钢结构设计模板

1、钢结构设计课程设计学生姓名 : 指导教师： 学生班级： 学生学号： 5 、34 任务参数： 序号一 6 序号二 F 设计时间： 2009 年 5 月 18 日至 2009 年 5 月 24 日四层平面图1:200附图目录1 设计资料2 屋架形式及几何尺寸3 支撑布置4 荷载4.1 荷载标准值计算4.2 荷载设计值计算4.3 荷载组合5 内力计算及内力组合6 杆件选择6.1 上弦杆6.2 下弦杆6.3 一般腹杆7 节点连接计算7.1 腹杆与节点板或弦杆腹板的连接焊缝的计算7.2 一般节点计算7.3 拼接节点计算7.4 支座节点计算8 参考文献1 设计资料某屋盖结构拟采用钢结构，拟建建筑顶层平面如

2、附图。屋架跨度30m，长 42m。根据甲方要求确定采用平行弦钢桁架，屋面坡度为 i 1/10 ，屋架间距为 6m，屋架与钢筋 混凝土柱顶铰接。屋面材料采用彩色夹芯板，工字型檩条，檩距5m（水平投影距离） ，地 面 粗糙 度 类别为 B 类 ， 二级 建 筑， 不考 虑积 灰 荷载 及 地震 作用 。基 本 风 压 22w0 0.50 kN/m 2 ，基本雪压 s0 0.45 kN/m 2 ，。屋架钢材采用 Q235B，焊条采用 E43 型，焊接工艺采用手工焊。2 屋架形式及几何尺寸平行弦屋架结构布置图及剖面图如图 21. 檩条支撑于屋架上弦节点。 均为节点荷1 载。经计算可知，屋架坡角（上弦与

3、水平面之间的夹角）为 arctan 5 42 38 ，檩10距为 5.02m。水平投影间距为 5m。图 2-1 屋架形式及几何尺寸图3 支撑布置依据建筑抗震设计规范 GB500112001，支撑布置见图 3-1 ，上弦横向水平支 撑设置在房屋两端及伸缩缝处第一开间内， 并在相应开间屋架跨中设置竖向支撑， 在其 余开间屋架下弦跨中设置一通长水平系杆， 上弦横向水平支撑在节点处设通常系杆。 故 上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向水平支撑的节距； 下弦杆在屋架平面外的计算 长度为屋架跨度的一半。图 3-1 屋架上弦支撑图4 荷载4.1 荷载计算1）永久荷载： （ 恒荷载） ：（对水平面头影）彩色夹

4、芯板檩条自重屋架及支撑合计0.10 kN/m0.30 kN/m0.551 kN/m0.151011020.151kN/m2（ 2）可变荷载（活荷载） ：（对水平面投影）1）屋面均布活荷载0.30kN/m 22）雪荷载基本荷载： s0 0.45kN m2 。据建筑结构荷载规范 （GB500092001）， 由于 5 4238 25 , r 1.0 。雪荷载标准值 skrs0 0.45 kN m2 ，雪荷载不与屋面活荷载同时考虑，仅考虑两者中较大者的作用。另据 建筑结构荷载规范 （GB500092001）可知，不考虑全跨积雪不均匀分布情况。3）风荷载基本风压为 0.45 kN/m 2, 但考虑到建

5、筑物较低没有超过20m,且屋面坡度小于 30度，因此可不考虑风荷载的效应。由檩条传给屋架上弦节点荷载见图 4-14.2 荷载设计值计算由可变荷载控制的组合：1 ) 恒 荷 载 设 计 值 分 项 系 数 为 1.2 ， 故 恒 荷 载 上 弦 节 点 设 计 值 为 ：1.2 0.551 5 6 19.84 kN2 ) 活 荷 载 设 计 值 分 项 系 数 为 1.4 ， 故 活 荷 载 上 弦 节 点 设 计 值 为 ：1.4 0.45 5 6 18.9 kN4.3 荷载组合按上所述，此结构不考虑风荷载，荷载规范规定屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而取用其中较大者， 由于在上述荷载取用过程中

6、雪荷载大于活荷载，因此， 在荷载最不利组合过程中仅考虑以下两种情况：1、恒载 +全跨雪载2、恒载 +半跨雪载5 内力计算及内力组合 具体计算结果及组合结果见表 51：( 受拉符号为正，受压符号为负) 由于实际情况存在风荷载， 考虑这种效应可能是拉杆变为压杆， 我们通过控制所有拉杆的长 细比不超过 250。杆件编号见表 5-1图 5-1 杆件编号图杆件单项荷载内力 （ 设计值）内力组合不利组 合恒载活载全跨全跨恒+全恒+全上 弦 杆4-63.31-59.36-47.49-122.67-110.8-122.677-162-154.33-118.71-316.33-280.71-316.3311-2

7、11.85-201.81-142.46-413.66-354.31-413.6617-211.85-201.81-118.71-413.66-330.56-413.6621-162-154.33-71.23-316.33-233.23-316.3325-63.31-59.36-23.74-122.67-87.05-122.67下弦杆20000006124.62118.7194.97243.33219.59243.3310199.39189.94142.46389.33341.85389.3314224.31213.69142.46438366.77437.9516224.31213.69142

8、.46438366.77437.9520199.39189.9494.97389.33294.36389.3324124.62118.7147.49243.33172.11243.3328000000腹杆1000000375.6872.0957.68147.77133.36147.775-83.41-79.46-63.57-162.87-146.98-162.87845.4143.2628.8488.6774.2588.679-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.731215.1414.42029.5615.1429.5613-16.68-15.890-32.57

9、-16.68-32.571544.6442.5328.3587.1772.9987.1718-16.68-15.89-31.78-32.57-48.46-32.571915.1414.4228.8429.5643.9829.5622-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.732345.4143.2628.8488.6774.2588.6726-83.41-79.46-31.78-162.87-115.19-162.872975.6872.0928.34147.77104.02147.7727000000表 5 1 荷载组合表6 杆件截面选择需要找到控6.1 上弦杆考

10、虑到施工及经济的要求， 上弦杆只采用一种截面， 因此在上弦杆设计中，制杆件。有上述组合结果可得到最大轴力值为N 7 N11413.66kN ，l ox l oy5020mm选用 TM170250 9 14截面面积：250.76cm2回转半径：ix4.48cm i y6.00cm重心：z03.09cm长细比：l ox502112.05150ix4.48loy50283.67150iy6.0012 yyz22 z其中：2eozot23.090.7 25.71cm22io4.482226 61.78cm5.71I1.4I2 iy2ix2 eo330.9 3 25 1.4379.97yz2283.67

11、 2 1007.825.761.78 50.779.971007.883.672 1007.8 2 4 1 5.7183.67261.78121007.884.31112.05由 x 查 x 0.481N 413.62 103x A 0.481 50.76 102215Nm上弦截面符合要求，且经济性较好。6.2 下弦杆考虑到施工及经济的要求，下弦杆也不改变截面。下弦杆主要承担拉力因此，只验算下弦杆最大内力 N max刚度和强度即可。437.95kN ,l ox 502cm,l oy 1500cm实际所需截面积和特性：467.95 1000 2036.98mm2215502xloy2501500

12、iy250TW1252509 14N437950A4609lox502xix2.99loy1500yiy6.29选用：l ox6.00cm2A 46.09cm2,ix 2.99cm,i y 6.29cm95.02167.89250238250下弦杆符合要求，且经济性较好。6.3 一般腹杆考虑到施工方便及经济性， 腹杆的截面形式不宜太多也不宜太少， 因此截面取三种形式， 具体分组如下： 3、5、26、29杆为一组， 8、9、15、22、23杆为一组， 12、13、18、19 杆 为一组。 故腹杆共取三种截面。 对于 3、29 杆为支座斜杆， 但其承受拉力， 故可不单独验算。1） 对 3、5、 2

13、6、29 杆，最大内力为 162.86kN（ 压） 截面采用 T 型钢，型号为：TM 97 150 6 9 lox 0.8 3.36 2.688m,loy 3.36m截面积：219.88cm2回转半径：ix2.50cm i y 3.57cm重心：z01.78cm长细比：l ox 268.8 107.52i x 2.50150yz其中：2ioItl oyiyzo3363.5794.12150t22ixbiti32 iy2 y222z 2 4 1122z1.780.451.77cm21.771.252.529.7223.57 2 20.76cm23 3 40.9 0.63 15 0.93 4.92

14、cm 43i1I104.23xwl w2w215512107.52x 0.508162.86 103xA0.508 19.88 102161.632 m2152 m此截面符合要求，且经济性较好。2）、对 8、9、 15、22、 23 杆最大轴力为：97.71kN （压）。截面采用 T 型钢，型号为TW75150 710， l ox0.8 3.362.688m, l oy 3.36m截面积：220.28cm2回转半径：ix1.81cm i y3.73cm重心：z01.37cm长细比：l ox268.8148.5150ix1.81yz其中：zox查l oyiyt23363.7390.081502i

15、oIt2 eo2ix2 iybi ti3222z4 11222yz1.370.761.250.5 21.8127.51.00.76cm2223.732 17.95cm23 3 40.7 3 15 1.03 6.60cm41415.890.48x3i1Iwl w2w25.717.95 20.26.60 1415.890.082 1415.8 2 41 0.76 90.08 217.95121415.80.315xA148.597.71 1032 m0.315 20.28 102 152.952152 m此截面符合要求，且经济性较好。3）、对 12、13、18、19 杆最大轴力为： 32.57kN

16、 （压）。截面采用 T 型钢，型号为：TM 74 1006 9 lox 0.8 3.36 2.688m,l oy 3.36m截面积：13.63cm 2回转半径：ix1.95cm i y 2.35 cm重心：z01.55cm长细比：l ox 268.8137.85150ix1.95yz其中：zol oyiyt23362.351431502io2ixItbiti33i1yz25.7由 yz 查222z 2 4 11222yz2 iy1432143.170.3331.550.761.250.45 21.9527.4wlw2424.8614332.570.921.21cm2222.352 10.54c

17、m20.63 10 0.93 8.69cm 410.54 13.63143210320.333 13.63 10 225.78.69 424.862424.86 41 1.21 143210.5412424.8671.762152 m此截面符合要求，且经济性较好。屋架杆件截面选用表：杆 件 名 称杆 件 号内力设计 值 N（kN）计算长度（m）选用截面截面积A（cm2）杆 件 受 力 类 型长细比计算应 力2(N/mm2)容 许 长 细 比l oxloyxy上 弦 杆11-413.665.025.02T76压112.0583.67169150下 弦 杆14437.95

18、5.0215TW12525091446.09拉167.8923895.02250腹3147.772.6883.36TM 971506919.88拉107.5294.1274.33250杆5-162.872.6883.36TM 971506919.88压107.5294.12161.63150888.672.6883.36TW7515071020.28拉148.590.0843.722509-97.932.6883.36TW7515071020.28压148.590.08152.951501229.562.6883.36TM 741006913.63拉137.8514321.6925013-32

19、.572.6883.36TM 741006913.63压137.8514371.761501587.172.6883.36TW7515071020.28拉148.590.0842.982507 节点连接计算7.1 腹杆与节点板或弦杆腹板的连接焊缝的计算1、腹杆与弦杆的连接方式是先将腹杆的腹板切下一定长度，然后将弦杆的腹板部分插 入到腹杆被切除部分， 内力由腹杆腹板与弦杆腹板的对接焊缝及腹杆翼缘与弦杆腹板的四条 角焊缝共同承担（见图 7-1 ）。由于对接焊缝的施工等级为二级，其抗拉抗压设计值同母材 强度值，故无需验算。只需验算四条角焊缝即可。图 7-1 一般节点图2、考虑到实际轴力较小，依次轴力

20、算得的焊缝长度较小，为保证平面外刚度，采用等强度法来确定焊缝长度。3、设腹杆翼缘截面积为S1，所承受轴力为 N1 ，求解过程如下：N1 f S1N14 0.7hf f fwl l w 2hf且焊角尺寸应满足构造要求，即：l w 8hf and 40mm 。7.2 一般节点计算1、节点编号见图 7-2图 7-2 节点编号图对节点 A计算：只须计算 3 号杆N11350 215 290250 N 2 焊角尺寸 hf 6mm mmlwN11 107.9mm 施工时取 120mm 0.7 4 6 160由计算结果可知，本设计中不需要节点板。 其他节点计算过程相同， 故列表如才 . 且满足刚度强度要求。

21、其他节点计算过程相同，计算结果如表 7-1.与上弦连接 与下弦连接杆件号焊角尺寸焊缝长度焊角尺寸焊缝长度3 、 5、 26、 296mm120mm6mm120mm8、9、15、22、237mm120mm7mm120mm12 、 13、18、195mm120mm5mm120mm表 7-1 焊缝表7.3 拼接节点计算1、上弦拼接节点 上弦拼接节点尺寸及构造（见图 7-3 ）图 7-3 上弦拼接节点图上弦拼接节点采用水平盖板和竖向拼接板与弦杆共同组成。 水平盖板尺寸为： 宽 290mm， 厚为 14mm；竖向拼接板尺寸为：宽 100mm，厚 9mm，分别与弦杆上翼缘、腹板等强度连接。L 500mm,

22、 其端部采用斜切。这样竖板的端上翼缘盖板设计承受的轴向力为 ：N125014215753kN焊缝设计：( h f 12mm )则：l753103281mmlw2 0.712160水平盖板长度：L2 28121700.1 10 606mm施工时取为： 610mm。腹板焊缝验算腹板竖版设计承受轴力为：N2170149 215 302kN焊缝设计：( h f 8mm )则l302103169mmlw2 0.78160竖板内侧不进行焊接，选用竖板长度为部及下侧焊缝已超出所需焊缝长度。上弦拼接节点竖板尺寸及构造(见图 7-4 )对于屋脊节点，由与拼接盖板的影响腹杆与上弦的连接需要设置节点板，由 7.2

23、中计算2 、下弦拼接节点下弦拼接节点采用与上弦相同的结构， 水平盖板和竖向拼接板与弦杆共同组成。 水平盖 板尺寸为： 宽 290mm，厚为 14mm；竖向拼接板尺寸为： 宽 70mm，厚 9mm，分别与弦杆上翼缘、 腹板等强度连接。上翼缘盖板设计承受的轴向力为N1 250 14 215 753kN焊缝设计：( h f 12mm )则：3753 1032 0.7 12 160281mm水平盖板长度：L 2 281 2 170 0.1 10 606mm施工时取为： 610mm。腹板焊缝验算腹板竖版设计承受轴力为：N2125 149 215 214.785kN焊缝设计：( h f 7mm )则214

24、.785103lw137mm2 0.7 7160竖板内侧不进行焊接，选用竖板长度为 L 500mm, 其端部采用斜切。这样竖板的端 部及下侧焊缝已超出所需焊缝长度。上弦竖板构造图 7-6下弦拼接节点节点板构造图(图 7-7 )图 7-7 下弦拼接节点节点板构造图7.4 支座节点计算1、支座节点支座节点构造图 7-8图 7-8 支座节点构造图支座节点板如上图所示， 与上弦连接采用二级对接焊缝， 其强度不低于母材强度故不需要验算。节点板轮廓尺寸有构造要求确定，不许对其进行验算。2、支座底板计算：支座底板构造如图 7-9图 7-9 支座节点构造图支座锚栓直径为 24mm, 锚栓孔径为 50mm， 底板 支反力 R 116.21kNfc 10 Nmm2 则底板所需净面积An116.21 10