钢结构课设.doc

课程设计任务书课题名称：某工业厂房普通钢钢屋面设计专业班级：环境与城市建设学院06级土木3班学生学号：0601010311学生姓名：康利国学生成绩：指导教师：谈皓课题工作时间：2009年6月12日至2009年6月23日目 录一、设计资料3二、选择钢材和焊条2三、屋架形式及尺寸2四、屋盖支撑布置3五、荷载计算与组合4六、内力计算4七、杆件截面选择6八、节点设计12九、施工图20一、设计资料某厂房总长度90m，跨度为21 m，屋盖体系选无檩体系，纵向柱距6m。1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10；地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。2.屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）。荷载： 屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位； 屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准S0=0.35KN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值，积灰荷载标准值为1.0 KN/m2 。 屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.4KN/m2保温层 0.5KN/m2一毡二油隔气层 0.05KN/m2水泥砂浆找平层 0.3KN/m2预应力混凝土屋面板 1.4KN/m2二、选择钢材和焊条 根据结构重要性，荷载特征（静荷），连接方法（焊接）及工作温度，钢材选用Q235钢。焊条采用E43型，手工焊。三、屋架形式及尺寸四、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设三道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。 屋架上弦支撑布置 屋架下弦支撑布置 垂直支撑附图2：屋面支撑布置图（单位：mm）五、荷载计算与组合1、荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的火荷载计算。永久荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.4KN/m2保温层 0.5KN/m2一毡二油隔气层 0.05KN/m2水泥砂浆找平层 0.3KN/m2预应力混凝土屋面板 1.4KN/m2钢屋架和支撑自重 0.12+0.011*21=0.35KN/m2 总计：3.40KN/m2可变荷载标准值雪荷载0.35 KN/m2 ，只需求。查轴心受力稳定系数表得 0.767故 N/mm2215 N/mm2。 2、下弦杆整个下弦也不改变截面，采用最大设计杆力计算，N 695.35 kN，l0x3000mm，l0y6000mm，需要的净截面面积为An32.34cm2选用2L1409010（短肢相并）：A35.00cm2，2.56cm，6.77cm。验算： 故 N/mm2215 N/mm2。满足要求。3、端斜杆N-446.52 kN，l0x253cm，l0y253cm，需要的净截面面积为An2517 mm225.17cm2选用2L125808（长肢相并）：A32.00 cm2，4.01cm，3.27cm，150验算： 查表， 0.730；故 N/mm2215 N/mm2。满足要求。4、斜腹杆Bc杆：N337.79 kN，l0x0.8l=0.8*261.3=209.04cm，l0y261.3cm，需要的净截面面积为An15.71cm2选用2L63*8：A19.02cm2，1.90cm，=3.02cm，350验算：故 N/mm2215 N/mm2。满足要求。cD杆：N-256.40 kN，l0x0.8l=0.8*286.4=229.12cm，l0y286.4cm 设=100,回转半径为： cm选用2L758， A23.00cm2，2.28cm，3.50cm， 150验算：150 150查表， 0.552故， N/mm2215 N/mm2。满足要求。De杆：N162.21 kN，l0x0.8l=0.8*286.4=229.12cm，l0y286.4cm，需要的净截面面积为An7.54cm2选用2L63*8：A10.81cm2，1.72cm，=2.69cm，150验算：故 N/mm2215 N/mm2。满足要求。eF、Fg杆：NeF-91.28 kN，NFg=l0x0.8l=0.8*314.4=249.92cm，l0y=314.4cm内力较小，按=150选择 cm选用2L635， A12.29cm2，1.94cm，2.96cm， 150验算：150 150查表， 0.393故 N/mm2215 N/mm2。 N/mm2215 N/mm2。 N/mm2215 N/mm2。满足要求。gH杆：NNFg=，l0x0.8l=0.8*339=271.2cm，l0y339cm，内力较小，按=150选择 cm选用2L635， A12.29cm2，1.94cm，2.96cm， 150验算：150 150查表， 0.346故 N/mm2215 N/mm2。 N/mm2215 N/mm2满足要求。5.中竖杆（Gg）杆件轴力：N=-58.14KN l0x0.8l=0.8*289=231.2cm，l0y=289cm内力较小，按=150选择 cm选用2L565， A10.83cm2，1.72cm，2.69cm， 150验算：150 150查表， 0.368故 N/mm2215 N/mm2。屋架杆件截面选择表150杆件内力/KN截面规格面积/cm2计算长度cm回转半径cm应力N/mm2上弦-708.15短肢相并2L125*80*1246.80150.75301.502.246.1563.300.767197.28下弦695.35短肢相并2L140*70*1035.40300.0600.02.566.77117.19-198.67aB-446.52短肢相并2L125*80*832.00253.0253.04.013.2777.370.73446.52Bc337.79T形截面2L63*819.02209.04261.31.903.02110.02-177.60cD-258.14T形截面2L75*823.00229.12286.42.292.86100.490.552201.95De162.21T形截面2L56*510.81229.12286.41.722.69133.21-150.05eF-91.28T形截面2L63*512.29249.92312.41.942.96128.820.393188.99Fg-23.6541.46T形截面2L63*512.29249.92312.41.942.96128.820.39348.97gH-26.0466.98T形截面2L63*512.29271.2339.01.942.96139.80.34661.24Aa-29.07T形截面2L56*510.83190.0190.01.722.69110.470.49054.78Cc-58.14T形截面2L56*510.83183.2229.01.722.69106.50.514104.44Ee-58.14T形截面2L56*510.83207.2259.01.722.69120.470.434123.70Gg-58.14T形截面2L56*510.83231.2289.01.722.69134.420.368145.888、 节点设计节点设计设计步骤：由腹杆内力计算肢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。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=1601、 下弦节点c设计步骤：由腹杆内力计算肢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。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160（1）斜杆Bc与节点的连接焊缝计算 N=-337.79KN设Bc杆的肢背和肢尖焊缝=6mm，则所需的焊缝长度为肢背：=+12=177.9mm，取肢尖：=+12=87.4mm，取l=90mm(2) 斜杆cD与节点的连接焊缝计算 N=258.14KN设cD杆的肢背和肢尖焊缝= 6mm，则所需的焊缝长度为肢背：=+12=145.5mm，取l=160mm肢尖：=+12=67.2mm，取l=70mm（3）Cc杆内力很小，焊缝尺寸可接构造确定，取（4）下弦与节点板连接的焊缝计算，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=566.28-238.37=327.91KN，设肢背和肢尖焊缝= 6mm，则所需的焊缝长度肢背：=182.8mm，取l=190mm肢尖：=85.2mm，取l=90mm（5）根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隔及制作和装配的误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板长度为450mm下弦与节点板连接的焊缝长度为300mm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=566.28-238.37=327.91KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为=66.84 N/mm2160 N/mm2焊缝强度满足要求，节点图如下2、 下弦节点e（1）斜杆Bc与节点的连接焊缝计算 N=162.21KN设Bc杆的肢背和肢尖焊缝=6mm，则所需的焊缝长度为肢背：=+12=96.5mm，取l=100mm肢尖：=+12=48.2mm，取l=50mm(2) 斜杆cD与节点的连接焊缝计算 N=91.28KN设cD杆的肢背和肢尖焊缝= 6mm，则所需的焊缝长度为肢背：=114.43mm，取肢尖：=82.15mm，取（3）Cc杆内力很小，焊缝尺寸可接构造确定，取（4）下弦与节点板连接的焊缝计算，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=695.35-566.28=129.07KN，设肢背和肢尖焊缝= 6mm，则所需的焊缝长度肢背：=79.2mm，取l=190mm肢尖：=40.8mm，取l=50mm（5）节点板尺寸为 250mm*350mm，下弦与节点板连接的焊缝计算，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=695.35-566.28=129.07KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为= N/mm2160 N/mm2焊缝强度满足要求，节点图如下3、下弦点g因斜杆Fg和gH的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，节点板尺寸 200mm*300mmN=695.35-684.31=11.04KN= N/mm2160 N/mm24、上弦节点B（1） Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点C相同。（2）aB杆与节合板的焊缝尺寸按上述方法计算得：=-541.25,设aB杆的肢背和肢尖焊缝=8mm,则所需的焊缝长度为：肢背：=+12=227.95，取=230mm 肢尖：=128.28，取=130mm （3）为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可编进上弦肢背8mm。 =400-2*10=380上弦与节点板间焊缝长度为：400mm，肢间焊缝验算为= N/mm2= N/mm2 N/mm2160 N/mm2 满足要求（4）节点板尺寸 300mm*420mm5、屋脊节点I（1） 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合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角消除，且减去垂直肢的一部分宽度（一般为t+5mm）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头边的焊缝长度按弦杆内力计算。N=708.15KN，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（一条焊缝）：=设拼接角钢的长度=+2+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取490。 （2）上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此里产生的弯矩。设肢尖焊缝=10 mm，取节点长度为320mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为=170mm，焊缝应力为 =300/2-5-10=145mm=65.41 N/mm2160 N/mm2= N/mm2 160 N/mm2 N/mm2160 N/mm2 满足要求。（3）两斜杆腹杆与节板的连接焊缝计算 N=66.98KN，此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求确定，取焊脚尺寸 =5mm。6、支座节点a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160mm。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12 mm。（1）支座底板的计算。支座反力为R=10P=10*58.14=581.4KN设支座底板的平面尺寸采用280 mm380 mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280（2*80+12）=48460mm。验算柱顶混凝土的抗压强度：= N/mm2fc=14.3 N/mm2式中混凝土强度设计值，对C30混凝土，=14.3支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，块板为两相邻边支承而另两相邻边也自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为M=式中底板下的平均应力，即=9.1 Mpa两边支承之间的对角线长度，即=系数。由查表确定。为两边支承的相交点到对角线的垂直距离。由此得=140*80/156.92=71.37 mm，=0.43查表得=0.0452，则单位宽度的最大弯矩为M=0.045212.0156.92=13356.0N.mm底板厚度为t=19.3，取t=20mm（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算。加劲肋与节点板的连接焊