钢结构课程设计30m跨度

一、设计资料（1）某车间跨度为30m，厂房总长度102m，柱距6m，车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车，地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m；采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450×450mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材及焊条为：钢材采用Q345钢，焊条为E50型。（2）屋架计算跨度L。=30000-2×150=29700(3)跨中及端部高度：本设计为无檩屋盖体系，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m轴线处的端部高度h’=2000mm，屋架的中部高度h=3500mm.二、结构形式与布置屋架杆件的几何尺寸如图1所示图1屋架支撑布置见图2所示：图2三、荷载与内力计算1、荷载计算永久荷载：改性沥青防水层0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m2150厚加气混凝土保温层0.9kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2悬挂管道0.10N/m2屋架和支撑自重为0.120+0.011x30=0.45kN/m2总和3.65kN/m2可变荷载基本风压：0.40kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑）0.5kN/m2积灰荷载0.7kN/m2不上人屋面活荷载0.7kN/m2总和1.4kN/m2永久荷载设计值1.2×3.65KN/㎡=4.38KN/㎡可变荷载设计值1.4×1.4KN/㎡=1.96KN/㎡屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。2．荷载组合：设计屋架时应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦荷载P=(4.38KN/㎡+1.96KN/㎡)×1.5×6=57.06KN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦荷载P1=4.38KN/㎡×1.5×6=39.42KNP2=1.96KN/㎡×1.5×6=17.64KN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载屋架上弦荷载P3=0.45KN/㎡×1.2×1.5×6=4.86KNP4=(1.4×1.2+0.7×1.4)×1.5×6=23.94KN四、内力计算用图解法或数解法皆可算出屋架杆件在全跨荷载作用下的内力，如表4.1所示。杆件名称内力系数（F=1）杆件内力杆件名称内力系数（F=1）杆件内力上弦AB00斜腹杆aB-15.34-580.402BC,CD-15.35-580.905Bb8.82442.12DE,EF-18.19-9140975bD-7.55-379.755FG,GH-21.53-1082.96Dc5.36271.112HI-22.36-1124.71cF-4.22-212.755IJ,JK-22.73-1143.32Fd2.62131.775下弦ab6.33318.333dH-1.51-75.963bc15.36772.608He0.2914.588cd20.211016.566eg1.5376.99de22.131112.635gK2.17108.654ef21.241067.868gI0.5124.645竖杆Aa-0.56-27.665竖杆Jg-0.90-42.755Cb,Ec-1.01-50.3Ie-1.43-71.426Gd-0.97-49.294Kf0.031.002五、杆件设计腹杆最大内力为580.4kN，选用中间节点板厚度为=12mm，支座节点板厚度为14mm。5.1上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算。上弦IJ、JK杆件的内力最大,即N=-1160.8KN，屋架平面内取节点轴线长度lox=150.8cm，上弦横向水平支撑的节点长度loy=300cm根据屋架上弦杆平面内和平面外计算长度关系，采用等稳定性原则，上弦截面选用两个不等边角钢，短肢相并。假定长细比λ=60，查附录表4.2，可得稳定系数γ=0.807（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则截面几何特性为*A=fN.=1160.8*1000/(215*0.807)=6690.32mm根据截面几何特性查角钢规格表，选用2∟160×100×14，肢背间距a=12mm，则按所选角钢进行验算满足长细比小于等于[λ]=150的要求。σ=N/φA=119.30MP215MP故所选截面合适。填板在每个节间放一块，则填板间距满足要求。5.2下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的杆de计算，即N=1112.6kN.de杆平面内的计算长度lox=300cm；平面外的计算长度取纵向水平支撑点与系杆或系杆与系杆间的距离loy=29700/2=1485cm下弦杆是拉杆，则所需截面面积为因lox≤loy，故用不等边角钢，短肢相并，选用2∟140×90×12，此时按所选角钢进行验算5.3端斜杆aB杆件轴力N=580.4KN,计算长度lox=loy=2535mm,因为lox=loy，故采用不等边角钢，长肢相并，使，选用2∟140×90×10，则σ=N/φA=181.75MP215MP5.4腹杆eg和gk两杆在g节点处不断开，采用连续杆件。杆件轴力=108.65kN，=76.96kN，内力不大。如果考虑半跨荷载组合，则该腹杆受压，因此按受压长细比控制截面。再分式桁架中的斜腹杆平面内计算长度取节点中心间距lox=230.6cm；平面外计算长度近似取为loy=461.1cm.选用等边角钢组成的双角钢2∟70×5，则5.5竖杆Ie杆件轴力N=-71.43kN，lox=0.8×319=255.2cm，loy=319cm内力较小，按[λ]=150选择截面，需要的回转半径为查型钢表，选截面的和较上述计算值略大。选用2∟63×5，其几何特性为六、节点设计6.1下弦节点b设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸；然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸；最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。先算腹杆与节点板的连接焊缝：用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值200N/ｍ㎡1）Bb杆设Bb杆的肢背和肢尖焊缝为8mm和6mm（注释：这里肢背焊缝焊脚尺寸大于肢尖焊缝焊脚尺寸，主要是因为肢背焊缝承担的力较大），则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）为147.875mm取150mm,87.9mm,取90mm2）bD杆设bD杆的肢背和肢尖焊缝为8mm和6mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）为129.6mm,取130mm86.6mm,取90mm3）Cb杆Cb杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取4）根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为360mm×445mm。下弦节点板连接的焊缝长度为44.5cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差受力较大的肢背处的焊缝应力为弦杆的焊缝强度满足要求。6.2上弦节点BBb杆与节点板的焊缝尺寸和节点b相同。aB杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算。1）aB杆N=-580.4kN设aB杆的肢背和肢尖焊缝焊脚尺寸为10mm和6mm，则所需的焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）为158.9mm,取160mm126mm,取130mm2）为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝进行计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直，节点集中荷载P=50.3kN由槽焊缝单独承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受。肢背焊脚尺寸肢尖焊脚尺寸根据画出的节点详图（参考课本P208图7.51）确定上弦与节点板间的焊缝长度为460mm.上弦肢背槽焊缝内的应力为肢尖焊缝承担弦杆内力差6.3屋脊节点K弦杆一般采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够紧密结合，并便于施焊，需将拼接角钢.的尖角（棱角）削除，且截去垂直肢的一部分长度（一般为拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。1）拼接计算设焊缝为10mm，则接头一侧的连接焊缝总长度为拼接角钢的长度取700mm2×275.2=550.4mm2）弦杆与节点板连接焊缝的计算上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，由于节点荷载较小，验算可以省略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按照上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝=8mm，节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹板与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。6.4支座节点A为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面至支座底板顶面的距离不宜小于下弦角钢水平肢宽度和130mm。本设计中取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14mm.支座节点杆端焊缝采用相邻节点板上同一杆件的焊缝长度，按构造要求选择节点板尺寸。1）支座底板的计算锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板毛面积支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为其中，底板实际应力两相邻支撑之间的对角线长度为两相邻支撑的相交点到对角线的垂直距离为2）加劲肋与节点板连接焊缝计算偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，则焊缝内力为加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即━495×140×12），取焊脚尺寸为为6mm，验算焊缝应力则焊缝强度为3）节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用8mm，实际焊缝总长度焊缝设计应力钢结构课程设计姓名：班级：学号：