钢结构课程设计计算书

钢结构课程设计计算书准考证号484706100277姓名张凯专业建筑工程组别A组甲（Ⅱ—a）指导老师沈德洪2009-12-16钢结构课程设计计算书设计题目：设计某车间（无吊车、无天窗、无震动设备）。设计资料：车间柱网布置图如下；屋架支撑于钢筋混凝土柱顶屋面采用1.5×6的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不做支撑）。柱距6米，厂房跨度27米。采用梯形刚屋架。荷载:屋架自重=（120+11L)N/m2（L为屋架跨度）荷载类型序号荷载名称重量静荷载(I)1预应力钢筋混凝土屋面板1400N/m22两毡三油加绿豆沙400N/m23找平层20㎝厚400N/m24支撑重量70N/m2活荷载(Ⅱ)Ⅱ-a活载700N/m2设计要求设计屋面支撑布置。设计屋架杆件内力（用内力系数法）。设计节点。绘制屋架施工图。选择杆件截面。钢材和焊条的选择：根据当地计算温度和荷载性质及连接方法，按设计规范要求选用Q235BF级钢材，焊条用E43型，手工焊。屋架形式及尺寸:由于屋面采用预应力钢筋混凝土大型屋面板卷材防水层（i=1/10)，故采用缓坡梯形钢屋架计算跨度：L屋架在27m的轴线处的端部的高度H跨中高度：H=屋架的高跨比：H高跨比在常用的范围之内（1/8-1/10)L。屋架起拱高度：Q=为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦节间长3m,的人字形式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式，屋架形式及几何尺寸如下。屋架形式及几何尺寸屋盖支撑布置上弦横向水平支撑根据车间长度(240>60m),跨度及荷载情况，设置六道上下弦横向水平支撑，因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的上弦横向水平支撑设在底二柱间，在第一柱间的上弦平面设置刚性杆系以保证安装屋架时上弦杆的稳定，并在120m处设置温度缝。下弦水平支撑下弦横向水平支撑布置在于上弦横向水平支撑的同一柱间，在第一柱间的下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙的风荷载。垂直支撑；根据屋架跨度L<30m，一般需要在屋架两端及跨中垂直平面内布置三道垂直支撑，所以直支撑设在横向水平支撑柱间，于屋架跨中和两端各设一道。杆系；在上弦平面内，大型屋面板肋可起杆系作用，因此只有在屋脊处设通常刚性杆系，而两端设通长柔性杆系，在下弦平面内，两端支座各设一道通长刚性系杆，跨中节点处设通长柔性杆系。下弦中向水平支撑；根据要求下弦不设纵向水平支撑。屋盖及内力计算1，荷载计算；荷载计算及汇总表项次荷载名称计算公式标准值(kN/m2)设计值(kN/m2）备注1预应力钢筋及混凝土屋面板（包括镶缝）1.41.68沿屋面坡向分布2两毡三油绿豆沙0.40.48沿屋面坡向分布3找平层20㎝厚20×20.40.48沿屋面坡向分布4支撑重量0.070.084沿水平面分布5屋架自重0.12+0.011×270.4170.500沿水平面分布恒荷载总和3.2246屋面活荷载0.70.98沿水平面分布活荷载总和0.98计算屋架内内力时需考虑以下三种荷载组合；1,使用阶段a,“主跨恒荷载+主跨屋面均布活荷载”b，“主跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”使用阶段恒荷载引起节点荷载设计值；P使用阶段活荷载引起节点荷载设计值；P2、施工阶段；c，“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载”施工阶段恒荷载引起节点荷载设计值；P施工阶段活荷载引起节点荷载设计值；P内力计算；本屋架采用图解法计算屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数并列于下表中。屋架节点屋架杆力系数（左半跨）屋架杆力系数（右半跨）根据算得的节点荷载和杆力系数，利用下表中杆件的内力组合并求出各杆的最不利内力，计算过程相见下表。杆件内力表杆件内力表杆件名称杆件系数内力值计算杆力组合项目P=1使用阶段施工阶段P恒×P活×P活×P恒'P活'P活'在左半跨在右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨①②③④⑤⑥⑦⑧⑨上弦AB0000000000BC-7.255-2.805-10.06-291.94-63.99-24.74-52.92-173.68-67.15-380.67④+⑤+⑥CDDE-10.803-5.080-15.88-460.84-95.28-44.81-83.53-258.62-121.62-600.93④+⑤+⑥EF-11.392-5.080-16.47-477.96-100.48-44.81-86.63-272.72-272.72-623.25④+⑤+⑥FGGH-11.075-7.640-18.72-543.25-97.68-67.38-98.47-265.14-182.9-708.31④+⑤+⑥HI-11.576-7.642-19.22-557.76-102.1-67.40-101.10-277.13-182.95-727.26④+⑤+⑥IJ下弦ab4.1871.4895.68164.8336.9313.1329.88100.2435.65214.89④+⑤+⑥bc9.4023.99313.40388.8782.9335.2270.48225.0895.59507.02④+⑤+⑥cd1.4606.8428.30240.8712.8860.3543.6634.95163.8615.85④+⑤+⑥de8.9148.91417.83517.4378.6278.6293.79213.4213.4674.67④+⑤+⑥斜腹杆aB-7.539-2.682-10.22-296.58-66.49-23.66-53.76-180.48-64.21-386.73④+⑤+⑥Bb5.4592.3437.80226.3648.1520.6741.03130.6956.09295.18④+⑤+⑥bD-4.158-2.289-6.45-187.18-36.67-20.19-33.93-99.54-54.8-244.04④+⑤+⑥Dc2.5622.0194.58133.3722.617.8124.0961.3348.33173.78④+⑤+⑥gJ3.894-1.9621.9356.2034.34-17.310.1593.22-46.97103.37⑦+⑧-36.82⑦+⑨cf-0.987-2.4823.47101.05-8.71-21.8918.25-23.63-59.4292.34,④+⑤-83.04⑧+⑨fG-0.175-2.4792.6577.17-1.54-21.8613.94-4.19-59.3575.63④+⑤-63.54⑧+⑨fE0.73500.73521.406.4803.8717.6027.88④+⑤Gd-0.9551.6460.6920.09-8.4214.523.63-22.8639.4143.04⑦+⑨-19.23⑦+⑧dg3.150-1.9661.1834.3627.78-17.346.2175.41-47.0781.62⑦+⑧-40.86⑦+⑨gH0.67300.67319.605.9403.5416.11025.54④+⑤竖杆aA-0.50-0.5-14.56-4.410-2.63-11.970-18.97④+⑤bC-10-1-29.12-8.820-5.26-23.940-37.94④+⑤FfIgEc-1.4960-1.496-43.56-13.190-7.87-35.810-56.75④+⑤Hd-1.4960-1.496-43.56-13.190-7.87-35.810-56.75④+⑤Je0000000000杆件的截面选择与计算；1、上弦杆:整个上弦杆不改变截面，取上弦最大设计杆力(GH杆)计算。N=-708.31kNlox=150.8(按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l1为两块屋面板的宽度，）根据腹杆最大设计杆力NaB=386.73kN，由屋架节点板厚度选择表查得，中间节点板厚度t=10mm，支座节点板厚度，t先由非对称轴选择截面，假设λ=60，查得φ=0.807A（一般角钢厚度小于15mm，属底一组，故取f=215需要的回转半径：i根据As，ix，iy查表，选用2L140×90×10,短边相连As=44.52cm验算：λλ因为，λmax=λxφσ满足要求。验算对称轴y轴的稳定承载力b换算长细比λ查附二表2.2得φ故σ满足要求。垫板每节间放置一块（满足l1范围内不少于两块），ld=150.8/2=75.4cm<40i(i为下弦杆；整个下弦也不改变截面，采用最大设计杆力（de杆）计算，lox=300cm,loy=297/2=148.cm,A选用2L125×80×8（短肢相连），A=31.98㎝2,ix=2.28cm,iy=5.9cm.由屋架节点板厚度选择表查得，中间节点板厚度t=10mm，支座节点板厚度，验算：在节点设计时，将位于cd杆连接下弦支撑的螺栓孔包在节点板内，且使螺栓孔中心到节点板内端边缘距离不小于100㎜，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算强度及长细比，（λ=350）：σ=λλ满足要求。垫板每节间放一块，ld=300/2=150<80i=4.01×80=320.8cm端斜杆BaN=-386.73kN,lox=253.5cm,(支座斜杆），loy=253.5cm,假设λ=60需要截面面积：A需要的回转半径为：ii选择2L100×80×10,（长肢相连），A=34.33cm2,ix=3.12cm,iy=3.52验算：λbλ换算长细比λ查附二表2.2得φ故σ满足要求。设两块垫板84.5<40i=94满足要求；4、斜腹杆BbN=295.18kN,lox=0.8l=0.8×2608=2086=208.6cm,l需要的净截面面积为：A选择2L80×6等肢角钢，A=18.8mm2,ix=2.47cm,验算：σ=λλ满足要求。设两块垫板ld=260.8/3=87cm<80i=198cm.满足要求斜腹杆DbN=-244.04kN，lox=0.8×l=0.8×2869=2295mm=229.5cm,l假设λ=70，查得φ=0.751。需要的截面面积为：A需要的回转半径为：ii选择2L100×6.等肢角钢，A=23.9cm2,ix,=3.1cm，iy=4λbλ换算长细比λλmax=74,查得φ=σ=满足要求。ld=286.9/3=95.6cm<40i=3.1×40=124cm, 6、斜腹杆DcN=173.78kN,lox=0.8L=0.8×2859=2287mm,l需要的净面积为：A选择2L56×8,A=16.73cm2,ix=1.68cm,i验算：λλ满足要求。设两块垫板，ld=285.9/3=95.3cm<80i=121斜腹杆EfN=27.88kN,lox=0.8×1883=1506mm,需要的截面面积为：A选择2L50×5,A=9.61cm2,ix=1.53cm,iy验算：σλλ满足要求。设两块垫板：ld=188.3/3=62.8cm<80i=80×1.53=122.4再分式斜杆cG分式斜杆两段主斜杆，cf与fG同时受压，且达到最大，Ncf=-83.04kN,NfG=-63.54kNlox=2087mm,loy=(2087×2)×设λ=110查得φ=0.493，则需要的截面面积为：A需要的回转半径为：ii选择2L80×6(等肢），As=18.8cm2,ix=2.47,验算：λλλmax=σ满足要求。杆件cf，fG均设两块垫板：ld=208.7/3=69.6cm<40i=98.8cm斜腹杆Gd斜腹杆Gd是内力在不同荷载布置处变号的杆件，其设计杆力为N=+43.04kN,或N=-19.23kN,lox=0.8L=0.8×3251=2601mm,loy=3251i选择2L63×5,A=12.3cm2,ix=1.94cm，iy验算：λλλmax=134.110.竖杆HdN=-56.75kN选用2L63×5,A=12.29cm2，验算:λ对y轴：b/t=63/5=12.6<0.58loy/b=0.58304/6.3=28,λλλmax=λx=125.3σ=满足要求。设置三块垫板，l11．竖杆CbN=-37.94kN,因为杆力很小，可按容许长细比λ=150ii按ixs，iys查型钢表。选用2L50×5，i满足要求。垫板放三块，虽然ld其余各杆件的截面选择见下表。连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜面计算长度为lo=0.9l，其他腹杆除Aa和Ba外，lox=0.杆件截面计算名称杆件编号内力kN计算长度cm截面形式和规格截面面积㎝2回转半径长细比容许长细比λ稳定系数计算应力N/㎡lliiλλ上弦GH-708.3150.8301.62L140×90×1044.522.566.7760.859.961500.786191.53下弦de674.7300148.52L125×80×831.982.285.9131248350192.31斜腹杆Ba-386.73253.5253.52L100×80×1034.333.123.528172.021500.751210Bb295.18208.6260.82L80×618.82.473.658472350199Db-244.04229.5286.92L100×623.93.14.4474651500.751216.5Dc173.78228.7285.92L50×811.381.522.4884108350193Ef27.88150.6188.32L50×59.611.532.4598.476.435037cG-118.02208.7392.92L80×618.82.473.6584.5107.61500.506124.1Hg25.54162.2202.72L50×59.611.532.4510682.735033.61Gd43.04260.1325.12L63×512.31.942.96134.1109.81500.36959.2-19.23Jd113.3224.94312L63×512.31.942.961161481500.315157-60.72竖杆Aa-18.97200.5200.52L50×59.611.532.45131821500.38365Cb-48.02183.22292L50×59.611.532.45120931500.437114Ff-37.94103.6129.52L50×59.611.532.4567.752.91500.76452.9Ig121.61522L50×59.611.532.4579.562.01500.69172Ec207.22592L50×59.611.532.45135.41061500.363206Hd-71.83243.23042L63×512.291.942.96125.4102.71500.409143Je0300.6300.62L63×512.292.452.452.451500节点设计先算出个斜腹杆杆断需要的焊缝尺寸，其计算公式为：角钢支肢背所需焊缝的长度l角钢肢尖所需焊缝的长度l内力分配系数：等边角钢K1=0.70，K不等边角钢以短边相连，K1=0.75，K不等边角钢以长边相连，K1=0.65，K2各杆件所需焊缝长度的计算结果见下表。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取：hf≥1.5杆杆端焊缝尺寸杆件名称设计内力肢背焊缝肢尖焊缝l1(mm)l2(mm)l1(mm)l2(mm)aB-386.7319081356Bb295.1815071056bD-244.0414071005Dc173.781106855cF92.34906705Fd75.63755605dH43.04505505gK81.62805605Ie103.371005705CbEc-37.94505505GdJg节点形状及尺寸的确定：下弦节点b按上表Bb、Db杆件所需的焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸，由下图中量的下弦与节点板的焊缝长度为360mm,设焊角尺寸，hf=5mm,焊缝承受的左右杆内力差为∆N=焊缝强度肢背的验算：t满足要求。肢尖的焊缝应力更小，一定满足要求，竖杆Cb下端应伸至下弦肢尖15mm处，并肢尖和肢背节点板满焊。上弦节点“B”按焊缝长度表所示腹杆Ba.和Bb的焊缝长度，按比例绘制节点详图，确定节点板形状尺寸如下图所示，量得节点板长度为380mm，设肢背和肢尖的焊角尺寸hf=5mm,因节点板伸出肢背15mm.,故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P=29.02+88.2=37.84kN,和弦杆内力差∆N=NBCP满足要求：由