钢结构课程设计计算书

钢结构课程设计计算书一、设计资料贵阳某单层单跨厂房总长度90m，纵向柱距6m。柱子为钢筋混凝土柱，柱的混凝土强度等级为C30，屋盖采用无檩体系的21m梯形钢屋架，屋架铰接于混凝土柱上，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。钢材采用Q235－BF，焊条采用E43型，手工焊。二、结构形式与布置桁架形式及几何尺寸如图所示。桁架支撑布置图19901350229025902890304026132864312425302864312433901507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5150AaceghBCDFGH15007=10500×3．荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可以知道屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。1.恒载各项标准值为防水层：0.10KN/M2预应力混凝土大型屋面板：0.85KN/M2屋架和支撑自重：0.20KN/M2悬挂管道：0.05KN/M2共1.20KN/M22.活载各项标准值为：屋面活荷载：0.70KN/M2雪载：0.35KN/M2因为屋面活荷载标准值大于雪荷载标准值，故只考虑屋面活荷载标准值，又因为不考虑积灰荷载。共0.70KN/M2设计桁架时，应只考虑一种荷载组合，即全跨恒载+全跨活载。全跨节点荷载设计值：按照可变荷载效应控制的组合：22(1.21.20/1.40.70/)1.5621.78dFkNmkNmmmkN其中，永久荷载，荷载分项系数2.1qr；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数4.1Qr；按照永久荷载效应控制的组合：22(1.351.20/1.40.70.70/)1.5620.75dFkNmkNmmmkN其中，永久荷载，荷载分项系数35.1qr；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数4.1Qr；组合系数7.01；故节点荷载取21.78KN。4.内力计算桁架支撑布置图桁架支撑布置符号说明：SC---上弦支撑；XC---下弦支撑；CC---垂直支撑；GG---刚性细杆；LG---柔性细杆全跨恒载+全跨活载的内力进行组合，计算结果见下表。5.杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG,GH杆件的最大内力设计。N＝-265.280KN上弦杆件计算长度：杆件名称内力系数（F=1）组合计算杆件内力/KN全跨①F×①上弦AB000BC,CD-7.472-162.740-162.740DE,EF-11.262-245.286-245.286FG,GH-12.18-265.280-265.280下弦ac4.10089.29889.298ce9.744212.224212.224eg11.962260.532260.532gg5.884128.154128.154斜腹杆aB-7.684-167.358-167.358Bc5.808126.498126.498cD-4.409-96.028-96.028De2.79260.81060.810eF-1.572-34.238-34.238Fg0.3287.1447.144gH0.71315.52915.529竖杆Aa-0.5-10.89-10.89Cc-1-21.78-21.78Ee-1-21.78-21.78Gg-1-21.78-21.78屋架平面内：为节间轴线尺寸lox＝1507.5mm屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况loy＝2×150.75＝3015.0mm选用两个不等肢角钢，短肢相拼，如上图。腹杆最大内力N＝－167.358KN节点板厚选用6mm，支座节点板厚选用8mm.设λ＝90，属b类截面，查表课本附表7φ＝0.621。需要截面面积2652801986.890.621215NAfmm2=19.869cm2150.751.6890loxixcm301.53.3590loyiycm根据需要的A，ix，iy查角钢规范表，选用2L90×56×8，A＝22.366cm2ix＝1.56，iy＝4.39，两角钢相拼，中间间距a＝6mm.按所选角钢进行验算：验算长细比：150.7596.6[]1501.56xloxix301.568.7[]1504.39yloyiy1190/811.250.56/0.563015/9018.76oyblbt故取λyz=λy满足长细比的要求。构件在x，y平面内都是b类构件，yx，故，双角钢T型截面绕对称轴Y轴，按弯扭屈曲计算长细比λyz=68.7，由于λxyz。因此查表φx=0.579所以265280204.80.5792236.6NAN/mm2215.0N/mm2满足要求2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的eg杆进行计算N＝260.532KN＝260532Nlox＝300cmloy＝900cm（因跨中有通常系杆）所需截面面积：A＝N／f＝260532／21500＝12.118cm2选用2L70×45×6A＝13.294cm2ix＝1.26cmiy＝3.43cm短肢相拼（其中a=6mm）。λx＝lox／ix＝300／1.26＝238.1[]=350λy＝loy／iy＝900／3.43＝262.4[]=350σ＝N／A＝260532／1329.4＝196.0N／mm2215N／mm2，所以满足要求2、端斜杆aB杆件轴力：N＝－167.358KN＝－167358N计算长度：lox＝loy＝253cm因为lox＝loy采用不等肢角钢，长肢相拼选用2L100×80×10，A＝34.334cm２ix＝2.35cmiy＝4.63cmλx＝lox／ix＝253／2.35＝107.7[]=150，λy＝loy／iy＝253／4.63＝54.6[]=1502280/1080.48/0.482530/8015.2oyblbt44222221.091.0980(1)54.6(1)58.4253010yzyoyblt由于λxλy查附表得φx＝0.508σ＝N／x×A＝167385／0.508×3433.4＝96.0N／mm2215N／mm2所以满足要求3、腹杆Bc杆：杆件最大拉力N＝126.498KN=126498Nlox＝0.8l＝0.8×261.3＝209.04cmloy＝l＝261.3cmA＝N／f＝126498／21500＝5.88cm2选用2L45×4A＝6.972cm2ix＝1.38cmiy＝2.08cmλx＝lox／ix＝209.04／1.38＝151.5[]=350λy＝loy／iy＝261.3／2.08＝125.6[]=350σ＝N／A＝126498／697.2＝181.4N／mm2215N／mm2，所以满足要求5、竖杆gG杆：杆件受的压力N＝－21.78KN＝－21780Nlox＝0.8l＝0.8×289.0＝231.2cmloy＝l＝289.0cm按λ＝150，ix＝231.2／150＝1.54cm，iy＝289.0／150＝1.93cm选用2L56×4，A＝8.780cm2，ix＝1.73cm，iy＝2.52cmλx＝lox／ix＝231.2／1.73＝133.6[]=150，λy＝loy／iy＝289.0／2.52＝114.7[]=15044222221.091.0956(1)114.7(1)123.928904yzyoyblt因为λxyz，查得φx＝0.372σ＝N／x×A＝21780／0.372×878.0＝66.7N／mm2215N／mm2，所以满足要求。4、其余杆件内力见附表6.节点设计屋架节点采用焊接连接，焊条采用E43型，手工焊,抗拉，抗压和抗剪设计强度ffw＝160N／mm21、下弦节点“c”如图设Bc杆的肢背和肢尖焊缝都为hf＝6mm，则所需焊缝长度为：肢背：lw'＝0.7N／2hf×ffw＝0.7×126498／2×0.7×6×160＝66mm再加2hf后取80mm肢尖：lw''＝0.3N／2hf×ff＝0.3×126498／2×0.7×6×160＝28mm再加2hf后取40mm设cD杆的肢背和肢尖焊缝都为hf＝6mm、，则所需焊缝长度为肢背：lw'＝0.7N／2hf×ff＝0.7×96028／2×0.7×6×160＝50mm再加2hf后取70mm肢尖：lw''＝0.3N／2hf×ff＝0.3×96028／2×0.7×6×160＝21mm再加2hf后取40mmCc杆的内力很小，焊缝尺寸按构造要求取hf＝5mm，则所需焊缝长度为下弦节点肢背：lw'＝0.7N／2hf×ff＝0.7×21780／2×0.7×5×160＝14mm再加2hf后取30mm肢尖：lw''＝0.3N／2hf×ff＝0.3×21780／2×0.7×5×160＝6mm再加2hf后取20mm根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应由间隙以及制作和装配等误差，按比例绘制节点详图，从而确定节点板尺寸为200mm×300mm.下弦与节点板连接的焊缝尺寸长度300mm，hf＝5mm.焊缝所受的力为左右两个下弦的内力差△N＝212.224－89.298＝122.926KN，受力较大的肢背出的焊缝应力应为τf＝0.75N／2hf×lw'＝0.75×122926／2×0.7×5×（300－10）＝45.4N／mm2160N／mm2焊缝强度满足要求2、上弦节点“B”如图“Bc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算：背和肢尖焊缝分别为hf＝6mmN=167.358KN=167358N肢背：lw'＝0.65N／2hf×ff＝0.65×167358／2×0.7×6×160＝81mm再加2hf后取100mm肢尖：lw''＝0.35N／2hf×ff＝0.35×167358／2×0.7×6×160＝44mm加2hf取60mm为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。塞焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中力荷载F与上弦垂直。上弦肢背塞焊缝内的应力计算为：hf'＝0.5×节点板厚度＝0.5×8＝4mm设上弦与节点板间焊缝为350mm22112f[()]21.2220.7h''wFKNNl=222221780(0.75162740)21.2264/0.8160128/20.74(350-8)NmmNmm上弦角尖焊接的应力为取hf''＝8mm22212f[()]21.2220.7h''''wFKNNl=222221780(0.25162740)21.2211/0.8160128/20.78(350-8)NmmNmm故焊塞满足要求。3、屋脊节点“H”如图弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接的角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的棱角消除如图，且截去角钢竖肢的一部分宽度（一般为=t＋hf＋5mm）。拼接角钢的这部分消弱，可靠节点板来补偿。接头一侧的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝hf＝8mm则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）lw＝265280／4×0.7×8×160＝74mm取80mm拼接角钢的长度取3002×80＝160mm上弦肢尖与节点板的连接焊逢，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝为8mm，节点板长度为300mm，则节点一侧弦杆焊的计算长度为：lw＝（300／2）－20－8＝122mm，焊缝应力为；Nf＝0.15N／2×0.7hf''×lw''＝0.15×265280/2×0.7×8×122＝29.12N／mm2Mf＝6M／2×0.7hf''×lw''2＝6×0.15×265280×55／2×0.7×8×1222＝78.77N／mm222222278.77()()29.12()7