《钢结构基本原理》课程设计.docx

1、钢结构基本原理课程设计钢结构课程设计专业名称： 道路与桥梁年级班级： 1*级*班学生姓名： * * *指导教师： * * *河南理工大学土木工程学院钢结构屋架设计说明书（一） 设计资料武汉某厂机器加工车间单跨厂房的钢屋盖，跨度 30m，长度180m，柱距6m,车间内设有一台30t中级工作制桥式吊车。采用 1.5m 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，泡沫混凝土保温层，屋面坡度 i=l/10，屋架支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面 400mm 400mm，混凝土等级为C20。（二） 钢材和焊条的选用根据武汉地区的计算温度和荷载性质（静荷载），按设计规范要求，屋架钢材选用Q235B， 要求保证屈服点和含碳

2、量。焊条选用 E43型，手工焊。（三） 屋架形式、尺寸能支撑布置由于1.5m 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用梯形屋架。屋架端部高度： H。 2000mm算为60mm，几何尺寸如图所示。根据车间长度、跨度及荷载隋况，设置三道上、下弦横向水平支撑，因车间两端为山墙, 故横向水平支撑在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定， 下弦平面内的第一柱间也设置刚性系传递山墙的风荷载。在设置横向水平支撑的同一柱间， 设置竖向支撑三道，分别设在屋架的两端和跨中。屋脊节点用屋架支座处沿厂房设置通长刚 性系杆，屋架下弦跨中设一道通长柔性系杆（详见下图） ，凡与横向支撑连接的屋架编号为

3、GW.J-2，不与横向支撑连接的屋架编号为 GWJ-1。（四）荷载和内力计算柔性杆系屋架上弦横向水平支撑布置/I -In-n屋盖支撑布置图预应力钢筋混凝土在型屋面板（包括灌缝）1.21.421.68KN /m防水层（三毡四油，上铺小石子）1.20.40.48KN /m220mm厚水泥砂浆找平层1.20.40.48KN /m280mm泡沫混凝土保护层1.20.40.48KN /m2屋架和支撑自重1.20.4520.54KN /m1荷载计算（1）永久荷载屋面活荷载 1.4 0.7 0.98KN /m全跨永久荷载+全跨可变荷载节点荷载P F F2 41.76KN全跨永久荷载+ （左）半跨可变荷载P左

4、 Pi P2 41.76KN节点荷载 P右 P2 32.94 KN全跨屋架和支撑自重+ （左）半跨屋面板+ （左）半跨施工荷载（取等于屋面使P4(1.68 0.98) 1.5 6 23.94KN2内力计算用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数 L和B ,者相加得到全跨单位节点荷载作用下内力系数 ，然后乘以实际的节点荷载，得到相应的内力。屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、 竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第二种和第三种荷载组合作用下， 靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全跨荷载作用下所 有杆件的内力均应计算， 而在半跨荷载作用下仅需

5、计算近跨中的斜腹杆内力。计算结果列于下表 1-1。名称杆件编号P=1内力组合备注左半跨右半跨余跨最大计算拉力最大计算压力12345上弦AB0000BD-8.13-3.12-11.25-469.8DF-12.45-5.62-18.07-754.6FH-13.80-7.26-21.42-894.5HI-13.00-9.24-22.24-928.7IK-13.45-9.24-22.69-947.5下弦ab+4.45+1.57+6.02+251.4bc+10.68+4.45+15.13+631.8cd+13.37+6.64+20.01+835.6de+13.54+8.43+21.97+917.5ef+

6、10.54+ 10.54+21.08+880.3斜腹杆aB-8.32-2.93-11.25-469.8Bb+6.31+2.63+8.94+373.3bD-4.95-2.54-7.49-312.8Dc+3.27+2.25+5.52+230.2cF-2.04-2.19-4.23-176.6Fd+0.74+1.96+2.70+ 112.8dH+0.44-1.92-1.48+3.34-59.28He-1.38+1.74+0.36+43.41-31.29eg+3.65-2.05+ 1.60+95.16-41.3gK+4.37-2.05+2.32+115.89-37.8lg+0.650+0.65+27.1

7、竖腹杆Aa-0.500-0.5-20.88Cb-1.000-1.00-41.76Ec-1.000-1.00-41.76Gd-1.000-1.00-41.76Ie-1.500-1.50-62.64Jg-1.000-1.00-41.76Kf00000表1-1屋架杆件计算内力3杆件截面选择(1 )上弦杆。整个上弦不改变截面，按最大内力计算，Nik 947.5KN ,lox 150.8cm，loy 301.6cm. b2 4ac (取等于两块屋面板宽)，截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并根据腹杆的最大内力 NaB 469.8KN，查表取节点t 12mm，支座节点板厚t 14mm。假定 60,0.807

8、AN / f 947500/0.87 215 5065.5mm2ixlx/ 150.8/60 2.51cmiyly/ 301.6/60 5.02cm选用2L 160100 12短肢相并，如图2A 60.2cm2ix 2.82cm,iy7.82cm验算：x 150.8/2.8253.5150,y 301.6/7.8238.6150,x 0.844N / A 947500 / (0.844 6020)需要面积An 917500/215 4267.4 mm ,选2 L 140 90 10短肢相并（如图），端斜杆Ba。选用2L 100 10 （如图），其截面参数:下弦杆截面端斜杆截面2 2N / A

9、469800/(0.618 3852) 197.4N/mm f 215N/mm（四）斜腹杆Kg-ge。此杆是再分式桁架的斜腹杆，在 g节点处不断开，两段杆件内力不同：最大拉力:Nkg 115.89KN , Nge 95.16KN在桁架平面内的计算长度：|x 230.6cm,在桁架平面外的计算长度按公式计算：山.75 .25 = ) 461 (0.75 .25 缶)451cm选用2L 63 5A 12.28cm2,ix验算：x 230.6/1.94y 451/3.03N / A41300/(0.311(5)竖杆 Ie。 NIe62.64KN , l0x1.94cm, iy 3.03cm119 1

10、50,149 150, y 0.3112 21228) 108N / mm f 215N /mm0.8 319 225.2cm, l0y 319cm ,NIe 62.64KN ,内力较小选用2L 63 52A 12.28cm , ix 1.94cm,iy 3.03cm2215N /mm验算:x 255.2/1.94132150y 319/3.03105150, x 0.378N / A 62640/(0.371 1228) 137.5y yGd截面Kg ge, Ie 截面（六）竖杆Gd。Ned 41.76KN,lx 231.2cm,ly 289cm,因为内力较小，可按 选择，需要回转半径：ix

11、 231.2 1.54cm,iy 空9 193cm，按ix、iy查型钢表，选用 ,150 y 150其截面参数：A 9.6cm2,ix 1.53cm 1.54cm,iy 2.53cm 1.93cm。其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，其计算过程见表 1-2.表1-2 屋架杆件截面选择（节点板厚t=12）名称杆件内力计算长度截面形式截面面回转半径长细比容许长稳定计算编号KNloxloy和规格积cmixiyxy细 比系数应力N / mm2上弦IK-947.5150.8301.6L 16050.62.867.7853391500.842222100 10下弦de-917.53001485L 14

12、044.52.566.8411721735020290 10斜aB-469.8253.5253.5L 100 831.33.084.5682561500.675222腹Bb+373.3208.6260.8l 90 621.22.794.137563350158杆bD-312.8229.5286.9L 90 621.22.794.1382701500.675218De+230.2228.7285.9l 63 512.31.943.0411894350168cF-176.0250.3312.9l 75 514.82.333.15107891500.511232Fd+112.8249.5311.9l

13、 50 59.61.532.53163123350105dH-59.28271.6339.5l 63 512.31.943.041401121500.345140He+43.41270.8338.5l 63 512.31.943.041401121500.34574-31.29eK+115.9230.6451l 63 512.31.943.041191491500.311108-41.3ig24.34166.3207.9l 50 59.61.532.531098235025竖Aa-20.88199199l 50 59.61.532.53130791500.38756腹Cb-41.76183.2

14、229l 50 59.61.532.53120911500.437100杆Ec-41.76207.2259L 50509.61.532.531351021500.365119Le-62.64255.2319l 63512.31.943.041321051500.378135Jg-41.76127.3159.5L 5059.61.532.5383631500.66765Kf0314.1314.1L 63512.3minmax=24.5=1284.节点设计(1)下弦节点“ b”(如下图)各杆内力见表1-1。这类节点的设计是先计算腹杆与节点板的连接焊缝尺 寸，然后按比例绘出节点板的形状，量出尺寸，然

15、后验算下弦杆与节点板的连接 焊缝。下弦节点Db杆的肢背和肢尖分别采用8mm和6mm，肢背2 0.7 hf ffW0.7 3128002 0.7 8 160122 mm，取 140mm肢尖lwk2N2 0.7 hfffw0.3 3128002 0.7 6 16070mm，取 70mmCb杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定， hf 5mm。根据上面求得的焊缝长度，并按构造要求留出间隙及装配误差，按比例绘出节点绘出节点大样图， 确定节点板尺寸为310mm 380mm。下弦杆与节点板连接的焊缝长度为 380mm，hf 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 N 631.8 251.4 380.4K

16、N，则肢背的应力为:满足强度要求上弦节点Bb杆与节点杆的连接焊缝尺寸和 B节点相同。Ba杆与节点板的连接焊缝尺 寸按同样的方法计算， Wa 469.8KN ，肢背和肢尖焊缝分别采用hf 10mm和 6mm。肢背 k1N 0.7 469800lw 1 w 147mm，取 150mm2 0.7hf ff 2 0.7 10 160肢尖, k2N 0.3 469800lw - w 105mm，取 110mm2 0.7hf ffw 2 0.7 6 160为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进肢背 8mm，用塞缝连t 接，这是 hf 6mm，J lw 360 10 350mm。承受集中力 P 41

17、.76KN，2则f 142N/mm2 ffw 160N/mm22 0.7 6 350肢尖焊缝承担弦杆内力差 N 469800 0 469800N ,偏心距 e 10 2.5 7.5cm偏心力矩 M N e 469800 75 35235000N ?mm, hf 10mm，则计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取 hf 5mm,需要焊缝长度:故按构造决定节点板长度。（4）支座节点“ a” （如图）支座底板的计算支座反力：R 10P 10 41.76 417.6KN支座底板按构造要求取用28cm 39cm。若仅考虑有加劲肋部分的底板作为有效面积，则底板承受的均布反力为：支座节点底板的厚度按两邻板自由

18、的板计算： a1 、（140一12/2）21002 172mm ,b1 100 134 78mm，172b1 / a178/1720.454查表得0.051，则板的单位宽度的最大弯矩为：M2qa1 0.051 6.252172 9430N ?mm底板厚度：t,6M6 9430 廿, 16.2mm,取t 20mm 215底板尺寸：390mm 280mm 20mm加劲肋与节点板的连接焊缝计算一个加劲肋连接焊缝所承受的偏心荷载，偏安全地取屋架支座反力的四分之，即:V R/4 417600/4 104400NM V 100/2 5220000N?mm设焊缝hf 8mm，焊缝计算长度lw 450 10 440mm，贝U:3 YA2绅曲叫曲(3)节点板、加劲肋与底板的焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R 417.6KN ,加劲肋和节点板厚12mm,底板厚 20m m,焊脚尺寸取为hf 8mm焊缝总计算长度焊缝应力lw 2 (280 2 8) 4 (100 15 2 8) 784mmf0.7hf lw 0.7 8 784 95.12N/mm ff 160N/mm，满足要求