钢结构课程设计任务书和计算书.docx

1、钢结构课程设计任务书和计算书第一部分 钢结构课程设计任务书一、基本要求1、 每位同学务必按分组要求做，并在计算书中注明组别；2、 计算书参考教材中例题，但内力计算图解法应用计算机绘制；3、 图纸不得相互拷贝，为1号图；4、 计算书中应有屋架支撑布置图；5、 课程设计成绩单列，不计入钢结构课程成绩内；6、 课程设计应由学生本人于2016年7月10日前，交到指导老师。二、 课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计三、 设计资料1、 车间柱网布置图（L84m）。2、 屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。3、 屋面采用1.56m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）

2、。4、 柱距6m。5、 荷载：1) 屋架自重（120+11L）N/m2，其中L为屋架高度；2)基本荷载表：荷载类型序号荷载名称重量静载1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1500 N/m22防水层380 N/m23找平层20mm厚400 N/m24保温层970 N/m25支撑重量80 N/m2动载1活载700 N/m22积灰荷载800 N/m23雪荷载500 N/m2四、 设计要求1、 设计屋面支撑布置（要求对整间厂房进行布置，写入计算书）；2、 计算屋架杆件设计内力（选取典型一榀屋架，写入计算书）；3、 设计杆件截面；4、 设计不少于5个的典型节点；5、 绘制屋架的结构施工图（1号图纸）。五

3、、 内力计算考虑下面三种情况1、 满载（全跨静荷载加全跨活荷载），正常使用中;2、半跨屋面板荷载和半跨活荷载（活荷载400 N/m2）和全跨屋架自重,在吊装过程中出现最不对称内力。3、全跨静荷载和半跨活荷载，在使用过程中最不对称。六、 注意事项 1、 学生在计算书封皮必须显示自己的组别。且在计算书工程概况中写清具体数值（如2013土木工程03班25号同学的组别为：第二组25）。 2、 图纸、计算书必须由指导老师签字方能视为有效。 3、 图纸内容包括： 屋架计算简图（内力、尺寸）； 半跨屋架正面图，上下弦杆俯视图，端竖杆、中央竖杆侧面图，屋架支座俯视图，必要的零件大样图； 材料表； 图纸说明 梯

4、形钢屋架支撑布置如图所示：第二部分、钢屋架设计计算组别：丙IIIbB、动载1、3， 2484m、C20混凝土。由于采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用平坡梯形屋架。屋架计算跨度：L。=L-300=23700mm 屋架端部高度：H。=1800mm 计算高度：h=1813mm屋架跨中高度: H =H。+(L。/2)i=1800+(23700/2) (1/11)= 2880mm屋架高跨比： H/L。=2880/23700= 1/8.23屋架坡度：i=1/111.荷载计算为使屋面节点受荷，配合屋面板1.5米宽，腹杆体系大部分采用下弦节间为3米的下承式屋架。在跨中腹杆的倾角满足要求，可不必采

5、用再分式杆系。屋架跨中起拱L/50050mm,几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2）动载取活载加雪荷载（1200N/m）。屋架沿水平投影面积分布的自重，按经验公式P(12011L) = 0.384 N/m。永久荷载标准值：预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝）1.5 kN/m2防水层0.38kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层0.4 kN/m2保温层0.97kN/m2支撑重量0.08kN/m2屋架自重（120+1124）/1000=0.384N/m2可变荷载标准值：屋面活载加雪活载1.20kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面

6、积计算。永久荷载设计值：1.2（1.5+0.38+0.4+0.97+0.08+0.384）4.457kN/m2可变荷载设计值：1.41.21.68kN/m2荷载总重4.457+1.68=6.137 kN/m22内力计算 组合一：全跨恒荷载+全跨活荷载 P=6.1371.56 = 55.231 kN组合二：全跨恒荷载+半跨活荷载 P1=4.4571.56 = 40.113 kN；P2=1.681.56 = 15.12 kN组合三：全跨屋架自重+半跨屋面板荷载+半跨活荷载（0.4 kN）P3=1.20.3841.56 = 4.147 kN; P4=（1.21.5+1.40.4）1.56 = 24.

7、24 kN由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载。计算简图如下屋架构件内力组合表内力系数 P=1组合一P=55.233KNN=P组合二P1=40.113KNP2=15.12KN N左=P1+ P2；N右=P1+ P2组合三P3=4.147KN；P4=21.24KN; N左=P3+ P4；N右= P3+ P4不利组合全跨左半跨右半跨上弦杆AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000BC-9.640-6.906-2.734-532.4-491.1-428.0-186.6-98.0-532.4CD-9.640-6.906-2.734-532.4-491.

8、1-428.0-186.6-98.0-532.4DE-14.964-9.999-4.965-826.5-751.4-675.3-274.4-167.5-826.5EF-14.964-9.999-4.965-826.5-751.4-675.3-274.4-167.5-826.5FG-16.878-10.144-6.734-932.2-830.4-778.8-285.4-213.0-932.2GH-16.878-10.144-6.734-932.2-830.4-778.8-285.4-213.0-932.2HI-16.342-8.171-8.171-902.6-779.1-241.3-902.6下

9、弦杆ab5.2333.8531.380289.0268.1230.7103.551.0289.0bc12.7558.8533.902704.5645.5570.6240.9135.7704.5cd16.21210.3385.874895.4806.6739.1286.8192.0895.4de16.8039.3467.457928.1815.3786.8268.2228.0928.1斜腹杆aB-9.145-6.733-2.412-505.1-468.6-403.3-180.9-89.1-505.1Bb7.1314.9392.192393.9360.7319.2134.476.1393.9bD-

10、5.607-3.511-2.096-309.7-278.0-256.6-97.8-67.7-309.7Dc3.8201.9661.854211.0183.0181.357.655.2211.0cF-2.524-0.732-1.792-139.4-112.3-128.3-26.0-48.5-139.4Fd1.1540.4531.60763.739.470.64.838.963.770.6dH0.0151.581-1.5660.824.5-23.133.6-33.233.6-33.2He-1.100-2.5191.419-60.8-82.2-22.6-58.0-25.6-82.2-60.8竖 杆a

11、A-0.500-0.5000.000-27.6-27.6-20.0-12.7-2.1-27.6bC-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2cE-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2dG-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2eI-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2杆件截面设计1.上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N-932.2kN上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度

12、lox1506mm；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取loy215063012mm,因为loy2lox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力NaB-505.1kN,查教材表7-4，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。假定60，按3号钢，轴心受压构件（查附表）属于b类截面，0.807需要截面面积AN/f932.2103/（0.807215）5372.7mm2 需要的回转半径为：ix1506/6025.1mm iy3012/6050.2mm根据A、ix、iy查不等肢角钢规格表,选用 2L18011010, A5680mm2, ix31.3mm, iy58.1m

13、m.按所选角钢进行验算：x1506/31.348.1 150 y3012/58.151.8 150（满足要求）由于yx，只需求出min=y,查轴心受力稳定系数表y0.852N/yA932.2103/(0.8525680)=192.6N/mm2215 N/mm2 所选截面合适，垫板每个节间设一块。2下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N928.1kN。按下弦支撑布置情况：计算长度Lox3000mm,Loy6000mm计算下弦截面净面积：An928.1103/2154316.7mm2 选用2L1409010（短肢相并），A4460mm2 ix25.6mm iy44.7mm.x3000/25.6=

14、117.19=350; y6000/44.7=134.23=350. 928.1103/4460=208.1 N/ mm2215 N/ mm2 所选截面满足要求。 3端斜杆N-505.1kN, 因为loxloy2359mm，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。如选用2L10014，则A5252mm2 ix30.0mm，iy46.8mm 验算： x=2359/30.0=78.6 150 y=2359/46.8=50.4 150 0.701 N/A=505.1103/(0.7015252)137.19N/mm2215N/mm2 满足要求。4竖杆IeN-55.2kN， lo0.9l0.92880

15、2592mm 中间竖杆最小应当选用2L634的角钢，并采用十字形截面，则A996mm，ixo24.6mm xolo/ ixo2592/24.6105.36150 0.523=55.2103/(0.523996)=105.97 N/mm2215 N/mm2满足要求。5.竖杆GdN-55.2kN， lox0.8l0.826102088mm loy2610mm可按选择,需回转半径 ix2088/150=13.92mm iy2610/150=17.4 mm 按ix, iy查表选用2L506 A=1138 mm2 , ix15.1mm,iy25.6mm.其余各杆截面选择计算过程不一一列出,见下表屋架杆件

16、截面选择(节点板厚t=12mm)杆件编号杆内力kN计算长度mm截面形式及角钢规格截面积mm2回转半径长细比容许长细比系数min应力= N/ mm2loxloyIxmmIymmxy上弦-932.2150630122L18011010568031.358.148.151.81500.852-192.6下弦928.1300060002L1409010446025.644.7117.19134.23350208.1斜腹杆aB-505.123592L10014525230.046.878.650.41500.701137.2Bb393.9199024882L9010343227.442.172.658.

17、13500.736155.9bD-309.7213326662L1008312830.845.569.258.61500.757-131Dc211.0213326662L1008312830.845.569.258.635089.11cF-139.4231528942L9010343227.442.187.568.71500.638-63.6Fd63.770.6231528942L635122819.430.4119.3495.203500.442117.3130.1dH33.6-33.2250231282L635122819.430.4128.99102.891500.39269.80-69

18、.0He-82.2-60.8250231282L635122819.430.4128.99102.89350-171-126竖 腹 杆Aa-27.61632 2L63499619.630.283.2554.031500.66841.48Cb-55.2165620702L506113815.125.6109.6780.861500.49997.2Ec-55.2187223402L506113815.125.6123.9791.41500.416116.6Gd-55.2208826102L506113815.125.6138.28101.951500.353137.41Ie-55.225922L6

19、3499624.6105.361500.523105.97八、节点设计1.下弦节点 b 根据各杆内力表,设计这类节点的步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw然后按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/mm2， Bb杆的肢背和肢尖焊缝hf8mm和6mm，N=393.9 kN所需焊缝长度为：肢背：(0.7393.9103)/ (20.78160)+10163.8取170mm肢尖：(0.3393.9103) / (20.76160)+1097.9mm，取100mm Db杆的肢背和肢尖分别采

20、用8mm和6mm, N=309.7kN肢背:(0.7309.7103) / (20.78160)+10=130.98 mm,取140mm肢尖:(0.3309.7103) / (20.76160)+10=79.13 取80mm Cb杆的内力很小，N=55.2KN 。焊缝尺寸可接构造确定取hf5mm. 焊缝长度50mm。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配误差，按比例作出节点详图，从而确定节点板尺寸为310380mm。 下弦节点板连接的焊缝长度380mm，hf6mm，焊缝所受的力为左右下弦杆的内力差NNbc-Nba=704.5-289415.4kN，所需焊缝长度：肢背:(

21、0.75415.4103) / (20.78160)+10=183.8 mm,取190mm肢尖:(0.25415.4103) / (20.76160)+10=87.27 取90mm受力较大的肢背处背焊缝应力为f(K1N)/(20.7hf lw)=(0.75415.4103)/(20.76(380-10)=100.24 N/mm2160N/mm2.焊缝强度满足要求。2.上弦节点：B Bb杆与节点板的连接焊缝尺寸和B节点相同。 Ba杆与节点板的连接尺寸按同样方法计算, NBa505.1KN,肢背和肢尖焊缝分别采用：hf10mm和 hf6mm肢背 (0.7505.1103)/(20.710160)+

22、10167.8mm，取180mm肢尖(0.3505.1103)/(20.76160)+10122.7mm，取140mm 上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P与上弦垂直。P55.2 kN，hf12/26mm，根据斜杆焊缝长度确定节点尺寸，得节点板尺寸 470310mm 焊缝计算长度lw47010460mm，则肢背焊缝应力为：f55.2103/(20.76460)14.3N/mm2ftw160N/mm2肢尖焊缝承受弦杆内力差N532.4-0.0=532.4 kN 偏心距e1

23、0025.174.9mm偏心力矩MNe532.410374.939880000Nmm，采用hf8mm则fN/2helw532.4103/(20.78470)101.14N/mm2f6(639880000)/(20.784702)96.7N/mm2129N/mm2160 N/mm2满足强度要求。3屋脊节点H（1）弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角,截去垂直肢的一部分：=t+hf+5mm设焊缝为8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算，N=-902.6KN .每条焊缝长度为：902.6103/（40.78160）+

24、10261.8mm，取270mm拼接角钢总长L=2270+20=560mm,垂直肢切去=t+hf+5=23,取25mm并按上弦坡度热弯。(2)计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取hf =5mm=(2N Sin5.7-P)/(80.7 hf *f)=(2932.21030.099-55.2103)/（50.78160）=28.88 mm.按构造决定节点板长度。4.下弦跨中节设计e跨中起拱高度约50 mm下弦节头设于跨中节点处,连接角钢取与下弦相同截面2L1409010mm.hf=8mm,l=+10=(928.1103/40.78160)+10mm.取L=270 mm,连接角钢长度L=2270+1

25、4=526 mm.取530 mm肢尖切去=t+hf+5=14+18+5=27mm, A=2714=378mm截面削弱A/A=378/3050=12%15%,满足要求,下弦杆与节点板,斜杆与节点板之间连接焊缝均按构造设计,因屋架跨中高度较大,需将屋架分成两个运输单元,在屋脊和下弦跨中设置工地拼接节点,左半边的上弦,斜杆,竖杆与节点采用工厂焊,右半边的手工焊,腹杆与节点连接焊缝计算方法与以上几个节点相同.5.端部支座节点a（1）支座底板的计算。支座反力R10P1055.2=552kN 按构造要求采用底板面积为ab280390mm 如仅考虑加劲肋部分底板承受均布反力为:q=R/An=552000/280214=9.212 N/mm2 fc=10 N/mm2 则底板的厚度按两邻边支撑,而另两邻边自由的板计算, a1(140-12/2) 2+1002=172mmb1=100134/172=78 mm, b1/ a1=78/172=0.454查表=0.051, 则板的单位宽度的最大弯距为：Ma1 2 =0.0519.2121722=13899 N.mm. 底板厚度t19.6mm，取t20mm.底板尺寸-39028020 mm (2)加劲肋与节点板的连接焊缝计算:，厚度取中部节点板相同（即8010460），一个加劲肋的连接焊缝所承受