高国成钢结构设计.doc

远程教育学院 钢结构课程设计 题 目 设计18m跨焊接梯形钢屋架学 习 中 心 哈工大（威海） 分校 专 业 土木工程 层 次 专升本 学 生 高国成 学 号 201109016733310003 钢结构课程设计任务书设计18m跨焊接梯形钢屋架一、教学要求：1） 正确布置钢屋架的支撑；2） 掌握钢屋架的设计步骤和方法；3） 能正确绘制钢屋架施工图。二、设计资料： 某地一金工车间，长90m，跨度18m，柱距6m，柱顶标高10m，山墙处采用封闭结合，车间内设有两台20t/3t中级工作制桥式吊车。采用梯形钢屋架，1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板，膨胀珍珠岩制品保温层（容重为4kn/，厚度见下表），卷材屋面，屋面坡度i =1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级c20。车间地点哈尔滨伊春吉林通化保温层厚度(cm)81012灰荷载( kn/)00.30.50.75三、设计内容：1) 确定屋架型式尺寸，选择钢材及连接材料；2) 布置屋盖支撑并按比例绘出支撑布置图;3) 用力学方法求杆力系数；4) 荷载汇集；5) 杆力组合（填附表1）；6) 选择杆件截面（填附表2）；7) 节点设计；8) 绘制施工图；9) 计算书一份。abcdefgabcd目录一、 屋盖支撑布置图.(1)二、 荷载计算.(2)三、 桁架内力图.(3)四、 桁架内力组合表.（4）五、 桁架截面选用表及计算.(6)六、 节点计算.(11)屋盖支撑布置图屋架形式及几何尺寸如图所示上弦横向水平支撑一般设置在房屋两端且间距不宜大于60m，根据厂房长度(90m60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑对应的布置在同一柱间距内，以形成稳定空间体系。下弦纵向水平支撑不进行布置。垂直支撑设置在上、下弦横向支撑的柱间内，在屋架两端及跨中的竖直面内。系杆沿房屋纵向通长设置，以保证屋架的侧向稳定。支撑布置如图所示：梯形钢屋架支撑布置如图所示：荷载计算屋面雪荷载与检修荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.5kn/m进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为米（m）荷载计算表荷载名称标准值（kn/m）设计值（kn/m）预应力混凝土大型屋面板自重1.41.41.351.89屋架及支撑自重0.450.451.350.608屋面防水层0.40.41.350.54找平层0.40.41.350.54永久荷载总和2.653.578屋面检修荷载0.50.51.40.7可变荷载总和0.50.7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全跨节点永久荷载及可变荷载：2、 全跨永久荷载半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：3、 全跨屋架（包括支撑）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。桁架内力图屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下：桁架内力组合表杆件名称杆件编号单位荷载 f1静载作用（kn/m）活载（kn/m）0.7杆件内力计算内力在左在右全跨全部恒载3.578屋架支撑0.608大型屋面板1.89左右全部组合一组合二组合三在左在右全部左右左右上弦杆ab0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00bc-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87cd-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87de-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180.43-127.51-346.13ef-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180.43-127.51-346.13fg-4.55-4.56-9.1-32.56-5.53-8.60-8.62-17.20-3.19-3.19-6.37-350.37-321.70-321.77-155.86-156.09-350.37下弦杆ab2.541.043.5812.812.184.801.976.771.780.732.51137.84131.29121.8478.8043.83137.84bc5.322.647.9628.484.8410.054.9915.043.721.855.57306.48289.84272.96167.57105.10306.48cd5.313.979.2833.205.6410.047.5017.543.722.786.50357.30332.29323.85174.56143.32357.30斜腹杆ab-4.75-1.81-6.56-23.47-3.99-8.98-3.42-12.40-3.33-1.27-4.59-252.57-241.17-222.65-146.62-78.09-252.57bb3.171.354.5216.172.755.992.558.542.220.953.16174.03165.52154.0698.6356.20174.03bd-1.83-1.58-3.41-12.20-2.07-3.46-2.99-6.44-1.28-1.11-2.39-131.29-121.34-119.76-61.32-55.49-131.29dc0.571.271.846.581.121.082.403.480.400.891.2970.8462.8467.2523.3639.6770.84cf0.64-1.38-0.74-2.65-0.451.21-2.61-1.400.45-0.97-0.52-28.49-19.80-32.5210.87-36.22-36.22 10.87fd-1.61.11-0.49-1.75-0.30-3.022.10-0.93-1.120.78-0.34-18.87-25.86-8.79-39.9823.19-39.98 23.19竖杆aa-0.50-0.5-1.79-0.30-0.950.00-0.95-0.350.00-0.35-19.25-19.25-16.10-14.39-2.74-19.25cb-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50ec-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50gd0.410.410.822.930.500.770.771.550.290.290.5731.5728.9928.9914.0414.0431.57桁架截面选用表及计算5. 杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按fg杆件的最大设计内力设计，即n=350.37kn上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节点轴线长度：在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即： 根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如右图：腹杆最大内力n=252.57kn，中间节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度选用10mm设60，查q235钢的稳定系数表，可得0.807（由双角钢组成的t形和十字形截面均属于b类），则需要截面积为需要回转半径： 查表选用2125807 a=8mm验算 满足长细比的要求，查表，则故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦采用等截面，按cd杆件的最大设计内力设计，即n=357.3kn下弦杆计算长度：下弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。所需截面面积：查表选用2 80507，a=8mm 即，且 满足要求。（3）腹杆 ab杆: 计算长度： 杆件轴力：n=-252.57kn 因为，故选用等肢角钢 设=100，=0.555所需面积：所需回转半径： 选2907 a=8 则 bb杆: 计算长度：杆件轴力：n=174.03kn 选用等肢钢 所需截面面积：查表选用2 455 a=8mm 即且bd杆： 计算长度：杆件轴力： n=131.29kn 选用等肢钢 设所需面积：所需回转半径： 选用2705 ，a=8，即 则 cd杆： 计算长度：杆件轴力： n=70.84kn ，选用等肢钢 所需截面面积：查表选用2 454 a=8mm 即 且 cf、fd杆： 当杆件受压时取，计算长度 选用等肢角钢 设，所需面积：需要回转半径： 查表选用2 454 a=8mm 即 且当杆件受拉时取， 计算长度： 选用等肢角钢 满足要求（4）竖杆竖杆aa :杆件轴力：n=19.25kn 计算长度：内力较小 按=150选择 需回转半径：查表选用2 454 a=8mm 即 且，查表得竖杆cb：杆件轴力：n=-38.5kn 计算长度：内力较小 按=150选择 需回转半径查表选用2 454 a=8mm 即 且，查表得竖杆ec：杆件轴力：n=38.5kn 计算长度： 内力较小 按=150选择 需回转半径 选用2505 a=8mm ，即 则竖杆gd：杆件轴力：n=31.57kn 计算长度： 按=350选择 所需截面面积：查表选用2 454 a=8mm 即 且，查表得其结果见下表屋架杆件截面选择表杆件名称杆件编号内力（kn）计算长度cm截面规格截面面积（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数计算应力或n/a （n/mm）上弦fg-350.37150.8301.6212580728.22.305.9765.650.5150.000.7760.851-160.1下弦ab357.3300885.028050717.451.394.00215.83221.25350.00_200.7斜腹ab-252.57253253290724.602.784.0091.0063.3150.000.6140.807-167.2bb174.03209.00261.324558.581.372.18152.6123.8350.00202.8bd-131.29229.1286.42 70513.742.163.17106.190.3150.000.5160.601-185.04dc70.84229.1286.42 4546.981.382.16166.0132.6350.00104.8cf-36.22249.92312.424546.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-103.0fd-39.98249.92312.424546.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-113.69竖杆aa-19.25199.0199.024546.981.382.16144.2144.6150.000.3280.592-83.98.cb-38.5183.2229.02 4546.981.382.16132.8106.0150.000.37480.435-147.2ec-38.5207.2259.025059.61.532.3135.42108.8150.000.3630.478-110.5gd31.57231.22892 4546.981.382.16167.5133.8350.000.255177.4考虑施工和实际条件，可将dc、cf、fd、aa、cb、gd杆件统一采用截面规格为2455的角钢。节点计算（1）下弦节点用e43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值160mpa。七、 下弦节点“b”设“bb”杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.所需的焊缝长度为肢背：，取103mm。肢尖：，取57mm。设“bd” 杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.所需的焊缝长度为肢背：，取81mm。肢尖：，取46mm。“cb”杆内力很小，杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.按构造要求综合取节点板尺寸280mm265mm下弦与节点板连接的焊缝长度为28cm，6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差n168.640kn，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:焊缝强度满足要求。八、 下弦节点“c”设“dc”杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.所需的焊缝长度为肢背：，取49mm。肢尖：，取40mm。设“fc” 杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.所需的焊缝长度为肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。“ce”杆内力很小，杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.按构造要求综合取节点板尺寸240mm250mm下弦与节点板连接的焊缝长度为24cm，6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差n50.82kn，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:焊缝强度满足要求。九、 下弦节点“d”设“df”杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.所需的焊缝长度为肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。 “dg”杆内力很小，杆的肢背6mm和肢尖焊缝为5mm.按构造要求综合取节点板尺寸300mm225mm下弦与节点板连接的焊缝长度为20cm，6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差n0kn，焊缝强度满足要求。.（2）上弦节点上弦节点b“bb”杆与节点板的焊缝尺寸同上。设“ab”杆的肢背和肢尖焊缝6mm和5mm，所需焊缝长度为肢背： ,取150mm.肢尖：，取80mm节点板上边缘缩进上弦肢背8mm，按构造要求取节点板的长度为350mm272mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载p与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：等于二分之一节点板厚度，7mm上弦与节点板焊缝长度为350mm，则 满足要求。 上弦节点d设“bd”和“dc”杆的肢背和肢尖焊缝6mm和5mm，根据前面的计算，所需焊缝长度为肢背：取81mm和49mm肢尖：取45mm和40mm节点板上边缘缩进上弦肢背8mm，按构造要求取节点板的长度为250mm212mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载p与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：等于二分之一节点板厚度，7mm上弦与节点板焊缝长度为280mm，则 满足要求。上弦肢尖角焊缝的切应力为 满足要求。 上弦节点“f”设“fc”和“fd”杆的肢背和肢尖焊缝6mm和5mm，根据前面的计算，所需焊缝长度为肢背：取50mm和50mm肢尖：取40mm和40mm节点板上边缘缩进上弦肢背8mm，按构造要求取节点板的长度为200mm212mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载p与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：等于二分之一节点板厚度，7mm上弦与节点板焊缝长度为280mm，则 满足要求。上弦肢尖角焊缝的切应力为 满足要求。 上弦节点“a” 竖杆“aa”的肢背焊缝高度为6mm，肢尖焊缝高度为5mm。竖杆“aa”的内力为19.25 kn，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取节点板为200mm200mm. 上弦节点“c”竖杆“cb”的肢背焊缝高度为6mm，肢尖焊缝高度为5mm。竖杆“cb”的内力为38.5 kn，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取节点板为200mm200mm.竖杆“ec”同竖杆“cb”。屋脊节点“g”设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝6mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢长度+弦杆杆端空隙20，拼接角钢长度取400mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下设“gd”杆的肢背和肢尖焊缝为6m