钢结构课程设计

课程设计课程名称：钢结构设计设计题目：昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计学院：土木工程学院专业：土木工程年级：大学三年级姓名：郭锐学号：1332530020019指导教师：王鹏日期：2016年12月课程设计任务书土木工程学院学院土木工程专业3年级姓名：郭锐学号：1332530020019课程设计题目：昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计课程设计主要内容：（一）设计资料昆明地区某工厂金工车间，长度90m，柱距6m，车间内设有两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10~1/12。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm，混凝土C20，屋面活荷载0.50kN/m2，屋面积灰荷载0.75kN/m2，屋架跨度、屋架计算跨度、屋面做法和屋架端高按指定的数据进行计算。1、屋架跨度（1）21m（2）24m2、屋面计算跨度（1）L0＝L（2）L0＝L-300mm3、屋面做法（1）有保温层（2）无保温层4、屋架端高（1）h0=1.8m（2）h0=1.9m（3）h0=2.0m（4）0h=2.1m（二）设计要求1、由结构重要性，荷载特征（静荷），连接方法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。2、合理布置支撑体系，主要考虑（1）上弦横向水平支撑（2）下弦横向水平支撑（3）垂直支撑（4）系杆（刚性或柔性）并在计算书上画出屋盖支撑布置图，并对各榀屋架进行编号3、荷载及内力计算（1）屋面恒载计算。（2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同时考虑。（3）屋面积灰荷载属于可变荷载。（4）利用结构的对称性，仅计算屋架左半跨杆件内力。（5）计算屋架杆力时，应考虑三种荷载组合。（6）将屋面分布荷载转化为屋架节点荷载，利用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。（7）确定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力）4、杆件截面选择（1）屋架杆件常采用双角钢组合组成的T形截面或十字形截面，要根据λx=λy的等稳条件选择合理的截面形式。（2）正确确定杆件的长细比，由轴心受力杆件确定杆件截面及填板数量。（3）设计小组内每位同学所计算的上弦杆，下弦杆，斜杆截面选择过程要在计算书内详细说明，其余杆件截面选择可按同组内其他同学计算成果统一列表取用。（4）杆件截面规格不宜过多，与垂直支撑相连的竖杆截面则不宜小于2L63×5。5、节点设计（1）熟知节点设计的基本要求及一般步骤。（2）要在计算书内写出一般上下弦节点，下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程。6、屋架施工图（1）用铅笔绘制1#施工图（2）施工图应包括①屋架简图（比例1∶100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及起拱度。②屋架正面图，上、下弦平面图（轴线比例1：20，杆件、节点比例1：10）。③侧面图，剖面图及零件详图。④注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。⑤材料表（一榀屋架的材料用量）。⑥说明（钢号、焊条型号、起拱要求、图中未注明的焊缝尺寸和油漆要求等）。指导教师（签字）：主管副院长（签字）：年月日计算书1.屋架及支撑形式:2.荷载何内力计算1)荷载标准值永久荷载标准值：20mm厚水泥砂浆找平层:0.4kN/m2三毡四油防水层：0.4kN/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板：1.4kN/m2屋架和支撑自重：(0.117+0.011L)=(0.117+0.011×21)=0.348kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载：0.5kN/m2屋面积灰荷载：0.75kN/m22）节点荷载计算①全跨屋面永久荷载作用下P=（1.4+0.4+0.4+0.348）×6×1.6=2.548×6×1.5=22.932（kN）②全跨可变荷载作用下P=0.5×6×1.5+0.75×0.9×6×1.5=（0.5+0.9×0.75）×6×1.5=10.575（kN）③当基本组合由可变荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为pS1.2×22.932+1.4×（0.5+0.9×0.75）×6×1.5=1.2×22.932+1.4×10.575=42.323（kN）当当基本组合由永久荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为pS1.35×22.932+1.4×（0.7×0.5+0.9×0.75）×6×1.5=30.958+12.915=43.873（kN）由上可知，本工程屋面荷载组合由永久荷载效应控制，节点集中力设计值取P=43.873(kN)。④屋架节点荷载计算计算是考虑下列三种荷载组合情况：全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载（左）屋架及支撑自重+半跨屋面板自重（左）+半跨屋面活荷载（左）设：1P——由永久荷载换算得的节点集中荷载；2P——由可变荷载换算得的节点集中荷载；3P——由部分永久荷载（屋架及支撑自重）换算得的节点集中荷载；4P——由部分永久荷载（屋面板重）和可变荷载（屋面活荷载）换换算得的节点集中荷载。则：1P=1.35×22.932=30.958（kN）2P=1.4×（0.7×0.5+0.9×0.75）×6×1.5=12.92（kN）3P=1.35×0.348×6×1.5=5.47（kN）4P=（1.35×1.4+1.4×0.5）×6×1.5=23.31（kN）内力计算杆力组合表名称杆件编号杆件内力系数杆件内力计算杆力（KN）P=1第一组组合第二组组合第三组组合左右全(P1+P2)③P1③+P2①P3③+P4①①②③④⑤⑥上弦AB0000000BD-5.34-2.20-7.54-328.126-302.416-165.72-328.126DF-7.26-3.91-11.17-490.117-439.600-230.33-490.117FH-6.78-5.28-12.06-529.169-460.951-224.01-529.169下弦ab+3.17+1.67+4.84212.370190.793+100.37212.370bc+6.62+3.09+9.71426.055386.133207.43426.055cd+7.24+4.61+11.85519.954460.393+233.58519.954de+5.83+5.83+11.66511.618436.294+199.68511.618斜腹杆aB-5.17-2.10-7.27-318.993-291.861-160.28-318.993Bb+3.87+1.84+5.71250.543226.771+121.44250.543bD-2.57-1.78-4.35-190.869-167.872-83.70-190.869Dc+1.19+1.58+2.77121.542101.129+42.89121.542cF-0.03-1.54-1.57-68.889-48.992-9.29-68.889Fd-1.05+1.38+0.3314.480-3.350-22.67-22.67dH+2.13-1.36+0.7733.78651.357+53.86+53.86竖腹杆Aa-0.500-0.50-21.939-21.939-14.39-21.939Cb-1.000-1.00-43.878-43.878-28.78-43.878Ec-1.000-1.00-43.878-43.878-28.78-43.878Gd-1.000-1.00-43.878-43.878-28.78-43.878He00000003.杆件截面选择(1)上弦杆(选用两根不等边角钢短肢相并)FHN=-529.169kN（最大）oxl=150.8cmoyl=301.6cm腹杆maxN=318.993kN,查表2.8得节点板t=10mm，支座节点板厚度t=12mm假定λ=60，φ=0.807，2mm88.3049215807.0529169fNAcmlioxx15.2608.150，cmlioyy02.5606.301选用2L125×80×8短肢相并，A=31.9782cmxi＝2.28cm，yi＝6.07cm验算：][14.6628.28.150xoxxil=150][69.4907.66.301yoyyil=150因为51.13125301656.056.062.15812511bltboy所以150][4.60)1257.5286.3011(81257.3)7.521(7.342241221btltbloyyz由表查得773.0x,8.3197773.0529169ANx=21422/215mm/mmNfN（2）下弦杆cdN=519.954kN，oxl=300cm，oyl=1050cm，节点板t=10mm,支座节点板t=12mm，λ=60,φ=0.807277.2996215807.0519954mmfNAcmlioxx560300,cmlioyy5.17601050选用2L125×80×8短肢相并A=31.9782cmxi＝2.28cm，yi＝6.07cm验算：][58.13128.2300xoxxil=350][98.17207.61050yoyyil=350因为704.4125105056.056.062.15812511bltboy所以350][13.58)1257.52810501(81257.3)7.521(7.342241221btltbloyyz8.3197519954AN=162.622/215mm/mmNfN（3）端斜腹杆aBBNa=-318.993kN，oxl=oyl=270.9cm，t=10mm,λ=60,φ=0.807252.1838215807.0318993mmfNAcmlioxx52.4609.270，cmlioyy52.4609.270选用2L100×80×7长肢相并，A=19.3122cmxi＝2.39cm，yi＝4.71cm验算：][35.11339.29.270xoxxil=150][52.5771.49.270yoyyil=150因为25.1680270948.048.042.1178022bltboy所以65.64124.152.57)727098009.11(224yyzl查表得788.0yz2.1931788.0318993AN=209.6222/215mm/mmNfNBd,bD,Dc同aB,计算长度oxl=0.8oyl（4）斜杆cFcFN=-68.889kN，oxl=0.8322.6=258.08cm，oyl=322.6cm，t=10mm,λ=60,φ=0.8072397215807.068889mmfNAcmlioxx30.46008.258，cmlioyy38.5606.322选用2L75×50×5，A=12.25c㎡。长肢相并xi＝2.39cm，yi＝2.20cm验算][98.10739.208.258xoxxil=150][64.14620.26.322yoyyil=150因为97.3050322648.084.000.1055033bltboy所以45.150026..164.146)532265009.11(224yyzl由yzl查表的306.0yz1225306.068889AN=183.7822/215mm/mmNfNFddH同cF计算长度oxl=0.8oyl(5)竖杆GdGdN=-43.878kN，oxl=0.8300=240cm,oyl=300cm内力小，按[λ]选择cmlioxx6.1150240，cmlioyy2150300选择2L50×5A=9.