钢结构专业课程设计实例之

钢构造设计任务书一、设计资料工业厂房跨度为L=24m，柱距为6m，厂房总长度为90m，采用1.5×6.0m预应力钢筋混凝土大型屋面板，屋面坡度i=1/12，屋架两端简支于钢筋混凝土柱上，柱采用封闭结合，上柱截面450mm×450mm,混凝土标号为C20。二、钢材和焊条选用跨中高度：H=3000（mm）钢材选用Q235-B，焊条选用E43型，手工焊三、屋架形式、尺寸及支撑布置屋架计算跨度：L=L-300=23700(mm)0屋架端部高度取：H=（mm）0屋架高跨比：屋面几何尺寸屋架支撑布置四、荷载和内力计算1）荷载计算。屋面永久荷载：KN/m2预应力混凝土大型屋面板（含灌缝）1.50防水卷材0.40找平层0.40保温层0.50屋架和支撑自重0.30共计3.102）屋面活荷载：雪荷载或活荷载0.40共计0.403）节点荷载：普通考虑全跨荷载，对跨中某些斜杆（普通为跨中每侧各两根斜腹杆）可考虑半跨组合，本设计在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必考虑半跨荷载作用状况，只计算全跨满载时杆件内力。全跨荷载组合1：P=(1.2×3.1+1.4×0.4)×6×3.0=77.040KN全跨荷载组合2：P=(1.35×3.1+1.4×0.7×0.4)×6×3.0=82.386KN故，节点荷载P=82.386KN支座反力R=4P=4×82.386=329.544KN4）内力计算用图解法先求出节点荷载作用下杆件内力系数，然后乘以实际节点荷载。计算成果列于下表（由于i=1/12i=1/8，故不需考虑风荷载影响）名称杆件编号P=1内力组合上弦下弦斜腹杆竖腹杆=600.0cm，由于2ll，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。依照腹杆最y表1屋架杆件计算内力（KN）全跨最大计算拉力最大计算压力AB00BC-7.013-577.773CD-7.013-577.773DE-7.851-646.812FG+4.433+365.217GH+7.991+658.347FB-5.648-465.316BG+3.195+263.223GD-1.358-111.88DH-0.225-18.537AF-0.500-41.193CG-1.000-82.286EH+0.304+25.045五、杆件截面选取oxoy大内力465.316KN，查表2-8，选用支座节点板厚t=12mm,中间节点板厚可为t=10mm，但是为了施工以便所有节点板选用相似厚度，一律取用t=12mm。假定100，0.555。需要截面积A*N646.8121035420.59mm2f0.555215需要回转半径i*lox301.03.01cmx100i*loy600.06.00cmy100选用2L18011010，A=5680mm2，i=3.13cm，i=8.71m。x验算：lox301.096.2[]1500.579xi3.13xx1）上弦杆。整个上弦不变化截面，按最大内力计算，Nmax=-646.812KN，=301.0cm，=600.0cm，=600.0cm。所需要面积A*=N658.347103=3062mm2，采用等肢iloy600.068.9[]1500.757yi8.71yy由于b/t180/10180.56l/b1oy10.566000/18018.7因此yz68.9[]150y由于查轴心受力稳定系数表，＝0.579xyzyxN646.812103A0.5795680x=196.68N/mm2215N/mm22））下弦杆。整个下弦杆采用等截面，按下弦杆最大内力Nmax=-658.347KN计算，f215角钢2L10010，A=3860mm2，=3.05cm，i=4.60cm。xy验算：lox600196.7[]350xi3.05xl600oyyiy4.60130.4[]350N658.347103170.56N/mm2215N/mm2A3860n填板每节间放两块la600320080i803.05244cm3）竖杆AF、CG。NAF=-41.193KN，lox=200.0cm，loy=200.0cm；NCG=-82.386KN，lox=250×0.8=200cm，loy=250cm。内力较小，可按长细比选取截面，按内力较大者计算。选2L63×6，A=14.58cm2，ix=1.93cm，li=3.06cmy验算：0yyiy25081.71503.06l0x200103.6150xi1.93y由于b6.310.50.58ly0.5825023.02t0.6b6.3因此0.475b410.4756.3481.7184.4150yzyl2t225020.620y由查b类截面0.659,0.532yzyzminxN82.386103106.21NfA0.53214.58102mm2AF填板放两块CG填板放三块200la3250la466.740i401.9377.2cm62.540i401.9377.2cm4）竖杆EH。N=25.045KN，该杆件内力较小，按长细比控制截面。为了便于连接垂直支撑，截面采用十字形截面。lo=0.9300=270cm，选用2L10010，A=38.52cm2，ix＝3.84。验算：N25.0451036.5N/mmf2A38.52102nl0x27070.33500i3.840oxoyl183.31ll填板放三块a=90cm＜40i=40×3.84=153.6cmx0斜腹杆BF。N=-465.316KN，l=363.1cm，l=363.1cm。选用2L18011010（长肢相并），A=56.8cm2，i=3.13cm，i=4.36cm。xy验算：0xxix363.11161503.130yyiy363.183.31504.36由于b11l2110.480y0.48363.115.8t1b112故1.09b421.0911493.4150yzyl2t2366.32120y查0.458，minxN465.316103178.9NfA0.45856.8102mm2填板放两块363.1la3121.040i403.13125.2cm。5）斜腹杆BG。N=263.223KN，l=0.8×375=300cm，l=375cm。选用2L636，A=14.58cm2，oxoyi=1.93cm，i=3.06cm。xy验算：0xxix300.01.93155.4350ll0yyiy375122.53503.06N263.223103180.54NfA14.58102mm2填板放两块375la312580i801.93154.4cm。6）斜腹杆DG、DH。N111.880KN,l0.8407.0325.6cm，l407.0cm。DGoxoyN18.537KN,l0.8407.0325.6cm，l407.0cm。由于DH杆内力较小，DHoxoy可按长细比选取截面，按内力较大者计算。选用2L806，A=18.8cm2，i=2.47cm，i=3.72cm。xy验算：l0x325.6131.8150xi2.47x0yyiy407109.41503.72由于b813.30.58l0y0.5840729.5，t0.6b8故0.475b410.47584109.41112.97150yzyl2t240720.620y查0.377（b类截面）minxN111.88103157.9NfA0.37718.8102mm2x填板放四块表2屋架杆件截面选用表（节点板厚t=12mm）杆件截面计算长度名内力称/KN截面形式和规格回转半径/cm容许长计算应力面积细稳定系数编号maxiixy比N/上弦下弦-646.8301.120658.34600.70-41.19200.30-82.38270.60363.1300.0325.6325.6600.0600.0200.0250.0270.0363.1375.0407.02L180×110×1056.83.133.051.931.933.843.131.932.478.7196.21500.597-196.682L100×1038.64.6196.7350170.56BFBGDGDHAFCG2L63×614.5814.5838.5256.8014.5818.803.063.064.604.363.063.72103.61500.5320.532-53.10斜腹杆2L63×6103.6150-106.2125.0452L100×1070.33506.502-465.316263.223-111.882L180×110×10116.01500.458-178.902L63×6155.4350180.54竖腹杆2L80×6131.81500.377-157.90-26.20B86D82.326380.2311.365.217G658.347E-18.532.43.70.37H40772L80×618.87131.821507六、节点设计用E43焊条时，角焊缝抗拉、抗压和抗剪强度设计值fwf1查得，最小焊缝长度不应不大于8hf160N/mm2，各杆件内力由表CFH1、下弦节点“G”（1）斜杆BG与节点连接焊缝计算：N=263.223kN设肢背与肢尖焊角尺寸分别为h8mm和h6mm。所需焊缝长度为：f1f223263.223103肢背：lw20.7816013263.223103+16=113.93mm，取l＝120mmw肢尖：l`w20.76160+12=77.3mm，取l`＝100mmw（2）斜杆DG与节点连接焊缝计算：N=111.880kN设肢背与肢尖焊角尺寸分别为h8mm和h6mm。所需焊缝长度为f1f223111.88103肢背：lw20.7816013111.88103+16=57.6mm，取l＝80mmw肢尖：l`w20.76160+12=40mm，取l`＝80mmw（3）竖杆CG与节点板连接焊缝计算：N=82.386kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造拟定，取焊脚尺寸h=6mmf焊缝长度l6×8=48mm，取l=80mmww（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆内力差NNNGHFG658.347365.217293.13KN，由斜腹杆焊缝决定节点板尺寸，量得实际节点板长度为63cm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=63-1.2=61.8cm。肢背焊缝应力为：23293.13103肢背：lw20.7616013293.13103+12=157.4mm，取l＝160mmw肢尖：l`w20.76160+12=78.7mm，取l`＝80mmw2636.2465F.313G2293.1310320.7661837.6N/mm2fw160N/mm2f下弦节点GA0B577.773C2、上弦“B”节点（1）斜杆