土木工程专业钢结构课程设计计算书

钢结构课程设计、设计资料1、题号4的已知条件梯形钢屋架跨度30M，长度72M，柱距6M。该车间内设有两台200/50KN中级工作制吊车，轨顶标高为8000M。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01G。采用15M6M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，屋面坡度I1/10。屋面活荷载标准值为07KN/M2，雪荷载标准值为03KN/M2，积灰荷载标准值为035KN/M2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400MM400MM，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LO302015297M，3、跨中及端部高度端部高度H1900MM（轴线处），H1915MM（计算跨度处）。屋架的中间高度H3400MM，屋架跨中起拱按LO/500考虑，取60MM。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）图2屋架支撑布置图三、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040KN/找平层（20MM厚水泥砂浆）00220040KN/保温层（80MM厚泡沫混凝土）0086048KN/预应力混凝土大型屋面板140KN/钢屋架和支撑自重012001130045KN/管道设备自重010KN/总计323KN/可变荷载标准值屋面活荷载070KN/积灰荷载060KN/总计13KN/永久荷载设计值135323436KN/可变荷载设计值1413182KN/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F4361821565562KN全跨永久荷载半跨可变荷载全跨节点永久荷载N半跨节点可变荷载F21821561638KN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F3045135156547KN半跨大型屋面板重及活荷载F41413507141562583KN3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（F1）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FF1F2F1F2F3F4F3F4计算杆件内力（KNAB00001000000016000026026BCCD1135849345631395845450199281381512063139DEEF1819130862510118992819816314373626094101189FGGH21531462846119769108451983614954033629119769HJ2236139810251243861106601045504834138707124386上弦IJJK22731439102126445112784725054960313913126445AB63349418335213329362784216223818935263BC1536113498854467879668444375902126585446CD20211414743112426102484914934757830247112426DE221214449391230511104721022004939836354123051下弦EF2123116811681181001024571024574178241782118100AB1134866327630835869349865285721464963083斜腹杆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竖杆KF00200111078078011011112四、杆件截面设计腹杆最大内力，N63083KN，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，N126445KN计算长度屋架平面内取节间轴线长度OXL1507MM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YL4521MM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，0807需要截面积A728772MFN104526需要回转半径XIYILO7MLOX475602根据需要的A、XI、Y查角钢型钢表，初选2L18011014，A77932M，308MM，88MM。XIYI按所选角钢进行验算X150OIL964830157Y150OIL2由于，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0847XYYYMPAX,故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。图4下弦截面A67422M，31MM，874MM。XIYIX350OIL796310Y350所选截面满足要求。485OIL3端斜杆BA已知N63083KN，OXLY2456MM。因为OXLY，故采用不等肢角钢，长肢相并，使XIY，选用角钢2L1409010A445222M，XI447MM，YI874MM截面刚度和稳定验算X15094576OILY15032OIL因为只需求，查表得0764XYYYMPA215MPA所选截面满足要求。46185247603ANY4再分腹杆EGGK此杆在G节点处不断开，采用通长杆件。拉力KN，KN15K7415EGN压力KN，KN20EG18GK计算长度屋架平面内取节点间轴线长度OXL0822500822501800MM屋架平面外根据支撑布置取OYL（075025）450（075025）44463MM121N520148选用2L635，见图5。图5再分腹杆EGK图6中竖杆KFA122862M，194MM，304MM。XIYIX539150OIL789410Y1502563OIL因为只需求，查表得032，则XYYYMPA215MPA5128632053ANY拉应力所选截面满足要求MPA1845竖杆IEN7916KN，0830522442MM，LLX0MLY30520由于杆件内力较小，按150选择，需要的回转半CMLIOX6315024CLIOY1523查型钢表，选用2L635,其几何特性为A12286IX49MIY4015821CMILXO039045ILYO因为只需求，查表得0406，则YXXXMPAANX21571586240793其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2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IJJK126445150845242L1801101477933088848965141150084719159下弦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腹杆JG481127615892L5059606153253834631500665753五、节点设计用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200MM3198631826072490WFEHNLWL肢尖，取120MMMFLE43L（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180MMLW0618061487042WL肢尖93751210575MM，取110MM63（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457MM340MM。（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N854163521350233KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6MM，所需焊缝长度为457MM,受力较大的肢背处的焊缝应力为160MPAMPAF791024567023（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等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图7所示图7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。（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210MMMFHNLWE20318607230WL肢尖，取180MMFLEW4817643L（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，MHF61221节点板厚度MHF10上弦与节点板间焊缝长度为470MM，则MPA08MPA170WFLP4705956WF上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N6313902663113KN偏心距E110259841MM设需焊缝长度为470MM，则MPALHNWEMFF327062PAFF16014081312222（4）节点板尺寸方法同前，如图8所示图8节点板B尺寸3屋脊节点K（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300MMWFFWHNL704M24302481607425WL拼接角钢长度取23002024664MM2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100MMMLW8901267054WL肢尖，取焊缝长度60MM523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取节点板的长度为500MM，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为220MM。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载201/50WFLHP7MPAFMPAW16580618207569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。PALHNWEF586120716452MLMEF2422PAFF160315861412222（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K尺寸4下弦跨中节点F（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MFHLWW40168704256704A40416420MMWL拼接角钢长度242020860MM（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110MMMLW271046702518WL肢尖，取60MM3L（3）节点板尺寸方法同前，如图10所示图10节点板F尺寸5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NR562901取加劲肋的宽度为110MM，考虑底板上开孔，锚栓直径取D25MM，锚栓孔直径为60MM，则所需底板面积按构造要求取底224739/60135269MFRCA锚栓孔缺口面积板尺寸为280MM400MM，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积26014028C验算柱顶混凝土的抗压强度满足MPAFPAARCN51