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a121
钢结构
课程设计
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- 资源描述：
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A121+某钢结构课程设计全套图纸及计算书,a121,钢结构,课程设计,全套,图纸,计算
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1钢结构课程设计2钢结构课程设计、设计资料1、题号 83 的已知条件：梯形钢屋架跨度 27m，长度 72m，柱距6m。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 0.5kN/m2，风荷载标准值 0.45kN/m2。该车间内设有两台200/50 kN 中级工作制吊车，轨顶标高为 8.500 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 C25。钢材采用 Q235B 级，焊条采用 E43 型。2、屋架计算跨度：Lo=270002150=26700mm3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（轴线处） ，h=1915mm（计算跨度处） 。屋架的中间高度 h=3250mm，屋架跨中起拱按 Lo/500 考虑，取 50mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图 1 所示，支撑布置见图 2 所示。图 1 屋架形式及几何尺寸3符号说明：GWJ-（钢屋架） ；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）4图 2 屋架支撑布置三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值三毡四油放水层 0.40kN/找平层（20mm 厚水泥砂浆） 0.0220=0.40kN/保温层（80mm 厚泡沫混凝土） 0.086=0.48kN/预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/钢屋架和支撑自重 0.12+0.01127=0.42kN/管道设备自重 0.10 kN/总计 3.2kN/可变荷载标准值屋面活荷载 0.70 kN/屋面积灰荷载 0.6kN/总计 1.3kN/永久荷载设计值 1.353.2=4.32kN/可变荷载设计值 1.41.3=1.82kN/2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合： 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=(4.32+1.82) 1.56=55.26kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： F1=4.321.56=38.9 kN半跨节点可变荷载： F2=1.821.56=16.38 kN 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+ 半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重： F3 =0.421.351.56=5.10kN半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.41.35+0.71.4) 1.56= 25.83kN53.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表 1。内力系数（F=1） 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨 左半跨右半跨第一种组合 F*F1*+F2*F1* +F2*F3* +F4*F3* +F4*计算杆件内力（KN)AB 0 0 0 0.00 0.00 0 .00 0.00 0.00 0.00 BC -11.45 -8.54 -2.91 -582.23 -518.193 -470.057 -278.983 -133.56 -582.23 CD -11.46 -8.54 -2.92 -582.74 -518.582 -470.531 -279.034 -133.87 -582.74DE -18.37 -13.09 -5.29 -934.11 -826.145 -759.455 -431.802 -230.328 -934.11EF -18.38 -13.09 -5.29 -934.62 -826.534 -759.844 -431.853 -230.379 -934.62FG -20.58 -13.41 -7.16 -1046.49 -914.806 -861.368 -451.338 -289.901 -1046.49GH -20.59 -13.43 -7.17 -1047.00 -915.366 -861.843 -451.906 -290.21 -1047.00HI -20.39 -11.71 -8.68 -1036.83 -892.884 -866.977 -406.458 -328.193 -1036.83上弦IJ -20.48 -11.76 -8.72 -1041.41 -896.81 -870.818 -408.209 -329.686 -1041.41ab -9.54 -3.61 -5.93 -485.11 -401.781 -421.617 -141.9 -201.826 -485.11bc -0.3 2.95 -3.25 -15.255 13.5585 -39.4515 74.6685 -85.4775 -85.4775cd 4.05 5.21 -1.16 205.9425 202.0095 147.546 155.2293 -9.3078 205.9425下弦de 4.96 4.44 0.52 252.216 230.8068 197.2908 139.9812 38.7276 252.216aB -11.11 -8.44 -2.67 -564.943 -504.119 -454.785 -274.666 -125.627 -564.943Bb 8.98 6.54 2.43 456.633 405.0594 369.9189 214.7262 108.5649 456.633bD -7.3 -5 -2.3 -371.205 -326.574 -303.489 -166.38 -96.639 -371.205Dc 5.56 3.4 2.07 282.726 245.2428 233.8713 116.178 81.8241 282.726cF -2.82 -0.86 -1.96 -143.397 -116.995 -126.4 36.5958 -65.0088 -143.397Fd 1.61 -0.2 1.81 81.8685 60.8868 78.0723 3.045 54.9633 81.8685dH -0.25 1.45 -1.7 -12.7125 2.6775 -24.255 36.1785 -45.186 -45.186斜腹杆He -0.65 -2.26 1.62 -33.0525 -44.595 -11.421 -61.6908 38.5296 -61.69086eJ 2.13 -1.31 3.44 108.3105 71.6139 112.2264 -22.9743 99.7182 71.6139Aa -0.5 -0.5 0.00 -25.425 -23.715 -19.44 -15.465 -2.55 -23.715Cb -1.11 -1.08 -0.03 -56.4435 -52.3908 -43.4133 -33.5574 -6.4359 -52.3908Ec -2.15 -2.1 -0.04 -109.328 -101.547 -83.934 -65.208 -11.9982 -101.547Gd -1.18 -1.12 -0.06 -60.003 -55.4544 -46.3914 -34.9476 -7.5678 -55.4544 竖杆Ie -1.82 -1.47 -0.35 -92.547 -83.3301 -73.7541 -47.2521 -18.3325 -83.3301四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-564.943KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取 12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1124.83KN计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 =1507mmOxl屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度： =3 1507=4521mmyl根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 3图 3 上弦截面设 =60，查轴心受力稳定系数表， =0.807需要截面积 = = =6483.0 *AfN.215*80742m需要回转半径 = = = =75.4mm*xilo.6.*yiol60521.4根据需要的 、 、 查角钢型钢表，初选 2 L 180 110 12，*Axi*y A=6714 ， =31mm ， =87.5mm。2mxiyi按所选角钢进行验算：= = =48.61=150xoil315077= = =51.36 =150yoil5.87421由于 ，只需求出 ，查轴心受力稳定系数表， 0.847xyyy= =197.8MPa ,Oylx故用不等肢角钢，短肢相并，见图 4。图 4 下弦截面A=6742 ， =31mm， =87.4mm。2mxiyi= =350xoil7.96310= =350 所选截面满足要求。y .524.8oil3. 端斜杆 Ba已知 N-606.939kN， 2456mm。因为 ，故采用不等Oxly Oxly肢角钢，长肢相并，使 ，选用角钢 2 L 140 90 10 xiyA4452.2 ， 44.7mm， 87.4mm2mxiyi截面刚度和稳定验算：8= =150 x94.57.26oil= =150y.3oil因为 只需求 ，查表得 =0.764xyyyMPa215 MPa 所选截面满足要求。43.1782.4576.093ANy4 斜腹杆 bD杆件轴力：N=- -398.799 kN=-398799N计算长度： ，mlox 4.278*.0loy278因为 ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 。oyl xiy设 ，查 Q235 钢的稳定系数表，可得 ，则需要的截面积为6 0.245.9821807.39mfNA需要的回转半径：， mix04.376.2iy.6根据需要 A， ， 查角钢规格表，选用 2L100 7，肢背间距 a=12mm,则xiy A=27.592 , =3.09cm, =4.53 cm2cyi按所选角钢进行验算：1509.7.304xoil 15032.6.4578yoil满足长细比要求。由于 ，只需求 。查表 =0.740，则yxxxMPaANx 2153.195.27*40.398故所选截面合适。5 斜腹杆 cF 杆件轴力：N=- -154.057 kN=-154057N计算长度： ，mlox 2.41930*8.loy30249因为 ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 。oxyl xiy设 ，查 Q235 钢的稳定系数表，可得 ，则需要的截面积为60 807.291.25807.14mfNA需要的回转半径：， mix32.406.219iy.63根据需要 A， ， 查角钢规格表，选用 2L90 6，肢背间距 a=12mm,则xiy A=21.274 , =2.79cm, =4.13cm2cyi按所选角钢进行验算：1507.869.241xoil 1502.73.410yoil满足长细比要求。由于 ，只需求 。查表 =0.643，则yxxxMPaANy 2156.14.2763.015故所选截面合适。6 受拉腹杆 Dc,Bb 杆的确定试取 Dc，Bb 杆的截面分别与 Cf,bD 相同，即腹杆 Dc 截面为 2L70 6，Bb杆截面 2L100 6，对两杆进行强度和刚度验算： 强度验算：Dc 杆：A=16.32 ； ；故可以。2cmMPaAN215.18632.074Bb 杆： A=23.864 ； ；故可以。0.95 刚度验算Dc 杆： ； ； =2.15cm, =3.33cmlox4.2mloy278xiyi15036.5.1xi 15042.83.7yoil刚度足够；Bb 杆： ； =3.1cm, =4.51cmmlox 8.24.0*loy21xiyi1015032.618.204xoil 1502.6.453yoil刚度足够。7、竖杆 EcN=-117.455kN=-117455N,mllox8.190.mloy2476由于杆件内力较小，按 选择，需要的回转半径为150cliox32.150. cmlioy65.10247查型钢表，选截面 和 较上述计算的 和 略大些。选用 2505，其几xiyxiy何特性为选用 2505，其几何特性为A=9.606 ， =1.53cm, =2.53cmcmxiyi150.293.1580xoil 15087.93.2546yoil因为 ，只需求 ，查表得 =0.572 yxyyMPaANx 21576.213.9057.1411屋架杆件截面选择表计算长度（cm) 回转半径（cm) 长细比 稳定系数 名称 杆件编 号 内力（KN） xl0yl0截面规格截面面积（cm2） xiyixy容许长细比 xy计算应力 Mpa上弦 IJ -1124.83 150.7 452.1 2L18011012 67.14 3.1 8.75 48.61 51.36 150 0.847 197.8下弦 de 270.96 300 1485 2L18011012 67.42 3.1 8.74 96.77 169.91 350 182.51Aa -27.315 191.5 191.5 2L635 12.286 1.94 3.04 102.6 65.5 150 0.538 41.32aB -606.919 253.4 253.4 2L1409010 44.522 4.47 3.74 56.71 67.78 150 0.764 178.43Bb 490.5774 208.6 260.8 2L1006 23.864 3.1 4.51 67.29 57.83 350 205.37Cb -60.6398 183.2 229 2L505 9.606 1.53 2.53 119.7 90.5 150 0.493 128.05bD -398.799 229.5 287 2L1007 27.592 3.09 4.53 74.3 63.3 150 0.724 199.63Dc 303.7428 228.7 285.8 2L706 16.32 2.15 3.33 106.37 85.83 350 183.73Ec -117.455 207.2 259 2L505 9.606 1.53 2.53 135.4 102.4 150 0.363 336.84cF -154.057 250.8 312.6 2L906 21.274 2.79 4.13 89.89 75.69 350 0.621 116.61Fd 91.1043 249.5 311.8 2L505 9.606 1.53 2.53 167 123.3 350 94.84Gd -64.4634 231.2 289 2L505 9.606 1.53 2.53 151.1 114.2 150 0.304 220.75dH 45.186 271.6 339.5 2L706 16.32 2.15 3.33 151.1 101.95 150 0.304 91.08He -61.6908 270.8 338.4 2L635 12.286 1.94 3.04 139.59 111.32 150 0.347 144.7Ie -99.4266 255.2 319.1 2L635 12.286 1.94 3.04 131.5 104.9 150 0.381 201.4腹杆eJ 116.36 286.3 357.9 2L635 12.286 1.94 3.04 118.6 149.25 150 0.31 305.5112五、节点设计各杆件的内力由 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fhwlwl后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 MPa160wf各杆件内力由表 1 查得 1. 下弦节点 b（1）斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背： mm，取 200mmmfhNlwe 5.1986.821607.24.950. wl肢尖： ，取 140mmfle 7.37.3. l（2） 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背： ，取 180mmmlw 34.1634.18607.3920 wl肢尖： =98.89+12=110.89mm，取 110mm （3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =5mm。fh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，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为 350mm470mm。（4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 N=521.17-85.4775=435.69KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm，所需焊缝长度为 470mm,受力较大的肢背处的焊缝应力为： 160MPaMPaf 9.84)1270(6.29.43503（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图 7 所示13图 5 节点板 b 尺寸2 .上弦节点 B（1）斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同。N=-606.939KN（2）斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背： ,取 =210mmmfhNlwe 67.20967.18907.2630. wl肢尖： ，取 180mmflew 48.4.5.3. l（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得， mhf 61221节 点 板 厚 度 mhf10上弦与节点板间焊缝长度为 470mm，则MPa0.8 MPa17.0wflP3470.556wf上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=625.51KN偏心距 e =110-25.984.1mm设需焊缝长度为 470mm，则 MPalhNwef 29.)047(1.026560.6393KN490.58KN398.80KN578.03 KN kkkkKKKkk85.4775KN14MPalhMwff 3.1)2047(1.02.8657.026ff 605.9.).3()(.1( 2 （4）节点板尺寸：方法同前，如图 8 所示3 .屋脊节点 J （1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm，则需焊缝长度为，取 =300mmwffwhNl7.04 m08.27108.2516107.483wl拼接角钢长度取 2 (300+20)+24664mm( 2 ) 斜杆与节点板连接焊缝的计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm，所需焊缝长度为：肢背： ，取 =100 mmmlw35.812607.4.390 wl肢尖： ，取焊缝长度 =60mm6952 wl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，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为 500mm240mm。( 3 ) 弦杆与节点板的连接焊缝计算：0 625.514KN606.939KN490.5774KN15取节点板的长度为 500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为220 mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 201/50wflhP7. MPafMPaw16.58.073.1207.5463上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为 10mm。 PalhNwef 49.52017.8215. MlMef 8.12.622Paff 603.94.5).184()(.1( 2222 （4）中竖杆与节点板的连接焊缝计算此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =5mmfh（5）节点板尺寸：方法同前，如图 9 所示图 9 节点板 J 寸4 .下弦拼接节点 e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为 ，取mfhlww 401687.042567.04A=404+16=420mmwl136.9944KN 136.9944KN1118.82KNKN1118.82KNKN16拼接角钢长度 2 420+20=860mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算按下弦杆内力的 15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背： ，取 =30mmmlw 1.21607.25.90wl肢尖 ，取 =50mm643. l5 .端部支座节点 a图 11 支座节点 a为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为 180mm。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同，厚度同端部节点板为 14mm。（1） 支座底板计算 支座反力 NR4916705630取加劲肋的宽度为 110mm，考虑底板上开孔，锚栓直
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