钢结构课程设计 .doc

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1、钢结构设计原理课程设计计算书专业班级 结构101 学生姓名 艾颖 金伟 李卫军 周颖 指导教师 高菲 目录 1、设计资料01 2、屋架形式与布置01 2.1屋架的形式与几何尺寸01 2.2屋架的支撑布置023、 荷载计算及荷载组合023.1 荷载计算023.2 荷载组合034、内力计算及内力组合045、桁架杆件设计046、节点设计13 6.1下弦节点“A”13 6.2 上弦节点“B”15 6.3 屋脊节点“C”17 6.4 支座节点“D”19附录A 内力组合表23附录B桁架杆架选择表241、设计资料某车间跨度21m，如图1所示，柱距为6m，厂房总长度为90m，车间内设有一台50t、一台20t中

2、级工作制软钩桥式吊车，冬季室外最低温度-20度，屋面采用1.5m x 6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层和二毡三油防水层，屋面活荷载标准值0.7 Kn/m2,雪荷载标准值0.5 Kn/m2，积灰荷载标准值0.75 Kn/m2.桁架采用梯形钢桁架，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸450 mm x 450mm,混凝土强度等级为C25.钢材采用Q235B级，焊条E43型，手工焊。屋面基本资料：屋面均布活荷载标准值0.7 Kn/m2雪荷载标准值0.5 Kn/m2积灰荷载标准值0.75 Kn/m2风荷载标准值0.45 Kn/m2混凝土抗压设计强度12

3、.5N/mm2.2、屋架的形式与布置2.1、屋架形式及几何尺寸因屋面采用预应力屋面板，屋面坡度i=1:10,故宜采用梯形屋架。屋架计算跨度应取l=l-2X150,屋架尺寸如图： 屋架计算跨度：L0=L-300=20700mm 屋架端部高度H0=2005mm 屋架跨中高度：H=H0+L0/2i= 3040mm 图2.1桁架的形式与几何尺寸2.1、支撑布置根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。 图2.2桁架的支撑布置3、荷载计算及荷载组合3.1、荷载计算屋面均布

4、活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料知屋面均布活荷载大于雪荷载，故 计雪荷载。永久荷载标准值：屋架沿水平投影面分布的自重：0.117+0.011L=0.117+0.011x21=0.348KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4KN/m2二毡三油防水层 0.35KN/m220mm厚找平层 0.02m20KN/m3=0.4KN/m280mm厚泡沫混凝土保温层 0.08m6KN/m3=0.48KN/m2永久荷载标准值总和： 2.978KN/m2可变荷载标准值：屋面均布活荷载标准值 0.7KN/m2积灰荷载标准值 0.75KN/m23.2、载荷组合本课程设计只考虑下列三种荷载组合钢结构考虑两种组合：

5、恒荷载效应控制的组合，活荷载效应控制的组合，每种情都 要算，取最不利的组合。全跨恒荷载+全跨活荷载假设积灰荷载起主要作用，节点荷载为：屋面均布活荷载组合值系数0.7积灰荷载组合值系数0.9（查规范）假设屋面均布活荷载荷载起主要作用由恒荷载效应控制的组合，节点荷载：F=50.8617KN、全跨恒载+半跨活载由活荷载效应控制的组合时：全跨节点永久荷载为32.1624KN半跨节点可变荷载为17.325KN由恒荷载效应控制的组合时：全跨节点永久荷载36.1827KN半跨节点可变荷载14.675KNF1=36.1827KN,F2=14.675KN、屋架及支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载此时屋面板重

6、视为活荷载，施工阶段，由活荷载效应控制的组合起控制作用。由活荷载效应控制的组合时全跨节点永久荷载为：1.2x0.384x1.5x6=4.1472KN半跨节点可变荷载：屋面板自重荷载组合值系数规范没有，屋面均布活荷载起控制作用时：屋面板起控制效应时：由恒荷载效应控制的组合时全跨节点永久荷载：1.35x0.0.348x1.5x6=4.6656kN半跨节点可变荷载：（0.7x1.4x1.4+0.7x1.4x0.7）x1.5x6=18.522KN显然，由活荷载效应控制组合比由恒荷载效应控制组合起控制作用4.1472+23.8144.6656+18.522可见第三种荷载组合是由可变荷载效应控制F3=4.

7、1472KN,F4=23.814KN4、内力计算及内力组合由电算解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F作用于全跨，左半跨，右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1。 5、桁架杆件设计1) 上弦杆整个上弦采用等截面设计，按上弦各杆件之最大内力设计。N=-626.62KN上弦杆计算长度，在桁架平面内，为节点间轴线长度Lox=150.75cm在桁架平面外，根据支撑及内力变化情况，取Loy=437.17cm因为loy2lox，所以截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，腹杆最大内力N=-402.95KN，所以节点板厚度选用10mm，节点支座板厚用12mm，设=65，得=0.78需要的截

8、面积为A=N/f=626.62KN/(0.78*215N/mm2)=3824.63mm2绕x轴回转半径ix=lox/=1507.5mm/65=23.19mm绕y轴回转半径iy=loy/=4371.7m/65=67.26mm根据需要的A,ix，iy，查角钢规格表，选2L1409010A=44.52，iy=6.77cm，ix=2.561cm 图5.1上弦截面截面验算满足刚度要求由yx,根据y=64.57，b类截面，查表得，=0.7826满足整体稳定性要求。2) 下弦杆整个下弦采用同一截面按最大内力所在的4杆计算，有Nmax=614.99KN，lox=300cm，loy=1035cm所需截面面积An

9、=N/f=N/215N/mm2=2927.53mm2根据面积选角钢2L1006310，A=30.93cm2，iy=5.02cm，ix=1.745cm 图5.2下弦截面截面验算因为AAn，满足强度要求满足刚度要求3) 端斜杆12杆件轴力N=-N,计算长度lox=loy=253.02cm所需面积：绕x轴回转半径ix=lox/=253.02cm/65=3.89cm绕y轴回转半径iy=loy/=ix根据面积选角钢截面验算x=lox/ix=253.02cm/2.74cm=92.34=150y=loy/iy=253.02m/4.13cm=61.26=150满足刚度要求由x=92.34，b类截面，查表得=0

10、.606N/A=N/0.60634.33cm2=193.69N/mm2An，满足强度要求满足刚度要求5) 腹杆14杆件轴力N=-N,计算长度loy=286.42cm，lox=229.14cm所需面积An=N/f=N/0.78*215N/mm2=1271.26mm2绕y轴回转半径iy=loy/=286.42cm/65=4.41cm根据面积选角钢 图5.3 14杆截面 截面验算y=loy/iy=286.42cm/4.05cm=70.72x=lox/ix=229.14m/2.79cm=82.13满足刚度要求由x=82.13，b类截面，查表得=0.674N/A=N/0.67421.27cm2=148.

11、71N/mm2An，满足强度要求x=lox/ix=229.14cm/1.72cm=133.22=350y=loy/iy=286.42cm/2.69cm=106.48=350满足刚度要求7) 腹杆16杆件轴力N=-81.89KN,计算长度loy=312.37cm，lox=249.90cm所需面积绕y轴回转半径iy=loy/=312.37cm/65=4.81cm根据面积选角钢截面验算y=loy/iy=312.37cm/4.48cm=65.08x=lox/ix=249.90cm/3.08cm=81.14满足刚度要求由x=81.14，b类截面，查表得=0.680N/A=81890N/0.6831.28

12、cm2=39.41N/mm2An，满足强度要求满足刚度要求由得，=0.624An，满足强度要求满足刚度要求由得=109.79，=0.494f=215N/mm2满足整体稳定性要求10) 腹杆19杆件轴力N=-5.86KN,计算长度loy=l=229cm，lox=0.8l=183.2cm所需面积：绕y轴回转半径：选角钢2L806，A=18.79cm2，iy=3.65cm，ix=2.47cm截面验算满足刚度要求由x=74.17,b类截面，查表得=0.725满足整体稳定性要求11) 腹杆20杆件轴力N=-50.86KN,计算长度loy=l=259cm，lox=0.8l=207.2cm所需面积：绕y轴回

13、转半径：选角钢截面验算满足刚度要求由x=89.70,b类截面，查表得=0.623满足整体稳定性要求12) 腹杆21杆件轴力N=28.95KN/-50.86KN,计算长度loy=l=289cm，lox=0.8l=231.2cm所需面积：绕y轴回转半径：选角钢截面验算满足强度要求满足刚度要求由x=93.6，b类截面，查表得=0.6满足整体稳定性要求13) 腹杆22杆件轴力N=-32.39KN,计算长度loy=l=304cm，lox=0.8l=243.2cm所需面积：A=32.39KN/(0.78215)N/mm2=193.14mm2绕y轴回转半径：iy=304cm/65=4.68cm选角钢 图5.

14、4 22杆截面截面验算x=243.2cm/2.31cm=105.28=150y=304m/3.45cm=88.1=189.95mm支座底板的平面尺寸采用280mm400mm仅考虑有加劲肋部分的地板承受支座反力，则承压面积为280mm292mm柱顶混凝土的强度验算地板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算节点板和加劲肋将地板分成四块，每块板为两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为M=,为系数，由b1/a1查表而定，b1为两支撑边的相交点到对角线a1的垂直距离。由相似三角形的关系得b1=98.80，b1/a1=0.51，a1=193.79查表得=0.06022底板厚度t=14.7

15、8mm取20mm加劲肋与节点板的连接焊缝计算偏于安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的0.25，即0.25R=0.25364.43KN=91.12KN,则焊缝内力为则焊缝应力为节点板，加劲肋与地板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力，其中每块加劲肋各传0.25R，节点板传递0.5R。节点板与底板的焊缝长度所需焊脚尺寸Hf=182.24KN/0.7528mm160N/mm21.22=2.52mm取hf=8mm加劲肋与底板所需焊脚尺寸Hf=91.12KN/0.7208mm160N/mm21.22=3.20mm取hf=8mm附录A、内力组合表杆件名称内力系数第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件

16、内力/KN全跨左半跨右半跨FF1+F2F1+F2F3+F4F3+F4下弦1 4.13 3.02 1.11 210.06 193.75 165.72 89.05 43.56 210.06 2 9.83 6.65 3.14 499.97 453.26 401.76 199.13 115.54 499.97 3 12.09 7.36 4.73 614.92 545.46 506.86 225.41 162.78 614.92 4 11.93 5.93 6.00 606.78 518.68 519.71 190.69 192.36 606.78 上弦5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

17、 0.00 0.00 0.00 0.00 6 -7.53 -5.33 -2.20 -382.99 -350.67 -304.74 -158.16 -83.62 -382.99 7 -7.53 -2.66 -1.10 -382.99 -311.49 -288.60 -94.57 -57.42 -382.99 89-11.37 -7.37 -4.00 -578.30 -519.55 -470.10 -222.66 -142.41 -578.39 1011-12.32 -6.90 -5.42 -626.62 -547.03 -525.31 -215.41 -180.17 -626.62 斜腹杆12

18、-7.74 -5.66 -2.08 -393.67 -363.11 -310.58 -166.89 -81.63 -393.67 13 5.86 3.97 1.88 298.05 270.29 239.62 118.84 69.07 298.05 14 -4.46 -2.65 -1.81 -226.84 -200.26 -187.94 -81.60 -61.60 -226.84 15 2.84 1.23 1.60 144.45 120.81 126.24 41.07 49.88 144.45 16 -1.61 -0.06 -1.56 -81.89 -59.13 -81.15 -8.11 -43

19、.83 -81.89 17 0.37 -1.03 1.39 18.82 -1.73 33.79 -22.99 34.64 34.64/-22.9918 0.76 2.12 -1.36 38.65 58.61 7.54 53.64 -29.24 58.61/-29.24竖杆19 -1.00 -1.00 0.00 -50.86 -50.86 -36.18 -27.96 -4.15 -50.86 20 -1.00 -1.00 0.00 -50.86 -50.86 -36.18 -27.96 -4.15 -50.86 21 -1.00 -1.00 1.39 -50.86 -50.86 -15.78 -

20、27.96 28.95 28.95/-50.8622 0.00 0.00 -1.36 0.00 0.00 -19.96 0.00 -32.39 -32.39 23 -0.50 -0.50 0.00 -25.43 -25.43 -18.09 -13.98 -2.07 -25.43 表中F=50.86KN，F1=36.1827KN，F2=14.675KN,F3=4.1472KN,F4=23.814KN杆件计算内力/KN截面规格截面面积/cm2计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力（N/mm2）名称编号loxloyixiyyxy上弦6-626.622L140901044.52150

21、.75437.172.5616.7758.8664.571500.783184.09下弦4614.922L100631030.9330010351.7455.02171.92206.18350复杆12-393.672L90834.33253.02253.022.744.1392.3461.261500.606193.6913298.052L56816.78221.2261.342.794.0579.2868.2735021.3514-226.842L90621.27229.14286.422.794.0582.1370.721500.674148.7115144.452L56510.83229

22、.14286.421.722.69133.22106.4835016-81.892L100831.28249.9312.373.084.4881.1465.081500.6839.411734.64/-22.992L90621.27249.9312.372.794.0589.5777.11500.624171.31858.61/-29.242L80618.79271.19338.992.473.65109.7992.871500.49430.9419-50.862L80618.79183.22292.473.6574.1762.741500.72538.2220-50.862L75617.59207.22592.313.4589.775.071500.62347.512128.95/-50.862L80618.79231.22892.473.6593.679.181500.646.1822-32.392L75617.59243.23042.313.45105.2888.11500.46230.8623-25.432L63614.58160.4200.51.932.9883.1167.281500.66726.77附录B，杆件截面选择表