钢结构课程设计

1、钢结构设计原理课程设计计算书姓名： ××学号： U2009158××专业班级 :土木工程 0905 班指导老师： 张 卉完成时间： 2012 年 2 月 18 日土木 0905XX第一部分钢结构课程设计任务书一、设计资料及依据根据学号 U200915851及次序 14 得已知条件：某车间跨度为 24m，厂房总长度 102m，柱距 6m，车间内设有两台 50/10t 中级工作制软钩桥式吊车，地区计算温度高于 -20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为 6 度，屋架下弦标高为 18m；采用 1.5 ×6 m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，

2、桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为 450×450mm，混凝土强度等级为 C25，屋架采用的钢材为 Q235B钢，焊条为 E43 型。屋架计算跨度：L0L3002400030023700mm屋架端部高度： H 01900mm跨度： i 0110计算跨度处高度 :H1900 1200150 120001915mm屋架跨中高度 : h013100 m m1900 1200010表 1 荷载标准值荷载类型荷载名称荷载标准值（2）kN m改性沥青防水层0.420 厚 1:2.5 水泥砂浆找平层0.4150 泡沫混凝土保温层0.90永久荷载预应力混凝土大型屋面板（包括

3、灌缝）1.40悬挂管道0.10屋架和支撑自重0.12+0.011x24=0.384基本风压0.40可变荷载积灰荷载0.7不上人屋面活荷载0.7基本雪压0.5二、屋架尺寸及支撑布置屋架形式及尺寸如图1：1土木 0905XX屋盖的支撑布置如图2：层架上弦（下弦）支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2图 2桁架支撑布置符号说明： GWJ钢屋架； SC上线支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑；GC刚性系杆； LG柔性系杆2土木 0905XX三、荷载计算屋面活载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活载大于雪荷载，故取屋面活载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载乘以22换算1 / cos101 / 10 1.005

4、为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载：改性沥青防水层1.0050.4kN22/m0.402 kN /m20厚1 : 2.5水泥砂浆找平层1.0050.4kN/m 20.402kN /m 2150厚加气混凝土保温层1.0050.9kN20.905kN2/m/m预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.0051.4kN /m 21. 407 kN /m 2屋架和支撑自重1.0050.384kN /m 20.386kN /m 2悬挂管道+0.0001kN /m 2共23.537 kN /m1.35共4.775kN/m2标准可变荷载：不上人屋面活载1.420.98kN20.7 kN /m/m积灰荷载+

5、1.420.98kN20.7 kN /m/m共1.96kN/m2设计桁架时应考虑一下三种荷载组合：1、全跨永久荷载 +全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：F(4.7751.96)1.5660.615kN2、全跨永久荷载 +半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F14.7751.5642.975kN半跨节点可变荷载： F21.961.5617.64kN3土木 0905XX3、全跨桁架包括支撑 +半跨屋面板自重 +半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重：F31.350.3861.564.690kN半跨节点屋面板自重及活载：F4(1.21.40.98)1.5623.94kN其中， 1、2 为使用阶段荷载情况， 3 为施工

6、阶段荷载情况。计算详图如下：（ a）(b)(c)图 3桁架计算简图四、内力计算由电算先解得 F=1 时的桁架各杆的内力系数(F=1 作用于全跨、左半跨和右半跨 ) ，然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，见表2 。表 2 桁架杆件内力组合表内力系数（ F=1）第一种第二种组合第三种组合杆件杆件名右半计算组合F1aF 1aF 3aF3全跨左半跨a称跨F a内力abF 2bF 2cF 4bF 4cc/kN4土木 0905XXAB000000000BC-9.102-6.520-2.622-551.718-506.171-437.411-198.346-105.459-551.718CD-9.102-

7、6.520-2.622-551.718-506.171-437.411-198.346-105.459-551.718上 DE-14.061-9.398-4.735-852.308-770.052-687.797-290.934-179.302-852.308弦 EF-14.061-9.398-4.735-852.308-770.052-687.797-290.934-179.302-852.308杆 FG-15.804-9.505-6.397-957.960-846.845-792.020-301.670-240.193-957.960GH-15.804-9.505-6.397-957.96

8、0-846.845-792.020-301.670-240.193-957.960HI-15.265-925.288-790.889-679.275-254.638-254.385-925.288-7.646-7.636ab4.9513.6451.326300.105227.067236.160110.48154.965300.105下12.0018.3003.707727.441662.155581.134254.987145.030727.441bc弦15.1919.6905.584920.802823.765751.335303.224204.927920.802cd杆15.6988.7

9、107.014951.534828.262798.349282.141241.539951.534deaB-9.002-6.627-2.411-545.656-503.761-429.391-200.870-99.939-545.656Bb6.9544.8152.171421.527383.785383.785147.88584.588421.527bD-5.472-3.424-2.079-331.685-295.559-271.833-107.634-75.435-331.685Dc3.7001.8981.829227.246192.488191.27162.79161.139227.246

10、斜cF-2.435-0.689-1.772-147.558-116.798-135.902-27.915-53.842-147.558腹Fd1.086-0.4721.58265.82838.34574.577-6.20642.96674.577杆-6.026dH0.0611.583-1.5443.69830.546-24.61538.183-36.67738.183-36.677He-1.123-2.4971.395-68.071-92.308-23.653-65.04528.129-92.30828.129aA-0.500-0.5000-30.307-30.307-30.307-14.315

11、-2.345-30.307-30.245竖bC-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615-60.489cE-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615-60.489杆dG-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615-60.489eI2.0381.0121.029123.533105.434105.73533.78634.192123.533105.553注： F60.615kN

12、; F42.975 kN ; F217.64 kN ; F34.690kN ; F423.94 kN1五、杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面 , 不改变截面，按最大内力设计，即按FG 、 GH 杆件的计算内力设计。N957.960kN= 957960N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度5土木 0905XXl0 x150.7cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取l0 y2 150.7cm301.4cm因 为 l0 y2 l0 x， 故 截 面 宜 选 用 两 个 不 等 肢 角 钢 ， 短 肢 相 并 。腹杆最大内力， N=545.656kN( 压) ，由屋架节点板厚度参考

13、表可知：中间支座 节 点 板 厚 度 取 12mm , 支 座 节 点 板 与 垫 板 厚 度 取 14mm。图 4上弦截面假定 60，双角钢组合截面绕 x 和 y 轴稳定性均属于 b 类截面。查轴心受压构件的稳定系数表，得 0.807 。需要截面面积：N957960 N2A5521.2 m mf0.807 215 N /m m2需要回转半径：l 0 x150.7 cml 0 y301.4cmi x2.51cm， i y5.02cm6060两角钢之间加12m m 厚填板，查角钢规格表，选用2 160 100 12 ，则A 60.11cm 2 , i2.82cm , i7.82cmxy。6土木

14、0905XXl 0 x150.74150x5 3.4验算长细比：i x2.8 2；l 0 y301.4150y38.54i y7.82；满足长细比的要求由 于x大 于y， 热轧 不等 边角 钢短 肢组 合将 绕x轴失 稳， 故由235x53.44，查表得：x0.840235N95796022x A0.8406011189.72 N /m m215 N /m m满足要求。2.下弦杆整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大是 de 杆：N de951.534kN951534Nl0 x 300cm， l 0 y240030/ 21185cm所需截面积为 : AN951534N

15、4425.722f2m m44.26cmn215 N /m m连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用 2 160100 10 , 因 l 0 yl0 x ，故用不等肢角钢，短肢相并。244.26cm2, i x2.82cm， i y7.78cmA=50.63cml 0 x300134.2350x2.235i xl0 x1185190.2350y6.23i yN de951534N2215 N2A2 187.94N /m mm m5063m m7土木 0905XX满足要求。图 5下弦杆截面3.端斜杆 aB整下弦杆不变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中内力

16、最大aB 杆，杆件轴力 :N545.656kN545656N计算长度 l0 x = l0 y = 245.5cm。因为 l 0 x= l0 y ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 i x i y 。选用： 214090 10，则图 6端斜杆截面2， i y 3.74cmA= 44.522cm , i x 4.47cml0 x245.5150x54.92i x4.47l 0 y245.5150y65.64i y3.748土木 0905XX由于 xy ，热轧不等边角钢长肢组合将绕 y轴失稳，由 y查表得0.776N545656N157.942215 N2A2N /m mm m0.776 4452.2

17、m m满足要求。4.斜腹杆Bb 杆整个 Bb 杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力:N Bb421.527kN，l 0 x254.0cm，l 0 y254.0cm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用： 21007A =27.59cm2 , i x 3.09cm， i y 4.53cml0 x254.0350x82.2i x3.09l 0 y254.0350y56.4i y4.53N Bb421527Nmm2<215 Nmm2A152.782759满足要求。图 7斜腹杆 Bb截面9土木 0905 XXbD 杆整个 bD杆不变截面，采用热

18、轧等边角钢，其中设计内力:N bD331.685kN , l 0 x278.80.8223.04cm， l 0 y278.8cm选用： 2906A =21.27cm 2 , i x2.79cm， i y4.14cml 0 x223.0479.94150xi x2.79l 0 y278.867.34150yi y4.14N331685120.2 Nmm 2 <215 Nmm 2满足要求。A2759由于 xy ，热轧等边角钢组合将绕x 轴失稳，故由x 查表得：0.688N bD33168522A0.6882759174.7 N mm <215 N mm满足要求。图 8斜腹杆 bD截面D

19、c 杆整 Dc 杆不变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力N Dc227.246kN， l0 x278.80.8223.04cm， l0 y278.8cm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。10土木 0905XX选用：2806A 18.79cm2， i x2.47cm ， i y3.73cml0 x223.0490.30 350x2.47i xl 0 y278.8350y74.75 i y3.73N D c227.246120.94N22A1879mm<125 N mm满足要求。图 9斜腹杆 Dc截面cF杆整 个cF杆 不 改 变 截 面 ， 采

20、 用 热 轧 等 边 角 钢 ， 其 中 设 计 内 力N cF 147.558kN， l 0 x304.50.8243.6cm ， l0 y 304.5cm选用： 2806。A18.79 cm2 ， i x2.47cm ， i y 3.73cml0 x243.6150xi x98.622.47l 0 y304.5150yi y81.643.7311土木 0905XX由于 xy ，热轧等边角钢组合将绕x 轴失稳，故由x 查表得：0.564N cF147558N mm2<215 N mm2139.21A0.564 1879满足要求。图 10斜腹杆 cF 截面Fd杆整个 Fd 杆不改变截面，

21、采用热轧等边角钢组合，其中设计内力:N Fd74.577kN，l 0 x304.50.8243.6cm，l0 y304.5cm连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：2706图 11斜腹杆 Fd 截面A16.32cm 2，i x2.15cm ，i y3.33cm12土木 0905XXl0 x243.6350x113.3i x2.15l 0 y304.5350y91.44i y3.33N Fd74577N2mm245.70mm <215 N满足要求。A1632dH 杆整 个dH杆 不 改 变 截 面 ， 采 用 热 轧 等 边 角 钢 ， 其 中 设

22、 计 内 力N dH38.183kN ， l 0 x 330.9 0.8264.72cm ， l 0 y 330.9cm选用： 263 4图 12 斜腹杆 dH 截面A9.96cm 2， ix1.96cm， i y3.02cml0 x264.72135.06150xi x1.96l 0 y330.9109.57150yi y3.02由于xy ，热轧等边角钢组合将绕x 轴失稳，故由x 查表得：0.365N dH3818322A0.365105.03N mm <215 N mm99613土木 0905 XX满足要求。5.竖杆eI 杆 ,整个竖杆不改变截面，采用热轧等边角钢，设计内力最大的是N

23、 eI123.533kN， l 0 x310.00.8248.0cm， l 0 y310.0cm选用： 280 6A18.79cm 2， i x2.47cm ， i y3.73cml0 x248.0100.4 150xi x2.47l 0 y310150yi y83.1 3.73由于xy ，热轧等边角钢组合将绕x 轴失稳，故由x 查表得：0.552N eI123533119.10N2<215 N2A0.5521879m mm m满足要求。图 13 竖杆截面其余各同类杆件截面选择计算过程同上， 此处略去其计算过程， 仅将结果列于表 2（见下页）。14土木 0905XX杆件名称上弦杆下弦杆a

24、BBbbDDccFFddHHeAaCbEcGdeI内力设计值 N（ KN）-957.960951.534545.656421.527-331.685227.246-147.55874.57738.183-92.308-30.307-60.615-60.615-60.615123.533计算长度（ cm ）l 0 xl 0 y150.7301.43001185245.5245.5254.0254.0223.0278.8223.0278.8243.6304.5243.6304.5264.7330.9264.7330.9191.5191.5176.0220.0200.0250.0224.0280.0

25、248.0310.0选用截面216010012短并216010010短并21409010 长并2100729062806280627062634270627062706270627062806回转半径（ cm）截面积2maxA（ cm）i xi y60.112.827.8253.4450.632.827.78190.244.524.473.7465.6427.593.094.5382.221.272.794.1479.9418.792.473.7390.3018.792.473.7398.6216.322.153.33113.39.961.963.02135.0616.322.153.3312

26、3.1216.322.153.3389.1016.322.153.3381.8616.322.153.3393.0216.322.153.33110.1918.792.473.73100.4 计算应力min（ N/ m m2 ）1500.840189.72350187.941500.776157.94350152.781500.688174.70350120.941500.564139.2135045.701500.365105.031500.420134.671500.62829.571500.67659.141500.60161.801500.60175.791500.552119.101

27、5土木 0905XX六、节点设计w用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f f160 N / m m 2 。各杆件内力由表查得， 最小焊缝长度不应小于8 h f 。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。1. 下弦节点“ b”图 14下弦节点 b斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊缝尺寸分别为8mm和 6mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：肢背： l肢尖： l'0.7 N Bb0.7421527ww2 0.7165m m ，加 2 h f 后取 19cm2 he f f8 160''0.3 N0.

28、3421527ww2 0.794.1m m ，加 2 h f 后取 11cm2 he f f6 160斜杆 bD 与节点板的连接焊缝计算：'0.7 N bD0.7331685肢背： l ww2 0.7129.6m m ，加 2 h f 后取 15cm2 he f f8 16016土木 0905XX''0.3 N bD0.3331685肢尖： l ww2 0.774.1m m ，加 2 h f 后取 9cm2 he f f6 160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 h f5m m , 焊缝长度 l w >50mm。根据

29、以上求得的焊缝长度， 并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差， 按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。节点板尺寸 :330mm× 425mm。下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差:N727.441300.105427.336 kN设肢尖与肢背尺寸6mm,受力较大的肢背处的焊缝应力为：f0.7542733688.4kN /m m 2 <160kN /m m 220.7641512焊缝强度满足要求。2. 上弦节点“ B”图 15上弦节点 B斜杆 Bb 与节点板连接的焊缝尺寸，与下弦节点“b”相同。斜杆 Ba 与节点板连接焊缝尺寸按上诉同样方法计算，N

30、aB545.656kN肢背和肢尖焊缝尺寸分别采用：hf 8mm和 h f 6mm17土木 0905XX'0.65 N aB0.65545656肢背 ： l ww2 0.7197.9m m ，取 22cm2he f f8 160''0.35 N aB0.35545656142.1mm , 取 16cm肢尖 : l w2 hew2 0.76160f f为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接 . 焊缝可按两条焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以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 F 与上弦垂直。 上弦肢

31、背槽焊缝内的应力由下面计算得：h '1节点板厚度1 126m m ， h''10m mf22f上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则（N）2(F)2(0.75551718)2(60615)2K1 N12 1.2221.22220.7 h 'fl w'20.76(46012)110.02 N /mm 20.8 f w0.8160128N/mm 2f上弦肢尖角焊缝的切应力为：（N）2(F)2(0.25551718)2(60615)2K2N12 1.2221.22220.7 h 'fl w''20.710(46012)22.35N/mm

32、2160N/mm23屋脊节点“ I ”弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊， 需切去肢尖角。 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。设焊缝为10mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算，N9 2 5.2 8 8 k N。每条焊缝长度为（一条焊缝） ：18土木 0905XXl w925288206.54m m0.7101604拼接角钢的长度 L2 （ 206.5410） 20453.1m m ，取 650mm图 16屋脊节点 I上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15计算。设焊脚尺寸为 10mm,节点板长度为 500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：l w50010 20220 m m2焊缝应力为：Nf20.1592528845.07 N /m m 20.710220N6M6023.693.89