钢结构课程设计计算书Word下载.docx

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三毡四油

0.4

0.54

找平层

保温层

0.650.45

0.87750.6075

屋架和支撑自重

0.351

0.474

永久荷载总和

3.2013.001

4.321354.0515

屋面活荷载

0.7

0.98

可变荷载

0.80.6

1.120.84

可变荷载总和

1.51.3

2.11.82

设计屋面荷载时，考虑以下三种荷载组合：

（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载：

F=（4.32135+2.1）*1.5*6=57.7952.84KN

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载：

F1=4.32135*1.5*6=38.8936.46KN

F2=2.1*1.5*6=18.916.38KN

（3）全跨屋架自重+半跨屋面自重+半跨屋面活载：

F3=0.474*1.5*6=4.266KNF4=（1.89+0.98）*1.5*6=25.83KN

其中，

（1）

（2）为使用节点荷载，（3）为施工阶段荷载。

四、内力计算：

上述三种荷载组合作用下的计算简图如下。

由单位荷载作用下各杆的内力值计算其内力组合：

五、

杆件设计：

（1）上弦杆：

整个上弦杆采用等截面角钢，按最大设计内力的FG杆设计。

N=-643.6KN，计算跨度l0x=l0=1.5M，l0y=3*l0=3*1.5M=4.5M。

选择两不等肢角钢，断肢相并。

腹杆最大内力aB，N=-406.02KN，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚选用14mm。

由于双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类截面。

取λ=60。

查表得，稳定系数φ=0.807，则所需的截面面积为：

A=N/（φf）=643.6*100/（0.807*215）=3709

查表选取2L140*90*10角钢。

回转半径ix=25.6mm，iy=68.4mm。

A=4460mm。

按所选角钢验算如下：

λx=l0x/ix=1500/25.6=58.6<

60满足。

因为此截面为单轴对称截面构件，绕对称轴应取换算长细比λy。

b1/t=140/10=14<

0.56*l0y/b1=0.56*4500/140=32.14,故可近似取

λyz=λy=l0y/iy=4500/68.4=65.8<

[λ]=150。

满足要求。

由于λyz=λy>

λx,故只需求φyz，查表得：

φyz=0.776，

N/（φyz*A）=643.6*1000/（0.776*4460）=185.96N/

<

f=215N/

（2）下弦杆：

整个上弦杆采用等截面角钢，按最大设计内力的FG杆设计。

N=632.07KN，计算跨度l0x=l0=3M，l0y=20700/2=10350mm。

所需截面面积：

A=N/f=632.07*1000/215=2939.9

选用2L100*80*10，采用断肢相并，如图：

截面特征：

ix=23.5mm，iy=48.5mm，A=3440mm。

长细比计算：

λx=l0x/ix=3000/23.5=127.66<

[λ]=350

λy=l0y/iy=10350/48.5=213.4<

由于b1/t=100/10=10<

0.56*l0y/b1=0.56*10350/100=57.96,故可近似取

λyz=λy=l0y/iy=10350/48.5=213.4<

[λ]=350。

（3）

端斜杆：

杆件轴力N=-406.02KN，计算长度l0x=l0y=2530mm。

因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，尽量保证l0x=l0y。

A=N/f=406.02*1000/215=1888.47

选用2L100*80*10，截面特征如下：

λx=l0x/ix=2530/23.5=107.66<

[λ]=150

λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<

由于b1/t=100/10=10<

0.56*l0y/b1=0.56*2530/100=14.17,故可近似取

λyz=λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<

查表得，换算长细比φyz=0.749，则

N/（φyz*A）=406.02*1000/（0.749*3440）=157.6N/

f=215N/

（4）腹杆设计：

腹杆设计选材与斜杆类似。

杆件最大压应力取N=-406.02KN，最大拉应力N=306.9KN。

计算长度l0x=l0y=2530mm。

N/（φyz*A）=406.02*1000/（0.749*3440）=157.6N/

拉应力：

σ=N/A=306.9*1000/3440=89.2N/

（5）竖杆设计：

杆件轴力为N=-52.84KN，计算长度l0x=0.8*l=0.8*2802.25=2241.8mm。

l0y=l=2802.25mm。

由于杆件内力较小，按λ=[λ]=150来选择截面，则需要的回转半径为：

ix=l0x/[λ]=2241.8/150=14.95mm

iy=l0y/[λ]=2802.25/150=18.68mm

查表选择2L62*5，所选截面特征如下：

ix=19.4mm，iy=30.4mm，A=1228.6mm。

截面验算：

λx=l0x/ix=2241.8/19.4=115.56<

λy=l0y/iy=2802.25/30.4=92.2<

因为，b1/t=63/5=10<

0.56*l0y/b1=0.56*2802.25/63=25.8,故可近似取

λyz=λy=l0y/iy=2802.25/30.4=92.2<

查表得，换算长细比φyz=0.607，则

N/（φyz*A）=52.84*1000/（0.607*1228.6）=70.85N/

其它各杆件截面的选择可参考上述设计计算。

六、节点设计：

节点设计步骤：

由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即hf和lw，然后根据lw的大小比例绘制出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦节点与节点板的连接焊缝。

E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值为：

=160N/

。

（1）下弦节点“c”设计：

设“cB”杆肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：

肢背：

lw=0.7*N/（2*he*

）=0.7*306.9*1000/（2*0.7*8*160）=119.88mm，取120mm。

肢尖：

：

lw=0.3*N/（2*he*

）=0.3*306.9*1000/（2*0.7*3*160）=68.5mm，取70mm。

设“cD”杆肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：

）=0.7*232.97*1000/（2*0.7*8*160）=91mm，取100mm。

）=0.3*232.97*1000/（2*0.7*3*160）=52mm，取60mm。

设“cb”杆焊缝尺寸为5mm。

根据上面求的的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及支座和装配等误差，按比例绘制详图。

从而确定节点板尺寸为：

400mm*300mm。

下弦与节点板连接的焊缝长度为400mm，焊缝长度为6mm。

焊缝所受的内力分左右两个弦杆的内力差：

△N=514.87-216.64=298.23KN

受力较大的肢背处的焊缝应力为：

=0.75*298.23*1000/【2*0.7*6*（400-12）】=68.6N/

=160N/

焊缝强度满足要求。

（2）下弦节点“B”设计：

对“Bb”杆和节点的焊缝尺寸与节点“b”相同。

计算及验算方法如上。

肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm。

对“aB”杆肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm，内力N=-406.02KN。

则所需的焊缝长度为：

lw=0.65*N/（2*he*

）=0.65*406.02*1000/（2*0.7*8*160）=147.3mm，取100mm。

lw=0.35*N/（2*he*

）=0.35*406.02*1000/（2*0.7*6*160）=105.7mm，取60mm。

上弦肢尖焊脚尺寸hf=8mm。

上弦肢背焊脚尺寸为hf=6mm.承受的集中荷载P=52.84KN。

上弦肢背焊缝处的的应力为：

σ=P/（2*0.7*hf*lw）=52.84*1000/【2*0.7*8*（400-12）】=16.2N/

0.8*1.22*160=156N/

肢尖焊缝承担的内力差：

△N=99.12KN，则

=99.12*1000/【2*0.7*8*（400-16）】=23.05N/

（3）屋脊节点“H”设计：

弦杆一般都采用同号角钢，为了使拼接板角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角消除，可以靠节点板来补偿。

拼接角钢与受压上弦杆之间的角焊缝hf=10mm，则一条焊缝所需的焊缝长度为：

lw=634.6/（4*0.7*8*160）=177mm。

取180mm。

拼接角钢长度：

ls=2*（lw+2*hf）=2*（180+2*8）=392mm。

肢尖焊缝：

hf=8mm，取节点板长度为400mm。

lw=300/2-2*8-2*8=118mm，取150mm。

焊缝应力：

=0.15*634.6*1000/（2*0.7*8*150）=56.67N/

=6*0.15*634.6*1000*（90-21.2）/（2*0.7*8*150*150）=155.93N/

=

=139.81N/

（4）下弦拼接节点

算法与下弦节点“c”算法相同。

（5）支座节点“A”：

为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。

在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为12mm。

1、支座底板的计算：

支座反力R=369.88KN。

设支座底板采用200mm*300mm。

混凝土强度等级为C30，fc=14.3N/

支座底板下混凝土受压强度验算：

q=R/A=369.88*1000/（200*300）=6.16N/

fc=14.3N/

每块板单位长度跨度：

M=q*a*b：

a=

=152.4mm，b=120*94/152.4=74mm

M=q*a*b=6.16*152.4*74=69470N/

底板厚度为：

t=

=44mm

取t=45mm。

2、加劲肋与节点板的连接焊缝计算：

加劲肋与节点的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如图：

偏于安全假定一个加劲肋的受力大小为屋架支座反力的1/4，即N=369.88/4=92.47KN。

M=92.47*120/2=5..55KN*M

设焊缝焊脚尺寸为hf=6mm，焊缝计算长度lw=570-20-12=538mm。

σ=5.55*1000000/（2*0.7*6*538^2）=13.7N/

3、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：

设焊缝传递全部支座反力R=369.88KN,焊脚尺寸为hf=6mm，实际的焊缝长度为lw=N/（2*0.7*hf*

）=369.88*100/（2*0.7*6*160）=275.2mm。

取lw=300mm。

=N/（0.7*hf*lw）=369.88*1000/[2*0.7*6*（300-12）]=152.9N/

七、屋架施工图：