2022年钢结构课程设计 .pdf

《2022年钢结构课程设计 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年钢结构课程设计 .pdf（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、钢结构课程设计一、设计资料某车间芬克式三角形普通钢屋架，车间为单跨厂房，全长120m。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱距6m，上柱截面尺寸为400 400mm，混凝土强度等级为C20。车间内设有一台起重量30t 的中级工作制桥式吊车，吊车轨顶标高为+12.00m。屋架跨度：21m 屋面坡度： 1：2.5 屋面材料：波形石棉瓦（0.2kN/m2 ）木丝板保温层（0.24kN/m2 ）10 槽钢檀条（0.1kN/m ） （檀条间距700800mm）屋面活荷载： 0.3kN/m2（）屋面雪载： 0.70 kN/m2（）屋架材料：采用Q235-A F 或 Q235-A 钢材（要求附加：保证冷弯试验性能和碳

2、的极限含量），焊条采用E43 系列型，手工焊。二、屋架的形式及尺寸的确定根据屋面所采用的屋面材料的排水需要采用芬克式三角形屋架（屋架形式如图1 所示） ，屋面坡度i=2.5，屋面倾角=arctan5 .21=21 48, sin =0.3714, cos =0.9285. 图 2.1：屋架跨度： L=21000mm 计算跨度：mmLL206004000屋架跨中高度：取 n=5 H=n20600=4120mm.屋架上弦总长 L=LO/(cos2)=20600/(2 0.9285)=11093.16mm. 根据构造要求上弦檀条的间距为700800mm，为尽量使屋架受节点荷载，将上弦划分为5 个节间

3、，节间长 度s=516.11093=2218.6mm. 节 间 水 平 投 影 长 度 为Q=S ? cos =1848.86 0.9285=1716.67mm . 屋架各杆的几何尺寸如下表1 所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 表 2.1 ：各杆件的几何尺寸：杆件n=5 杆件长度(mm) L=k ?H 长度系数k 150.539 2220.68 6， 7 0.215 885.8 8， 9 0.602 248

4、0.24 10 ， 11， 13 ， 14 0.580 2389.6 12， 15 0.870 3584.4 16 1.050 4326 17 1.000 4120 三、屋架、支撑及檩条布置1、屋架、支撑布置情况根据厂房总长为120mm,超过伸缩缝的最大间距100mm,需在厂中部设置伸缩缝一道。此外，根据屋盖支撑的布置需求，在厂房两端第二车间和厂房中部伸缩缝两侧的第二开间设置四道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，在跨中设置一道垂直支撑。该芬克式三角形普通钢屋架支撑布置图如图3.1 所示。图 3.1：（a）上弦横向水平支撑布置图（b）下弦横向水平支撑(c) 1-1 垂直支撑名师资料总结 - -

5、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 2、檀条的布置与计算上弦节间距离为2218.6mm， 根据檀条间距满足要求700-800mm，每节间放置两根檀条，檀条间距为2218.6/3=739.5mm ，并在跨中放置一道拉条。由于屋面活荷载与雪荷载一般不可能同时出现，故取值较大的雪荷载参加计算。拟采用10 型钢，查型钢表得，自重0.098KN/m， Wx=39.7cm4,Wy=7.8cm3,Ix=198 cm4. 3.2檀条的计算简图 3.3

6、 拉条支撑的布置1-屋架 2- 檀条3-屋脊4-撑杆 5-拉条 6-斜拉条四、荷载组合与内力计算1 . 永久荷载永久荷载查建筑结构荷载规范（GBJB-8T）附录，波形石棉瓦屋面重为0.2 KN/m2. 波形石棉网瓦重 0.2 0.7395=0.1478 kN/m木丝板保温层0.24 0.7395=0.1775 kN/m檀条和拉条重0.1 kN/mgk 0.4253 kN/m 2 . 可变荷载基本雪压s0=0.7 KN/m2, 查建筑结构荷载规范 （ GBJB-8T）得积雪分布荷载Ur=1.0, 则 qk=Sk 0.7395 cos=Urs00.7395 0.9258=1.00.7 0.7395

7、 0.9258 =0.48 kN/m. 檀条均布荷载设计值: g+q=rGgkrQqk=1.20.4253+1.4 0.48=1.18 kN/m 3 .屋架荷载计算屋架和支撑自重gk=0.01L=0.01 21=0.21 KN/m2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 檀条作用在屋架上弦的集中力 P=2(g+q) l/2=2 1.18 6=7.08 KN 将节点荷载简化成节点荷载后，节点荷载设计值P=3 7.08+

8、0.2161716.67=23.4 KN 4. 屋架杆件的内力计算（a）每节间一个集中荷载时的弯矩（b）每节间两个集中荷载时的弯矩图 4.1 上弦杆弯矩计算简图（1）上弦杆在节点荷载下的局部弯矩M0= Pl= 7.08 1.717=4.05 KN?m 端节点 M1=0.8 M0=3.24 KN?m 中间节间和中间节点M2=0.64.05=2.43 KN ?m （2）屋架杆件内力计算图 4.2 杆件内力图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - -

9、- - - - - - 表 4.2 屋架杆件内力计算表杆件名称杆件内力系数内力设计值(KN) 杆件名称杆件内力系数内力设计值上弦AB -12.12 -283.61 腹杆BG -0.93 -21.762 BC -11.75 -274.95 EK -0.93 -21.762 CD -9.52 -222.77 CH -1.56 -36.504 DE -11.00 -257.4 DH -1.56 -36.504 EF -10.63 -248.74 CG 1.25 29.25 下弦AG 11.25 263.25 DK 1.25 29.25 GH 10.00 234 HK 3.75 87.75 HJ 6.

10、25 146.25 KF 5.00 117 五、杆件的截面设计1.上弦杆根据屋架支承的布置（上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一通长水平柔性系杆，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连），上弦杆件的计算长度为：lox= loy=221.86cm。上弦杆采用等截面，取AB 杆最大内力 -283.61kN计算，查表得中间节点板厚为10mm，支座节点板厚为12mm。M1=3.24 KN?m M2=2.43 KN ?m截面A(cm2) ix(cm) iy(cm) W1x(cm3) W2x(cm3) 2100831.28 3.0

11、8 4.48 107.56 40.94 长细比x=lox/ix=221.86/3.08=72.03 =150 属于 b 类截面y=loy/iy=221.86/4.48=49.52 =150 属于 b 类截面所以，满足刚度要求。单轴对称的构件，绕对称轴的失稳为弯扭失稳，应计算换算长细比yzb/t=100/8=12.50.58 loy/b=0.58 2218.6/100=12.864226.1819 .3btltboyyz=421006 .186486.221181009. 3=57 分别有xyz可查得7384.08567.0yz塑性发展系数2 .1,05.121xxrr（1）弯矩作用平面内的稳定

12、验算端节点弦杆相当于两端支撑的杆件，其上作用弯矩和横向荷载使构件产生反向曲率，故等效弯矩系数85.0mx13.1114)1 .1/(22XExEAN48.3004.11913.11141095.2748.0156.10705.11024.385.01028.31784.01095.27425.11362322ExxmxNNwANxX=149.52N/mm2f=215 0.95=204.3 N/mm2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - -

13、- - - - - 13.111495.27425.111094.402.11024.385.08.3121095.27425.1136322EXXXXmxNNWMAN=87.90-81.07=33.97 f=215 0.95=204.3 N/mm222362322/215/13.14046.4957.901094.402. 11043.21028.3110611.283mmNmmNWrMANXxXn所以满足弯矩作用平面内的稳定（ 2）弯矩作用表面外的稳定验算915.023523574.490017.012350017.01yybf333111056.107915. 01024.385. 00

14、 .131288567.01095.274xbxxYWMAN= 102.6+28=130.6 N/mm2 f=215 0.95=204.3 N/mm2所以，平面外的稳定满足要求在节点 2 外，强度验算 : 46.4990.871094.402. 11043. 231281095.274363XXMAN=137.36f=2150.95 =204.3 N/mm22.下弦杆选择下弦杆选择采用等截面，按最大内力NAG=263.25KN 计算，查表得中间节点板厚为8mm，支座节点板厚为10mm。根据屋架支撑的布置，上弦杆横向水平支撑在房屋两端及伸缩缝处， 第一间内， 并在相应开间房架跨中设置垂直支撑，在

15、其余开间屋架下弦跨中设置一通长水平柔性系杆，上弦横向水平支撑在交点处与檀条相连。下弦杆件的计算长度屋架平面计算长度根据最大节间IJ，即 lox=4326mm 屋架平面外计算长度因仅在跨中有一道系杆loy=20600/2=10300mm 下弦杆采用等截面，取AG 杆最大内力为263.25KN 截面A(cm2) ix(cm) iy(cm) W1x(cm3) W2x(cm3) 275 514.52 2.32 3.36 39.46 14.6 长细比x=lox/ix=432.6/2.32=189.46 = 350 属于 b 类截面y=loy/iy=1030/3.36=306.5 =350 属于 b 类截

16、面所以，满足刚度要求。强度验算AN23/3.18114521025.263mmNf =2150.95=204.3 N/mm2 所以，满足强度要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3.腹杆选择受压杆件 1 BG EK 轴力(KN) 21.762 选用截面755 L(mm) 885.8 截面特性A(cm2)7.41 ix(cm)2.32 ixo(cm)2.92 iyo(cm)1.50 长细比iyo9.0l53.15

17、 允许高后比 150 单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.00150.68 轻型钢结构力降低的折减系数0.95 y0.84 强度验算ANy34.96 允许强度（N/mm2）0.680.95215=138.89 受压杆件 2 CH DH 轴力 KN 36.504 选用截面805 L(mm) 2480.24 截面特性A(cm2)7.91 ix(cm)2.48 ixo(cm)3.13 iyo(cm)1.60 长细比iyo9.0l139.5 允许高后比 150 单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.00150.81 轻型钢结构力降低的折减系数0.95 y0.347 强度验算ANy（N/mm2）133

18、 允许强度（N/mm2）0.810.95215=165.44 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 受压杆件 3 CG DK 轴力 KN 29.25 选用截面755 L(mm) 2389.6 截面特性A(cm2)7.41 ix(cm)2.32 ixo(cm)2.92 iyo(cm)1.50 长细比iyo9.0l143.38 允许高后比 150 单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.00150.815 轻型钢结构力降低

19、的折减系数0.95 y0.3188 强度验算ANy（N/mm2）123.8 允许强度（N/mm2）0.8150.95215=146.46 受压杆件 4 HK 轴力 KN 87.75 选用截面2805 l(mm) 3584.4 l0 x=0.8l(mm) 2867.52 l0y=l(mm) 3584.4 截面特性A(cm2)15.82 ix(cm)2.48 ixo(cm)3.13 iy(cm)3.56 x115.6 y100.68 允许高后比 150 单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.00150.7734 轻型钢结构力降低的折减系数0.95 x0.4604 强度验算ANy（N/mm2）120

20、.48 允许强度（N/mm2）0.7250.95215=148 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 竖腹杆FJ 轴力 KN 0 l(mm)4120 选用截面2635 截面特性A(cm2)12.28 ioy(cm)2.45 长细比ioy9.0l151 允许高后比 150 端部焊缝肢尖6-805-905-505-405-505-505-70肢背6-1505-1805-505-605-505-705-170填板每节间数（

21、）12022215204.3204.3138.89165.44146.46148146.460=N/A0137.36181.334.96133123.8120.4892.330长细比15035015015015015015015049.74306.553.15139.5143.38100.6867.1215172.03189.46115.677.08回转半径(cm4.483.361.501.61.53.563.562.45cm）3.082.322.923.132.922.482.48名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

22、 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - L 六、节点设计1.屋脊节点F: 取节点板厚t=8mm （1）KF 杆与节点的连续焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸，hf1= hf2=5mm 肢背 Lw1=mmhhNfe1661016057.021011775.02hf+311实取 170mm 肢顶 Lw2=mmhhNfe621016057 .01011725.02hf+312实取 70mm (2)FJ 端部焊缝取肢背和肢尖的焊脚尺寸，hf1= hf2=5mm，由于该杆内力为0，所以按构造布置焊缝，不做计算。（3）EF杆端部焊缝取肢背和肢尖的

23、焊脚尺寸，hf1= hf2=6mm肢背 Lw1=mmhhNfe1421216067 .021074.2487 .02hf+311实取 150mm 肢顶 Lw2=mmhhNfe5.671216067 .021074.2483.02hf+312实取 80mm （4）拼接角钢采用与上线相同截面的角钢， 肢背处割棱，竖肢切去 ?=t+hf+5=8+5+5=18mm，取?=20mm， 并将竖肢切口后经热弯成型对焊。街头一侧需要的焊缝计算长度为：计算长度(cm221.861030797.22223.22215358.44238.96370.8(cm221.86432.6206.752191.168截面面积

24、（ ）31.2814.527.417.917.4115.8215.8212.28选用截面210082755755805 755280528052635内力设计值（KN）N=-283.61M1=3.24M2=2.43263.25-21.762-36.50429.25-87.751170杆件编AB,BCCD,DEEFAGGHHJBGEKCHDHCGDKHKKFJF名称上弦下弦腹杆名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - L

25、w=mmhhNfe1021016057 .04107 .2482hf+431实取 110mm 拼接角钢总长度 Ls=2 Lw+2hf=230mm, 实取 300mm 了2.节点 K （1）EK取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm 肢背 Lw1=mmhhNfe1.391016057 .01076.2175.02hf+311实取 50mm 肢顶 Lw2=mmhhNfe7.191016057.01076.2125.02hf+312实取 50mm (2)DK取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm 了肢背 Lw1=mmhhNfe2.491

26、016057.01025.2975.02hf+311实取 50mm 肢顶 Lw2=mmhhNfe1.231016057.01025.2925.02hf+312实取 50mm (3) KH取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm肢背 Lw1=mmhhNhffe8.641016057.021075.877.023112实取 70mm 肢顶 Lw2=mmhhNhffe5 .331016057 .021075.873 .023122实取 50mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

27、 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3.下弦节点 H (1)DH 杆取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm肢背 Lw1=mmhhNhffe9 .581016057.010504.3675.03112实取 60mm 肢顶 Lw2=mmhhNhffe3.261016057 .010504.3625.03122实取 40mm(2) CH取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm肢背 Lw1=mmhhNhffe9 .581016057.010504.3675.03112实取 60mm

28、肢顶 Lw2=mmhhNhffe3.261016057 .010504.3625.03122实取 40mm (3)GH 杆取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm 肢背 Lw1=mmhhNhffe5.1741016057.021025.2637.023112实取 180mm 肢顶 Lw2=mmhhNhffe5 .801016057.021025.2633 .023122实取 90mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页

29、 - - - - - - - - - 4.上弦节点 B，（1）BG 杆取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1= hf2=5mm肢背 Lw1=mmhhNhffe1.391016057 .010762.2175.03112实取 50mm 肢顶 Lw2=mmhhNhffe221016057.010762.2125.03122实取 50mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 5. 上弦节点 C 杆端焊缝计

30、算从略，节点板尺寸如图所示。取节点板缩入深度为8mm，肢背塞焊缝承受集中荷载Ncu=1.2523.4=29.25kN，hf1=4mm，lw1=lw2=490-10=480mm =29.25103(2 0.7 4480)=10.88N/mm2f?ffw=1160=160 N/mm2肢间焊缝所承担弦杆内力差?N=274.95-222.74=52.21 kN ，偏心距e=10-3=7cm，偏心力矩 M=52.217=3.65 kN ?m ，采用 hf=5mm 则，对?N：f=52.21103（2 0.7 5480）=15.54 N/mm2对 M 有：f=2262/38.2748057. 021036

31、. 7626mmNLhMWe则焊缝强度为：2222/160/5 .3154.15138.27mmNmmN6.支座节点 A 上下弦杆端焊缝计算从略， 节点板尺寸如图所示， 为便于施焊取底板表面直下弦轴线距离为 140mm （1）底板计算支座反力R=5F=623.4=140.4 kN 根据构造要求，底板尺寸为250250，螺栓采用 M24，并用下图所示的U 形缺口。 C20 混凝土 fc=9.5 N/mm2，柱顶混凝土的压应力为：q=R/A0=140.4 103/(250 250- 2522-2 55 50)=2.31 N/mm2 fc=9.5 N/mm2( 满足要求 ) mmab5.017788

32、11查表得 =.058 M=qa12=0.0582.31 1772=4197.4N?mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 需要底板厚度：取f=205N/mm2按厚度在 16-40mm之间取值t=mmfM08.112054 .419766（2）加劲肋计算加劲肋采用厚度为10mm 的钢板，焊脚尺寸hf=6mm ，验算焊缝：V=R/4=140.4/4=28.08Kn M=Ve=28.081252=1755 Kn?m

33、m 222wf22wff/160/5 .61lh7.02lh7 .026mmNfmmNVMwf）（3 加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算取加劲肋切口宽度为15mm ，行风的总长度为： lw=2a+2(b-t-2c)-12hf=2250+2（250-10-215)-12 6=848mm f=2232/160/31.3284867 .022. 1104.140mmNfmmNlhRwfwef名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -