《钢结构设计》课程设计计算书厦门班.docx

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《钢结构设计》课程设计计算书厦门班

《钢结构设计》课程设计任务书

厦门2009级土木工程函授

学院名称：

福建工程学院姓名：

王光耀学号：

0950619623

一、题目：

设计某车间屋盖（无吊车、无天窗、无振动设备）

二、设计资料：

1、车间柱网布置图（L×150m），如图1：

图1　　柱网布置图

2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶

3、屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。

（屋面板不考虑作为支撑用）

4、柱距6m，厂房跨度L=27m。

5、采用梯形钢屋架：

A组。

屋架几何轴线图如图2所示：

图2屋架几何轴线

三、荷载：

1、屋架自重＝（0.12+0.011*27）=0.417kN/m2，

2、永久荷载标准值分类情况（kN/m2）（不含屋架自重）

情况

1

qGk

2.5

情况

1

qQk1

0.5

3、可变荷载标准值分类情况（kN/m2）

四、内力计算考虑下面三种情况

1、满载（全跨永久荷载加全跨可变荷载）

恒载：

2.5+0.417=2.917kN/m2

活载：

0.5kN/m2

2、在吊装过程中可能出现的半跨屋面板荷载和半跨可变荷载和全跨屋

架自重。

恒载：

2.5/2+0.417=1.667kN/m2

活载：

0.25kN/m2

3、在使用过程中全跨永久荷载和半跨可变荷载

恒载：

2.5+0.417=2.917kN/m2

活载：

0.25kN/m2

5、设计屋面支撑布置图

本屋面结构为梯形屋架，跨度为27m。

1.上下弦支撑布置图

2纵向支撑布置图

3.杆件复核

CG1，CG2，CC1:

φ114*3.0，Q235B。

i=39.3mm，λ=6000/39.3=152.67<200，满足要求；

SC1:

φ20，Q235B。

满足构造要求；

ZXZC1，ZXZC2：

L70*5.0，Q235B。

i=21.6mm，λ=3500/21.6=162.04<200，满足要求。

综上，屋面支撑体系布置完毕，结构满足设计要求。

6、屋架杆件内力图

由3种工况中，以满载作为最不利工况进行内力分析。

节点所受内力为：

（1.4*2.917+1.2*0.5）*1.5*6=42.2KN.

屋架杆件内力图如下:

7、杆件的选择

1.上弦杆

由内力图可知，上弦杆最大内力N为488.47KN；

平面内计算长度lox=13200mm；

平面外计算长度loy=1500mm。

选用2L125X8.0双角钢，截面面积A=3950mm^2

回转半径iox=77.6mm

回转半径ioy=54.8mm

强度f=N/A=123.67N/mm^2

λx=lox/iox=170.10<200

Λy=loy/ioy=27.37<200

故上弦杆满足要求。

2.下弦杆

由内力图可知，下弦杆最大内力N=483.61KN;

平面内计算长度lox=13200mm；

平面外计算长度loy=13200mm。

选用2L140X10.0双角钢，截面面积A=5480mm^2

回转半径iox=86.8mm

回转半径ioy=67.6mm

强度f=N/A=88.25N/mm^2

λx=lox/iox=152.07<200

Λy=loy/ioy=195.27<200

故下弦杆满足要求。

3.腹杆（与支座连接处）

由内力图可知，该腹杆最大内力N=318.15KN;

平面内计算长度lox=2519mm；

平面外计算长度loy=2519mm。

选用2L125X8.0双角钢，截面面积A=3950mm^2

回转半径iox=77.6mm

回转半径ioy=54.8mm

强度f=N/A=80.55N/mm^2

λx=lox/iox=32.46<200

Λy=loy/ioy=45.97<200

故腹杆满足要求。

4.腹杆（其余）

由内力图可知，腹杆最大内力N=230.37KN;

平面内计算长度lox=4489mm；

平面外计算长度loy=4489mm。

选用L100X6.0单角钢，截面面积A=1190mm^2

回转半径iox=31.0mm

回转半径ioy=20.1mm

强度f=N/A=193.59N/mm^2

λx=lox/iox=144.80<300

Λy=loy/ioy=223.33<300

故腹杆满足要求。

8．连接节点设计

所有焊缝均为双面胶焊缝，焊缝高度为6mm。

1.支座设计

（1）预埋锚栓选用2-M24,布置如节点图所示。

（2）支座反力R=285.67KN

支座底板面积An=a*b-Ao=400*300-2*908=118184mm^2

假定混凝土柱采用C25混凝土，fy=12.5N/mm^2

R/fy=22853.6mm^2

柱底均匀反力q=R/An=2.42N/mm^2

M=0.5*q*（0.5*a）^2=12100N*mm

=18.3mm，实际取20mm

（3）加劲板假定厚度为12mm，焊脚高度为6mm，焊缝长度为550mm。

剪力

=61.215KN，弯矩

=9.18KN*m

则竖向连接角焊缝中应力为

=61215/（0.7*6*（550-2*6-15）=27.87N/mm^2

=6*9180000/（0.7*6*（550-2*6-15）^2）=47.94N/mm^2

=48.18N/mm^2，满足要求

2.上弦节点

（1）腹杆与节点板的焊缝（K1=0.7，K2=0.3；焊缝高度6mm）：

肢背：

=0.7*318.15/（2*0.7*6*140）=189.38mm，实际取210mm，

肢尖：

=0.3*318.15/（2*0.7*6*140）=81.16mm，实际取100mm；

肢背：

=0.7*230.37/（2*0.7*6*140）=137.13mm，实际取150mm，

肢尖：

=0.3*230.37/（2*0.7*6*140）=58.77mm，实际取80mm；

肢背：

=0.7*175.47/（2*0.7*6*140）=104.45mm，实际取120mm，余同

肢尖：

=0.3*175.47/（2*0.7*6*140）=44.76mm，实际取70mm；余同

（2）弦杆与节点板的焊缝

计算该节点时，应考虑上弦杆内力与集中荷载的共同作用，为连接方便一般角钢肢背采用槽焊，肢尖采用角焊缝，计算时采用以下近似假设：

A、弦杆角钢肢背槽焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条角焊缝hf1=0.5t计算（图8）：

=42200/（2*0.7*6*140）=35.88N/mm^2<136.64N/mm^2

B、弦杆角钢肢尖的两条角焊缝承担相邻弦杆的内力差

=306.16KN及其产生的偏心矩

=19.14KN*m

=306160/（2*0.7*6*400）=91.12N/mm^2

=6*19140000/（2*0.7*6*400*400）=67.51N/mm^2

=106.61N/mm^2<140N/mm^2，满足要求

3.下弦节点

腹杆焊缝同上弦，弦杆与节点板的焊缝无外荷载时仅受相邻节间内力差

=220.07KN，具体计算如下：

肢背：

=0.7*220070/（2*0.7*6*140）=131.0mm，实际取150mm（余同）

肢尖：

=0.3*220070/（2*0.7*6*140）=56.14mm，实际取150mm（余同）

4.屋脊节点

此节点处左右弦杆断开，需要拼接件拼接。

拼接件一般与上弦杆同截面，同时将角钢的棱角截去并把竖向肢的部分切除。

（1）拼接计算

拼接角钢与受压弦杆的连接按最大受压弦杆内力计算，每边共有4条焊缝平均承担此力，

因而焊缝长度为

=488470/（4*0.7*6*140）=207.70mm，

则拼接角钢长度：

ls=2（lw+2hf）+20=460mm

（2）弦杆与节点板的连接焊缝

计算时假定节点力P由上弦角钢肢背的槽焊缝承担，按

=42200/（2*0.7*6*207）=24.27N/mm^2<0.8*1.22*140=136.64N/mm^2

满足要求；

肢尖的受力按上弦内力的15％计算，并计入其产生的弯矩

=0.15*488470/（2*0.7*6*207）=42.14N/mm^2

=0.15*488470*70/（2*0.7*6*207*207）=14.25N/mm^2

=43.73N/mm^2<140N/mm^2

满足要求。

5.下弦拼接节点

此节点处左右弦杆断开，需要拼接件拼接：

与下弦杆同截面，将角钢的棱角截去并把竖向肢的部分切除。

（1）拼接计算

拼接角钢与下弦杆角钢共有4条焊缝，按截面的抗拉强度承载力

=5480*140=767200N进行连接计算：

=767200/（4*0.7*6*1400）=326mm

拼接角钢长度：

ls=2（lw+2hf）+20=700mm

（2）连接焊缝

下弦与节点板连接焊缝受力N按下弦较大内力的15％和两侧下弦的内力差两者中较大值56.43KN来计算。

肢背：

=0.7*56430/（2*0.7*6*140）=33.60mm，实际取340mm

肢尖：

=0.3*56430/（2*0.7*6*140）=14.40mm，实际取340mm

综上，所有屋架体系计算书，其结果均满足设计要求。

详屋架详图及节点图。