钢筋结构课程设计实例.docx
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钢筋结构课程设计实例
.
钢结构设计原理课程设计
――钢屋架
土木工程专业本科
师学院工程学院建筑工程系
钢结构设计原理教学组
一由设计任务书可知:
厂房总长为96m,柱距6m,跨度为24m,屋架端部高度为2m,车间设有两台中级工作制
吊车,该地区冬季最低温度为-22℃。
暂不考虑地震设防。
屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板,屋面坡度为i=1:
15。
卷材防水层面(上铺120mm
泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层)。
屋面活荷载标准值为0.35KN/㎡,雪荷载标准值为
0.3KN/㎡,风标准值为0.45KN/㎡,积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。
屋架采用梯形钢屋架,钢屋架铰支于钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级C25.
二选材:
...
.
根据该地区温度及荷载性质,钢材采用Q235-C。
其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43
型,手工焊接,构件采用钢板及热轧钢筋,构件与支撑的连接用M20普通螺栓。
屋架的计算跨度L。
=24000-2×150=23700,端部高度:
h=2000mm(轴线处),h=2150(计算跨度处)。
三结构形式与布置:
屋架形式及几何尺寸见图一所示:
屋架支撑布置见图二所示:
...
.
四荷载与力计算:
1,荷载计算:
活荷载于雪荷载不会同时出现,故取两者较大的活荷载计算。
永久荷载标准值:
防水层(三毡四油上铺小石子)0.35KN/㎡
找平层(20mm厚水泥砂浆)0.02×20=0.40KN/㎡
保温层(120mm厚泡沫混凝土)0.12×6=0.72KN/㎡
预应力混凝土大型屋面板1.4KN/㎡
钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384KN/㎡
...
.
管道自重0.1KN/㎡
总计:
3.354KN/㎡
可变荷载标准值:
雪荷载<屋面活荷载(取两者较大值)0.35KN/㎡
积灰荷载0.5KN/㎡
风荷载:
查表可知迎风坡面体形系数为-0.6,背风坡面为-0.5,即当屋面夹角(3.8°)小
于15°时,风载为吸力,起卸载作用,一般不予考虑。
总计:
0.85KN/㎡
永久荷载设计值1.2×3.354KN/㎡=4.0248KN/㎡
可变荷载设计值1.4×0.85KN/㎡=1.19KN/㎡
2,荷载组合:
设计屋架时应考虑以下三种组合:
组合一
全跨永久荷载
+全跨可变荷载
屋架上弦荷载
P=(4.0248KN/㎡+1.19KN/㎡)×1.5×6=46.9332KN
组合二
全跨永久荷载
+半跨可变荷载
屋架上弦荷载
P=4.0248KN/㎡×1.5×6=36.22KN
1
P=1.19KN/㎡×1.5×6=10.71KN
2
组合三
全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载
屋架上弦荷载
3
P=0.384KN/㎡×1.2×1.5×6=4.15KN
P4=(1.4×1.2+0.35×1.4)×1.5×6=19.53KN
3,力计算:
首先求出杆件力系数,即单位荷载作用下的杆件力,荷载布置如图3所示。
经计算得表一,表一列出了各个杆件的力系数和杆件力值,由表中的三种组合可见:
组
合
一,对杆件计算起主要控制作用;
组合三可能引起中间几根斜腹杆发生力变号,
在施工过程
中,在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免力变号。
表一
屋架杆件力组合表
杆件
全跨1
左半跨2
右半跨3
P*1
P1*1+P2*2
P1*1+P2*3
P3*1+P4*2
P3*1+P4*3
计算力(KN)
名称
上
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0.
弦
BCD
-9.82
-7.06
-2.76
-460.884
-431.293
-385.24
-178.6348
-94.6558
-460.88
...
.
DE
-15.89
-10.78
-5.11
-745.769
-690.9896
-630.2639
-276.4769
-165.7418
-745.77
EFG
-16.49
-11.37
-5.12
-773.928
-719.0405
-652.103
-290.4896
-168.4271
-773.93
GHIJ
-17.58
-9.68
-7.91
-825.086
-740.4204
-721.4637
-262.0074
-227.4393
-825.09
ab
5.43
3.99
1.44
254.8473
239.4075
212.
100.4592
50.6577
254.85
下
bc
13.25
9.28
3.98
621.8649
579.3038
522.5408
236.2259
132.7169
621.87
弦
cd
18.81
11.76
7.05
882.8135
807.2478
756.8037
307.7343
215.748
882.81
de
19.29
9.6
9.6
905.3414
801.4998
801.4998
267.5415
267.5415
905.34
Aa
-0.5
-0.5
0
-23.4666
-23.465
-18.11
-11.84
-2.
-23.47
Ba
-10.08
-7.4
-2.67
-473.
-444.3516
-393.6933
-.354
-93.9771
-473.09
Bb
8.14
5.71
2.44
382.0362
355.9849
320.9632
145.2973
81.4342
382.04
Cb
-1
-1
0
-46.9332
-46.93
-36.22
-23.68
-4.15
-46.-93
Db
-6.79
-4.38
-2.42
-318.676
-292.8436
-271.852
-113.7199
-75.4411
-318.68
Dc
5.1
2.91
2.22
239.3593
215.8881
208.4982
77.9973
64.5216
239.36
Ec
-1.57
-1.57
0
-73.6851
-73.6801
-56.8654
-37.1776
-6.5155
-73.69
E1
0.69
0.69
0
32.38391
32.3817
24.9918
16.3392
2.8635
32.38
腹
c1
-4.1
-4.1
-2.68
-192.426
-192.413
-177.2048
-97.088
-69.3554
-192.43
杆
F1
-1
-1
0
-46.9332
-46.93
-36.22
-23.68
-4.15
-46.93
G1
-3.36
-3.36
-2.69
-157.696
-157.6848
-150.5091
-79.5648
-66.4797
-157.70
-137.05
Gd
-2.92
-2.92
1.8
-137.
-137.0356
-86.4844
-69.1456
23.036
23.04
Hd
0
0
0
0
0
0
0
0
0
H2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
I2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
J2d
1.14
1.14
-2.3
53.50385
53.5002
16.6578
26.9952
-40.188
-40.1953.50
Je
0
0
0
0
0
0
0
0
0
注:
表负值表示压力,正值表示拉力。
五杆件截面设计:
腹杆最大力N=-473.09KN,由屋架节点板后参考可知:
支座节点板厚可取12mm,其余节点厚和垫板厚度均取10mm。
1,上弦杆
整个上弦杆采用同一截面,按最大力计算,N=-825.09KN。
计算长度:
屋架平面取节点轴线长度lox=133.7cm。
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点
...
.
长度l
oy=267cm。
因:
2l
ox=loy故截面宜选用两个不等肢的角钢,且短肢相并,见图
4:
设λ=60,查轴心受压稳定系数表
=0.807
需要截面积A*
=
N
=
825.09
103
=4775mm2
.f
0.807
215
需要回转半径ix=lox
1337
2.23
㎝
60
需要回转半径iy=
loy
12760
4.45㎝
60
根据需要的A*
i
x,
iy查角钢型钢表,初选
2L140×90×12,A=5280mm2
ix=2.54cm,
iy=6.81cm。
按所选角钢进行验算:
lox
133.7
[
]=150
x
52.6
ix
2.54
loy
267
[
]=150
y
39.2
iy
6.81
...
.
由于b1/t=140/12=11.7>0.56
×270/140=10.7
则yz
b1
(1
l02
yt2
14
2672
1.22
3.7
)=
3.7
(1
)=45.4<「λ」=150
t
52.7b14
1.2
52.7
144
由于λx>λyz>λy,只需求出
min
x查轴心稳定系数表x=0.844
N
825.09
10
3
185N/mm2
215N/mm2
XA
0.844
5280
所选截面合适。
2,下弦杆
整个下弦杆采用同一截面,按最大力计算,N=905.34KN。
计算长度:
屋架平面取节点间轴线长度lox=3990mm。
屋架平面外根据支撑布置,取loy=11850mm。
计算需要净截面面积A*=N
=
905.34
103
=4211mm2
.f
0215
选用2L125×80×12(短肢相并),见图
5:
A=4680mm2,ix=2.24cm,iy=6.15cm。
按所选角钢进行验算:
取An=A
(若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm,则不计截面削弱影响)
N
905.3410
3
193.5N/mm2
215N/mm2
An
4680
x
lox
399
178.1[]250
ix
2.24
...
.
loy
1185
y
iy
192.7[]350
6.15
3,端斜杆Ba
已知N=-473.09KNloxloy247.9cm
因为loxloy故采用等肢角钢,使ix=iy
选用2L100×10见图6
A=3860mm2,ix=3.05cm,iy=4.52cm。
截面刚度和稳定验算:
x
lox
247.9
81.3
[
]
150
ix
3.05
y
loy
247.9
54.8
[
]
150
iy
4.52
由于b/t=10/1.0=10
0.58
247.9/10
14.38
y(1
0.475b4
0.475
104
2)59.04
yz
2
2
)
554.8(1
2
1.0
loyt
247.9
min
x=0.6792
...
.
N
3
473.09
10
180.5N/mm2
215N/mm2
所选截面合适。
XA0.6792
3860
填板放两块,la
82.6cm40ix40
3.05cm122.0cm
4,斜杆Bb
已知:
N=382.04KN
计算长度:
屋架平面取节点间轴线长度lox=0.8l0.824791983.2mm
屋架平面外根据支撑布置,取loy=2479mm。
选用2L806见图7:
A=1880mm2
ix=2.47cm,iy=3.65cm。
N
382.0410
3
203.2N/mm2
215N/mm2
A
1880
x
lox
198.32
80.3
[
]
350
ix
2.47
y
loy
247.9
67.9
[]
350
iy
3.65
填板放两块,la
82.6cm
80ix
80
2.47cm197.6cm
5,
再分腹杆c1G
N1
Nc1
192.43,N2
NG1
157.7,l1
3680mm
计算长度:
屋架平面取节点间轴线长度
lox=0.8l
0.818401472mm
屋架平面外根据支撑布置取
...
.
loyl1(0.75
N1
)
3680(0.750.25
192.34
0.25
)3883mm。
N2
157.7
选用2L806
见图8:
A=1880mm2
ix=2.47cm,iy=3.65cm。
x
lox
147.2
59.6[
]
350
ix
2.47
y
loy
388.3
106.4
[]
350
iy
3.65
由于b/t=8/0.6=13.3
0.58
388.3/8
28.2
y(1
0.475b4
106.4(1
0.475
84
2)
110.2
yz
2
2)
2
0.6
loyt
388.3
min
x=0.4918
N
192.43
10
3
208.1N/mm2
215N/mm2
所选截面合适。
XA
0.4918
1880
填板放两块,la
97.1cm
40ix
40
2.47cm
98.8cm
6,
斜杆Dc
已知:
N=329.36KN
计算长度:
屋架平面取节点间轴线长度lox=0.8l210.4cm屋架平面外根据支撑布置,取loy=263cm。
选用2L705见图9:
...
.
A=1374mm2,ix=2.16cm,iy=3.24cm。
N
139.36
10
3
174.2N/mm2
215N/mm2
A
1374
x
lox
210.4
97.4
[
]350
ix
2.16
y
loy
263
81.2
[]
350
iy
3.24
填板放两块,la
87.6cm
80ix
80
2.16cm
172.8cm
7,中竖杆Je
已知:
N=0KN
l00.9l
0.9
280
252mm
中竖杆选用
2L70×5的角钢,并采用十字形截面,见图
10:
A13.47cm2,ix0
2.16cm
x0
l0
252
116.7
[
]
150
ix0
2.16
满足要求。
填板放五块,la
50.4cm
40ix0
40
2.16cm
86.4cm
其余各杆截面选择过程不一一列出,计算结果见表二:
计算长度
回转半径
计算
填
板
杆件
力设计值
(cm)
选用截面
截面积
(cm)
应力
名称
N(KN)
max[]
min
lox
loy
A(cm2)ix
iy
N/mm2
块
...
.
上弦杆
-825.09
133.7
267.0
短肢相并
52.8
2.54
6.81
52.6
150
0.844
-185
2
2L140×90×12
下弦杆
905.34
399
1185
短肢相并
46.8
2.24
6.15
192.7
350
/
193.5
2
2L125×80×12
-23.47
201.5
201.5
T型截面
9.6
1.53
2.45
131.7
150
0.3795
-64.4
2
Aa
2L50×5
-473.09
247.9
247.9
T型截面
38.6
3.05
4.52
81.3
150
0.6792
-180.5
2
Ba
2L100×10
382.04
198.3
247.9
T型截面
18.8
2.47
3.65
80.3
350
/
203.4
2
Bb
2L80×6
-46.93
174.2
217.8
T型截面
9.6
1.53
2.45
113.9
150
0.4705
-103.9
2
Cb
2L50×5
-318.68
210.4
263
T型截面
38.6
3.05
4.52
69.0
150
0.757
-109.1
2
Db
2L100×10
239.36
210.4
263
T型截面
13.74
2.16
3.24
97.4
350
/
174.2
2
Dc
2L70×5
-73.69
- 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。
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