钢结构课程设计任务书.doc

普通钢屋架设计计算书一设计资料1 某单层单跨工业厂房，跨度L=21m，长度102m。2 厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级C20，上柱截面尺寸400400，钢屋架支撑在柱顶。3 屋盖采用无檩方案，屋架上设置大型屋面板。屋架两断支撑于钢筋混凝土柱上，屋架采用用钢为Q235钢，焊条采用E43型，手工焊。二屋盖支撑布置上弦横向支撑布置在两端第一开间。由于厂房长度102m60m，需在房屋中间增设支撑。屋架跨度为21m18m，需下弦横向支撑。厂房内设有重级工作制吊车，跨度较大，需设下弦纵向支撑。屋架跨度30m，应在屋架跨中和两端各布置一道竖向支撑。上弦横向支撑、下弦横向支撑、下弦纵向支撑、竖向支撑、纵向系杆布置见下图。三荷载计算（水平投影面计）1荷载（1） 永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.41.2=0.48 水泥砂浆找平层 0.41.2=0.48 保温层 0.451.2=0.54 一毡二油隔气层 0.051.2=0.06 水泥砂浆找平层 0.31.2=0.36 预应力混凝土大型屋面板 1.41.2=1.68屋架及支撑自重（q=0.12+0.011L ）0.3511.2=0.4212小计 3.351，4.0212（2） 可变荷载： 屋面活荷载标准值 0.71.4=0.98 雪荷载标准值 0.351.4=0.49 积灰荷载标准值 1.31.4=1.82小计 2，2.8（3） 共计： 5.351，6.8212注：实际取屋面活荷载标准值与雪荷载标准值的较大值，保温层及积灰荷载取值见附表。2荷载组合 荷载组合应考虑使用阶段和施工阶段两种情况。下列（1），（2）为使用阶段最不利荷载组合，（3）为最常见的施工方法所确定的最不利荷载情况，三种荷载组合均以屋架上弦节点荷载。a) 全跨永久荷载+全跨可变荷载 P=6.82121.56=61.3908KNb) 全跨永久荷载+半跨可变荷载 P1=61.3908KN P2=4.02121.56=36.1908KNc) 全跨屋架支撑自重+半跨屋面板重+半跨可变荷载重(如上图) P1=(0.4212+1.68+2.8) 1.56=44.1108KNP2=0.42121.56=3.7908KN四内力计算杆件内力见下表。杆件名称内力系数（p=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算内力左半跨右半跨全跨P*（3）P1*（1）+P2*（2）KNP1*（2）+P2*（1）KNP1*（1）+P2*（2）KN123KN上弦杆AB00000000BC,CD-5.31-2.162-7.472-458.712 -404.230 -115.497 -242.424 -458.712 DE,EF-7.339-3.923-11.262-691.383 -592.524 -200.867 -338.600 -691.383 FG,GH-6.861-5.319-12.18-747.740 -613.701 -260.634 -322.807 -747.740 下弦杆ac3.011.094.1251.702 224.234 59.491 136.905 251.702 ce6.6633.0819.744598.192 520.551 161.163 305.590 598.192 eg7.3264.63611.962734.357 617.530 232.269 340.730 734.357 gh5.8845.88411.768722.447 574.170 281.853 281.853 722.447 斜腹杆aB-5.641-2.043-7.684-471.727 -420.243 -111.502 -256.574 -471.727 Bc3.961.8485.808356.558 309.988 96.528 181.684 356.558 cD-2.633-1.776-4.409-270.672 -225.917 -88.322 -122.876 -270.672 De1.2221.572.792171.403 131.839 73.886 59.855 171.403 eF-0.047-1.525-1.572-96.506 -58.076 -67.447 -7.854 -96.506 Fg-1.0391.3670.32820.136 -14.312 56.361 -40.649 56.361 gH1.913-1.20.71343.772 74.012 -45.681 79.835 79.835 竖腹杆Aa-0.50-0.5-30.695 -30.695 -1.895 -22.055 -30.695 Cc-10-1-61.391 -61.391 -3.791 -44.111 -61.391 Ee-10-1-61.391 -61.391 -3.791 -44.111 -61.391 Gg-10-1-61.391 -61.391 -3.791 -44.111 -61.391 屋架杆件内力组合表五杆件截面选择1节点板厚最大腹杆内力N=-471.727KN，查表7-6并考虑构造要求，选用节点板厚t=10mm，支座节点板厚t=12mm。2上弦杆整个屋架上弦采用一种杆件截面，按上弦杆FG，GH的最大内力值设计。计算内力：N=-747.740KN=-747740N计算长度：屋架平面内取节点中心间轴线长度：屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化，取：截面选择：由于，选用不等边角钢，短边相连。因搁置屋面板要求，要求角钢肢厚10mm。设=60，查附表2-5得=0.807，需要的截面特性：A=N=27.19=2.51cm=5.03cm根据需要的A，查型钢表，选用21409010，短边相并，截面特性为：A=44.522，=2.56cm，=6.77cm。截面验算：=58.89=150=44.53由=58.89查表得=0.818+（0.813-0.818）0.89=0.814=747740/(0.8144452.2)=206.3Mpaf=215Mpa3下弦杆整个屋架下弦杆采用同一截面，按下弦杆eg的最大内力设计。计算内力：N=734.357KN=734357N计算长度：屋架平面内取节点中心间轴线长度：屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化，取：截面选择：A=N/f=34.16选用21008010不等边角钢，短边相连。截面特性为：A=34.334，=2.35cm，=4.78cm。截面验算：=300/2.35=127.66=150=300/4.78=62.76=734357/3416=213.9Mpaf=215Mpa4 端斜杆aB计算内力：N=-471.727KN计算长度：设=80，查附表2-5得=0.688，需要的截面特性：A=31.89=253/80=3.16cm=253/80=3.16cm根据需要的A，查型钢表，选用2125808，短边相并，截面特性为：A=44.522，=2.56cm，=6.77cm。截面验算：=63.09=77.37=150由=77.37查表得=0.707+（0.701-0.707）0.89=0.814=471727/(0.7053197.8)=209.2Mpaf=215Mpa5腹杆Bc计算内力：N=356.558KN计算长度： 截面选择：需要截面积：A=N/f=356558/215=16.58选用2568，截面特性为：A=16.734，=1.68cm，=2.75cm。截面验算：=124.43=150=95.02=356558/1673.4=213.07Mpaf=215Mpa5 受最大压力的腹杆cD计算内力：N=-270.672KN计算长度： 选用2906，截面特性为：A=21.274，=2.79cm，=4.05cm。截面验算：=82.12=150=70.72由=82.12查表得=0.675+（0.668-0.675）0.12=0.674=270672/(0.6742127.4)=188.8Mpaf=215Mpa其余杆件的截面选择，详见下表。杆件计算内力（KN)截面规格截面面积（）计算长度（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数应力（Mpa）名称编号上弦杆FG, GH-747.74 140*90*1044.522150.75301.52.515.0358.89 44.53 1500.814206.3下弦杆eg734.36 100*80*1034.3343003002.354.78127.66 62.76 250213.9腹杆Aa-30.70 90*621.274229.12286.42.794.0582.12 70.72 1500.67421.4aB-471.73 125*80*831.9782532534.013.2763.09 77.37 1500.705209.2Bc356.56 56*816.734290.94261.31.682.75124.43 95.02 250213.07Cc-61.39 90*621.274183.22292.794.0565.66 56.54 1500.77637.19cD-270.67 90*621.274229.12286.42.794.0582.12 70.72 1500.674188.77De171.40 56*816.734229.12286.41.682.75136.38 104.15 250102.43Ee-61.39 90*621.274207.22592.794.0574.27 63.95 1500.72439.86eF-96.51 90*621.274249.92312.42.794.0589.58 77.14 1500.62472.7Fg56.36 56*816.734249.92312.41.682.75148.76 113.60 25033.68Gg-61.39 90*621.274231.22892.794.0582.87 71.36 1500.72439.86gH79.84 90*621.274271.23392.794.0597.20 83.70 25037.53屋架杆件截面选择表六节点设计重点设计“a”，“B”，“c”，“H”四个典型节点。其余节点类似设计。1 下弦节点“c”先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。（1）Bc杆N=356.558KN角焊缝强度设计值=160，设焊缝=4mm，则需焊缝长度为：肢背：=0.7356558/(20.74160)=279mm，取290mm肢尖：=0.3356558/(20.74160)=119mm，取130mm（2）Cc杆 N=-61.391KN设焊缝=4mm，则需焊缝长度为：肢背：=0.761391/(20.74160)=48mm，取60mm肢尖：=0.361391/(20.74160)=21mm，取40mm（3）cD杆N=-270.672KN设焊缝=4mm，则需焊缝长度为：肢背：=0.7270672/(20.74160)=211mm，取230mm肢尖：=0.3270672/(20.74160)=91mm，取110mm（4）下弦杆N=598.192-251.702=346.49KN根据节点放样，得节点板尺寸为580470。肢背焊缝验算：设=4mm，=0.75346490/(20.74(400-10)=98.7=1602 上弦节点“B”Bc杆焊缝计算与上弦杆相同，=290mm，=130mm（1）“aB”杆焊缝计算N=-471.727KN设焊缝=4mm，则需焊缝长度为：肢背：=0.65471727/(20.74160)=342mm，取360mm肢尖：=0.35471727/(20.74160)=184mm，取200mm根据节点放样，得节点板尺寸为670500。（2）上弦杆焊缝验算考虑上弦节点处搁置大型屋面板，节点板缩进上弦肢背尺寸：t/2+2mm=10/2+2=7mm，取=7mm。用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算，=t/2=5mm，焊缝强度设计值乘折减系数0.8。节点板尺寸为670480，设肢尖焊缝=4mm，假定集中荷载P与上弦杆垂直，忽略屋架上弦坡度影响。肢背焊缝验算：=98.90.8=128肢尖焊缝验算：=34.5=1603 屋脊节点“H”（1）上弦杆拼接计算上弦采用同号角钢连接，为连接紧密和便于施焊，需将拼接角钢的棱角削圆并切去垂直肢的一部分宽度=t+5=10+6+5=21mm拼接接头一侧焊缝的连接长度按上弦杆内力计算，设焊缝=6mm，每条焊缝所需长度为：=747740/(40.76160)=278mm取拼接角钢长度L=800mm2+40+20=2278+40+20=616mm（2）上弦杆与节点板连接焊缝计算上弦杆与节点板之间槽焊缝只承受节点荷载，强度足够，计算略。上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝，按上弦内力的15计算。设=6mm，节点板长度70cm，节点一侧焊缝长度为=70/2-2-1=32cm焊缝应力验算：=0.15747740/(20.76320)=41.73查型钢表，1409010角钢e=68.8，取5mm的整倍数为70mm。=0(20.76)=54.77则=61.29=160（3）gH杆焊缝计算N=79.835KN，设=6mm，肢背：=0.779835/(20.74160)=62.37mm，取80mm