钢结构课程设计说明书钢结构梯形屋架课程设计.doc

钢结构课程设计计算说明书 目录 、设计资料2二 屋架形式，尺寸及支撑布置2三、荷载与内力计算41.荷载计算42.内力计算4四、杆件截面设计61.上弦杆62.下弦杆73.端斜杆Ba84.斜杆Bb95.再分腹杆c1G106.中竖杆Je11五、节点设计121. 下弦节点b132 .上弦节点B143 .屋脊节点K154 .下弦跨中节点e165 .端部支座节点a17钢结构梯形屋架课程设计、设计资料已知条件：天津某厂金工车间，梯形钢屋架跨度27m，长度180m，柱距6m。该车间内设有一台30t中级工作制桥式吊车。采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，冬季最低温为-20度，采用80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.3 kN/m2，积灰荷载标准值为0.35 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。二 屋架形式，尺寸及支撑布置屋架的计算跨度：Lo=270002×150=26700mm端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）跨中高度：屋架的高跨比：屋架形式及几何尺寸见图1所示。 屋架支撑布置见图2所示。 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 1.永久荷载标准值 防水层（三毡四油，上铺小石子） kN/找平层（20mm厚水泥砂浆） kN/保温层（80mm厚泡沫混凝土） kN/预应力混凝土大型屋面板 kN/ 屋架和支撑自重 总计 3.72 kN/可变荷载标准值屋面活荷载 kN/ 总计 0.98 kN/ 2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载： F=(3.72+0.98) ×1.5×6=42.3 kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载： F1=3.72×1.5×6=33.48 kN 半跨节点可变荷载： F2=0.98×1.5×6=8.82 kN 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重： F3 =0.54×1.5×6=4.86kN半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.68+0.98) ×1.5×6= 23.94kN2.内力计算用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位荷载作用下的杆件内力系数，二者相加得到全跨单位荷载作用下节点的内力系数，然后乘以实际的节点荷载，得到相应的内力。屋架在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。在第二种和第三种荷载组合作用下，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。计算结果列下表。 表1-屋架杆件的计算内力注：表内负责表示压力；正值表示拉力四、杆件截面设计腹杆最大内力，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板厚度取t=14mm；其余节点板与垫板厚度取t=12mm。1.上弦杆腹杆最大内力，N=-472.07KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-851.92KN计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度=150.8cm 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间长度：=300cm因为2，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4图 4 上弦截面要截面积 =需要回转半径=2.51 cm=5.00 cm根据需要的、 查角钢型钢表，初选 2 L 16010014，A=6940， =2.80cm ， =7.86m。按所选角钢进行验算=52.9=150=38=150由于则：=150 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.8384 <215 MPa 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=891.68kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=4500mm屋架平面外根据支撑布置取=13350mm计算需要净截面面积=选用 2 L1409014（短肢相并），见图5。图 5 下弦截面A=6940， =2.51cm，=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响） N/<215 N/ =179.3< =250 =192.6<=350 所选截面满足要求。3. 端斜杆Ba已知N-472.07kN，253.9cm因为，故采用等肢角钢，使选用角钢2 L 10012,见图6图 6 端斜杆BaA4560，3.03cm，4.64cm截面刚度和稳定验算= =83.8< =150= =54.7< =150由于=14.730.6624<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=84.6 cm40=40×3.03=121.2 cm4. 斜杆Bb已知N=379.01kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm 屋架平面外根据支撑布置取=2622mm选用 2 L1006，见图7。 图 7 斜杆BbA=2386， =3.10cm，=4.44cm。 N/<215 N/ =67.7< =350 =59.1<=350 所选截面满足要求。填板放两块，=87.4cm80=80×3.10=248cm5. 再分腹杆c1G=-192.89kN， =-159.01kN，=4174 mm计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm 屋架平面外根据支撑布置取=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396.33mm选用 2 L1006，见图8。 图 8 再分腹杆c1G 图 9 中竖杆Je A=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =53.9< =350 =99<=350 由于=25.50.5182N/<215 N/所选截面满足要求填板放两块，=109.9cm40=40×3.10=124cm6. 中竖杆Je已知N0，0.9 335301.5cm中间竖杆选用2 L756的角钢，并采用十字形截面，见图9A=17.6, cm,=103.6< =150 所选截面满足要求填板放五块，=60.3cm40=40×2.45=98cm其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2表二五、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 MPa各杆件内力由表1查得 1. 下弦节点b见图10 图 10 下弦节点b（1） 斜杆Bb与节点的连接焊缝计算：N=379.01kN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125mm（2） 斜杆Db与节点的连接焊缝计算：N=314.71kN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170mm肢尖：，取110mm（3）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N = 42.3kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm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 N=631.96-250.84381.12KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背： ，取250mm肢尖：，取150mm（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，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图所示2 .上弦节点B（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。（2）斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=472.07kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背：，取200mm肢尖： ，取150mm为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背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。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得， 上弦与节点板间焊缝长度为440mm，承受集中力P=42.3kN, 则MPa<0.8MPa上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 偏心距 e =110-25.984.1mm设需焊缝长度为440mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示节点板B尺寸3 .屋脊节点J （1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：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，并便于施焊，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计算。N=851.92KN，设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm，则需焊缝长度为，取=450mm拼接角钢长度取2450+50950mm（2) 斜杆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，N=101.51kN,所需焊缝长度为：肢背：，取=70mm肢尖：，取焊缝长度=40mm根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为500mm×240mm。(3) 弦杆与节点板的连接焊缝计算：取节点板的长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 220 mm。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，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为10mm。 （4）斜杆J2与节点板连接焊缝的计算此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm（5）节点板尺寸：方法同前，如图所示节点板K尺寸4 .下弦跨中节点e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为 ，取=404+16=420mm拼接角钢长度2420+20=860mm（2） 弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背：，取=90mm肢尖，取 =50mm（3）节点板尺寸：方法同前，如图所示 节点板f尺寸5 .端部支座节点a图11 支座节点a（1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。支座底板计算：支座反力取加劲肋的宽度为110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为60mm，则所需底板面积：按构造要求取底板尺寸为280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力。则承压面积： 验算柱顶混凝土的抗压强度：底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，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 式中-底板下的平均应力， =9.2N/-两边支承对角线长， =-系数，由决定。为两边支承的焦点到对角线的垂直距离。由相似三角形的关系，得 =84.8mm=0.49，查表得0.0586底板厚度, 底板尺寸：（2）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 设焊缝尺寸为6mm，焊缝长度， 加劲肋高度不小于210mm即可（3） 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=420880N，其中每块加劲肋各传R/4=105220N，节点板传递R/2=210440N。节点板与底板连接焊缝总长度：，所需焊角尺寸为 故取每块加劲肋与底板的连接焊缝总长度为所需焊缝尺寸为故取焊缝