钢结构课程设计计算书书

2013—2014学年第一学期钢结构课程设计专业班级：土木xxx姓名：xxxxxx学号：指导老师：xxxxxxx日期：2014年1月目录一、设计资料……………………………………………………………………………………..…3二、屋架布置及几何尺寸………………………………………………………………………..…31.几何尺寸……………………………………………………………………………………..32.支撑布置……………………………………………………………………………………..3三、荷载计算……………………………………………………………………………………..…41.荷载………………………………………………………………..……………………....…42.荷载组合………………………………………………………………………………......…4四、内力计算…………………………………………………..………………………….……....…4五、杆件截面设计…………………………………………..…………………………….……....…61.上弦杆截面计算…………………………………..………………………………………....…62.下弦杆截面计算………………………………..…………………………………………....…73.斜杆截面计算………………………………..……………………………………………....…84.竖敢截面计算………………………………..…………………………………………….......13六、节点设计………………………………..…………………………………………………....…171.下弦节点设计………………………..……………………………………………...……....…174.支座节点设计………………………..………………………………….…………………....…18一：设计资料某单跨单层厂房，跨度L=24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示，杆件容许长细比：屋架压杆[]=150，屋架拉杆[]=350。B图1柱网布置图二屋架形式及几何尺寸由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i＝1/10。屋架跨度l＝24m，每端支座缩进0.15m，计算跨度l0＝l－2×0.15m＝23.7m；端部高度取H0＝2m，中部高度H＝3.2m；起拱按f＝l0/500，取50mm，起拱后的上弦坡度为1/9.6。配合大型屋面板尺寸（1.5*6m），采用钢屋架间距B＝6m，上弦节间尺寸1.5m。选用屋架的杆件布置和尺寸如施工图所示。（屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mm。）图2屋架的杆件尺寸由于房屋较短，仅在房屋两端5.5m开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支撑，不设纵向水平支撑。中间各屋架用系杆联系，上下弦各在两端和中央设3道系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚性系杆。所有屋架采用统一规格，但因支撑孔和支撑连接板的不同分为三个编号：中部6榀为WJ1a,设6道系杆的连接板，端部第2榀为WJ1b，需另加横向水平支撑的的连接螺栓孔和支撑横杆连接板；端部榀（共两榀）为WJ1c。图3上弦平面12WJ1cWJ1bWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1b1WJ1c2WJ1a1---12---2图4下弦平面与剖面三、荷载计算1、荷载永久荷载大型屋面板0.50+0.001×38=0.535KN/m2防水层0.10KN/m2屋架及支撑自重0.15KN/m2悬挂管道0.05KN/m2小计∑0.835KN/m22、可变荷载（标准值）屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算屋面活载0.58kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。由永久荷载控制的荷载组合值为：1.35×0.835+0.7×1.4×0.58=1.696kN/m2由可变荷载控制的荷载组合值为：1.2×0.835+1.4×0.58=1.814kN/m2故可变荷载效应起控制作用。永久荷载设计值：1.2×0.835=1.002kN/m2可变荷载设计值：1.4×0.58=0.812kN/m23、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载F=（1.002+0.812）×1.5×6=16.33kN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载F1=1.002×1.5×6=9.02kN半跨节点可变荷载F2=0.812×1.5×6=7.31kN(3)全跨屋架与支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：F3=1.2×0.15×1.5×6=1.62kN半跨屋面板自重及活载产生的节点荷载：F4=（1.2×0.535+1.4×0.58）×1.5×6=13.09kN以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。四、内力计算按屋架内力系数图计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。内力计算表表1内力计算杆件名称杆内力系数全跨永久全跨永久荷载+全跨屋架支撑+半计算内P=1荷载+全跨可变荷载P=16.33kNN=P×③半跨可变荷载P1=9.02kNP2=7.31kNN左=P1×③+P2×①N右=P1×③+P2×②跨屋面板+半跨可变荷载P3=1.62kNP4=13.09kNN左=P3×③+P4×①N右=P3×③+P4×②力KN在左半跨在右半跨全跨①②③上弦杆A-B0000000B-D-6.253-2.476-8.729-142.54-124.4596.84-95.99-46.55-142.54D-F-9.036-4.486-13.522-220.81-188.02-154.76-140.19-80.63-220.81F-K-9.152-6.075-15.227-248.66-204.25-181.76-144.47-104.19-248.66K-H-7.362-7.362-14.724-240.44-186.63-186.63-120.22-120.22-240.44下弦杆a-c3.4891.2504.73977.3968.2551.8853.3524.0477.39c-e7.9993.52611.525188.20162.43129.73123.3864.83188.20e-g9.3245.29714.621238.76200.04170.60145.7493.02238.76g-h8.4168.71617.132279.77216.05218.24137.92141.85279.77斜杆a-B-6.532-2.340-8.872-144.88-127.77-97.13-99.88-45.00-144.88B-c4.6872.1126.799111.0395.5976.7772.3738.66111.03c-D-3.395-2.029-5.424-88.57-73.74-63.76-53.23-35.35-88.57D-e1.8821.7913.67359.9846.8946.2230.5929.3959.98e-F-0.697-1.799-2.496-40.76-27.61-35.66-13.17-27.59-40.76F-g-0.4561.5571.10117.986.6021.31-4.1922.1622.16g-K1.550-1.5220.0280.4611.58-10.8720.33-19.8820.33K-h-2.4741.378-1.096-17.90-27.970.19-34.1616.26-34.16竖杆a-A-0.5000-0.500-8.17-8.17-4.51-7.36-0.81-8.17c-C-1.0000-1.000-16.33-16.33-9.02-14.71-1.62-16.33e-E-1.0000-1.000-16.33-16.33-9.02-14.71-1.62-16.33g-G-1.0000-1.000-16.33-16.33-9.02-14.71-1.62-16.33h-H0.9830.9831.96632.1024.9224.9216.0516.0532.10五、杆件截面设计1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-248.66kN（压力），查单节点板桁架和桁架节点板厚度3—9表可知节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度选用10mm。计算长度屋架平面内取节间轴线长度cmlx8.1500屋架平面外根据支撑和内力变化取cmly6.3018.15020因为yxll002，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图1所示。图1上弦截面设90，查轴心受压构件的稳定系数表621.0需要截面积231862215621.01066.248mmfNA需要回转半径cmlixx68.1908.1500cmliyy35.3906.3010根据需要的A、ix、iy，查《钢结构》P328角钢型钢表，选用2∟670110，A=21.27c㎡,ix=2.01cm,iy=5.29cm。按所选角钢进行验算7501.28.1500xxxil5729.56.3010yyyil满足长细比：150][的要求。由于yx只需求出xmin，查轴心受压构件的稳定系数表，720.0x223/215/1622127720.01066.248mmNfmmNANx所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=293.13kN（拉力），查单节点板桁架和桁架节点板厚度3—9表可知中间节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度选用10mm。计算长度屋架平面内取节间轴线长度cmlx3000屋架平面外根据支撑布置取cmly6000计算需要净截面面积2313012151077.279mmfNAn选用2∟80×50×6（短肢相并），见图2所示，A=15.12c㎡,ix=1.41cm,iy=3.98cm按所选角钢进行截面验算，取AAn。图2下弦截面8xxyyyyxx8350][21341.13000xxxil350][15198.36000yyyil223/215/18515121077.279mmNfmmNAN所选截面满足要求。3、斜杆截面计算①斜杆a-BN=-144.88kN(压力)，l0x=l0y=l=254.3cm因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix=iy选用2∟100×80×6，见图3所示，A=21.27c㎡,ix=3.17cm,iy=3.38cm图3斜杆a-B截面150][8017.33.2540xxxil属于b类截面150][7538.33.2540yyyil属于b类截面满足长细比：150][的要求。由于yx只需求出xmin，查轴心受压构件的稳定系数表，688.0x223/215/992127688.01088.144mmNfmmNANx所选截面合适。②斜杆B-cN=111.03kN（拉力），l0x=0.8l=0.8×261.6=209.3cm,l0y=l=261.6cm计算需要净截面面积235162151003.111mmfNAn选