钢结构课程设计计算书.doc
钢结构课程设计计算书 1、设计资料 某工业厂房，长度90m,屋架间距6m，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混泥土大型屋面板。屋面坡度i=1/10。地区计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m，柱的混泥土强度等级为C30,屋架跨度、保温层荷载标准值和屋面积灰荷载标准值按指定的数据进行计算。1、 屋架跨度： 24m2、屋架采用的钢材及焊条为： Q235钢，焊条为E43型，手工焊。2、结构形式与构件轴线布置 桁架形式以及构件轴线尺寸见下图： . 荷载计算（1）永久荷载各项标准值为三毡四油防水层： 0.4 KN/m水泥沙浆找平层： 0.4 KN/m保温层(按分组表确定)： 0.5KN/ m一毡二油隔气层： 0.05 KN/m水泥沙浆找平层： 0.3 KN/m预应力混凝土大型屋面板 1.4KN/m屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L计算，即 =0.12+0.011x24=0.384KN/m 悬挂管道： 0.15 KN/m （2）可变荷载各项标准值为 屋面活荷载标准值： 0.7 KN/m 雪荷载： 0.35 KN/m 积灰荷载标准值(按分组表确定)： 0.9荷载组合安全跨永久可变荷载。对跨中的部分斜腹杆因半跨荷载可能产生的内力变号，采取将跨度中央每侧各三根斜腹杆均按压杆控制长细比。故不再考虑半跨荷载作用的组合。由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载，屋面荷载，屋面积灰荷载,则节点荷载设计值为：永久荷载总和G=0.4+0.4+0.5+0.05+0.3+1.4+0.384+0.15=3.584屋面活荷载标准值为0.7 KN/m大雨雪荷载标准值0.35 KN/m活荷载总和：Q=0.7 KN/m，屋面积灰荷载标准值为0.9 由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载，屋面活荷载，积灰荷载，则节点荷载设计值为： 故取节点荷载设计值F=59.93KN。4 内力计经计算在全跨荷载作用下的屋架内力系数如施工图所示。5 杆件截面选择 按腹杆最大内力N=59.93（-8.813）=528.16KN，查表7.6选中间节点板厚度为12mm支座点板厚为14mm。 （1）上弦杆 整个上弦杆采用等截面双角钢，其中设计内力最大的是FH 杆N=-15.18859.93=-910.217KN在桁架平面外，根据节点和支撑情况得 lox=150.8cm loy=300cm 取=150，预取=50附表1.2 =0.856 mm 根据截面积和回转半径选材： 2L150×90×12 (短肢相并)A=55.2 cm ix=2.50cm iy=4.79cm两角钢之间加 10mm厚填板。验算长细比： 满足长细比的要求。双角钢T截面绕对称轴（y轴）应按弯扭曲计算换算长细比。10150150x90y故按计算 故由查附表1.2的 （2）下弦杆，设计内力最大的是eg 杆Neg= lox= 300 cm loy= 1185 cm cm 由附表10选择材料为： 2L150x90x10 (短肢相并) A=46.52cm ix=2.53cm iy=4.81cm (满足要求)（3）腹杆 1)计内力最大的是aB杆 杆长L=2535mm N=-8.81359.93=-528.163KN 取 lox=L=253.5cm loy=L=253.5 cm 所以An选择材料为： 2L 150x90x12 A=55.2cm ix=2.5cm iy=4.79cm 稳定验算： 因为 故由查附表1.2得（满足要求） 2)Bc杆 Nbc=6.86259.93=411.24KN =0.8L=208.6 cm =L=260.8 cm选用2L100636长肢相并，查附表10。A=19.24ix=1.79cm iy=3.21cm (满足)。3） gH杆 NgH=0.01259.93=0.719KN lox=0.8L=0.8×339.6=271.7 cm loy=L=339.6 cm 查附表8 选2L7×7 A=18.84 cm ix =2.14 iy=3.28 (满足） (满足) 4）Hi杆 NHi=-1.07159.93=-64.185KN lox=0.8L=0.8×338.4=270.7cm loy=L=338.4 cm 因压力小亦按容许长细比 选用2L70×7 A=18.84 cm ix =2.14 iy=3.28 (满足)(满足) 由得=0.406 5） Fg杆 Nfg=1.12559.93=67.42KN lox=0.8L=249.5cm loy=L=311.9cm 将Fg杆按Nfg=1.12559.93=67.42KN 的拉杆设计，选用2L705都可满足要求，但考虑该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号，故宜按压杆的容许长细比进行控制，现取2L707，查附表9得： 取A=18.84 cm ix=2.14 iy=3.28 (满足) (满足)6）Ii杆 NIi=2.04859.93=122.737KN 选用2L70×7 查附表9得A=18.44cm ，（满足要求）6节点设计 1 下弦拼接节点 C设拼接角钢采用于下弦相同截面。拼接角钢一侧的焊缝长度按于杆件等强度设计。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=10-2=8 mm 则接头一侧需要的焊缝计算长度= 拼接角钢总长度 L=2(lw+2hw)+a=2×(279.07+2×8)+10=600.14mm 取L=610mm 拼接角钢水平肢宽，故采用斜切，不但便于焊接，且可增加焊缝长度。水平肢上的安装螺栓孔，待屋架拼装完后可用于连接屋架下弦横向水平支撑。竖肢因切肢后余留高度较少，不设安装螺栓。 拼接角钢竖肢需切去的高度为 =t+hf+5=10+8+5=23mm 去=23mm 即竖肢余留高度为47 mm。 取两斜腹杆杆端至节点中心距离为230 mm；竖杆杆端至中心则取80 mm节点板按布置腹杆杆端焊缝需要，采用-320×10×380。（2）屋脊节点 I竖杆Ii杆端焊缝构造取hf和lw为5 mm和80 mm，上弦与节点板的连接焊接、角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷载，一般可可不作计算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力N的15%进行计算，即N=0.15×881.33=132.2KN，其产生的偏心弯矩M=Ne=132200×70=9254000现取节点板尺寸如下 设肢尖焊脚尺寸hf2=9mm.则焊缝计算长度lw2=200-2×9-5=177 mm。其肢尖焊缝强度： 上弦杆起拱后坡度为1/9.6。拼接角钢才用与上弦相同截面，热弯成型。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=12-2=10mm, 则接头一侧需要的焊缝计算长度lw = 拼接角钢的总长度： L=2(lw+2hf)+a =2×(196.73+2×10)+2×1/9.6×80+10=379.7 mm 取L=462.21mm。 拼接角钢竖肢需切去的高度为 =t+hf+5=12+10+5=27mm 取=27 mm 则竖肢余留高度为63 mm。 3)支座节点 根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用-380×12×440。为便于施焊，去底板上表面至下弦轴线的距离为160 mm。且在支座中线处设加劲肋-90×10，高度与节点板相同，亦为440 mm。 底板计算支座反力 R=8F=8×59.93=479.44KN 根据构造需要，取底板尺寸为280 mm×380 mm。锚栓采用2M24，并用U型缺口。柱采用的C30混泥土fcc=14.3 。作用于底板的压力为 p=R/A=479440/(192×280)=8.92 <fcc=14.3 (满足) 底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支承板，故应按式计算底板单位宽度上的最大弯矩 b1/a1=79.2/169.8=0.466, 查表6.10得=0.0546 M=p =0.0546×8.92×169.8×169.8=14042.13N·mm/ mm 需要底板厚度： f=205（按厚度t>16-40取值） t= mm 取t=20 mm 加劲肋计算对加劲肋和节点板间的两条竖直焊缝进行验算设hf=6 mm,取焊缝最大计算长度lw=60hf=60×6=360 mm<425 mm V= KN M=Ve=119.86×52.5=6292.65KN·mm 加劲肋、节点板于底板的连接焊缝计算 hfmin=1.5 =1.5 =6.7 mm ,取8 mm。焊缝的总计算长度为：Lw=2a+2(b1-t-2c)-12hf=2×280+2×(192-12-2×15)-12×8=764 mm 7. 屋架施工详图见图纸。
