钢结构设计模板(13页).doc

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1、-钢结构设计模板-第 13 页钢结构设计课程设计学生姓名: 指导教师： 学生班级： 学生学号： 5、34 任务参数： 序号一 6 序号二 F 设计时间： 2009 年 5 月 18 日至 2009 年 5 月 24 日附 图目 录1 设计资料2 屋架形式及几何尺寸3 支撑布置4 荷载4.1 荷载标准值计算4.2荷载设计值计算4.3 荷载组合5 内力计算及内力组合6 杆件选择6.1 上弦杆6.2 下弦杆6.3 一般腹杆7 节点连接计算7.1腹杆与节点板或弦杆腹板的连接焊缝的计算7.2一般节点计算7.3拼接节点计算7.4支座节点计算8 参考文献1 设计资料某屋盖结构拟采用钢结构，拟建建筑顶层平面如

2、附图。屋架跨度30m，长42m。根据甲方要求确定采用平行弦钢桁架，屋面坡度为，屋架间距为6m，屋架与钢筋混凝土柱顶铰接。屋面材料采用彩色夹芯板，工字型檩条，檩距5m（水平投影距离），地面粗糙度类别为B类，二级建筑，不考虑积灰荷载及地震作用。基本风压，基本雪压，。屋架钢材采用Q235B，焊条采用E43型，焊接工艺采用手工焊。2 屋架形式及几何尺寸 平行弦屋架结构布置图及剖面图如图21.檩条支撑于屋架上弦节点。均为节点荷载。经计算可知，屋架坡角（上弦与水平面之间的夹角）为，檩距为5.02m。水平投影间距为5m。图2-1 屋架形式及几何尺寸图3 支撑布置依据建筑抗震设计规范GB500112001，支

3、撑布置见图3-1，上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置竖向支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一通长水平系杆，上弦横向水平支撑在节点处设通常系杆。故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向水平支撑的节距；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的一半。图3-1 屋架上弦支撑图4 荷载4.1荷载计算 （1）永久荷载：(恒荷载)：（对水平面头影）彩 色 夹 芯 板 kN/m2檩 条 自 重 0.10 kN/m2屋 架 及 支 撑 0.30 kN/m2合 计 0.551 kN/m2 （2）可变荷载（活荷载）：（对水平面投影）1）屋面均布活荷载 0.30kN/m22）雪荷

4、载 基本荷载： 。据建筑结构荷载规范（GB500092001），由于 。雪荷载标准值，雪荷载不与屋面活荷载同时考虑，仅考虑两者中较大者的作用。另据建筑结构荷载规范（GB500092001）可知，不考虑全跨积雪不均匀分布情况。 3）风荷载 基本风压为0.45 kN/m2,但考虑到建筑物较低没有超过20m,且屋面坡度小于30度，因此可不考虑风荷载的效应。 由檩条传给屋架上弦节点荷载见图4-1图4-1屋架荷载图4.2 荷载设计值计算 由可变荷载控制的组合： 1）恒荷载设计值分项系数为1.2，故恒荷载上弦节点设计值为：kN 2） 活荷载设计值分项系数为1.4，故活荷载上弦节点设计值为：kN4.3 荷载

5、组合 按上所述，此结构不考虑风荷载，荷载规范规定屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而取用其中较大者，由于在上述荷载取用过程中雪荷载大于活荷载，因此，在荷载最不利组合过程中仅考虑以下两种情况：1、恒载+全跨雪载2、恒载+半跨雪载5 内力计算及内力组合 具体计算结果及组合结果见表51：(受拉符号为正，受压符号为负）由于实际情况存在风荷载，考虑这种效应可能是拉杆变为压杆，我们通过控制所有拉杆的长细比不超过250。杆件编号见表5-1图5-1杆件编号图杆件单项荷载内力(设计值）内力组合不利组合恒载 活载 全跨 全跨 恒+全 恒+全上 弦 杆4-63.31-59.36-47.49-122.67-110.8-1

6、22.677-162-154.33-118.71-316.33-280.71-316.3311-211.85-201.81-142.46-413.66-354.31-413.6617-211.85-201.81-118.71-413.66-330.56-413.6621-162-154.33-71.23-316.33-233.23-316.3325-63.31-59.36-23.74-122.67-87.05-122.67下弦杆20000006124.62118.7194.97243.33219.59243.3310199.39189.94142.46389.33341.85389.33142

7、24.31213.69142.46438366.77437.9516224.31213.69142.46438366.77437.9520199.39189.9494.97389.33294.36389.3324124.62118.7147.49243.33172.11243.3328000000腹 杆1000000375.6872.0957.68147.77133.36147.775-83.41-79.46-63.57-162.87-146.98-162.87845.4143.2628.8488.6774.2588.679-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.7

8、31215.1414.42029.5615.1429.5613-16.68-15.890-32.57-16.68-32.571544.6442.5328.3587.1772.9987.1718-16.68-15.89-31.78-32.57-48.46-32.571915.1414.4228.8429.5643.9829.5622-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.732345.4143.2628.8488.6774.2588.6726-83.41-79.46-31.78-162.87-115.19-162.872975.6872.0928.34147.7710

9、4.02147.7727000000 表51 荷载组合表6 杆件截面选择6.1上弦杆考虑到施工及经济的要求，上弦杆只采用一种截面，因此在上弦杆设计中，需要找到控制杆件。有上述组合结果可得到最大轴力值为选用 截面面积： 回转半径： 重心： 长细比： 其中：由查上弦截面符合要求，且经济性较好。6.2下弦杆考虑到施工及经济的要求，下弦杆也不改变截面。下弦杆主要承担拉力因此，只验算刚度和强度即可。下弦杆最大内力实际所需截面积和特性： 选用： 下弦杆符合要求，且经济性较好。6.3一般腹杆考虑到施工方便及经济性，腹杆的截面形式不宜太多也不宜太少，因此截面取三种形式，具体分组如下：3、5、26、29杆为一组

10、，8、9、15、22、23杆为一组，12、13、18、19杆为一组。故腹杆共取三种截面。对于3、29杆为支座斜杆，但其承受拉力，故可不单独验算。（1） 对3、5、26、29杆，最大内力为162.86kN(压) 截面采用T型钢，型号为： 截面积： 回转半径： 重心： 长细比： 其中：由查此截面符合要求，且经济性较好。 （2）、对8、9、15、22、23杆最大轴力为：97.71kN（压）。截面采用T型钢，型号为， 截面积： 回转半径： 重心： 长细比： 其中：由查此截面符合要求，且经济性较好。（3）、对12、13、18、19杆最大轴力为：32.57kN（压）。截面采用T型钢，型号为： 截面积： 回

11、转半径： 重心： 长细比： 其中：由查此截面符合要求，且经济性较好。屋架杆件截面选用表：杆件名称杆件号内力设计值N(kN)计算长度（m）选用截面截面积A（cm2）杆件受力类型长细比计算应力(N/mm2)容许长细比上弦杆11-413.665.025.02压112.0583.67169150下弦杆14437.955.021546.09拉167.8923895.02250腹 杆 3147.772.6883.3619.88拉107.5294.1274.332505-162.872.6883.3619.88压107.5294.12161.63150888.672.6883.3620.28拉148.590

12、.0843.722509-97.932.6883.3620.28压148.590.08152.951501229.562.6883.3613.63拉137.8514321.6925013-32.572.6883.3613.63压137.8514371.761501587.172.6883.3620.28拉148.590.0842.982507 节点连接计算7.1腹杆与节点板或弦杆腹板的连接焊缝的计算1、腹杆与弦杆的连接方式是先将腹杆的腹板切下一定长度，然后将弦杆的腹板部分插入到腹杆被切除部分，内力由腹杆腹板与弦杆腹板的对接焊缝及腹杆翼缘与弦杆腹板的四条角焊缝共同承担（见图7-1）。由于对接焊缝

13、的施工等级为二级，其抗拉抗压设计值同母材强度值，故无需验算。只需验算四条角焊缝即可。 图7-1 一般节点图2、考虑到实际轴力较小，依次轴力算得的焊缝长度较小，为保证平面外刚度，采用等强度法来确定焊缝长度。3、设腹杆翼缘截面积为，所承受轴力为，求解过程如下：且焊角尺寸应满足构造要求，即： 。7.2一般节点计算1、节点编号见图7-2图7-2节点编号图 对节点A计算：只须计算3号杆 焊角尺寸 施工时取120mm由计算结果可知，本设计中不需要节点板。其他节点计算过程相同，故列表如才.且满足刚度强度要求。其他节点计算过程相同，计算结果如表7-1. 杆件号 与上弦连接 与下弦连接焊角尺寸焊缝长度焊角尺寸焊

14、缝长度 3、5、26、29 6mm 120mm 6mm 120mm8、9、15、22、23 7mm 120mm 7mm 120mm 12、13、18、19 5mm 120mm 5mm 120mm表7-1 焊缝表7.3拼接节点计算1、上弦拼接节点上弦拼接节点尺寸及构造（见图7-3）图7-3 上弦拼接节点图上弦拼接节点采用水平盖板和竖向拼接板与弦杆共同组成。水平盖板尺寸为：宽290mm，厚为14mm；竖向拼接板尺寸为：宽100mm，厚9mm，分别与弦杆上翼缘、腹板等强度连接。上翼缘盖板设计承受的轴向力为 ：焊缝设计：（）则：水平盖板长度：施工时取为：610mm。腹板焊缝验算腹板竖版设计承受轴力为：

15、焊缝设计：（）则竖板内侧不进行焊接，选用竖板长度为 其端部采用斜切。这样竖板的端部及下侧焊缝已超出所需焊缝长度。上弦拼接节点竖板尺寸及构造（见图7-4）图7-4上下拼接节点构造图对于屋脊节点，由与拼接盖板的影响腹杆与上弦的连接需要设置节点板，由7.2中计算得数据可确定节点板。（见图7-4）图7-4 上弦拼接节点节点板图 2、下弦拼接节点 下弦拼接节点尺寸及构造图（7-5）图7-5 下弦拼接节点构造图下弦拼接节点采用与上弦相同的结构，水平盖板和竖向拼接板与弦杆共同组成。水平盖板尺寸为：宽290mm，厚为14mm；竖向拼接板尺寸为：宽70mm，厚9mm，分别与弦杆上翼缘、腹板等强度连接。上翼缘盖板

16、设计承受的轴向力为 ：焊缝设计：（）则：水平盖板长度：施工时取为：610mm。腹板焊缝验算腹板竖版设计承受轴力为：焊缝设计：（）则竖板内侧不进行焊接，选用竖板长度为 其端部采用斜切。这样竖板的端部及下侧焊缝已超出所需焊缝长度。上弦竖板构造图7-6图7-6上弦拼接节点构造下弦拼接节点节点板构造图（图7-7）图7-7下弦拼接节点节点板构造图7.4支座节点计算1、支座节点 支座节点构造图7-8图7-8支座节点构造图支座节点板如上图所示，与上弦连接采用二级对接焊缝，其强度不低于母材强度故不需要验算。节点板轮廓尺寸有构造要求确定，不许对其进行验算。2、支座底板计算：支座底板构造如图7-9图7-9支座节点

17、构造图支座锚栓直径为24mm, 锚栓孔径为50mm， 底板支反力 则底板所需净面积 ： 考虑锚栓孔的削弱，所需面积 考虑构造要求底板采用 的方形钢板。则底板的实际应力计算如下：实际净面积： 底板均布应力： 查表得： 则，所需底板厚度： 按构造取20mm。底板采用- 钢板。3、加劲肋与节点板焊缝计算： 加劲肋与底板相交处对加劲肋进行切角处理，切角处水平长度取为2cm,竖直长度为3cm。一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为：加劲肋断面： 则，对V： 对M： 4、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：底板实际焊缝长度： ； 焊角尺寸 焊缝实际应力： 8、参考文献1、钢结构，魏明钟。 武汉理工大学出版社2、轻型钢结构设计便携手册，北京：中国建材工业出版社，2007年3、钢结构详图设计实例图集，王安麟，北京：中国建筑工业出版社，1996年