钢结构课程设计

钢 结 构 课 程 设 计 1 1 设计资料 厂房总长度 屋架跨度为 纵向柱距 地区计算温度高于 90m24m6m20 C 无侵蚀性介质 地震设防烈度为度 厂房内桥式吊车为台 中级工作制 82150 30t 锻锤为台 拟采用钢筋混凝土柱 梯形钢屋架 柱的混凝土强度等级为 屋面25tC30 坡度 屋架钢材采用 焊条选用型 手工焊 iL 10 Q235E43 2 屋架形式和几何尺寸 屋架计算跨度 0 ll2 1502400030023700mm 屋架端部高度 0 H1990mm 屋架中部高度 0 1124000 HHi19903190mm 10102 屋架的高跨比 3190 H l1 7 5 24000 3 支撑布置 厂房长度为 故仅在房屋两端部开间设置上 下弦横向水平支撑和屋架两端及90m 跨中三处设置垂直支撑 其他屋架则在垂直支撑处分别于上 下弦设置三道系杆 其中 屋脊和两支座处为刚性系杆 其余为柔性系杆 钢 结 构 课 程 设 计 2 4 屋架节点荷载 屋面坡度较小 故对所有荷载均按水平投影面计算 风荷载为风吸力 且本设计 为重屋盖 故不考虑 永久荷载标准值 三毡四油 上铺绿豆砂 防水层 2 0 4kN m 水泥砂浆找平层 2 0 4kN m 保温层 2 0 4kN m 一毡二油隔气层 2 0 05kN m 水泥砂浆找平层 2 0 3kN m 钢 结 构 课 程 设 计 3 预应力混凝土屋面板 2 1 45kN m 2 0 120 011 240 38kN m 屋架及支撑自重 合计 2 3 38kN m 可变荷载标准值 屋面活荷载 2 0 7kN m 屋面积灰荷载 2 1 2kN m 荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算 对跨中部分斜腹杆因半跨荷载可 能产生的内力变号 采取将跨度中央每侧各两斜腹杆 图中杆 均按压ggHHiF 杆控制长细比 故不再考虑半跨荷载作用的组合 由可变荷载效应控制的内力组合计算 取永久荷载 屋面活荷载 G 1 2 屋面积灰荷载 则节点荷载设计值为 Q1 1 4 Q2 1 40 9 2 F 1 2 3 38 1 4 0 7 1 4 0 9 1 2 1 5 650 9kN 由永久荷载效应控制的内力组合计算 取永久荷载 屋面活荷载 G 1 35 屋面积灰荷载 则节点荷载设计值为 Q11 1 40 7 Q2 1 40 9 2 F 1 35 3 38 1 4 0 7 0 7 1 4 0 9 1 2 1 5 660 85kN 故应取节点荷载设计值 F60 85kN 5 屋架杆件内力 经计算在全跨荷载作用下的屋架杆件内力系数如图右半部分 内力设计值如下图所示 钢 结 构 课 程 设 计 4 6 杆件截面选择 按腹杆最大内力 查表钢 选中间节点板厚度为 aB N539 74kN 7 612mm 支座节点板厚度为 14mm 1 上弦杆 整个上弦杆采用等截面 按最大内力计算 FH N928 57kN 0 x l150 8cm 0y l301 6cm 假定 查附表 1 2 50 0 856 则 3 2 req 2 N928 57 10 A50 4cm f0 856 215 10 0 x xreq l150 8 i3 02cm 50 0y yreq l 301 6 i6 03cm 50 由附表 9 选用 2 L 短肢相并 140 90 12 2 A2 26 4052 8cm x i2 54cm y i6 81cm 截面验算 满足 0 x x x l150 8 59 4150 i2 54 满足 0y y y l 301 6 43 8150 i6 89 双角钢 T 形截面绕对称轴 y 轴 应按弯扭屈曲计算换算长细比 yz 则 0y 1 1 0 56l b140 56 301 6 11 712 1 t1 2b14 yzyx 43 8 故由 查附表 1 2 得 maxx 59 7 0 809 满足 3 22 2 N928 57 10 217 4N mmf215N mm A0 809 52 8 10 2 下弦杆 整个下弦杆采用等截面 按最大内力计算 gi N923 09kN 钢 结 构 课 程 设 计 5 0 x l300cm 0y l1185cm 3 2 nreq 2 N923 09 10 A42 93cm f215 10 由附表 9 选用 2 L 短肢相并 140 90 10 2 n AA2 22 2644 52cm x i2 56cm y i6 84cm 满足 3 22 2 n N923 09 10 207 34N mmf215N mm A44 52 10 满足 0 x x x l300 117 2350 i2 56 满足 0y y y l 1185 173 25350 i6 84 3 腹杆 杆 aB aB N539 74kN 0 x0y lll253 5cm 选用 2 L 长肢相并 140 90 10 查附表 9 2 A2 22 2644 52cm x i2 56cm y i3 66cm 满足 0 x x x l253 5 99150 i2 56 满足 0y y y l 253 5 69150 i3 66 因为 0y 2 2 l b8253 5 100 480 4815 2 t0 8b8 44 2 yzyx 2222 0y 1 09b1 09 8 1 69 3 1 76 8 l t253 50 8 故由 查附表 1 2 得 x 99 0 561 满足 3 22 2 N539 74 10 216 11N mmf215N mm A0 561 44 52 10 钢 结 构 课 程 设 计 6 杆 Bc Bc N418 65kN 0 x l0 8l0 8 260 8208 64cm 0y ll260 8cm 2 2 3 77 18 10215 1065 418 cm f N A 选用 2 查附表 2 1 880 2 60 2430 122cmA cmix44 2 cmiy77 3 满足350 5 85 44 2 64 208 0 x x x i l 满足350 2 69 77 3 8 260 0 y y y i l A N 满足 3 22 2 n N418 65 10 138 35N mmf215N mm A30 26 10 杆 cD cD N331 02kN 0 x l0 8l0 8 289 522 87cm 0y ll285 9cm 选用 2 查附表 8 90 10 2 A2 17 1734 34cm x i2 74cm y i4 20cm 验算 满足 0 x x x l228 7 83 57150 i2 74 满足 0y y y l 285 9 68 07150 i4 2 因为 0y 1 l b9285 6 90 560 5617 79 t1b9 44 2 yzyx 2222 0y 0 475b0 475 6 3 1 68 07 1 70 67 l t285 91 故由 查附表 1 2 得 x 83 57 0 665 钢 结 构 课 程 设 计 7 满足 3 22 2 N331 02 10 144 95N mm215N mm A0 665 34 34 10 杆 De De N225 15kN 0 x l0 8l0 8 28 5922 87cm 0y ll28 59cm 3 2 nreq 2 N225 15 10 A10 47cm f215 10 选用 2 查附表 8 63 5 2 n A2 6 1412 28cm x i1 94cm y i3 04cm 满足 3 22 2 n N225 15 10 183 35N mm215N mm A12 28 10 满足 0 x x x l228 7 117 9150 i1 94 满足 0y y y l 285 9 94350 i3 04 杆 eF eF N149 69kN 0 x l0 8l0 8 31 2925 03cm 0y ll31 29cm 选用 2 则 75 5 2 A2 7 4114 82cm x i2 33cm y i3 52cm 满足 0 x x x l250 3 107 43150 i2 33 满足 0y y y l 312 9 88 9150 i3 52 因为 0y 1 1 l b7 5312 9 150 560 5623 4 t0 5b7 5 44 2 yzyx 2222 0y 0 475b0 475 7 5 1 88 9 1 94 37 l t312 90 5 故由 查附表 1 2 得 x 107 43 0 509 钢 结 构 课 程 设 计 8 满足 3 22 2 N149 69 10 198 44N mm215N mm A0 509 14 82 10 杆 Fg Fg N67 54kN ox l 0 8 311 9 249 5cm oy ll311 9cm 将杆按的拉杆设计 选用屋架需采用的最小角钢 2 Fg Fg N67 54kN 都可满足要求 但考虑该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号 故宜按50 5 压杆的容许长细比进行控制 现选用 2 查附表 8 63 5 2 A2 6 1412 28cm x i1 94 y i3 04 满足 0 x x x l249 5 128 6150 i1 94 满足 0y y y l 311 9 102 6150 i3 04 杆 gH gH N1 22kN 0 x l0 8l0 8 339 6271 7cm 0y ll339 6cm 同理 亦按压杆容许长细比进行控制 选用 查附表 8 263 5 2 A2 6 1412 28cm x i1 94cm y i3 04cm 满足 0 x x x l271 7 140 1150 i1 94 满足 0y y y l 339 6 111 7150 i3 04 杆 Hi Hi N65 72kN ox l0 8l0 8 337269 6cm oy ll337cm 由于压力很小 亦按容许长细比选用 查附表 8 263 10 x i1 88cm y i3 15cm 满足 ox x x l269 6 143 4150 i1 88 钢 结 构 课 程 设 计 9 满足 oy y y l 337 107150 i3 15 杆 Ii Ii N124 74kN 0 l0 9l0 9 31 9287 1cm 选用 十字相连 查附表 8 263 10 2 A2 11 6623 32cm x0 i2 36cm 满足 o xo xo l287 1 121 7 350 i2 36 满足 3 22 2 n N124 74 10 53 49N mm215N mm A23 32 10 杆 aAcCeEgG 其内力值大小相同 选用长细比较大的竖 aAcCeEgG NNNN60 85kN 杆进行设计 则可保证其它竖杆的安全可靠性 内力较小 gG N60 85kN ox l0 8l0 8 28 923 12cm oy l28 9cm 按各杆容许长细比选择角钢 所需回转半径 150 ox x l2312 15 4mm 150 oy y l 2890 19 3mm 150 选用 则 256 5 2 A10 84cm x i1 72cm y i2 77cm 满足 ox x x l231 2 134 4150 i1 72 满足 oy y y l 289 0 104 3150 i2 77 根据布置螺栓的要求 端竖杆最小应当选用 的角钢 采用十字行截263 5 面 2 A12 28mm xo i2 45cm 端竖杆 aA ox l0 9l0 9 199179 1cm 满足 o xo xo l179 1 73 1 350 i2 45 钢 结 构 课 程 设 计 10 满足 3 22 2 n N60 85 10 49 55N mm215N mm A12 28 10 屋架杆件截面选择表屋架杆件截面选择表 杆件 计算长度 cm 回转半径 cm 长细比 名 称 编 号 内力 KN ox l oy l 截面规格 截面 面积 cm x i y i x y min N A n N A 上 弦 AI 928 6150 8301 6 140 90 12 52 82 546 8159 443 771500 809217 4207 4 下 弦 ai 923 093001185 140 90 10 44 522 566 84117 19173 25350207 3 aB 539 74253 5253 5 140 90 10 44 522 563 669969 31500 561216 11 Bc 418 65208 6260 8 80 10 30 262 423 7486 269 7350138 35 cD 331 02228 7285 9 90 10 34 3427 442 085 5768 071500 665145 0 De 225 15228 7285 9 63 5 12 281 943 04117 994150183 4 eF 149 69250 3312 9 75 5 148 22 333 52107 488 91500 509198 4 Fg 67 54249 5311 9 63 5 12 281 943 04128 6102 615055 gH 1 22271 7339 6 63 5 12 281 943 04140 1111 7150 Hi 65 75269 6337 63 10 23 321 883 15143 410715028 19 aA 30 42179 1179 1 63 5 12 281 943 0473 173 135049 55 Cc 60 85183 2229 56 5 10 841 722 7715 419 315056 13 Ee 60 85207 2259 56 5 10 841 722 7715 419 315056 13 Gg 60 85231 2289 56 5 10 841 722 7715 419 315056 13 斜 腹 Ii 124 74l0 287 1 63 10 23 32ixo 2 36 xo 121 7 35053 49 钢 结 构 课 程 设 计 11 7 节点设计 1 下弦节点 焊条 设杆的肢背和肢尖焊缝为和 E43 w2 t f160N mm cB f h6mm 5mm N 331 02KN N 60 85KN N 418 65KN N 287 82KNN 701 6KN 所需焊缝长度 肢背 取 3 w 0 7 418 65 10 l10228mm 2 0 7 6 160 w l230mm 肢尖 取 3 w 0 3 418 65 10 l10112mm 2 0 7 5 160 w l120mm 钢 结 构 课 程 设 计 12 设杆的肢背与肢尖的焊缝为和 cD f h6mm 5mm 肢背 取 3 w 0 7 331 02 10 l10182 4mm 2 0 7 6 160 w l180mm 肢尖 取 3 w 0 3 331 02 10 l1098 7mm 2 0 7 5 160 w l100mm 下弦与节点板连接的焊缝长度为 焊缝所受的力为左右下410mm f h5mm 弦杆的内力差 受力较大的肢背处焊缝应力为N701 6287 8413 8kN 3 22 f 0 75 413 8 10 110 8N mm160N mm 2 0 7 5 410 10 焊缝强度满足要求 2 下弦拼接节点 拼接角钢采用与下弦相同的截面 拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计 设角焊缝焊脚尺寸 则接头一侧需要的焊缝计算长 f ht21028mm 度为 2 w w ff Af44 52 10215 l267 1mm 4 0 7h f4 0 7 8 160 拼接角钢的总长度为 wf l2 l2h a2 267 12 8 10576 2mm 取 拼接角钢水平肢较宽 故采用斜切 不但便于焊接 且可增l600mm 加焊缝长度 水平肢上的安装螺栓孔 待屋架拼装完后可用于连接屋架下弦横向水 平支撑 竖肢因切肢后余留高度较小 不设安装螺栓 拼接角钢竖肢需切去的高度为 f th5108523mm 取 即竖肢余留的高度为 25mm 65mm 取两斜腹杆杆端至节点中心距离为 竖杆杆端至节点中心的距离为230mm 节点板按布置腹杆杆端焊缝需要 采用 90mm330 12 380 3 下弦跨中节点 跨中起拱 下弦接头设于跨中节点处 连接角钢取与下弦相同截面50mm 2 L 焊缝高度 焊缝长度140 90 10 f h8mm 钢 结 构 课 程 设 计 13 取 3 w 823 3 10 l10239 7mm 4 0 7 8 160 w l230mm 连接角钢长度 取 l2 230 10470mm l480mm 肢尖切去 截面削弱 f th5128525mm 2 A25 10250mm 满足要求 A250 12 7 15 A1971 4 上弦节点 杆与节点板的焊缝尺寸为和节点 c 相同 杆与节点板的焊缝尺寸按上述方BcaB 法计算 aB N539 7kN N 418 65KN N 539 74KN N 530 61KNN 0KN 肢背 取 f h10mm 3 w 0 7 539 7 10 l10178 7mm 2 0 7 10 160 w l180mm 肢尖 取 f h6mm 3 w 0 3 539 7 10 l10120 5mm 2 0 7 6 160 w l130mm 为了便于搁置屋面板 上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背 上弦角钢与节点8mm 板间用槽焊连接 计算时可略去屋架上弦坡度的影响 认为集中力与上弦垂直 F60 85kN f t12 h6mm 22 根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸 置得节点板长度 焊缝计算长度440mm 则肢背焊缝应力为 w l440 10430mm 钢 结 构 课 程 设 计 14 3 f e w P60 85 10 2h l2 0 7 6 430 2 w2 ft 16 85N mm f1 22 160195 2N mm 肢尖焊缝承受弦杆内力差 偏心距 BCBA NNN530 61kN e9021 2 偏心力矩68 8mm 37 MNe530 61 1068 83 65 10 N mm 采用 f h8mm 则 3 2 f e w P530 61 10 110 2N mm 2h l2 0 7 8 430 7 2 f 2 e w 6M6 3 65 10 105 8N mm 2h l2 0 7 8 430 222222 f f f 105 8 110 2140 2N mm160N mm 1 22 焊缝强度满足要求 5 屋脊节点 竖杆杆端焊缝按构造取和为和 上弦与节点板的连接焊Ii f h w l5mm80mm 缝 角钢肢背采用塞焊缝 并假定仅承受屋面板传来的集中荷载 一般可不作计算 角钢肢尖焊缝应取上弦内力的进行计算 即15 N0 15N0 15 895 1 其产生的偏心矩 134 27kN 36 MNe134 27 10709 40 10 N mm 现取节点板尺寸如图所示 钢 结 构 课 程 设 计 15 设肢尖焊脚尺寸 则焊缝计算长度 f 2 h8mm w2 l2002 85179mm 验算肢尖焊缝强度 22 ff 2 w2f 2 w2 6MN 20 7h l20 7h l 63 22 2 6 9 40 10134 27 10 1 22 2 0 7 8 1792 0 7 8 179 满足 2w2 f 145N mmf160N mm 上弦杆起拱后坡度为 拼接角钢采用与上弦相同截面 热弯成型 拼接1 9 6 角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算 设角焊缝焊脚尺寸 f ht212210mm 则接头一侧需要的焊缝计算长度 3 w w ff N895 1 10 l199 8mm 4 0 7h f4 0 7 10 160 拼接角钢的总长度 wf 1 l2 l2h a2 199 82 10 10290 468 4mm 9 6 取 l480mm 拼接角钢竖肢需切去的高度 f th512 10527mm 取 即竖肢余留的高度为 30mm 60mm 6 支座节点 根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝