27m钢结构课程设计-计算书.doc

目 录一、设计资料3二、钢材和焊条选择3三、屋架形式及尺寸3四、屋盖支撑布置3五、荷载和内力计算5六、干件截面选择9七、节点设计14一、设计资料详见同济大学自考办发的钢结构课程设计任务书。二、钢材和焊条选择按设计规范要求，钢材选用Q235B。焊条选用E43型，手工焊。三、屋架形式及尺寸根据钢结构课程设计任务书，屋架的计算跨度为L0=L-300=27000-300=26700（mm）屋架在30m轴线处的端部高度取H0=1990mm跨中高度H=H0+屋架的高度跨比H/L=3490/27000=1/7.7在屋架常用高度范围内。为使屋架上弦承受截点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，复杆体系大部分采用下线节间长为3m的人字式，仅在跨中考虑到复杆的事宜倾角，采用再分式。屋架跨中起供55mm（L/500=54mm,取55mm）。几何尺寸如下所示：屋架几何尺寸图四、屋盖支撑布置根据车间长度（240m60m）、跨度及荷载情况，设置5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。支撑布置见下页图所示。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。五、荷载和内力计算（1）荷载计算 和在计算及汇总见下表：荷载计算及汇总表项次荷载名称计算式标准值（KN/m2）设计值（KN/m2）备注1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.41.68 沿层面坡向分布2二毡三油加绿豆沙0.40.48 沿层面坡向分布3找平层2cm厚0.40.48 沿层面坡向分布4支撑重量0.070.08 沿层面坡向分布5钢屋架0.12+0.011*270.420.50 沿水平面分布6恒载总和2.693.23 7活载0.70.98 沿水平面分布8积灰荷载0.81.12 沿水平面分布9可变荷载总和1.52.10 计算屋架杆力时，应考虑如下三种荷载组合：使用“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半夸屋面均布和活荷载”。应注意半夸屋面活荷载可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨。恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值P恒及P活分别为P恒=3.23*1.5*6=29.07（KN）P活=2.10*1.5*6=18.90（KN）施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载”。这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）既可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值P恒和P活分别为P恒=(0.08+0.5)*1.5*6=5.22（KN）P活=(1.68+2.1)*1.5*6=34.02（KN）（2）内力计算 采用系数法计算，具体系数见下页图：根据以上算得的节点荷载和杆力系数，利用下表进行杆件的内力组合并求出各杆的最不利内力，计算过程和结果详见下页表：六、干件截面选择（1）上弦整个上线不改变截面，取上弦最大设计杆力（HJ杆）计算。N=-921.98KN，=151.1cm , =302.2cm ,（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取为两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力=-490.25KN，查表7.4，取中间节点版厚度t=10mm，支座节点板厚度t=12mm。先由非对称轴选择截面，假设=60，由附二表2.2查得 =0.807（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），需要的截面面积=53.14一般角钢厚度15mm，属第1组，故取=215N/mm。需要的回转半径为 上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T形截面。根据需要的、及 查附三表3.5，选用2L18011010：A=56.75cm，=3.13cm，=8.62cm（节点板厚10mm），。 验算：=/=151.1/3.13=48，=0.865故 =0.56/=0.56302.2/18=9.33。换算长细比=3.7，查附二表2.2，得=0.769。故 =215满足要求。垫板每节间放置一块（满足范围内不许少于两块），=151.1/2=75.6cm40 (为5.81cm)。（2）下弦下弦亦不改变截面，采用最大设计杆力（cd杆）计算，N=877.85kN，=450cm , =2670/2=1335cm ,需要的净截面面积为=选用2L18011010（短肢相连）：A=56.75cm，=3.13cm，=8.62cm。 验算：在节点设计时，将位于cd杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，且使栓孔中心到节点板近端边缘距离不小于100mm，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（）=/=450/3.13=144=150 =/=1335/8.62=154=350= =215满足要求。垫板每节间放一块，=150=80 (为5.81cm)。（3）端斜杆aBN=-490.25kN，=246.4cm , =246.4cm , 选用2L140908（长肢相连）：A=36.08cm，=4.5cm，=3.62cm。验算：=/=246.4/4.5=550.48/=0.48246.4/9=13.1，=246.4/3.62=68，=，=0.688=215满足要求。设两块垫板=246.4/3=8440 (为2.59cm)。（4）腹斜杆dJ此为再分式主斜杆，dg、gJ两端同时受压, =-60.68KN，=-56.60KN，其他情况两段杆均受拉，最大拉力为=113.32KN，=142.41KN。按受压杆设计时，=230.1cm，=（0.75+0.25）=230.12(0.75+0.25)=452.5(cm)选用2L705,A=13.75cm，=2.16cm，=3.23cm。按受压杆验算:=/=230.1/2.16=107对y轴，b/t=70/5=140.58/=0.58452.5/7=37.5，=/=452.5/3.23=140，=150，=0.345=215按受拉杆验算:= =215无论受压、受拉都能满足要求。虽然承载力富余较多，但截面不能再减小，否则将不能满足要求。dg、gJ杆各放两块垫板，=230.1/3=7740 (为2.16cm)。（5）竖杆Hd=-71.96KN,=0.8=0.8313.3=250.6(cm)，=313.3(cm)。选用2L635,A=12.29cm，=1.94cm，=2.96cm。验算：=/=250.6/1.94=129对y轴，b/t=63/5=130.58/=0.58313.3/6.3=28.8，=/=313.3/2.96=106，=150由=129，得=0.392：=215满足要求。放三块垫板，=313.3/4=78.3=1.19cm，=2.45cm=1.49。满足要求。放三块垫板，=223.9/4=5640 (为1.53cm)其余各杆的截面选择见下页表，需注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度为=0.9，其他腹杆除Aa和Ba外，=0.8。七、节点设计由前述施工图绘制可见，在确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。为简洁起见，下面先算出各复杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度 角钢肢尖所需焊缝长度 计算结果列于下表。表中腹杆力小的，是按构造取值。腹杆杆端焊缝尺寸杆件名称设计内力（KN）肢背焊缝（mm）肢尖焊缝（mm）l1hfl2hfaB-490.25195 8140 6Bb374.17165 8100 6bD-309.41175 685 6Dc219.7130 665 6cf-165.5100 650 6fE35.550 550 5fG-127.690 550 5gJ142.4190 650 6Gd59.7350 550 5dg113.3285 550 5gH32.1450 550 5Cb Ff Ig-47.9750 550 5Ec Hd-71.9660 550 5（1）下弦节点“b”按上表所列Bb、bD杆所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点的形状和尺寸，见下图（为方便施工，本例取矩形），由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为402mm，设焊脚尺寸为5mm，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差N=-=642.32-272.47=369.85（KN）验算肢背焊缝的强度：满足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能满足要求。竖杆bC下端应伸至距下弦肢尖20mm处，并沿肢尖和肢背满焊。（2）上弦节点“B”按上表所里复杆Ba、bB所需焊缝长度，确定节点板形状和尺寸，如上图所示。量得上弦于节点板的焊缝长度为440mm，5mm，因节点板伸出上弦支背15mm，故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P=29.07+18.9=47.97（kN）和弦杆内力差N=482.65kN的共同作用。忽略P对焊缝的偏心并视其与上弦垂直，则上弦支背的焊缝应力为 满足要求。肢尖的焊缝5mm，应力更小，定能满足要求，不必验算。（3）下弦中央并接节点“f”拼接角钢计算因节点两侧下弦杆力相等，故用一侧杆力。拼接角钢采用与下弦相同的截面2L16010010，设于下弦的焊缝的焊叫尺寸=8mm竖直肢应切去=t+5（5mm）=10+8+5=23（mm），节点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为拼接角钢需要长度为为保证拼接节点处的刚度取，L=660mm。下弦与节点板的连接焊缝计算下弦与节点板的连接焊缝按0.15计算。取焊接角尺寸=5mm，节点一侧下弦支背和指尖每条焊缝所需长度、分别为在上图中节点板宽度是由连接竖杆的结构要求所决定的，从图中量的每条支背焊缝长度为155mm，每条之尖焊缝长度为120mm，满足要求。（4）屋脊节点“J”拼接角钢计算拼接角钢采用与上弦相同的截面2L18011010。设两者之间的焊脚尺寸为8mm，竖直肢应切去=t+5（mm）=10+8+5=23（mm）。按上弦杆力=-921.98kN计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点每侧每条焊缝需计算长度为拼接角钢所需长度为保证拼接节点处的刚度，取L=700mm。上弦与节点板间焊缝计算 上弦与节点板间在节点两侧共8条焊缝，共同承受节点荷载P与两侧上弦内力折合力，近似地取sin=tan=0.1,该合力的数值为2N sin-P=2921.980.1-47.97=136.43KN设焊脚尺寸为5mm，每条焊缝所需长度为由上图量得的最短焊缝长度为157mm，很富余。（5）支座节点“a”底板计算底板承受屋架的支座反力R=9P=947.97=431.73 KN柱采用C20，其轴心抗压强度设计值，底板所需截面面积为：=锚栓直径为d=25mm，锚栓孔布置如上图所示，栓孔面积为：N=50402+252=5963底板所需总面积为：按构造要求底板面积取为A=280x280=78400,满足要求。底板承受的实际均布反力：节点板和加劲肋板将底板分成4块相同的两相邻边支撑板，它们的对角长度及内角顶点到对角线的距离分别为：，查表可得=0.058，两相邻边支承板单位板宽的最大弯矩为：所需底板厚度：实取底板尺寸为-加劲肋与节点板的连接焊缝计算。焊缝长度等于加劲肋板的高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为505mm，计算长度=505-12-15=478mm，设焊脚尺寸=8mm，每块加劲肋板近似的按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e=（140-6-15）/2+15=74.5mm，则焊缝所受剪力V及弯矩M为：焊缝强度验算满足要求加劲肋和节点板与底板的焊缝计算上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为（设=8mm）所需焊脚尺寸：还应满足角焊缝的构造要求：其他节点的计算不再一一列出，详细的施