钢结构课程设计.docx

钢结构课程设计.docx

《钢结构课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构课程设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

钢结构课程设计

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700~800mm）

屋面活荷载：

0.3kN/m2（↓）

屋面雪载：

0.70kN/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=arctan=2148,sin=0.3714,cos=0.9285.

图2.1：

屋架跨度：

L=21000mm计算跨度：

屋架跨中高度：

取n=5H==4120mm.

屋架上弦总长L=LO/（cos×2）=20600/（2×0.9285）=11093.16mm.根据构造要求上弦檀条的间距为700~800mm，为尽量使屋架受节点荷载，将上弦划分为5个节间，节间长度s==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：

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

1~5

0.539

2220.68

6，7

0.215

885.8

8，9

0.602

2480.24

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

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=198cm4.

3.2檀条的计算简图

3.3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0.2KN/m2.

波形石棉网瓦重0.2×0.7395=0.1478kN/m

木丝板保温层0.24×0.7395=0.1775kN/m

檀条和拉条重0.1kN/m

gk0.4253kN/m

2.可变荷载

基本雪压s0=0.7KN/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=Urs0×0.7395×0.9258=1.0×0.7×0.7395×0.9258

=0.48kN/m.

檀条均布荷载设计值:

g+q=rGgkrQqk=1.2×0.4253+1.4×0.48=1.18kN/m

3.屋架荷载计算

屋架和支撑自重gk=0.01L=0.01×21=0.21KN/m2

檀条作用在屋架上弦的集中力P=2×（g+q）×l/2=2××1.18×6=7.08KN

将节点荷载简化成节点荷载后，节点荷载设计值

P=3×7.08+0.21×6×1716.67=23.4KN

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=4.05KN•m

端节点M1=0.8M0=3.24KN•m

中间节间和中间节点M2=0.6×4.05=2.43KN•m

（2）屋架杆件内力计算

图4.2杆件内力图

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

6.25

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=3.24KN•mM2=2.43KN•m

截面

A（cm2）

ix（cm）

iy（cm）

W1x（cm3）

W2x（cm3）

2∟100×8

31.28

3.08

4.48

107.56

40.94

长细比λx=lox/ix=221.86/3.08=72.03<[λ]=150属于b类截面

λy=loy/iy=221.86/4.48=49.52<[λ]=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yz

b/t=100/8=12.5<0.58loy/b=0.58×2218.6/100=12.86

==57

分别有可查得

塑性发展系数

（1）弯矩作用平面内的稳定验算

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

=149.52N/mm2

=87.90-81.07=33.97

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

=102.6+28=130.6N/mm2

所以，平面外的稳定满足要求

在节点2外，强度验算:

=137.36

=204.3N/mm2

2.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）

2∟75×5

14.52

2.32

3.36

39.46

14.6

长细比λx=lox/ix=432.6/2.32=189.46<[λ]=350属于b类截面

λy=loy/iy=1030/3.36=306.5<[λ]=350属于b类截面

所以，满足刚度要求。

强度验算

所以，满足强度要求。

3.腹杆选择

受压杆件1

BGEK

轴力（KN）

21.762

选用截面

∟75×5

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

53.15

允许高后比[]

150

单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.0015

0.68

轻型钢结构力降低的折减系数

0.95

0.84

强度验算

34.96

允许强度（N/mm2）

0.68×0.95×215=138.89

受压杆件2

CHDH

轴力KN

36.504

选用截面

∟80×5

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

139.5

允许高后比[]

150

单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.0015

0.81

轻型钢结构力降低的折减系数

0.95

0.347

强度验算（N/mm2）

133

允许强度（N/mm2）

0.81×0.95×215=165.44

受压杆件3

CGDK

轴力KN

29.25

选用截面

∟75×5

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

143.38

允许高后比[]

150

单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.0015

0.815

轻型钢结构力降低的折减系数

0.95

0.3188

强度验算（N/mm2）

123.8

允许强度（N/mm2）

0.815×0.95×215=146.46

受压杆件4

HK

轴力KN

87.75

选用截面

2∟80×5

l（mm）

3584.4

l0x=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

x

115.6

y

100.68

允许高后比[]

150

单面连接角钢强度的折减系数0.6+0.0015

0.7734

轻型钢结构力降低的折减系数

0.95

x

0.4604

强度验算（N/mm2）

120.48

允许强度（N/mm2）

0.725×0.95×215=148

竖腹