钢结构课程设计

PAGEPAGE27参考实例：钢结构课程设计例题－、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。图1屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。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。永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10kN/㎡总计3.387kN/㎡可变荷载标准值雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡总计1.25kN/㎡永久荷载设计值1.2×3.387=4.0644kN/㎡（由可变荷载控制）可变荷载设计值1.4×1.25=1.75kN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75)×1.5×6=52.3296kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载=4.0644×1.5×6=36.59kN=1.75×1.5×6=15.75kN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载=0.417×1.2×1.5×6=4.5kN=(1.4×1.2+0.75×1.4)×1.5×6=24.57kN3.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。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。注：表内负责表示压力；正值表示拉力图3屋架接点图四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-619.16KN，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，N=-1117.37KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度=150.8cm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：=3000cm因为2≈，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4图4上弦截面设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807需要截面积===6440需要回转半径==2.51cm==5.00cm根据需要的、、查角钢型钢表，初选2L16010014，A=6940，=2.80cm，=7.86m。按所选角钢进行验算===52.9＜[λ]=150===38＜[λ]=150由于则：＜[λ]=150由于，只需求出，查轴心受力稳定系数表，＝0.8384=192N/<215N/所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=4500mm屋架平面外根据支撑布置取=13350mm计算需要净截面面积==5439.6选用2L1409014（短肢相并），见图5。图5下弦截面A=6940，=2.51cm，=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响）=191.7N/<215N/==179.3<[]=250=192.6<[]=350所选截面满足要求。3.端斜杆Ba已知N＝-619.16kN，＝＝253.9cm因为＝，故采用等肢角钢，使＝选用角钢2L10012,见图6图6端斜杆BaA＝4560，＝3.03cm，＝4.64cm截面刚度和稳定验算==83.8<[]=150==54.7<[]=150由于=14.730.6624205N/<215N/所选截面满足要求。填板放两块，=84.6cm＜40=40×3.03=121.2cm4.斜杆Bb已知N=497.1kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm屋架平面外根据支撑布置取=2622mm选用2L1006，见图7。图7斜杆BbA=2386，=3.10cm，=4.44cm。=208.34N/<215N/==67.7<[]=350=59.1<[]=350所选截面满足要求。填板放两块，=87.4cm＜80=80×3.10=248cm5.再分腹杆c1G=-252.991kN，=-208.6kN，=4174mm计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm屋架平面外根据支撑布置取=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396mm选用2L10066，见图8。图8再分腹腹杆c1G图9中竖杆JeA=2386，=3.100cm，=4.44cmm。==53.9<[]=3500=99<[]=3550由于=25.50.5182204.6N/<2215N//所选截面满满足要求填板放两块，=1109.9ccm＜40=40××3.10==124cmm6.中竖杆Je已知N＝0，＝0.9335＝3301.5ccm中间竖杆选用2L756的角钢，并并采用十字形形截面，见图图9A=17.6,ccm,=103.6<[[]=1550所所选截面满足足要求填板放五块，=660.3cmm＜40=40××2.45==98cm其余各杆件截面选选择过程不一一一列出，计计算结果见表表2杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（）回转半径（cm）[λ]计算应力（N/）填板(块)上弦杆-1117.377150.8300短肢相并2L1660*1000*1469.42.807.8653.91500.8384-1922（3）下弦杆1169.54501335短肢相并2L1440*90*14612.516.93179.3350/191.71（2）Aa-27.74201.5201.5T型截面2L50**517.61.532.53131.71500.3795-41.52Ba-619.16253.9253.9T型截面2L1000*1245.63.034.6483.81500.6624-2052Bb497.1209.76262.2T型截面2L1000*623.863.104.4467.7350/208.32Cb-55.48184230T型截面2L50**59.61.532.53120.31500.6624-136.12Db-412.77229.84287.3T型截面2L1000*1245.63.034.4675.91500.7146-125.72Dc304.03229.84287.3T型截面2L75**617.62.313.5399.5350/172.72Ec-83.22208260T型截面2L75**617.62.313.5397.71500.5701-82.92E140.50151.2189T型截面2L50**59.61.532.5398.8350/42.211F1-55.48104130T型截面2L50**59.61.532.53681500.763-75.71c1-252.99166.96439.6T型截面2L1000*623.863.104.44105.81500.5182-204.62G1-208.6Gd2.36261.2326.5T型截面2L75**617.62.313.53113150/1.342-138.052500.475-165.72Hd0.00244305T型截面2L75**617.62.313.531051500.5230.002H20.00162.8203.5T型截面2L50**59.61.532.53106.41500.5140.002I20.00137.25152.5T型截面2L50**59.61.532.5379.71500.6880.001J2-d2164.55179.92449.8T型截面2L75**617.62.313.53129.6350/93.52-2.881500.688-4.22Je0.00301.5301.5十字型截面2L775*617.6=2.91=2.91103.6150/0.002五、节点设计用E43焊条时，角角焊缝的抗拉拉、抗压和抗抗剪强度设计计值各杆件内力由表22查得，最小小焊缝长度不不应小于下弦节点b见图110图10下弦节点b（1）斜杆Bb与节点的连接焊缝缝计算：N=497.1kkN设肢背与肢尖的焊焊角尺寸分别别为6mm和5mm。所需焊缝缝长度为：肢背：+12==285.66mm，取＝270mmm肢尖：+10==158mmm，取＝170mmm斜杆Db与节点的连接焊缝缝计算：N=412.777kN设肢背与肢尖的焊焊角尺寸分别别为6mm和5mm。所需焊缝缝长度为肢背：+12==216.77，取＝250mmm肢尖：+10==132.88，取＝150mmm（3）竖杆Cb与节点点板连接焊缝缝计算：N=555.48kkN因其内力很小，焊焊缝尺寸可按按构造确定，取取焊脚尺寸==5mm焊缝长度40mmm，取=60mmm（4）下弦杆与节点板板连接焊缝计计算：焊缝受受力为左右下下弦杆的内力力差△N=1828.887-3299＝499.887KN，设肢尖与与肢背的焊脚脚尺寸为6mm，所需焊缝缝长度为：肢背：+12==260，取＝300mmm肢尖：+12==136，取＝150mmm（5）节点板尺寸：根根据以上求得得的焊缝长度度，并考虑杆杆件之间应有有的间隙和制制作装配等误误差，按比列列作出构造详详图，从而定定出节点尺寸寸。如图11所示图11节点板板b尺寸2.上弦节点BB图12上弦节节点B（1）斜杆Bb与节点点板连接焊缝缝计算，与下下弦节点b中Bb杆计算相同同。（2）斜杆Ba与节点点板连接焊缝缝计算，N=6199.16kNN。设肢背与与肢尖的的焊脚尺寸分分别为10mm和6mm。所需焊缝缝长度为肢背：+20==184.227，取＝200mmm肢尖：+12==165.66，取＝180mmm（3）上弦杆与节点板板连接焊缝计计算：为了便便于在上弦上上搁置大型屋屋面板，上弦弦节点板的上上边缘可缩进进上弦肢背8mm。用槽焊缝缝将上弦角钢钢和节点板连连接起来。槽槽焊缝可按两两条焊缝计算算，计算时可可略去屋架上上弦坡度的影影响，而假定定集中荷载P与上弦垂直直。假定集中荷载P由由槽焊缝承受受，P=55..3296kkN，焊脚尺寸寸为5mm所需槽焊缝长度为为:+10=+10==59.511mm,取=65mmm上弦杆尖焊缝受力力为左右上弦弦杆的内力差差△N=6199.38-00.0＝619.338kN偏心距e=100--24.3＝75.7mmm设肢尖焊脚尺寸88mm，设需焊缝缝长度为480mm，则（4）节点板尺寸：方方法同前，如如图13所示图13节点板板B尺寸3.屋脊节点JJ见图14图14屋脊脊节点J弦杆与拼接角钢连连接焊缝计算算：弦杆一般般用与上弦杆杆同号角钢进进行拼接，为为使拼接角钢钢与弦杆之间间能够密合，并并便于施焊，需需将拼接角钢钢进行切肢、切切棱。拼接角角钢的这部分分削弱可以靠靠节点板来补补偿。拼接一一侧的焊缝长长度可按弦杆杆内力计算。N=1117.337KN，设肢尖、肢肢背焊脚尺寸寸为8mm，则需焊缝缝长度为，取=375mmm拼接角钢长度取22375+550＝800mmm（2）弦杆与节点板的的连接焊缝计计算：上弦肢肢背与节点板板用槽焊缝，假假定承受节点点荷载上弦肢尖与节点板板用角焊缝，按按上弦杆内力力的15%计算。N=11117.37115%＝1167..6kN，设焊脚尺尺寸为8mm，弦杆一侧侧焊缝长度为为250mmm，（3）中竖杆与节点板板的连接焊缝缝计算：N=0kN此杆内力很小，焊焊缝尺寸可按按构造确定，取取焊脚尺寸==5mm焊缝长度40mmm，取=60mmm（4）斜杆J2与节点点板连接焊缝缝的计算N=164.555KN，设肢背与肢肢尖的焊角尺尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝缝长度为：肢背：，取=1000mm肢尖：，取焊缝长长度=60mmm（4）节点板尺寸：方方法同前，如如图15所示图15节点板板J尺寸4.下弦跨中节节点e见图16图16下弦跨跨中节点e（1）弦杆与拼接角钢钢连接焊缝计计算：拼接角角钢与下弦杆杆截面相同，传传递内力N=10112.51kkN设肢尖、肢背焊脚脚尺寸为8mm，则需焊缝缝长度为，取=300mmm拼接角钢长度不小小于2300+112=6122mm（2）弦杆与节点板连连接焊缝计算算：按下弦杆杆内力的15%计算。设肢背、肢尖焊脚脚尺寸为6mm，弦杆一侧侧需焊缝长度度为肢背：，取=900mm肢尖：，按构造要要求，取焊缝缝长度48mmm，取=60mm（4）节点板尺寸：方方法同前，如如图17所示图17节点板板e尺寸5.端部支座节节点a图18支座节点点a（1）为便于施焊，下下弦角钢水平平肢的底面与与支座底板的的距离一般不不小于下弦伸伸出肢的宽度度，故可取为为160mm。在节点中中心线上设置置加劲肋，加加劲肋的高度度与节点板的的高度相同，厚厚度同端部节节点板