钢结构设计课程设计2.doc

钢结构设计课程设计学生姓名： 指导教师： 学生班级： 建工08-11 学生学号： 13号 任务参数： 序号一 A 序号二 3 设计时间： 2011 年 5 月 3 日至 2011 年 5 月 20 日 目 录1 设计资料2 屋架形式及几何尺寸3 屋盖支撑布置4 荷载内力计算4.1 荷载计算5 内力计算及内力组合6 杆件截面的选择6.1 上弦杆6.2 下弦杆6.3 腹 杆6.3.1 端斜杆Ba6.3.2 斜杆Bc6.3.3 斜杆Dc6.3.4 斜杆De6.3.5 斜杆Fe6.3.6 斜杆Lk6.3.7 斜杆Lm6.4中间竖杆Mm7 屋架节点设计 7.1 下弦一般节点取C点进行设计 7.2 上弦一般节点取B点进行设计 7.3 屋脊节点M 7.4 支座节点a 7.4.1 地板的计算7.4.2 加劲肋与节点板连接的焊缝计算7.4.3 节点板、加劲肋与底板连接的焊缝计算8 参考文献1 设计资料屋架跨度为36m，屋架间距为6.6m，房屋长度为46.2m，屋面采用梯形刚屋架1.5x6.6m。屋面材料采用彩色夹芯板，工字型檩条，地面粗糙度类别为B类，二级建筑。屋架下弦无悬挂荷载，风荷载、雪荷载按哈尔滨地区采用，不考虑积灰荷载及地震作用。钢屋架材料采用Q235B级刚，焊条再用E43型手工焊，屋面坡度1/10。 2 屋架形式及几何尺寸屋架端部高度H0=2000m，中间竖杆高度H=4000mm， 满足刚度以及经济性对跨中高度的要求。屋架跨度36m的梯形屋架，根据每块彩色夹芯板板宽度1500mm，为尽量使屋架节点受荷，将上弦划分为12个节间。3 屋盖支撑布置根据车间长度、跨度和荷载情况设置屋架上弦横向水平支撑。因为无吊车，所以下弦不需设置支撑。厂房两端的横向水平支撑设置在第一柱间，在设置水平支撑的柱间，在屋架跨中及两端设置垂直支撑，屋脊节点以及屋架支座处沿厂房通常设置刚性系杆，屋架下弦跨中通常设置一道柔性系杆。所有屋架采用统一规格，但因为支撑和支撑连接板不同，分为三个编号：中部仅与系杆相连的屋架共2榀为GWJ-1； 与水平支撑相连的屋架共6榀为GWJ-2；端部屋架除与刚性系杆相连外，海域抗风柱等有关构件共2榀为GWJ-3。 4 荷载内力计算4.1 荷载计算4.1.1 永久荷载（恒载）（水平投影面） 标准值(KN/m2)彩色夹芯板 0.15 KN/m2屋架及支撑 0.12+0.01L=0.48 KN/m2檩条 0.1 KN/m2防水层及找平层2cm厚 0.1 KN/m2以上合计为 0.83 KN/m24.1.2 可变荷载（活载）屋面活荷 0.5 KN/m2雪荷载 0.45 KN/m2活荷载雨雪荷载取较大值参与组合取0.5 KN/m2风荷载：基本风压 wo=0.55 风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范（GB5009-2001）规定这里取z=1.25，屋面迎风面的体形系数为-0.6，背封面为-0.5，所以负风压的设计为（垂直于屋面）标准值迎风面 k1=-0.6x1.25x0.55x1.509x6.6=-4.108 KN/m2背风面: k2=-0.5x1.25x0.55x1.509x6.6=-3.423 KN/m2设计值 1=1.4x-4.108=-5.751 KN/m2 2=1.4x-3.423=-4.792 KN/m2风荷载对屋面为吸力，为此屋盖为非轻型屋盖且坡度很小，可以不考虑风荷载的影响。因为屋面坡度小，所有荷载都可以近似的沿水平面分布来考虑。永久荷载设计值：1.2x0.83=0.996KN/m2可变荷载设计值：1.4x0.5=0.7KN/m2节点荷载：恒荷： 0.996x1.5x6.6=9.86 KN/m2 活载: 0.70x1.5x6.6=6.93KN/m24.1.3 荷载组合设计屋架时，应考虑以下二种荷载组合:（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载组合（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载组合（图4.1 屋架全跨荷载布置图） （图4.2屋架半跨荷载布置图）5内力计算及内力组合 取左半跨进行用结构力学求解器计算各杆件内力，取右半跨进行进行内力分析，左半跨与之相对应。杆件名称杆件编号永久荷载活荷载内力组合最不利内力组合全跨可变荷载半跨可变荷载永久荷载+全跨可变荷载永久荷载+半跨可变荷载可变荷载在左半跨可变荷载在右半跨可变荷载在做半跨时可变荷载在有半跨时上弦杆1000000002.3-153.1-107.6-29.3-78.2-260.7-182.4-231.3-260.74.5-243.6-171.1-51.3-119.8-414.7-294.9-363.4-414.76.7-292.3-205.4-68.5-136.9-497.7-360.8-429.2-497.78.9-311.8-219.1-82.2-136.9-530.9-394.0-448.7-530.910.11-310.0-217.8-93.4-124.5-527.8-403.4-434.5-527.812-292.3-205.5-102.7-102.7-497.8-395.0-395.0-497.8下弦杆1385.762.215.744.5147.9101.4130.2147.914203.3142.940.8102.1346.2244.1305.4346.215270.6190.160.0130.1460.7330.6400.7460.716303.3213.175.2137.9516.4378.5441.2516.417311.3218.787.5131.2530398.8442.5530.018301.0211.597.6113.9512.5398.6414.9512.5斜腹杆19-150.5-105.7-27.6-78.2-256.2-178.1-228.7-256.220116.882.123.658.5198.9140.4175.3198.921-99.5-69.9-22.7-47.2-169.4-122.2-146.7-169.42275.352.919.833.0128.295.1108.3128.223-60.9-42.8-19.223.5-103.7-80.1-37.4-103.72442.629.917.112.872.559.755.472.525-29.8-20.9-16.7-4.2-50.7-46.5-34-50.72615.510.915.0-4.226.430.511.330.527-3.5-2.5-14.812.33-6.0-18.38.83-18.328-8.0-5.613.5-19.1-13.65.5-27.1-27.12919.413.7-13.326.933.16.146.346.330-28.9-20.312.2-32.5-49.2-16.7-61.4-61.4竖杆31-5.4-3.80-3.8-9.2-5.4-9.2-9.232-10.8-7.60-7.6-18.4-10.8-18.4-18.433-10.8-7.60-7.6-18.4-10.8-18.4-18.434-10.8-7.60-7.6-18.4-10.8-18.4-18.435-10.8-7.60-7.6-18.4-10.8-18.4-18.436-10.8-7.60-7.6-18.4-10.8-18.4-18.43753.837.818.918.991.656.756.791.66 杆件截面的选择6.1 上弦杆节点板厚度按弦杆腹板厚度选取取为8mm。整个上弦不改变截面，按最大内力设计N=-530.9KN，计算长度为，（压型钢板与檩条保证有三个可靠连接，取两个节间长度）。初选用截面面积： 回转半径： 重心： 刚度验算 ： 其中： 由yz查得=0.76 （b类）验算： 此截面符合要求，且经济性较好。6.2 下弦杆整个下弦不改变截面，采用等截面杆，在下弦节点处弦杆角钢上设置有连接的支撑的螺栓孔d0=22mm，由于螺栓孔在节点板范围内切螺栓孔中心至节点板边缘的距离为100mm故可不考虑螺栓孔下弦的削弱。下弦按最大内力设计值Nmax=530KN进行设计，屋架平面内计算长度按下弦与屋架支撑布置情况确定，需要的毛截面面积为ANf=530103215=2465mm2。根据算得的截面面积A查热轧角钢型钢表，选择，截面几何特性为：A=32.14cm2, 截面验算： 所选截面满足要求。6.3 腹杆6.3.1端斜杆Ba节点板厚度与弦杆厚度相同为8mm。杆件的内力设计值N=-256.2KN，计算长度初选用21258010长肢相并的不等边双角钢，截面的几何特性为： 截面验算： 属于b类截面 属于b类截面当b2t=12510=12.50.4loyb2=0.482636125=10.1截面满足要求。6.3.2 斜杆Bc杆件内力设计值N=-198.9KN，计算长度l0x = 0.8l =0.82636=2108mm, l0y = l =2636mm，初选用2635等边双角钢截面，截面的几何特性为： 截面验算： 截面满足要求。6.3.3 斜杆Dc杆件内力设计值N=-169.4KN,计算长度l0x = 0.8l =0.82916=2332.8mm, l0y = l =2916mm，选用2805等边双角钢，截面的几何特性为： 截面验算： 属于b类截面 属于b类截面当bt=805=160.58loyb2=0.58291680=21.14 截面满足要求。6.3.4 斜杆De 杆内力设计值N=128.8KN，计算长度l0x = 0.8l =0.82916=2332.8mm, l0y = l =2916mm，初选用2635等边双角钢截面，截面的几何特性为 截面验算： 截面满足要求。6.3.5 斜杆Fe杆件内力设计值N=-103.7KN,计算长度l0x = 0.8l =0.83206=2568mm, l0y = l =3206mm，选用2705等边双角钢，界面的几何特性为 截面验算： 属于b类截面 属于b类截面当bt=705=140.58loyb2=0.58320670=25.65截面满足要求。6.3.6 斜杆Lk杆内力设计值N=46.31KN，计算长度l0x = 0.8l =0.84116=3298.8mm, l0y = l =4116mm，初选用2805等边双角钢截面，截面的几何特性为 截面验算： 截面满足要求。6.3.7 斜杆Lm杆件内力设计值N=-61.4KN,计算长度l0x = 0.8l =0.84116=3292.8mm, l0y = l =4116mm，选用2907等边双角钢，界面的几何特性为： 截面验算： 属于b类截面 属于b类截面当bt=907=140.58loyb2=0.58411690=25.65 截面满足要求。6.4 中间竖杆Mm 杆内力设计值N=91.6KN，计算长度l0x = 0.8l =0.84000=3200 mm, l0y = l =4000mm，初选用2907等边双角钢截面，截面的几何特性为： 截面验算： 截面满足要求。其他腹杆可以选择已经选出的杆件进行截面归类，截面种类不能过多以满足施工的需求。屋架杆件一览表杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积m）回转半径长细比系数(N/m)loxloyix (mm)iy(mm)xy上弦-530.915093018TM147200812365039.646.938.464.30.76191.3下弦530.030006000TW100200101232142449.912560.0164.9斜腹杆Ba-256.226362636长肢相并2L1258010394022.633.1116.681.40.455142.9Bc198.9210826362L635122819.428.9108.692.2161.9Dc-169.4233329162L805158222.635.694.181.90.594182.3De128.2233329162L635122819.428.9119.2100.0104.4Fe-103.7256832062L705137521.631.7118.8101.10.475158.9Fg72.5256832062L705137521.631.7118.8101.152.7Hg-50.7280335042L705137521.631.7129.811050.38695.5Hi30.5280335042L705280321.631.7129.8110.510.9Gi-18.3304638082L705280321.631.7134.8120.10.37117.6Gk-27.1304638082L805158222.635.6134.8106.90.37146.2Lk46.3329341162L805158224.835.6132.7115.729.3Lm-61.4329341162L907246027.840.0118.5102.90.44556.1竖杆Aa-61.420012000十字形2L635122819.528.9102.669.20.83859.7Cc-9.218682335十字形2L705280321.631.786.573.70.7284.5Ee-18.421342668十字形2L705280321.631.798.884.20.56411.6Gg-18.424013001十字形2L705280321.631.7111.294.70.8467.8Ii-18.426673334十字形2L705280321.631.7123.5105.20.41915.7 Kk-18.429343667十字形2L705280321.631.7135.8115.70.36318.1Mm91.632004000十字形2L907246027.840.0115.4100.027.237 屋架节点设计节点设计应做到传力可靠，构造简单。在焊接普通钢屋架中，一般采用节点板汇交的各杆件连接在一起，个杆件的内力通过与节点板的焊接取得相互平衡。为了避免杆件偏心受力，桁架原则上应与杆件重心连心线为轴线在节点处相交于一点。但焊接钢屋架可取角钢背至轴线（靠近中心线）的距离取5mm的倍数；内力较小的屋架螺栓连接的杆件亦可以采用靠近重心连心线的螺栓准线为轴线。当焊缝桁架的杆件用节点板连接时，弦杆于弦杆、腹杆与腹杆之间的间隙，不应小于20mm，相邻角焊缝焊趾间净距应不小于5mm。当桁架杆件不用和节点板连接时，相邻腹杆连接角钢焊缝趾间净距应小于5mm（钢管结构除外）。节点板的外形应尽可能简单而规则，至少有两边平行，一般采用矩形、平行四边形和直角梯形等。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于15o单斜杆与线杆的连接截面尺寸和腹板杆端焊缝长度画大祥图来确定，但考虑施工误差，宜将此平面尺寸适当放大。焊接角钢桁架与节点板的连接焊缝，一般多采用两面侧焊缝，必要时也可采用L型围焊。屋架弦杆的中间节点上有荷载作用，弦杆与节点板的连接焊缝，应按所作用的节点荷载与相邻节间弦杆内力差的合力差进行计算；当节点上无接点荷载作用时，则按相邻间弦杆内力差进行计算。7.1下弦一般节点取 c节点进行设计先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw 。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160Nmm2，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。先计算腹杆Bc与节点板的的连接焊缝，Bc杆肢背的焊缝取hf1=6mm，指尖焊缝取hf2=5mm，所需焊缝长度：肢背，取130mm肢尖，取70mm腹杆Dc杆肢背的焊缝取hf1=6mm，肢尖焊缝取hf2=5mm，肢背，取110mm肢尖，取70mm其中竖杆Cc的内力设计值较小，焊接按构造要求采用，取hf=6mm 。下弦杆与节点板的连接焊缝按做作用的荷载与相邻节间弦杆内力差的合力进行计算N147.9346.2-198.3kN量得焊接板的长度是500mm，对接焊缝长为500mm（加引弧板施焊）厚度与下弦杆腹板厚度一样为8mm此对接焊缝受剪力为V=198.31KN M=198.310.5=2082.26mm。剪切应力：f74.36N/mm2125N/mm2焊缝强度满足要求。弯曲应力：M62.47N/mm2125N/mm2 焊缝强度满足要求。7.2 上弦一般节点取B点进行设计取节点B进行设计先计算腹杆Ba与节点板的的连接焊缝，Bc杆肢背的焊缝取hf1=6mm，指尖焊缝取hf2=5mm，所需焊缝长度：肢背，取130mm肢尖，取100mm腹杆Bc杆肢背的焊缝取hf1=6mm，指尖焊缝取hf2=5mm，焊缝长度取下弦节点时的计算长度即可，由于上弦杆腹板较宽，经用大祥图核实，此节点可以将腹杆直接焊在腹板上，而不必另加节点板。7.3屋脊节点M中间竖杆Mm与节点板连接的焊缝计算肢尖焊缝长度与肢背焊缝长度相同按肢背焊缝长度选取腹杆Dc杆肢背的焊缝取hf1=6mm，肢尖焊缝取hf2=5mm。肢背，取100mm按构造要求行风长度可取大些。弦杆的拼接采用水平盖板和竖向拼接板连接，水平盖板（宽240，厚14mm）和竖向拼接板（宽120mm，厚8mm）与T字刚弦杆的翼缘何腹板等强度连接，计算如下：翼缘焊缝（采用hf=10mm）计算如下：翼缘焊缝： N翼=20012215=516KN lw =51600020.710160=230.36mm腹板焊缝： lw =232.2100020.76160=172.8mm水平盖板长：L=2230.36+8+219.5=