《钢结构》课程设计说明书资料.doc

钢结构课程设计说明书作 者 姓 名： 专业、班级 ： 学 号 ： 31120700 指 导 教 师： 郑 新 志 设 计 时 间： 2015.07.05 河 南 理 工 大 学Henan Polytechnic University目 录1.1设计资料1 1.1.1 车间一般情况1 1.1.2 钢材和焊条的选用11.1.3 屋架形式、尺寸及支撑布置11.2荷载及内力计算2 1.2.1荷载计算21.2.2内力计算21.3 杆件计算41.3.1 上弦杆4 1.3.2 下弦杆5 1.3.3 端斜杆“aB”5 1.3.4 斜腹杆“Kg-ge”6 1.3.5 竖杆“Ie”71.4 节点设计12 1.4.1 下弦节点“b”121.4.2上弦节点“B”13 1.4.3屋脊节点“K”14 1.4.4支座节点“a”15某工厂钢屋架设计说明书1.1 设计资料1.1.1 车间一般情况某桥天津某厂机器加工车间，跨度，长度，柱距，车间内设有一台起重量为的中级工作制桥式吊车。采用预应力钢筋混凝土大型屋面板和泡沫混凝土保护层，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20。1.1.2 钢材和焊条的选用屋架钢材选用Q235B，要求保证屈服点和含碳量。旱田选用E43型，手工焊。1.1.3 屋架形式、尺寸及支撑布置由于采用预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用梯形屋架。屋架计算跨度： 屋架端部高度： 跨中高度： 屋架高跨比： 为了使屋架节点受荷，配合屋面板宽，腹杆体系大部分采用下弦节点间为的人字形式，仅在跨中，考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式干洗，屋架跨中起拱按计算为，几何尺寸如图1-1所示。 根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上下弦杆横向水平支撑，横向水平支撑设在第二柱间。在设置横向水平支撑的同一柱间，设置竖向支撑三道，分别设置在屋架的两端和跨中。屋脊节点及屋架支座处沿厂房设置通长刚性系杆，屋架下弦跨中设置一道通长柔性系杆（详见1-1），凡与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-2，不与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-1。1.2荷载及内力计算1.2.1荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式跨长计算，跨度单位为。（1）永久荷载：预应力混凝土大型屋面板 20mm厚水泥砂浆找平层 80mm厚泡沫混凝土保护层 屋架和支撑自重 永久荷载总设计值 （2）可变荷载屋面活荷载 可变荷载总设计值 计算屋架时应考虑下列三种荷载组合情况：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： 全跨永久荷载 +（左）半跨可变荷载全跨节点永久荷载： 半跨节点可变荷载： 全跨桁架包括支撑 + 半跨屋面板自重 + 半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重： 半跨屋面板自重及活荷载： 、为使用阶段荷载情况，为施工阶段荷载情况。,为相应各杆中荷载组合情况下，作用在桁架上的节点荷载。1.2.2内力计算先求得的桁架各杆件的内力系数（作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2-1 桁架杆件内力组合表 表2-1杆件名称内力系数第一种组合F×第二种组合第三种组合内力组合全跨左半跨右半跨×+××+××+××+×最大计算拉力 最大计算压力上弦ABBDDFFHHIIK0-11.25-18.07-21.42-22.24-22.690-8.13-12.4513.8013.00-13.450-3.12-5.62-7.62-9.24-9.240-472.43-758.83-899.51-933.95-952.840-444.91-709.26-832.30-852.45-871.350-400.72-666.66-777.79-819.29-834.210-249.99-387.43-437.05-422.99-435.880-133.86-275.47-293.79-335.84-338.290-472.43-758.83-899.51-933.95-952.84下弦abbccddeef+4.45+10.68+13.37+13.54+10.54+1.57+4.45+6.64+8.43+10.54+6.02+15.13+20.01+21.97+21.08+252.80+635.37+840.29+922.61+885.23+238.86+596.12+781.74+848.26+792.27+213.55+541.17+722.38+803.19+792.27+136.08+330.32+419.37+434.03+359.62+69.32+185.91+263.37+315.56+359.62+252.80+635.37+840.29+922.61+885.23斜腹杆aBBbbDDccFFddHHeeggKlg-8.32+6.31-4.95+3.27-2.04+0.74+0.44-1.38+3.65+4.37+0.65-2.93+2.63-2.54+2.25-2.19+1.96-1.92+1.74-2.05-2.050-11.25+8.94-7.49+5.52-4.23+2.70-1.48+0.36+1.60+2.32+0.65-472.43+375.43-314.54+231.81-177.63+113.38-62.15+15.12+67.19+97.43+27.29-446.59+352.23-292.13+211.96-158.32+96.09-45.20-0.23+85.27+115.51+27.29-339.05+319.77-270.88+202.97-159.64+106.86-66.03+27.29+34.99+58.88+21.56-254.39+195.17-155.71+105.99-70.43+31.90+2.10-30.02+93.36+113.99+18.62-129.45+109.87-99.85+82.35-73.90+60.20-52.60+42.30-38.77-34.83+3.56375.43231.81113.382.1042.3093.36115.5127.29-472.43-314.54-177.63-66.03-30.02-38.77-34.83竖腹杆AaCbEcGdleJgKf-0.50-1.00-1.00-1.00-1.50-1.0000000000+0.65-1.0-1.0-1.0-1.5-1.50-20.99-41.99-41.99-41.99-62.99-41.990-20.99-41.99-41.99-41.99-62.99-41.990-16.59-33.17-33.17-33.17-49.76-33.170-14.33-28.65-28.65-28.65-42.98-28.650-2.735-5.47-5.47-5.47-8.21-5.40-20.99-41.99-41.99-41.99-62.99-41.9901.3 杆件计算1.3.1 上弦杆整个上弦杆采用等截面，按IK杆件的最大设计内力设计。 上弦杆计算长度：在桁架平面内，节间周线长度；在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取 因，故截面宜选用不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力为，查资料得，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm。设，查得，需要截面积； 需要的回转半径： 根据需要的、查角钢规格表，选用2160×100×12短肢相并（如图3-1），按所选角钢进行验算： 由于，查表得 满足要求。图3-1 上弦杆截面1.3.2 下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的de杆计算。 ，（因跨中有通长系杆）所需截面积为：选用2140×90×10短肢相并（如图3-2）。 ，。 图3-2 下弦杆截面 图3-3 端斜杆截面1.3.3 端斜杆“aB”杆件轴力 计算长度。因，故采用等肢角钢，选用2100×10（如图3-3），其截面参数： 。 由于，查表得 满足要求。1.3.4 斜腹杆“Kg-ge”此杆是再分式桁架的斜腹杆，在g节点处不断开，两段杆件内力不同：最大拉力： ， 最大压力： ， 在桁架平面内的计算长度： 在桁架平面外的计算长度：选用270×5（如图3-4），其截面参数： 满足要求。 图3-4 Kg-ge截面 图3-5端斜杆截面1.3.5 竖杆“Ie”,；，选用270×5（如图3-5），其截面参数： 满足要求。其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，所有计算结果列于表3-1中 1.4 节点设计1.4.1 下弦节点“b”各杆的内力由表2-1查得。这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，然后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43型焊条，角焊缝的抗压和抗剪设计值。设Bb杆的肢背和肢尖焊缝采用和，则所需的焊缝长度为肢背 ，取肢尖 ，取设Db杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为肢背 ，取肢尖 ，取Cb杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并按构造要求留出间隙及制作和装配误差，按比例会出节点大样图，确定节点板尺寸为。下弦杆与节点板的焊缝长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，则肢背的应力为：满足要求。1.4.2上弦节点“B”Bb杆与节点板的连接焊缝尺寸与B节点相同。Ba杆与节点板的连接焊缝尺寸按同样的方法计算。,肢背和肢尖焊缝分别采用和，则所需的焊缝长度为：肢背 ，取肢尖 ，取为了便于在上弦搁置屋板，节点板的上边缘可缩进肢背，用塞缝连接，这时肢背焊脚尺寸： 肢尖焊脚尺寸： 上弦与节点板间焊缝长度为，承受集中力，上弦肢背槽焊缝内的应力为： 肢尖焊缝承担弦杆内力差偏心距 偏心力矩 ，则 满足强度要求。1.4.3屋脊节点“K”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角切除，且截去垂直肢的一部分宽度，一般为。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。，每条焊缝的长度为： ，取拼接角钢总长 ，取竖肢需切去 ，取，并按上弦坡度热弯。计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取，需要的焊缝长度： 故按构造决定节点板长度。1.4.4支座节点“a”(1) 支座底板的计算支座反力：支座底板的按构造要求取用，若仅考虑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：式中：混凝土抗压强度设计值 底板厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支撑而另两相邻边自由的班，每块板的单位宽度的最大弯矩为： 式中：底板下的平均应力：； 为两支撑边肢尖的对角线长度； 由查表确定，为两支撑边的相交点到对角线的垂直距离。由相似三角形的关系，得：，查表得，则 底板厚度： 取（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的，即 则焊缝内力为： 设焊缝，焊缝长度，取焊缝计算长度，则焊缝应力为： 取每块加劲肋与底板的连接焊缝的焊脚尺寸长度为，则焊缝计算长度为： 焊缝内应力为： 满足强度要求。