钢结构课程设计(18米跨度)

1、钢结构课程设计1、设计题目题目详见附件。屋架计算跨度：lo=21-2x 0.15=20.7m屋架的中间高度：h=3.040m在20.07m的两端的高度：h0=2.005m在30m轴线处端部高度：h0=1.990m屋架跨中起拱42mm2、结构形式与布置屋架形式与几何尺寸如图1屋架支撑布置如图212#屋架上弦支撑布置图3、荷载计算3荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。屋架沿水平投影面积分布的自重按经验公式计算，跨度的单位为m。荷载永久荷载：预应力砼屋面板1.45X 1.005=1.457 kN/m22三毡四油(上铺绿豆砂)防水层0.4X 1.005=0.402 kN/m水泥砂浆找平

2、层1.005X 0.4=0.402 kN/m2保温层0.4X 1.005=0.402 kN/m2屋架和支撑自重0.12+0.011X 21=0.351 kN/m2管道荷载2kN/m20.182一毡二油隔气层0.05X 1.005=0.050 kN/m2水泥砂浆找平层1.005X 0.0.3=0.302 kN/m2总计3.541 kN/m可变荷载屋面活荷载0.8 kN/m2积灰荷载1.1 kN/m2设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：(1) 全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合)全跨节点荷载设计值F= ( 1.35X 3.541+1.4 X 0.7 X 0.8+1.4 X 0.9

3、 X 1.1 ) X 1.5 X 6=62.553 kN(2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载F1=3.2299x 1.5x 6=29.0691 kN半跨节点可变荷载F2=2.1x 1.5x 6=18.9 kN组合三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自重F3=0.54x 1.5x 6=4.86 kN半跨节点屋面自重及活何载F4= (1.68+2.1) x 1.5x 6=34.02 kN组合一、二为使用阶段荷载情况，组合三为施工阶段荷载情况。4、内力计算屋架在上诉三种荷载组合作用下的计算简图见图 3由电算先解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全

4、跨、左半跨和右半跨），然后求出鸽子荷载情况下的内力组合，计算结果见表16#F2/2F1/2FFE0egcc匚：）-3<a><b>F3/2<c>7#屋架构件内力组合表表1杆件名称内力系数（F=1）第一种 组合F X第二种组合第三种组合计算杆 件内力（KN ）全跨左半跨右半跨Fi X+F2X Fi X+F2X F3 X + F4 X F3 X+F4X 上AB0000.0000.0000.0000.0000.0000.000弦BC,CD-6.221-4.371-1.850-298.416-263.451-215.804-178.935-93.171-298.416

5、DE,EF-8.993-5.636-3.357-431.386-367.939-324.866-235.443-157.911-431.386FG-9.102-4.551-4.551-436.615-350.601-349.826-199.061-199.061-436.615下 弦ac3.4702.5370.933166.453148.819118.503103.17348.605166.453ce7.9625.3252.637381.930332.091281.287219.852128.406381.930eg9.2795.3123.967445.105370.129344.708225

6、.810180.053445.105斜腹杆aB-6.502-4.754-1.748-311.895-278.858-222.044-193.331-91.067-311.895Be4.7393.1581.581227.326197.445167.639197.00276.817227.326cD-3.382-1.862-1.520-162.231-133.503-127.040-79.782-68.147-162.231De1.8840.5401.34490.37464.97280.16827.52754.87990.374eF-0.6900.615-1.305-33.099-8.434-44

7、.72217.569-47.75017.569-44.722Fg-0.462-1.6321.170-22.162-44.2758.683-57.76637.55837.558-57.766竖杆Aa-0.5-0.50-23.985-23.985-14.535-19.440-2.430-23.985Ce,Ee-1.0-1.00-47.969-47.969-29.069-38.880-4.86-47.969Gg0.8120.4060.40638.95131.27831.27817.75817.75838.9515、杆件设计 X2 L160X100X10(1)上弦杆整个上弦采用等截面，按FG杆件之最大

8、设计内力设计N=-436.615KN=-436615N上弦杆计算长度在屋架平面内：为节间轴线长度lox=15O.75cm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况，取loy=15O.75X 3=452.25cm因为3l0x= lOy，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并。腹杆最大内力N=-311.895KN，查表，节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度用12mm. 设入=60,查附表得= 0.732。4366152需要截面积A =2774.3mm聊 0.732 汉 215需要的回转半径：ix=l0x/ 入=150.75/60=2.51cmiy=l0y/ 入=452.25/60=7.54cm根据需要

9、的 A, ix, iy 查附表，选用 2L 160X 100X 10,A=50.63cm L100X63X10, ix=2.85, iy=7.71, 按所选角钢进行验算：入 x= l0x/ ix=150.75/2.85=52.89v入=150入 y= by/ iy=452.25/7.71=58.67入=150满足长细比要求。由于入y入x,只需求；：y。查表得 y =0.8132 2 N/ yA=311895/(0.813X 5063)=75.77N/ mm 215N/ mm 所需截面合适。(2)下弦杆件整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的eg杆计算N=445.105KN10x=300cm,

10、10y=885cm2需要截面积 A =445105/215=2070.26 mm22选用 2L100X63x 10 A=3093.4 mm >2070.26 mmix=1.74cm, iy=5.01cm入 x= l0x/ ix=300/1.74=172.41<350入 y= l0y/ iy=885/5.01=176.65<350(3)端弦杆aBX、2 L 1 0 0 X 6 3 X 1 0杆件轴力N=-311895N计算长度l0x=|0y=253cm,因为|0x=|0y，故采用不等肢角钢长肢相并，选用 21100x 63 x 102ix=3.15cmiy=2.71cmA=30

11、93.4mm入 x= l0x/ ix=253/3.15=80.32入 y= l0y/ iy=253/2.7仁93.36因为入x<入y ，只求：y=0.475c =N/ yA=311895/ (0.475X 3093.4) =212.37 N/ mm2<215 N/ mm2所选截面合适10(4)竖杆Ee2 L50X5N=-47969Nlox=259X 0.8=207.2cm, loy=259cm设入=150ix=lox/入=207.2/150=1.38cmiy=loy/入=259/150=1.73cm选用2L63X 52ix=1.53cm, iy=2.46cm,A=960.6 mm入

12、 x= l0x/ ix=207.2/1.53=135.4< 150入 y= l0y/ iy=259/2.46=105.3< 150入x>入y,只求:x=0.265C =N/ xA=47969/(0.265X 960.6)=188.44 N/ mm2<215 N/ mm2屋架杆件截面选择表杆件计算内 力(KN)截面规格截面面积(cm2)长细比容许长细比九名称编号入x入y上弦FG-436.615160X100X1050.6352.8958.67150下弦eg445.105100X63X1030.934172.41176.65350腹aB-311.895100 X53 X03

13、0.93480.3293.36150Bc227.32656 X510.83121.5397.14350cD-162.23175 X1028.252101.3880.9150De90.37456 X510.83133.21106.47350eF-44.72217.56970 X513.75115.796.42150Fg-57.76670 >411.14114.6497.32150杆37.558Aa-23.98545 X58.584145.2688.05150Cc-47.96950 X512.28694.4377.36150Ee-47.96950 X512.286106.887.5150：G

14、g38.95130 X33.498317.58177.30350杆件计算长度（cm）回转半径（cm）稳定系数护应力 （N/m m2）名称编号l°xl°yixiy丁 x十y上弦FG150.75452.252.857.710.73275.77下弦eg3008851.745.01192.6腹杆aB2532533.152.710.475212.37Be209.04261.31.722.69280.97cD229.12286.42.263.540.403190.73De229.12286.41.722.69111.7eF249.92312.42.163.240.45792.7pg24

15、9.92312.42.183.210.462112.47Aa1991991.372.260.256154.39Ce183.22291.532.460.66893.45Ee207.22591.532.460.265188.44Gg2892890.911.63149.056、节点设计47.969CN227.32KN1 62.23 KN166.45KN2L50X56-608-80 -2L63X542L75X1030381.93KN12#1782L100X63X¥0N/N1 230dif210/（1）下弦节点“ c”用焊条为E50型的抗拉，抗压，抗剪强度为fwf=200N/ mm2。设“ B

16、e”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm,则所需的焊缝长度为：肢背:lw=0.7N/2hefWf=0.7X 227326/ (2X 0.7X 8X 200) =71.04mm 取 8 cm肢尖:lw =0.3N/2hefWf=0.3X227326/ (2X 0.7X6X200) =50.70mm 取 6em设“ cD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm,则所需的焊缝长度为：肢背:lw =0.7N/2hef f=0.7X 162231/ (2X 0.7X 8X 200) =51.95mm 取 6cm肢尖:lw" =0.3N/2hefWf=0.3X 162231/ (2X 0.7X

17、 6X 200) =28.97mm 取 3cm“C”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm.o根据上面的计算结果及相应的构件之间应有的制作和装配误差，确定节点板的尺寸为 270 mm X 440 mm.下弦与节点板的焊缝长度为440 mm，hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=510.52-222.50=288.02KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为.f=0.75X 288020/(2 X 0.7 X 6X (440-12)=60.08 N/mm2<200 N/ mm2上弦节点“ B”“Be”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“ c”相同。“aB”杆的肢背和肢尖焊缝hf

18、=10mm和8mm，则所需的焊缝长度为：肢背:lw=0.7N/2hefWf=0.7X 311895/ (2X 0.7X 10X 200) =77.97mm 取 8cm肢尖:lw" =0.3N/2hefwf=0.3X 311895/ (2X 0.7X 8X 200) =41.77mm 取 5cm为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8 mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。曹焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值剩 以0.8的折减系数。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。上弦肢背槽焊缝的内应力为hf = 1/2X 节点板厚度=1/2 x

19、 10=5mm,hf =10mm上弦与节点板间焊缝长度为470mm.=78.15K1(NN2)2x0.7h；l：=2x0.7x10x(47020) <200N/ mm(3)屋脊节点“ G ”(P/(2 1.22)2 _(0.75 398890)2(64210/(2 1.22)22 0.7hflw2 0.7 6 (470-12)N/ mm2 <0.8 fwf=0.8x 200=160 N/ mm2上弦肢尖角焊缝的剪应力为Ik2(NN2) 2(P/(2 1.22) (0.25 399450)2(64210/(2 1.22)21415#屋脊节点"G弦杆一般都采用同号角钢进行拼接

20、，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于 施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直直肢的一部分宽度。拼接角钢的这 部分削弱，可以靠节点板来补偿。街头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝hf=10mm，则所需焊缝计算长度为Iw=436615/(4X 0.7X 10X 200)=77.97mm拼接角钢的长度取 340mm>2X 77.97mm=155.94mm.上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板的连接焊缝, 按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf=10，节点板长度为32cm，贝U节点一侧弦杆焊缝的计算长度为Iw=32/2-1-2=13cm，焊缝应力为:0.15 436

21、6152 0.7 10 130-35.98N/mm20.15 436615 77.2 62 0.7 10 1302=128.22N/mm2m -fmG f 22(一)2 =111.09 N/ mm2<200N/1.22mm216因屋架的跨度较大，需将屋架分成两个单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工 地拼接，左半边的上弦，斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊接，而右半边的上弦, 斜杆与节点板的连接用工地焊接。腹板与节点板连接焊接计算方法与以上几个节点相同(4)支座节点“ a”166.453KN4iD j -二为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座地板的净距离取160m m。在节点中心线设置加

22、劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为 12mm。 支座底板的计算支座反力：R=479691N支座底板的平面尺寸采用 280mmX 400mm,如考虑有加劲肋部分的底板来承受支座反力，则承压面积为 280X 232=64960mm2。验算柱顶混泥土的抗压强度R2=479691/64960=7.38N/ mmAn其中对于C25混泥土的强度设计值fc=12.5 N/ mm2>7.38 N/ mm2a2两支撑边之间的对角线长度，a2=、(140 -12/2)2 1102 =173.37mm'2为系数，其中查表得 2=0.058底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将

23、底板分成4块，每块板为两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为M=a|=0.058X 7.38X 173.372=12865.67N.mm底板厚度：丄 6M 6 12865.67t=15.78m m取 18mm. f 310 加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4,即则焊缝内力为：V=479691/4=119923NM= 119923)65=7794995N.mm设焊缝hf=6mm,焊缝计算长度lw=505-12-20=473cm,则焊缝应力为：I' 119923、2 丄/779

24、4995 6、2 * cm/ 2 cccm/ 2、()(2) =36.43N/ mm <200N/ mm.2 0.7 6 4732 0.7 6 4731.22 节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R=479691N,其中每块加劲肋的传力为479691/4=119923N,节点板传力 479691/2=239846N.hfR/20.7'lw fT 1.22节点板与底板的连接焊缝长度、Tw = 2 (28012)= 536mm,所需焊脚尺寸为3.27mm，故取 hf = 6mm。0.7 536 160 1.22每块加劲肋于底板的连接焊缝长度为、lw = 2 (110-20 12)= 156mm19所需焊缝尺寸为hfR/41199230.7 1