹杆aB所需焊缝长度有关。该节点板需要承受斜腹杆和下弦杆传来的力，焊缝长度计算见下表。表5-6 支座节点焊缝长度计算节点板a杆件aBab内力设计值（kN）-393.21209.17hf1（mm）86lw1（mm）154109hf2（mm）66lw2（mm）8847肢背焊缝长度lw1+2hf1170121验算构造要求8060选取220 满焊肢尖焊缝长度lw2+2hf2100 59验算构造要求6060选取130满焊5.5.1.1支座底板计算支座反力： 支座底板按构造要求取用280mmx380mm。若仅考虑有加劲肋部分的底板作为有效面积，则底板承受的均布反力为： 底板厚