2022年钢结构设计原理课程设计参考 .pdf
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1、1 钢 屋 架 设 计 计 算一、设计资料屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上(砼等级C20) 。钢屋架材料为Q235 钢,焊条采用E43 型,手工焊接。该厂房横向跨度为24m ,房屋长度为240m,柱距(屋架间距)为6m ,房屋檐口高为2.0m,屋面坡度为1/12 。二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm 。屋架端部高度H0=2000mm 。二、支撑布置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第
2、 1 页,共 18 页 - - - - - - - - - 2 三、荷载计算1、 荷载永久荷载预应力钢筋混凝土屋面板(包括嵌缝) 1500N/m2 =1.5 KN/m2 屋架自重(120+1124)=0.384 KN/m2防水层 380N/m2 =0.38 KN/m2找平层 2cm厚 400N/m2 =0.40 KN/m2保温层 970N/m2 =0.97 KN/m2支撑自重 80N/m2 =0.08 KN/m2 小计3.714 KN/m2 可变荷载活载 700N/m2=0.70 KN/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。永
3、久荷载设计值:1.2 3.714=4.457kN/m2可变荷载设计值:1.4 0.7=0.98kN/m2 2、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+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载:P=(4.457+0.98 ) 1.5 6=48.93kN (2)全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载:P1=4.457 1.5 6=40.11kN P2=0.98 1.5 6=8.82kN (3)全跨屋架与支撑+半跨屋面板 +半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载:P3=1.2 ( 0.384+0.08 ) 1.5 6=5.01kN 作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载:取屋
4、面可能出现的活载P4=(1.2 1.5+1.4 0.7 )1.5 6=25.02kN 以上 1) ,2)为使用阶段荷载组合;3 )为施工阶段荷载组合。四、内力计算按力学求解器计算杆件内力,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。全跨荷载布置图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -
5、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 18 页 - - - - - - - - - 3 全跨荷载内力图左半跨荷载布置图左半跨荷载内力图右半跨荷载布置图右半跨荷载内力图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 18 页 - - - - - - - - - 4 内力计算表表 1 杆 件名 称杆内力系数全跨永久荷载 +全跨可变荷载P=48.93kN N=P 全跨永久荷载 +半跨可变荷载
6、P1=40.11kN P2=8.82kN N 左=P1 +P2 N 右=P1 +P2 全跨屋架支撑 +半跨屋面板 +半跨可变荷载P3=5.01kN P4=25.02kN N 左=P3 +P4 N 右=P3 +P4 计算内力KN P=1 在左半跨在右半跨全跨上弦杆10-11 0 0 0 0 0 0 0 11-13 -6.35 -2.51 -8.86 -424.57 -393.55 -346.13 -253.62 -132.50 -393.55 13-15 -9.35 -4.65 -14.00 -670.88 -613.42 -555.38 -379.18 -230.94 -613.42 15-1
7、7 -9.62 -6.39 -16.01 -767.20 -688.25 -648.36 -399.80 -297.92 -688.25 17-18 -7.84 -7.84 -15.68 -751.39 -654.53 -654.53 -341.67 -341.67 -654.53 下弦杆1-2 3.51 1.25 4.76 228.10 212.65 184.74 139.36 68.08 212.65 2-3 8.22 3.62 11.84 567.37 522.64 465.83 330.54 185.45 522.64 3-4 9.75 5.54 15.29 732.70 664.25
8、 612.25 399.56 266.78 664.25 4-5 8.92 7.12 16.04 768.64 680.67 658.44 377.90 321.13 680.67 斜腹杆1-11 -6.54 -2.35 -8.89 -426.01 -396.97 -345.22 -259.79 -127.64 -396.97 11-2 4.89 2.17 7.06 338.32 311.50 277.91 196.73 110.94 311.50 2-13 -3.54 -2.09 -5.63 -269.79 -243.97 -226.06 -145.54 -99.81 -243.97 13-
9、3 2.06 1.89 3.95 189.28 165.93 163.84 88.75 83.90 165.93 3-15 -0.86 -1.83 -2.69 -128.90 -106.30 -118.28 -43.82 -73.91 -118.28 15-4 -0.32 1.67 1.35 64.69 44.06 68.39 -1.97 60.80 68.39 -1.97 4-17 1.44 1.63 -0.19 -9.10 11.03 13.37 44.27 50.27 50.27 17-5 -2.40 1.50 -0.90 -43.13 -61.65 -13.49 -81.11 41.8
10、9 -81.11 竖杆1-10 -0.50 0 -0.50 -23.96 -23.96 -17.78 -21.79 -3.01 -23.96 2-12 -1.00 0 -1.00 -47.92 -47.92 -35.57 -37.56 -6.02 -47.92 3-14 -1.00 0 -1.00 -47.92 -47.92 -35.57 -37.56 -6.02 -47.92 4-16 -1.00 0 -1.00 -47.92 -47.92 -35.57 -37.56 -6.02 -47.92 5-18 0.80 0.80 1.60 76.67 47.03 47.03 34.86 34.85
11、 47.03 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 = -688.25kN(压力),查钢结构设计手册 ,节点板厚度选用12mm,支座节点板厚度选用14mm。计算长度屋架平面内取节间轴线长度0150.5xlcm=屋架平面外根据支撑和内力变化取02150.5301.0ylcm=?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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 18 页 - - - - - - - -
12、 - 5 图 1 上弦截面设60,查轴心受压构件的稳定系数表807.0需要截面积32688.25 1039670.807215NAmmfj=需要回转半径015082.5160 xxlicml=030165.0360yylicml=根据需要的A 、 ix、iy ,查角钢型钢表, 选用 216010010创,A = 50.6 c, ix = 2.85 cm , iy= 7.78cm。按所选角钢进行验算0150.5 2.8553xxxlil=,0301.0 7.7839yyylil=满足长细比:150l=的要求。由于xyll只需求出minxjj=,查轴心受压构件的稳定系数表,0.842xj=s =3
13、22688.25 10162/215/0.8425060 xNN mmfN mmAj=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=680.67kN (拉力)计算长度屋架平面内取节间轴线长度0300 xlcm=屋架平面外根据支撑布置取0600ylcm=计算需要净截面面积32680.67 103166215nNAmmf=选用 2160100 10(短肢相并),见图 2 所示, A =50.60 c , ix = 2.85 cm , iy =7.78cm 按所选角钢进行截面验算,取AAn。yyxx12 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -
14、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 18 页 - - - - - - - - - 6 图 2 下弦截面03001053502.85xxlill=060077 3507.78yylill=s =322680.67 10135/215/5060NN mmfN mmA=所选截面满足要求。3、斜杆截面计算 斜杆 1-11N = -396.97kN(压力 ),l0 x = l0y = l =251.6 cm因为 l0 x = l0y,故采用不等肢角钢,长肢相并,使ix = iy选用 2140 90 10,见图 3 所示, A = 44.
15、6 c, ix = 2.56 cm , iy = 6.84cm图 3 斜杆 1-11 截面0251.6981502.56xxxlill=属于 b 类截面0251.637 1506.84yyylill=只需求出minxjj=,查轴心受压构件的稳定系数表,0.568xj=s =322396.97 10157/215/0.5684460 xNN mmfN mmAj=所选截面合适。 斜杆 11-2N = 311.50kN(拉力),l0 x = 0.8l = 208.1cm, l0y = l =260.1 cm 计算需要净截面面积12xxyyxxyy12名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
16、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 18 页 - - - - - - - - - 7 32311.50 101449215nNAmmf=选用 263 8,见图 4所示, A = 19.02 c, ix = 1.90 cm , iy = 3.10 cm图 4 斜杆 11-2 截面验算:0208.11103501.90 xxxlill=02 6 0. 18 43 5 03. 1 0yyylill=s =322311.50 10164/215/1902NN mmfN mmA=所选截面满足要求。3斜杆 2-13N =
17、-243.97kN (压力 ),l0 x =2247mm l0y = l =2809mm选用 280 7,见图 5所示, A =21.72mm2 , ix =2.46cm , iy = 3.75cm图 5 斜杆 2-13 截面0224.7911502.46xxxlill=属于 b 类截面0280.975 1503.75yyylill=属于 b 类截面满足长细比:150l=的要求。由于yx只需求出minxjj=,查轴心受压构件的稳定系数表,0.614xj=s =322243.97 10183/215/0.6142172xNN mmfN mmAj=xxyy12xxyy12名师资料总结 - - -精
18、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 18 页 - - - - - - - - - 8 所选截面合适。4斜杆 13-3 .N =165.93kN(拉力),l0 x = 0.8l = 224.7cm, l0y = l =280.9 cm 计算需要净截面面积32165.93 10772215nNAmmf=选用 256 5,见图 6所示, A =10.82 c, ix =1.72 cm , iy =2.77 cm图 6 斜杆 13-3 截面验算:0224.71313501.72xxxlill=
19、02 8 0. 91 0 135 02. 7 7yyylill=s =322165.93 10153/215/1082NN mmfN mmA=所选截面满足要求。5斜杆 3-15N =-118.28kN (压力 ),l0 x =241.8cm l0y = l =302.3cm选用 280 7,见图 7所示, A =21.72c, ix = 2.46cm , iy = 3.75cm图 7 斜杆 3-15 截面0241.8981502.46xxxlill=属于 b 类截面0302.381 1503.75yyylill=只需求出minxjj=,查轴心受压构件的稳定系数表,0.568xj=s =3221
20、18.28 10153/215/0.5682172xNN mmfN mmAj=所选截面合适。6斜杆 15-4N = 68.39kN(拉力),l0 x = 0.8l = 2418mm, l0y = l =3023cm 计算需要净截面面积3268.39 10321215nNAmmf=选用 256 5,见图 8所示, A = 10.82c, ix = 1.72 cm , iy = 2.77 cm图 8 斜杆 15-4 截面验算:0241.81413501.72xxxlill=03 0 2. 31 0 93 5 02. 7 7yyylill=s =32268.39 1063/215/1082NN mm
21、fN mmA=所选截面满足要求。7斜杆 4-17N =50.27kN (拉力),l0 x =259.5cm l0y = l =324.3cm3250.2710234215nNAmmf=选用 256 5,见图 9所示, A =10.82 c, ix =1.724cm , iy =2.77cm图 9 斜杆 4-17 截面xxyy12xxyy12名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 18 页 - - - - - - - - - 10 0259.51513501.72x
22、xxlill=0324.31173502.77yyylill=满足长细比:350的要求。s =32250.271047/215/1082NNmmfNmmA=所选截面合适。8斜杆 17-5N =-81.11kN (压力 ), l0 x =259.5cm l0y = l =324.3cm 选用 263 6,见图 10 所示, A =14.58c, ix = 1.93cm , iy = 3.06cm图 10 斜杆 17-5 截面验算0259.51351501.93xxxlill=0324.3106 1503.06yyylill=只需求出minxjj=,查轴心受压构件的稳定系数表,0.365xj=s
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