钢结构课程设计

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1、钢结构课程设计计算书专 业：土木工程班 级：土 木 姓 名： 学 号： 指导教师： 钢结构设计课程设计计算书1.设计资料某车间厂房总长度约为108m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用三角形桁架式钢屋架即芬克式屋架，屋架下弦标高为9m，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400400，混凝土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5m2.2m。屋面恒荷载(包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等)水平投影标准值为0.50kN/。屋面活荷载标准值为0.30kN/。不考虑积灰荷载、风荷载。雪荷载0.4kN/，

2、不考虑全垮积雪不均匀分布情况。结构重要性系数为0=1.0。屋架采用Q235B钢，焊条采用E43型。2.屋架形式和几何尺寸屋架形式采用芬克式屋架屋面坡度1/3屋架几何尺寸如下图：屋架形式和几何尺寸 3.支撑布置上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连；下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑设置在同一柱间内。支撑的布置见下图。上弦支撑布置图 下弦支撑布置图纵向支撑布置图 檩条布置图4.荷载计算（1）永久荷载标准值： 屋面恒荷载标准值Gk=0.50 k

3、N/m2屋面活荷载标准值Qk=0.30 kN/m2。屋面雪荷载标准值Sk=0.4 kN/ m2。（2）上弦的集中荷载和节点荷载永久值。 檩条支承于上弦节点，屋架坡度为a=arctg1/3=18.4，檩距为1.975m。 上弦节点恒荷载水平投影标准值：P1=0.57.21.975=7.11 KN；上弦节点雪荷载水平投影标准值：P2=0.47.21.975=5.69KN。由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图（1） 5内力计算：内力组合：杆件以受拉为正，受压为负（表1）。屋架杆件内力组合表杆件名称杆件编号全跨荷载半跨荷载内力组合内力系数恒载标准值P1=7.11kN活载

4、标准值P2=5.69kN内力系数半跨雪荷载内力标准值Sk=5.69KN1.2恒+1.4活1.2恒+1.4半跨活最不利内力上弦1-2-17.39 -123.64 -98.95 -12.65 -71.98 -286.90 -249.14 -286.90 2-3-16.13 -114.68 -101.94 -11.38 -64.75 -280.34 -228.27 -280.34 3-4-16.76 -119.16 -105.92 -12.02 -68.39 -291.29 -238.75 -291.29 4-5-16.44 -116.89 -103.90 -11.70 -66.57 -285.73

5、 -233.47 -285.73 5-6-15.18 -107.93 -95.94 -10.44 -59.40 -263.83 -212.68 -263.83 6-7-15.81 -112.41 -99.92 -10.44 -59.40 -274.78 -218.06 -274.78 下弦1-816.50 117.32 104.28 12.00 68.28 286.77 236.37 286.77 8-913.50 95.99 85.32 9.00 51.21 234.63 186.88 234.63 9-109.00 63.99 56.88 4.50 25.61 156.42 112.64

6、156.42 腹杆2-8-1.34 -9.53 -8.47 -1.34 -7.62 -23.29 -22.11 -23.29 3-8-1.34 -9.53 -8.47 -1.34 -7.62 -23.29 -22.11 -23.29 4-9-2.85 -20.26 -18.01 -2.85 -16.22 -49.53 -47.02 -49.53 5-11-1.34 -9.53 -8.47 -1.34 -7.62 -23.29 -22.11 -23.29 6-11-1.34 -9.53 -8.47 -1.34 -7.62 -23.29 -22.11 -23.29 4-83.00 21.33 18

7、.96 3.00 17.07 52.14 49.49 52.14 4-113.00 21.33 18.96 3.00 17.07 52.14 49.49 52.14 9-114.50 32.00 28.44 4.50 25.61 78.21 74.24 78.21 7-117.50 53.33 47.40 7.50 42.68 130.35 123.74 130.35 7-100.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.屋架杆件截面的选择1）上弦杆截面选择：整个上弦杆采用等截面通长杆，以避免采用不同截面时的杆件拼接。取等肢双角钢L90x8。上弦杆各杆内力

8、中属3-4杆压应力最大，故上弦杆只要对3-4进行验算即可，包括强度验算，刚度验算，稳定性验算。2）下弦杆截面选择：整个下弦不改变截面，采用等截面通长杆。取等肢双角钢L807。下弦杆等截面，取最大应力杆验算，取1-8杆。下弦杆取杆段1-8的强度条件选择截面，拉杆，故不做稳定性验算。3）腹杆截面选择：拉杆进行强度和刚度验算，压杆进行稳定性和刚度验算。由于压杆种类较多，力也较多，所以对腹杆做截面选择时应根据内力情况分类， 28，38，511，611杆内力相等，选取单肢等边角钢L454同一截面，对于杆49选等肢双角钢L505，此类杆件受压，需进行稳定性验算。而杆件48,和411受拉，不需作稳定性验算，

9、选等肢双角钢L344。911杆取等肢双角钢L505。杆件711受拉，故不需进行稳定性验算，选等肢双角钢L505中间零杆取等肢双角钢L635.此类杆属于拉杆也不用进行稳定性验算。7.节点设计7.1 运输单元划分屋架节点构造复杂，采用手工焊接，材料为Q235B钢，E43型焊条，规范查得：角焊缝强度设计值为 。焊缝长度满足构造要求，最小计算长度不应小于40mm和87.2 形心距离确定屋架各杆件轴线至各杆件角钢背面的距离Z0如表3，表中Z0为杆件重心线至角钢背面的距离。屋架各杆件轴线至角钢背面的距离Z0杆件名称杆件截面重心距离Z0(mm)轴线距离Z0(mm)备注上弦杆290825.225单面连接下弦杆

10、280722.320腹杆49250514.21548、411245412.615711250514.215911263517.41528、38、511、61145412.615中央吊杆710263517.4157.3 杆件焊缝尺寸确定屋架杆件焊缝尺寸如表4所示。屋架杆件连接焊缝表杆件名称杆件编号截面规格（mm）杆件内力（kN）肢背焊脚尺寸hf1(mm)肢背焊缝长度lw1(mm)肢尖焊脚尺寸hf2(mm)肢尖焊缝长度lw2(mm)上弦杆3-42L90x8-291.362006100下弦杆1-82L80x7286.77520051002-8L45x4-23.295404403-8L45x4-23.

11、295404404-82L45x452.145404404-92L50x5-49.53540540斜腹杆4-112L45x452.145404405-11L45x4-23.295404406-11L45x4-23.295404407-112L63x5130.3551005409-112L50x578.21560540竖腹杆7-102L63x505505507.4节点设计7.4.1支座节点1（1）下弦杆节点内力N=286.77kN。支座节点板厚度取10mm， Q235B钢，E43型焊条，焊缝抗拉强度设计值为ft=160 N/ mm。根据构造要求取肢背焊脚尺寸，肢尖焊脚尺寸，其中K1=0.7，K2

12、=0.3。 肢背：179mm肢尖：77mm背部实际焊缝长度采用lw1 +2hf =179+10=189 肢部实际焊缝长度采用lw2 +2hf =77+10=87 满足要求（2）上弦杆与节点板间连接焊缝计算N=-286.90kN，集中荷载P=8.25KN。节点板与角钢背部采用塞焊缝连接，焊脚尺寸取节点板厚度的一半，即hf =5mm，计算时忽略屋架上弦的坡度影响，假定集中荷载P垂直作用于上弦。假定集中荷载P=16.50KN全部由塞焊缝承受，则所需塞焊缝长度为：则取=30mm。上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N=286.90-0.0=286.90KN,偏心距=90-25=65mm，取肢尖焊脚尺寸

13、=6mm，假设所需焊缝长度为350mm，则满足要求（3）底板计算 支座反力R=16.506=99kN，用C20混凝土，=9.6 N/ mm，按构造要求锚栓直径采用20，底板开U形孔，底板上锚栓孔径为50mm，取底板尺寸为250mm250mm，取加劲肋的宽度为120mm，偏安全的取有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积：A=250（2120+10）=62500 验算接触面压应力：=R/A=1.584N/mm 49.53kN,故满足要求。（4）验算有竖腹杆节点板稳定：取受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离c=40mm。节点板厚度t=8，c/t=5。因为，故满足要求。7.4.3屋

14、脊拼接节点7(1) 焊缝尺寸验算 拼接角钢采用与上弦杆截面相同的2908。拼接角钢与上弦杆间连接焊缝的焊脚尺寸取=6mm。拼接接头每侧的连接焊缝共有四条，按连接强度条件需要每条焊缝的长度，取120mm。采用拼接角钢长2120+10=250mm,实际拼接角钢的长度可取为300mm。拼接角钢竖肢需切肢，实际切肢8+6+5=19mm。 按照规范要求，取弦杆相邻节间内力差和弦杆最大内力的15中的较大值。角钢肢尖角焊缝焊脚尺寸6mm，则角钢肢尖角焊缝的计算长度4003.16/3-26-10=399mm，=15291.29=43.70KN，偏心弯矩M=N（90- Z0）=2.84 验算： 满足要求。 （2

15、）验算有竖腹杆节点板稳定：取受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离c=100mm。节点板厚度t=8，c/t=12.5。因为，故满足要求。7.4.4下弦拼接节点9（1）拼接角钢采用与下弦杆截面相同的2807。拼接角钢与下弦杆间连接焊缝的焊脚尺寸取。拼接头每侧的连接焊缝共有四条，按连接强度条件需要每条焊缝的计算长度 拼接处弦杆端部空隙取为10mm，需要拼接角钢长度 为保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度=250 （2）拼接接头一侧下弦杆与节点板间连接焊缝计算 取接头两侧弦杆的内力差N和0.15Nmax两者中的较大值进行计算。N=78.21kN计算，偏心弯矩M=N（90- Z0）=4

16、.69。实际焊缝长度l1= l2=200。其计算长度 ：lw1= lw2=200-10=190（取）验算： 满足要求。（3）验算无竖腹杆节点板稳定：取受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离c=40mm。节点板厚度t=8，c/t=5。因此，,节点板的稳定承载力取为0.8=172.87KN，故满足要求。7.4.6下弦中央节点10下弦中央节点 拼接角钢与下弦杆用相同规格，选用2L80x7，下弦杆与拼接角钢之间的角焊缝的焊脚尺寸采用。则下弦杆与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为： ，取190mm，拼接角钢的长度为2190+10=390mm。下弦杆与节点板的连接焊缝按杆件内力的15计算。设肢

17、背肢尖焊缝的焊脚尺寸，则得焊缝长度为：肢背：肢尖：由上计算可知，下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是按构造要求确定的，取100mm。8. 双角钢杆件的填板数量计算：杆件长度l（mm ）杆件的回转半径 i（mm）填板最大间距节点间填板杆件名称杆件编号拉杆压杆填板数量间距80i(mm)40i(mm)1-2208227.6110426002-3208227.611042600上弦杆3-4208227.6110426004-5208227.6110426005-6208227.6110426006-7208227.6110426001-8329024.619682900下弦杆8-9329024.6196829009-10527024.61968215002-83-85-116-11斜腹杆4-8329013.8110429004-11329013.8110429009-11329015.3122429007-11329019.4155229004-9208215.36122500竖腹杆7-10