钢结构课程设计计算书.docx
- 文档编号:11361024
- 上传时间:2023-05-31
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:342.68KB
钢结构课程设计计算书.docx
《钢结构课程设计计算书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢结构课程设计计算书.docx(20页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
钢结构课程设计计算书
钢
屋
架
设
计
计
算
书
课程设计名称:
梯形钢屋架
班级:
土木81004
姓名:
郑大伟
学号:
100008449
日期:
2013年1月6日
一、设计题目与资料.................................................(3)
二、屋架形式及几何尺寸.............................................(4)
三、屋架支撑布置.................................................(4)
四、荷载计算.......................................................(5)
1.屋面永久荷载和活荷载.........................................(6)
2.荷载组合.....................................................(7)
五、内力计算.......................................................(7)
六、杆件截面选择...................................................(10)
1.上弦杆.......................................................(11)
2.下弦杆.......................................................(12)
3.斜腹杆.......................................................(12)
4.竖杆.........................................................(15)
5.各杆件的截面选择计算.........................................(16)
七、节点设计.......................................................(16)
1.屋脊节点....................................................(17)
2.端部支座节点................................................(18)
3.下弦拼接节点...............................................(19)
4上弦节点.....................................................(20)
5.下弦节点....................................................(21)
八、屋架施工图.....................................................(23)
1.设计题目与资料
题目∶某厂房总长度60m,跨度L=21m,纵向柱距6m。
(1).结构形式:
钢筋混凝土柱,梯形钢屋架。
柱的混凝土强度等级为C30,屋面坡度i=1/10;L为屋架跨度。
地区计算温度高于-200C,无侵蚀性介质,地震设防烈度为7度(0.15g),屋架下弦标高为18m。
(2).屋架形式及荷载:
屋架形式、几何尺寸及内力系数(节点荷载P=1.0作用下杆件的内力)如附图所示。
屋架采用的钢材、焊条为:
用Q235钢,焊条为E43型
(3).屋盖结构及荷载:
无檩体系:
采用1.5m×6.0m预应力混凝土屋板(考虑屋面板起系杆作用)。
荷载:
①屋架及支撑自重:
按经验公式q=0.12+0.011L,L为屋架跨度,以m为单
位,q为屋架及支撑自重,以kN/m2为单位;
②屋面活荷载:
施工活荷载标准值为0.7kN/m2,雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35kN/m2,施工活荷载与雪荷载不同时考虑,而是取两者的较大值,
积灰荷载标准值0.9kN/m2,保温层荷载标准值0.4kN/m2。
③屋面各构造层的荷载标准值:
三毡四油(上铺绿豆砂)防水层0.4kN/m2
水泥砂浆找平层0.4kN/m2
保温层0.4kN/m2
一毡二油隔气层0.05kN/m2
预应力混凝土屋面板1.40kN/m2
2.屋架形式和几何尺寸
屋面材料为大型屋面板,故采用无檩条体系平坡梯形屋架。
屋面计算跨度l。
=17700㎜。
端部高度取H。
=1990㎜,中部高度为2890㎜
21米跨屋架几何尺寸
3.支撑布置
由于厂房长度只有60米,故仅在房屋两端部开间设置上下弦横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。
其他屋架则在垂直支撑处分别于上下弦设置三道系杆,其中屋脊和两支座处为刚性系杆,其余三道为柔性系杆
4.荷载计算
由于屋架的受荷水平投影面积为:
,故按《建筑结构荷
载规范》取屋面活荷载(按上人屋面)标准值为0.7kN/m2,雪荷载为0.35kN/m2,
取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.7kN/m2。
屋架沿水平投影面积分布的自重(包括
支撑)按经验公式q=0.12+0.011L计算,L为屋架跨度,以m为单位。
(1)屋面永久荷载表
屋面永久荷载
项目
标准值(kN/㎡)
分项系数
设计值(kN/㎡)
三毡四油(上铺绿豆砂)防水层)
0.40
1.2
0.48
保温层
0.40
1.2
0.48
水泥砂浆找平层
0.40
1.2
0.48
预应力混凝土屋面板
1.40
1.2
1.68
屋架及支撑自重
0.35
1.2
0.42
一毡二油隔层气
0.05
1.2
0.06
合计
3.00
3.6
(2)屋面活荷载表
屋面活荷载
项目
标准值(kN/㎡)
分项系数
设计值(kN/㎡)
施工活荷载或雪荷载
0.70
1.4
0.98
积灰荷载
0.90
1.4
1.26
合计
1.60
2.24
屋面坡度较小,故对所有荷载均按水平投影计算
荷载组合:
设计桁架时考虑以下几种荷载组合
①全跨永久荷载+全跨可变荷载,桁架上弦节点荷载为:
P=1.5×6×(3.6+0.98)=41.22KN
②全跨永久荷载+全跨(0.9活荷载+灰荷载)可变荷载,桁架上弦节点荷载为:
P=1.5×6×(0.9×0.7+3.6+0.9)=46.17KN
③全跨永久荷载+半跨可变荷载,
全跨永久荷载作用时上弦节点荷载为:
P=1.5×6×3.6=32.41KN
半跨灰荷载作用时上弦节点荷载为:
P=1.5×6×0.9=8.1KN
④全跨桁架与支架+半跨屋面板+半跨屋面活荷载,
全跨桁架与支架作用时上弦节点荷载为:
P=1.5×6×(0.35×1.2)=3.78KN
半跨屋面板和半跨屋面荷载作用时上弦节点荷载为:
P=1.5×6×(1.2×1.4+1.4×0.7)=23.94KN
5.内力计算
按解析法或电解法均可计算桁架各杆件内力。
由单位荷载作用在全跨及半跨各节点时杆件的内力系数,求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力,并求出不利荷载组合下的杆件内力,取其中最不利内力(包括正、负最大值)作为设计桁架的依据。
由以下图得F=1时屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨和右半跨)
21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
桁架杆件内力表
杆件名称
杆件内力系数
全跨永久荷载+全跨(0.9活荷载+灰荷载)荷载P=46.17kN
N=P*3
全跨永久荷载+半跨可变荷载P=32.41kN
P1=8.1kN
N1=P*3+P1*1
Nr=P*3+P1*2
全跨桁架、支撑+半跨屋面板+半跨屋面可变荷载P=3.78kN
P1=23.94kN
N1=p*3+P1*1
Nr=P*3+P1*2
杆件最大内力(kN)
P=1作用在
左半跨
右半跨
全跨
1
2
3
N1
Nr
N1
Nr
上弦杆
AB
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
BC,CD
-5.310
-2.162
-7.472
-344.98
-285.18
-259.68
-155.37
-80.00
-344.98
DE,EF
-7.339
-3.923
-11.262
-519.97
-424.45
-396.78
-217.97
-136.49
-519.97
FG,GH
-6.861
-5.319
-12.180
-562.35
-450.33
-437.84
-210.29
-173.38
-562.35
下弦杆
ac
+3.010
+1.090
+4.100
+189.30
+157.26
+141.71
+87.44
+41.59
+189.30
ce
+6.663
+3.081
+9.744
+449.88
+369.77
+340.76
+196.34
+110.59
+449.88
eg
+7.326
+4.636
+11.962
+552.29
+447.03
+425.24
+220.60
+156.20
+552.29
gh
+5.884
+5.884
+11.768
+543.33
+429.06
+429.06
+185.35
+185.35
+543.33
斜腹杆
aB
-5.641
-2.043
-7.684
-354.77
-294.73
-265.59
-164.09
-77.95
-354.77
Bc
+3.960
+1.848
+5.808
+268.16
+220.31
+203.21
+116.76
+66.2
+268.16
cD
-2.633
-1.776
-4.409
-203.56
-164.22
-157.28
-79.70
-59.18
-203.56
De
+1.222
+1.570
+2.792
+128.91
+100.39
+103.21
+39.81
+48.14
+128.91
eF
-0.047
-1.525
-1.572
-72.60
-51.33
-63.30
-7.07
-42.45
-72.6
Fg
-1.039
+1.367
+0.328
+15.14
+2.21
+21.7
-23.63
+33.97
+33.97
-23.63
gH
+1.913
-1.200
+0.713
+32.92
+38.60
13.39
+49.49
-26.03
+48.49
-26.03
竖杆
Aa
-0.50
0.00
-0.50
-23.09
-20.26
-16.21
-13.86
-1.89
-23.09
Cc
-1.00
0.00
-1.00
-46.17
-40.51
-32.40
-27.72
-3.78
-46.17
Ee
-1.00
0.00
-1.00
-46.17
-40.51
-32.40
-27.72
-3.78
-46.17
Gg
-1.00
0.00
-1.00
-46.17
-40.51
-32.40
-27.72
-3.78
-46.17
6.杆件截面选择
按腹杆最大内力NaB=-354.77kN,查表7.6选中间节点板厚为10mm,支座节点板厚为12mm
1)上弦杆
整个上弦采用等截面,按最大内力NFG=-562.35kN计算。
Lox=150.75cm,Loy=301.5cm(取两块屋面板宽度)
假定λ=50
查表1.2φ=0.856→Areq=N/φf=562350/(0.856*21500)=30.56cm²
ixreq=Lox/λ=150.75/50=3.02cm
iyreq=Loy/λ=301.5/50=6.03cm
由附表10选2∟140×90×8短肢相拼,A=2×18.04=36.08cm²,ix=2.59cm,iy=6.72cm
截面验算
λx=Lox/ix=150.75/2.59=58.2<【λ】=150(满足)
λy=Loy/iy=301.5/6.72=44.9<【λ】=150(满足)
双角钢T型截面绕对称轴(y轴)应按弯扭屈曲计算换算长细比λyz
b1/t=14/0.8=17.5>0.56Loy/b1=0.56×301.5/14=12.1故
λyz=3.7b1/t〔1+Loy²t²/(52.7b1^4)〕=3.7×17.5×〔1+301.5²×0.8²/(52.7×14^4)〕=64.8<λx
故由λmax=λyz=64.8,查附表1.2得∮=0.780
N/φA=562350/(0.780×3608)=199.8N/mm²<f=215N/mm²(满足)
2)下弦杆
整个下线采用等截面。
按最大内力Neg=552.29kN计算。
Lox=300cm,Loy=1035cm
Anreq=N/f=552.29×10³/215=25.69cm²
由附表10选2∟125×80×7,An=A=2×14.10=28.2cm²(设连接支撑的螺栓孔位于节点板内的距离a≥100mm),ix=2.30cm,iy=6.04cm
应力=N/An=552.29×10³/2128=195.8N/mm²<f=215N/mm²(满足)
λx=Lox/ix=300/2.3=130.4<【λ】=350(满足)
λy=Loy/iy=1035/6.04=171.4<【λ】=350(满足)
3)腹杆
①aB杆
NaB=-354.77kN,Lox=Loy=L=253cm
选用2∟110×70×8,长肢相拼。
查附表10,A=27.88cm²,ix=3.51cm,iy=2.93cm
λx=Lox/ix=253/3.51=72.1<【λ】=150(满足)
λy=Loy/iy=253/2.93=86.3<【λ】=150(满足)
因为b2/t=7/0.8=8.75<0.48Loy/b2=0.48×253/7=17.3
λyz=λy〔1+1.09b2^4/(Loy²t²)〕=86.3×〔1+1.09×7^4/(253²×0.8²)〕=91.8,λyz>λx,故由λyz查附表1.2得Φ=0.608
N/φA=354.77×10³/(0.608×2788)=209.3N/mm²<f=215N/mm²(满足)
②Bc杆
NBc=268.16kn,Lox=0.8L=0.8×261.3=209.0,Loy=L=261.3
选用2∟63×6.查附表9,A=2×7.29=14.58cm²,ix=1.93cm,iy=2.99cm
λx=Lox/ix=209.0/1.93=108.3<【λ】=350(满足)
λy=Loy/iy=261.3/2.99=87.4<【λ】=350(满足)
应力=N/An=268.16×10³/(14.58×10²)=183.9N/mm²<f=215N/mm²(满足)
③cD杆
NcD=-203.56kN,Lox=Loy=286.4cm
选用2∟110×70×6,长肢相拼,查附表10得,A=2×10.64=21.28cm²,ix=3.54cm,iy=2.88cm
λx=Lox/ix=286.4/3.54=80.9<【λ】=150(满足)
λy=Loy/iy=286.4/2.88=99.4<【λ】=150(满足)因为b2/t=7/0.6=11.67<0.48Loy/b2=0.48×286.4/7=19.6
λyz=λy〔1+1.09b2^4/(Loy²t²)〕=99.4×〔1+1.09×7^4/(286.4²×0.6²)〕=108.2,λyz>λx,故由λyz查附表1.2得Φ=0.505
N/φA=203.56×10³/(0.505×2128)=189.4N/mm²<f=215N/mm²(满足)
④De杆
NDe=128.91kN,Lox=0.8L=0.8×286.4=229.1cm,Loy=284.4cm
选用2∟50×5,查附表9得,A=2×4.8=9.6cm²,ix=1.53cm,iy=2.45cm
λx=Lox/ix=229.1/1.53=149.7<【λ】=350(满足)
λy=Loy/iy=286.4/2.45=116.9<【λ】=350(满足)
应力=N/An=128.91×10³/(9.6×10²)=134.3N/mm²<f=215N/mm²(满足)
⑤eF杆
NeF=-72.6kN,Lox=0.8L=0.8×312.4=249.9cm,Loy=312.4cm
选用2∟63×6,查附表9得,A=2×7.29=14.58cm²,ix=1.93cm,iy=2.99cm
λx=Lox/ix=249.9/1.93=129.5<【λ】=150(满足)
λy=Loy/iy=312.4/2.99=104.5<【λ】=150(满足)
因为b/t=6.3/0.6=10.5<0.58Loy/b=0.58×312.4/6.3=28.76
λyz=λy〔1+0.475b^4/(Loy²t²)〕=104.5×〔1+0.475×6.3^4/(312.4²×0.6²)〕=106.7,λyz<λx,故由λx查附表1.2得Φ=0.387
N/φA=72.6×10³/(0.387×1458)=128.7N/mm²<f=215N/mm²(满足)
应力=N/An=72.6×10³/(14.58×10²)=49.8N/mm²<f=215N/mm²(满足)
⑥Fg杆
NFg=33.97kN,Lox=0.8L=0.8×312.4=249.9cm,Loy=312.4cm
选用2∟63×6,查附表9得,A=2×7.29=14.58cm²,ix=1.93cm,iy=2.99cm
λx=Lox/ix=249.9/1.93=129.5<【λ】=150(满足)
λy=Loy/iy=312.4/2.99=104.5<【λ】=150(满足)
应力=N/An=33.97×10³/(16.32×10²)=23.3N/mm²<f=215N/mm²(满足)
⑦gH杆
NgH=48.49kN,Lox=0.8L=0.8×339.0=271.2cm,Loy=339.0cm
选用2∟63×6,查附表9得,A=2×7.29=14.58cm²,ix=1.93cm,iy=2.99cm
λx=Lox/ix=271.2/1.93=140.5<【λ】=150(满足)
λy=Loy/iy=339/2.99=113.4<【λ】=150(满足)
应力=N/An=48.49×10³/(14.58×10²)=33.3N/mm²<f=215N/mm²²(满足)
4)竖杆
Aa杆
NAa=-23.09kN=-23090N,l0x=l+15==200.5cm,l0y=200.5cm,
选用2∟70×6,查附表8,A=2×8.16=16.32cm2,ix=2.15cm,iy=3.26cm
λx=l0x/ix=200.5/2.15=93.3<〔λ〕=150(满足)
λy=l0y/iy=200.5/3.26=61.5<〔λ〕=150(满足)
因为b/t=7/0.6=11.7<0.58×l0y/b=16.6
故λyz=λy(1+0.475×b4/l0y2×t2)=61.5×(1+0.475×74/200.52×0.62)=66.3
λyz<λx,故由λx查附表1.2得φx=0.598。
N/φA=23.09×103/0.598×16.32×102=23.6N/mm2<f=215N/mm2(满足)
Cc杆
NCc=-46.170kN,l0x=0.8×l=0.8×229=183.2cm,l0y=229cm.
选用2∟70×6,查附表8,A=2×8.16=16.32cm2,ix=2.15cm,iy=3.26cm
λx=l0x/ix=183.2/2.15=85.21<〔λ〕=150(满足)
λy=l0y/iy=229/3.26=70.25<〔λ〕=150(满足)
因为b/t=7/0.6=11.7<0.58×l0y/b=18.97故
λyz=λy(1+0.475×b4/l0y2×t2)=70.25×(1+0.475×74/2292×0.62)=74.50
λyz<λx,故由λx查附表1.2得φx=0.654。
N/φA=46.170×103/0.654×16.32×102=43.10N/mm2<f=215N/mm2(满足)
eE杆
NeE=-46.17kN,
选用2∟70×6十字相连。
查附表9得,A=16.32cm²,ixo=2.15cm,iy=3.26cm
λxo=Lo/ixo=207.2/2.15=96.37<【λ】=350(满足)
λy=Loy/iy=259/3.26=79.45<【λ】=150(满足)
应力=N/A=46.17×10³/1632=28.29N/mm²<f=215N/mm²(满足)
Gg杆
,
,
由于内力较小,故按
选择,所需的回转半径为:
查型钢表,选择截面的回转半径较计算的要略大些,故选用
×6。
,
=2.15cm,
=3.26cm
因为
,故只需求
,
(满足)
7.节点设计
①屋脊节点
竖杆端焊缝按构造取hf和lw为5mm和80mm。
上弦节点板的连接焊缝,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,一般不作计算。
角钢肢尖焊缝取上弦内力的15%,即△N=0.15N=0.15×562.35=84.4kN。
其产生的偏心弯矩M=84.4×10³×70=5908KN·mm
现取节点板尺寸如图。
设肢尖焊脚尺寸hf2=6mm,则焊缝计算长度lw2=200-2×6=188mm。
验算肢尖焊缝强度
√〔6M/(βf×2×0.7hf2lw2²)〕²+〔△N/2×0.7hf2lw2〕²=√〔6×5908000/(1.22×2×0.7×6×188²)〕²+〔84.4×10³/2×0.7×6×188〕²=111.51N/mm²<ff=160N/mm²(满足)
上弦杆起拱后坡度为1/10.拼接角钢采用与上弦相同截面,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=8-2=6mm。
则接头一侧需要的焊缝计算长度为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钢结构 课程设计 计算