钢结构课程设计实例(11页).doc
-钢结构课程设计实例-第 11 页钢结构设计原理课程设计钢屋架土木工程专业本科临沂师范学院工程学院建筑工程系钢结构设计原理教学组一 由设计任务书可知：厂房总长为96m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22。暂不考虑地震设防。预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:15。卷材防水层面（上铺120mm泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，风标准值为，积灰荷载标准值为。屋架采用梯形钢屋架，钢屋架铰支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C25.二 选材：根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。三 结构形式与布置：屋架形式及几何尺寸见图一所示：屋架支撑布置见图二所示：四 荷载与内力计算：1，荷载计算：活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值：防水层（三毡四油上铺小石子） 找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.02×20=0.40 KN/保温层（120mm厚泡沫混凝土） 0.12×6=0.72 KN/预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×24=0.384 KN/管道自重 0.1 KN/总计：3.354 KN/可变荷载标准值：积灰荷载风荷载：查表可知迎风坡面体形系数为，背风坡面为，即当屋面夹角（3.8°）小于15°时，风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。总计：0.85 KN/永久荷载设计值 1.2×3.354 KN/可变荷载设计值 1.4×0.85 KN/2，荷载组合：设计屋架时应考虑以下三种组合：组合一 全跨永久荷载+全跨可变荷载) ×1.5×组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=×1.5×6=KNP2KN组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载屋架上弦荷载P3=KN/××6=P4=×1.2+0.35×1.4)×1.5×6=3,内力计算：首先求出杆件内力系数，即单位荷载作用下的杆件内力，荷载布置如图3所示。经计算得表一，表一列出了各个杆件的内力系数和杆件内力值，由表中的三种组合可见：组 合一，对杆件计算起主要控制作用；组合三可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号，在施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免内力变号。表一屋架杆件内力组合表杆件名称全跨1左半跨2右半跨3P*1P1*1+ P2*2P1*1+ P2*3P3*1+ P4*2P3*1+ P4*3计算内力（KN）上弦AB000000000.BCDDEEFG-GHIJ下弦abbc649cdde腹杆Aa0BaBbCb-1-10DbDcEc0E10c1F1-1-10G1GdHd000000000H2000000000I2000000000J2dJe000000000注：表内负值表示压力，正值表示拉力。五 杆件截面设计：腹杆最大内力N=-473.09KN，由屋架节点板后参考可知：支座节点板厚可取12mm，其余节点厚和垫板厚度均取10mm。1， 上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=-825.09KN。计算长度：屋架平面内取节点轴线长度 lox=133.7cm。屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节点长度loy=267cm。因：2lox=loy 故截面宜选用两个不等肢的角钢，且短肢相并，见图4：设=60，查轴心受压稳定系数表 需要截面积=4775需要回转半径ix=需要回转半径iy=根据需要的, ix, iy 查角钢型钢表，初选2L140×90×12，A=5280,ix=2.54cm,iy=6.81cm。按所选角钢进行验算：=150=150由于/t=140/12=11.7>0.56×2则=45.4=150由于xyzy，只需求出 查轴心稳定系数表所选截面合适。2,下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=905.34KN。计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=3990mm。屋架平面外根据支撑布置，取 loy=11850mm。计算需要净截面面积=4211 选用2L125×80×12(短肢相并)，见图5：A=4680,=2.24cm,=6.15cm。按所选角钢进行验算：取=A(若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则不计截面削弱影响)3， 端斜杆Ba已知N=-473.09KN 因为 故采用等肢角钢，使=选用2L100×10 见图6A=3860,=3.05cm,=4.52cm。截面刚度和稳定验算：由于 b/t=10/1.0=10 所选截面合适。填板放两块，4， 斜杆Bb计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=屋架平面外根据支撑布置，取 loy=2479mm。选用2L806 见图7：A=1880,=2.47cm,=3.65cm。填板放两块，5, 再分腹杆c1G计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lox=屋架平面外根据支撑布置取选用2L806 见图8：A=1880,=2.47cm,=3.65cm。 所选截面合适。填板放两块，6, 斜杆Dc计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=屋架平面外根据支撑布置，取 loy=263cm。选用2L705 见图9：A=1374,=2.16cm,=3.24cm。填板放两块，7， 中竖杆Je已知：N=0KN中竖杆选用2L70×5的角钢，并采用十字形截面，见图10：满足要求。填板放五块，其余各杆截面选择过程不一一列出，计算结果见表二：杆件名称内力设计值N(KN)计算长度(cm)选用截面截面积A（）回转半径（cm）计算应力填 板块上弦杆短肢相并2L140×90×1252.6150-1852下弦杆3991185短肢相并2L125×80×12350/2AaT型截面2L50×51502BaT型截面2L100×101502BbT型截面2L80×6350/2CbT型截面2L50×51502Db263T型截面2L100×101502Dc263T型截面2L70×5350/2EcT型截面2L70×51502E1T型截面2L50×5350/1F1T型截面2L50×51501c1147.2388.3T型截面2L80×61502G1 Gd T型截面2L80×6150/22502Hd0T型截面2L70×5415002H20181T型截面2L50×515002I20T型截面2L50×515001J2-d2387T型截面2L70×5350/21502Je0252252十字型截面2L70×5150/02六 节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值各杆件内力由表二查得，最小焊缝长度不应小于8和40mm。1， 下弦节点b 见图11(1)斜杆Bb与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=200mm肢尖： 取=150mm（2）斜杆Db与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=180mm肢尖： 取=120mm（3）斜杆Cb与节点的连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度40mm 取=60mm。（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差KN;设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=200mm肢尖： 取=120mm（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比例做出构造详图，从而定出节点尺寸，如图12所示：2， 上弦节点B 见图13（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝的计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=200mm肢尖： 取=150mm（2）斜杆Ba与节点板连接焊缝的计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为10mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=180mm肢尖： 取=150mm（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘的上肢背可缩进8mm，用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=46.9332KN，焊角尺寸为5mm。所需槽焊缝长度为： 取=60mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差：设肢尖焊角尺寸为8mm，设所需焊缝长度为400mm，则：（4）节点板尺寸：如图14所示：3， 屋脊节点J见图15（1） 弦杆与角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力来计算。设肢尖、肢背焊角尺寸为8mm， 取=300mm拼接角钢长度取 2×300+50=650mm。（2） 弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15计算:N=825.09×15=123.8KN。设肢尖焊角尺寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为200mm。（2） 中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=0KN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度40mm 取=60mm。(3) 斜杆J2与节点板的连接焊缝计算： 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=60mm肢尖： 取=60mm（5） 节点板尺寸如图16所示：4， 下弦跨中节点e 见图17（1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢设肢尖、肢背焊角尺寸为8mm，则需焊缝长度为： 取=300mm拼接角钢长度取 2×300+20=620mm。（2）弦杆与节点板连接焊缝计算,其内力按下弦杆内力的15计算:设肢背与肢尖的焊角尺寸为6mm，弦杆一侧所需焊缝长度为：肢背： 取=90mm肢尖： 取=60mm（3）节点板尺寸，如图18所示：5， 端部支座节点a 见图19：(1) 为了便于施焊，下弦角钢水平肢的地面与支座地板的距离一般不小于下弦伸出肢的长度，故可取160mm，在节点板中心线左侧设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为12mm。支座底板计算：支座反力：R=473.09×sin57.4+23.4=422.03KN。取加劲肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造需求取地板尺寸为240mm×360mm,偏安全地取有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：验算柱顶混凝土的抗压强度： 满足要求。地板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算、节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支撑而另两边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中-地板下的平均应力， -两边支撑对角长度， -系数 由决定，为两边支撑的焦点到对角线的垂直距离，由三角形面积关系得=0.50 查表得地板厚度 取t=20mm（1） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力：设肢焊缝尺寸为6mm，设所需焊缝长度为170mm，则：所以加劲肋高度不小于170mm即可。（2） 节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算:设底板连接焊缝传递全部支座反力 R=422.03KN 设焊缝尺寸为8mm节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度： 满足要求（3） 下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算:此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度40mm 取=60mm。设焊缝尺寸为6mm，侧所需焊缝长度为：肢背： 取=150mm肢尖： 取=80mm 斜杆Ba与节点板连接焊缝的计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为10mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背： 取=180mm肢尖： 取=150mm七 施工图（详见施工图纸）
