最新西南科技大学钢结构课程设计真正完整版跨度长 免费下载.doc

钢结构课程设计班 级：姓 名： 学 号： 2指导老师： 郭仕群 2012年12月30日一、设计资料1、题号69的已知条件：梯形钢屋架跨度21m，长度102m，柱距6m。该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m。冬季最低温度为20，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.45kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm400 mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度：l=21m-20.15m=20.7m 3、跨中及端部高度：本题设计为无檩体系屋盖方案，采用缓坡梯形屋面，取屋架在21m轴线处的端部高度h= 1.990m,屋架的中间高度h= 3.040m(为l/8.5），则屋架在 20.7m处，两端的高度h= 2.005 m。二、结构形式与布置屋架型式及几何尺寸如图1所示。根据厂房长度（102m60m)、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。图1 屋架形式及几何尺寸图2 屋架支撑布置 6000*17=102000符号说明： SC上弦支撑 XC下弦支撑 CC垂直支撑 GG刚性系杆 LG柔性系杆3、 荷载计算 屋面活荷载和雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。因此，取屋面活荷载0.7KN/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g=(0.12m+0.011跨度）KN/m计算，跨度单位为米（m）。荷载计算详见表1 表1 荷载计算 荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.351.89三毡四油防水层0.40.41.350.54找平层（厚20mm）0.02200.40.41.350.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.0860.480.481.350.648屋架和支撑自重0.12+0.011210.350.351.350.473管道荷载0.10.11.350.135永久荷载总和3.134.226屋面活荷载0.70.71.40.98积灰荷载0.60.61.40.84可变荷载总和1.31.82 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： F=(4.226+1.82)1.56=54.414KN（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载： F=4.2261.56=38.249kN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： F=0.4731.56=4.257kN半跨节点屋面板自重及活荷载： F=(1.89+0.98)1.56=25.83KN（1） 、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。 四、内力计算 由图解法或数解法解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各荷载情况下的内力进行组合，计算结果如表2所示。表2 屋架杆件内力组合 杆件名称内力系数（F=1）第1种组合第2种组合第3种组合计算杆件内力（kN）全跨左半跨右半跨上弦AB0.0000.0000.000000000BC，CD-7.472-5.310-2.162-406.58-372.77-321.21-168.97-87.65-406.58DE，EF-11.262-7.339-3.923-612.81-550.97-495.02-237.51-147.19-612.81FG，GH-12.18-6.861-5.319 -662.76-578.23-553.00-229.07-189.24-662.76下弦ac4.1003.0101.090223.10206.12174.6895.2045.61223.10ce9.7446.6633.081530.21481.84423.17213.59121.06530.21eg11.9627.3264.636650.90577.53533.47240.15170.67650.90gh11.7685.8845.884640.34546.49546.49202.08202.08640.34斜腹杆Ba-7.684-5.641-2.043-418.12-386.30-327.37-178.42-85.48-418.12Bc5.8083.9601.848316.04287.01252.42127.0172.46316.04Dc-4.409-2.633-1.776-239.91-211.77-197.73-86.78-64.64-239.91De2.7921.2221.570151.92126.81132.5143.4552.44151.92Fe-1.572-0.047-1.525-85.54-60.90-85.11-7.91-46.08-85.54Fg0.328-1.0391.36717.85-4.4734.94-25.4436.7136.71-25.44Hg0.7131.913-1.20038.8058.617.6252.45-27.9658.61-27.96竖杆Aa-0.5-0.50.00-27.21-27.31-19.12-15.04-2.13-27.31Cc，Ee-1.0-1.00.00-54.41-54.63-38.25-30.09-4.26-54.63Gg-1.0-1.00.00-54.41-54.63 -38.25-30.09-4.26-54.635、 杆件设计 （1）上弦杆。整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大内力设计，即N=-662.76KN。上弦杆计算长度计算长度计算如下。在屋架平面内：为节间轴线长度，即l=l=1.508m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l为支撑点间的距离，即l=31.508=4.524m根据无价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，如图4所示。腹杆最大内力N=-418.12KN，查表，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设=60,钢材采用Q235，查附表稳定系数表，可得0.807，则需要的截面面积为 A=2380.3mm需要的回转半径为 i=m=25.1mm i=75.4mm根据需要的A、i、i查表，选用216010010，肢背间距a=10mm，则由表查得i=28.46mm；由表查得A=5063，i=77mm。按所选角钢进行验算：=52.99=150 =58.75=150由于，由查表得=0.815，则 =101.33MPa30.27，=2.26，=6.11。按所选角钢进行验算：=132.74=350 =169.39=350因此，所选截面合适。（3） 端斜杆aB。杆件轴力为N=-418.12KN=-418120KN，计算长度为=2534。 因为=，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用21409010，则查表可得A=44.52，=4.47，=3.74。按所选角钢进行验算： =56.71 =67.83 因，只需求，由查表得=0.764，则 =122.92MPa215MPa因此，所选截面合适。（4） 竖杆Gg：N=-54.63KN=-54630N，=2312，=2890，采用等肢角钢长肢相并选用2635，其几何特征为A=12.286，=1.94，=3.04，则 =109.3=150 =95.1=150因，只需求，由查表得=0.497，则 =89.47MPa215MPa在此，其他各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，将计算结果列于表3 表3 屋架杆件截面选择表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦GH、FG-662.76150.75452.251601001050.632.857.7052.9958.151500.817160.22下弦eg650.90300.001035.00125801039.422.266.11132.74169.39350165.12腹杆 aA-27.31199.00199.0063512.2861.943.04102.665.51500.53841.32aB-418.12253.40253.40140901044.5224.473.7456.7167.781500.764122.92Bc316.04209.04261.30100623.8643.104.5167.2957.83350132.43Cc-54.63183.21229.005059.6061.532.53119.790.51500.439129.55De151.92229.12286.405059.6061.532.53135.4102.4 350158.15Dc-239.91229.12286.40100623.863.104.4473.9164.501500.725138.69Ee-54.63207.20259.0063512.2861.943.04106.8085.201500.51686.17Fe-85.54249.92312.4090621.282.794.0589.5877.141500.62464.42Fg36.71-25.44249.92312.4090621.282.794.0589.5877.141500.62419.16Gg-54.63231.20289.0063512.2861.943.04109.395.11500.49789.47Hg58.61-27.96271.20339.00 90621.282.794.0597.2083.701500.57322.936、 节点设计 （1）下弦节点“c”见图6.各杆件的内力由表2查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。采用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160Mpa。 图6 下弦节点c设“Bc”杆的肢背焊缝=8mm，肢尖焊缝=6mm，则所需的焊缝长度计算如下。肢背：+16=+16=139.45mm故取=140mm肢尖：+12=+12=82.54mm故取=90mm设“cD”杆的肢背焊缝=8mm，肢尖焊缝=6mm，则所需的焊缝长度计算如下。肢背：+16=+16=109.71mm故取=110mm肢尖：+12=+12=65.55mm故取=70mm“Cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取=5mm根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为455mm270mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为45.5cm，=5mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=530.21-223.10=307.11kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为=61.62MPa160MPa因此，焊缝强度满足要求。该节点如图6所示。（2） 上弦节点“B”。“Bc”杆与见点半的焊缝尺寸和节点“c”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算 图7 上弦节点B N=-418.12KN。设“aB”杆的肢背焊缝=8mm，肢尖焊缝=6mm，则所需的焊缝长度为：肢背：=+16=+16=167.66mm故取=170mm肢尖：=+12=+12=120.89mm故取=130mm为了便于在上弦杆上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。采用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝的强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响毛病考虑到P对槽焊缝长度中点的偏心距较小，所以略去由此偏心引起的弯矩。上弦肢背槽焊缝内的应力由下列计算得到：=节点板厚度=10=5mm上弦杆与节点板间焊缝长度为455mm，则=107.47MPa0.8=0.8160MPa=128MPa肢尖焊缝承受弦杆内力差N=406.58kN，偏心距=100-22=78mm，偏心力矩M=N=406.580.078=31.713kNm，按构造要求取肢尖=8mm，则上弦杆肢尖角焊缝的剪应力为=79.78MPa由偏心力矩引起的正应力为=82.06MPa则焊缝强度为=104.35MPa160MPa所以焊缝强度满足要求。该节点如图7所示。（3） 屋脊节点“H”见图8。弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密和，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝=8mm，则所需焊缝计算长度为=184.92mm拼接角钢的长度=2（+2）+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取420mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，焊缝验算方法与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此内力产生的弯矩。设肢尖焊缝=8mm，取节点板长度为440mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为=（-8-16）=196mm焊缝应力为 =45.29MPa =107.03MPa =98.73MPa160MPa因此，焊缝强度满足要求。该节点如图8所示。因屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦杆、斜杆和竖杆与节点板的连接用工厂焊缝，而右半边的上弦杆、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆与节点板连接焊缝的计算方法与以上几个节点相同，在此不再赘述。图8 屋脊节点H（4） 支座节点“a”（图9）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取120mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度14mm。图9 支座节点a1)、支座底板的计算支座反力：R=544140N 设支座底板的平面尺寸采用280