钢结构课设计算书完整版

1、课程设计任务书题目：梯形钢屋架某工业厂房适用专业： 土木工程2010级指导教师： 雷宏刚、李海旺、闫亚杰、焦晋峰太原理工大学建筑与土木工程学院2013年12月一、设计题目：梯形钢屋架二、设计资料某工业厂房，屋盖拟采用钢结构 有楝体系，屋面板采用100mm厚彩钢复 合板(外侧基板厚度，内侧基板厚度，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标 准值按kN/m2计算),楝条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度见表1,有组织 排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高，柱截面尺寸为400X 400mm不考虑积灰荷载。注：屋架、楝条、拉条及支撑自重标准值可按下列数值考虑：m2()m2 ()三、设计内容及要求要求在2周

2、内()完成钢结构课程设计内容，提交设计图纸及计算书一套。1.设计内容(1)进行屋盖结构布置并选取计算简图；(2)屋架内力计算及内力组合；(3)屋架杆件设计；(4)屋架节点设计；(5)屋架施工图。2.设计要求(1)整理设计计算书一份设计条件结构布置计算简图荷载选取内力计算内力组合构件设计节点设计挠度验算（ 2）绘制施工图屋盖布置图（图纸编号01）:屋架平面布置图+上、下弦支撑平面布置图+垂直支撑布置图；屋架施工图（图纸编号 02）:屋架几何尺寸、内力简图+屋架施工详图+节点、异形零件详图+设计说明+材料表等。表1梯形钢屋架课程设计任务表坡度1:101:20长度(m)60 （柱距6m）75 (柱距

3、)72 （柱距6m）90 （'题号跨度地点'2124273021242730212427302124北京市1234567891011121314上海巾1718192021222324252627282930乌鲁木齐3334353637383940414243444546成都市4950515253545556575859606162南京市6566676869707172737475767778哈尔滨8182838485868788899091929394太原市979899100101102103104105106107108109110运城市1131141151161171181

4、19120121122123124125126长治市129130131132133134135136137138139140141142吕梁市145146147148149150151152153154155156157158四、参考资料(1)钢结构设计基本原理，雷宏刚，科学出版社(2)钢结构设计，黄呈伟、李海旺等，科学出版社(3)建筑结构荷载规范，GB 50009-2012(4)钢结构设计手册(上册)第三版，中国建筑工业出版社(5)轻型屋面梯形钢屋架，中国建筑标准设计研究院(6)钢结构设计规范，GB 50017-2003(7) 土木工程专业一钢结构课程设计指南，周俐俐等，中国水利水电出版社课

5、程设计计算书题目：梯形钢屋架某工业厂房专业：十木工程班级：土木1002姓名：景天雨学号：29指导教师：焦晋峰太原理工大学建筑与土木工程学院2013年12月梯形钢屋架计算书一.设计资料(题号45)(1)某工业厂房(乌鲁木齐)：梯形钢屋架跨度为21m,长度90m,柱距，屋 盖拟采用钢结构有楝体系，屋面板采用 100mm厚彩钢复合板(外侧基板厚度， 内侧基板厚度，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按kN/m2计算)，楝条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度i 1:20,有组织排水。屋架支承在钢筋 混凝土柱上，柱顶标高，柱截面尺寸为 400x 400mmo不考虑灰荷载。屋架、楝 条、拉条及支撑自重标准

6、值按kN/m2计算。基本雪压取kN/m2,基本风压取2 kN / m。(2)屋架计算跨度：l0 21m 2 0.15m 20.7m(3)跨中及端部高度：采用平坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度h0 1.990m,屋架中间的图度h 2.515m,则屋架在处，两端的图度为 儿1.9975。二.结构形式与布置屋架形势及几何尺寸如图1所示砰口 1昭5 .10500根据厂房长度（90m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。 因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规 格和中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系 杆，

7、以保证安装时上弦杆的稳定，在柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆， 以传递山墙风荷载，在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设置一道 班直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图 2所示。且X-L -桁架上弦支撑布置图桁架下弦支撑布置图梯形钢屋架支撑布置图SM上弦支撑；XCH下弦支撑：CM垂直支撑；G刚性系杆；LGH柔性系杆三.荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取最大的荷载标准值进行计算。 故 取雪荷载kN/m2进行计算。荷载计算表荷载名称标准值（kN / m2）设计值（kN/m2）彩钢复合板（100mm）0.2 1.2 0.24屋架、橡条、拉条及支撑自重0.4 1.2 0.48管道荷载

8、0.1 1.2 0.12永久荷载总和雪荷载0.75 1.4 1.05可变荷载总和设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。1 .全跨永久荷载十全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：F （0.84 1.05） 1.75 7.5 24.8062 .全跨永久荷载+半跨可变荷载：全跨节点永久荷载：F1 0.84 1.75 7.5 11.025半跨节点可变荷载F2 1.05 1.75 7.5 13.781全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面雪荷载 全跨节点屋架自重F3 0.48 1.75 7.5 6.3半跨节点屋面板自重及雪荷载F4 （0.24 1.05） 1.75 7.5 16.931杆件名

9、称内力系数（F=1）第一种组合FX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F1X十F2XF1X十F2XF3XF3X+ F4X十F4X上弦AB000000000BCCDDEEFFG下abbc弦cdaBBb斜bD腹Dc杆cFFdaA竖bCcE杆dG四.杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N -303.63kN上弦杆计算长度在屋架平面内：为节间轴线长度，即lox 10 1.752m在屋架平面外，本屋架为有楝体系，且认为楝条与支撑的交叉点不连接， 根据布置和内力情况，取loy为支撑之间的距离，即loy 5.256m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截

10、面选用两个不等肢角钢,相拼，如图所示腹杆最大内力N 175.13kN ,查表，节点板t 8mm ,支座节点板厚度t 10mm假定 80,查Q235钢的稳定系数表，可得0.688 （由双角钢组成的T形和十字形截面属于b类），则需要的截面积为:303.63 1030.688 215 22052.7 mm需要的回转半径:ixlox1.752-ox m8021.9mmiy1 oy5256 m 65.7mm80根据需要A,ix, iy查角钢规格表，选用2L110 70 8,肢背距离8mm,贝2A 2780mm , ix 19.8mm ,iy 53.4mmx则按所选角钢进行验算:l0xix175219.8

11、88.5l 0y y T- iy525653.498.4满足长细比150的要求。由于y x,只需要求y。查表y 0.565 ,则NTA303 63 103 _303.63 10 MPa 193.31MPa 215MPa 0.565 2780故所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆件计算。N 305.36kNlox 3500mm, loy 20700 2 10350mm （因跨中有通长系杆），所需截面积为305.36 103221420.3mm14.20cm215选用270 457,因为l°yl°x ,故用不等肢角钢,短肢相并，肢背间距ix1.25

12、cm,2iy 3.53cm8mm,如图所示,A 2, 一 215.32 cm 14.20cmxIoxyl0y3.端斜杆aB3501.251035280 350iy3.53293.2 350杆件轴力：N -175.13kN计算长度： lox " 2672mm2 x y因为Iox loy,故采用不等肢角钢，长肢相并，使lox loy。选用2L 90 56 7, 肢背间距8mm,则2A 19.66cm , ix 2.86cm , 1y 2.34cml 0x x -i x2672 93.4 1502.86loyy .iy267.2 114.2 1502.34因为x y ,只需求y查表得y 0

13、.469,则ix截面合适。4.斜腹杆Fd最大拉力最大压力计算长度在屋架平面内在屋架平面外yA175.13 1030.469 1966189.93MPa 215MPaN 27.901kNN -23.739kNl0x 0.8 l 0.8 2993 2394.4mm10y l 2993mm选用2L56 4,肢背间距8mm,查角钢规格表得. 2.A 8.78cm , ix1.73cm , iy 2.59cml0x239.44138.4 1501.73因为y10y299.3115.6 150iy2.59查表得x 0.36,则xA23.739 1077.03MPa0.351 878215MPa拉应力:27

14、.901 10387831.78MPa215MPa5.竖杆cE-24.81kNl0x0.8l0.8234 187.2cm, l0yl 234cm由于杆件内力较小，按150选择，需要的回转半径为l0x 187.2-0x1.25cm150iy 8空 1.56cm150查型钢表，选截面的ix和iy较上述计算的ix和iy略大些。选用250 4,肢背间距8mm,其几何尺寸为2A 7.8cm ,ix 1.54cm , iy 2.35cm因为y x ,只需求l0x ix10y iy187.21.542342.35查表得 x121.6 15099.6 1500.428,则24 81 103xA 0.428 7

15、8074.32MPa 215MPa其余各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表屋架杆件截面选择表杆件编白内力(kN)计算长度(cm)截面规格截回卸积回转半径(cm)长细比容许稳定系数计算应力10y(mm)ixiyxy长细比xyFG丁110x70x8150cd3501035丁70x45x7280350Aa丁50x48515041aB丁90x56x7150Bb丁56x4350Cb丁50x4150bD丁70x4150Dc丁50x4350cE234丁50x4150cF丁56x4150Fd丁56x4150Gd丁50x4150五.节点设计1 .下弦节点b各杆件的内力由表查得。设计步骤：由腹

16、杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝 的尺寸，即hf和,然后根据lw的大小按比例绘出节点板的形状的尺寸，最后 验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 ffw 160MPa。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf4mm,则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：lw0.7NW如ff0.7 1309802 0.7 4 160102.33mm ,取 120mm。肢尖：iW0.3N2f0.3 1309802 0.7 4 16043.85mm ,取 60mm。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝hf6mm,则所需的焊缝长度为肢背 l'0.7Nww2he

17、 f f0.7 977402 0.7 4 16076.4mm ,取 90mm。肢尖：lw黑w0.3 977402 0.7 4 16032.7mm ,取 40mm。Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 hf 4mm。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，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为300mm 210mm下弦与节点板连接的焊缝长度为 300mm, hf 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 N 252.03-109.89 142.14kN ,受力较大的肢背处的焊缝应力为0.75 1421402 0.7 6 (300 12)44.07MPa 1

18、60MPa焊缝强度满足要求。该节点如图所示队 81kM2.上弦节点“ B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“ b”相同。"aB'杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算得N -175.13kN aB设“aB杆的肢背和肢尖焊缝hf 5mm,则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：lw0.7N2heffw0.7 1751302 0.7 5 160109.5mm ,取 120mm。肢尖：lw0.3N2heffw0.3 1751302 0.7 5 16046.9mm ,取 60mm。6mm。用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槽焊缝把上

19、弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度 设计值乘以的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载与上弦垂直。上弦槽焊缝的应力可由下面计算得一 11''hf一下点板厚度一84mm,hf5mm2 2上弦与节点板间焊缝长度为350mm,则22 Pki NiN22 1.222 0.7 hf lw0.75 1922502248062 1.222 0.7 4 350 875.47MPa 0.8ffw 128MPa上弦肢尖角焊缝的切应力为2k2 N1 N22P2 1.22- 20.25 1922502248062 1.222 0.7 hf lw2 0.7 5

20、 350 1020.64MPa 160MPa3 .屋脊节点“ G”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够紧密结 合，并便于施工，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般 为t hf 5mm）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿，接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝 hf 7mm,则所需焊缝计算长度为（条焊缝）lw303630193.6mm4 0.7 7 160拼接角钢的长度ls 2lw 2hf弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取450mmB”处槽应按上弦度350mm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw350；2 7 20 148mm

21、,焊上弦与节点板之间的的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点”焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝, 内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝 hf 7mm,取节点板长缝应力为0.15 303630 31.4MPa2 0.7 7 1486 0.15 303630 53.52 68.11MPaM 2N 2ff 1.222 0.7 7 148231.4 268.1164.1MPa 160MPa1.22因屋架的跨度很大，需讲屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节而右半点设置工地连接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝, 边的上弦、斜杆与节点板的连接

22、用工地焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。4.支座节点“ A”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底面的净距取160mm o 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等，厚度取 10mm(1)支座底板的计算。支座反力为R 6 F 6 24806 148836N设支座底板的平面尺寸采用200mm 300mm ,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为 200 190 38000mm2。验算柱顶混凝土的抗压强旦耍丝3 92MPaAn38000fc 12.5MPa c式中 fc混凝土强度设计值，对 C25混凝土， fc 12.5MPa支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋把底板分 为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板每