13钢结构设计计算书

《钢结构课程设计任务书》一、设计题目：焊接普通钢屋架设计二、普通钢屋架课程设计目的及要求通过钢屋架课程设计要求能掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法；能综合运用有关力学和钢结构课程所学知识，对钢屋架进行内力分析、截面设计和节点设计；掌握钢屋架施工图的绘制方法。三、课程设计资料1.建筑类别厂房总长度120m，檐口高度15m。厂房为单层单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C30。柱顶截面尺寸为400400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选择：6米2.屋架形式2.1三角形屋架1）属有檩体系：檩条采用槽钢10，跨度为6m，跨中设一根拉条φ10。2）屋架屋面做法及荷载取值（标准荷载值）永久荷载：波形石棉瓦自重0.20kN/m2檩条及拉条自重0.20kN/m2保温木丝板重22222d4cm0.25kN/me4cm0.38kN/mf8cm0.50kN/m10cm0.60kN/mh12cm0.70kN/m：厚：厚：厚g：厚：厚钢屋架及支撑重（0.12+0.011跨度）kN/m2可变荷载：屋面活荷载0.30kN/m2积灰荷载10.220.330.3540.4kN/m2注:1.以上荷载值均为水平投影2.A,B屋架的形式与尺寸见图12.2梯形钢屋架1）属无檩体系：采用预应力混凝土大型屋面板(1.5m6m)。2）屋架屋面做法及荷载取值（标准荷载值）永久荷载：防水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/m2找平层（2cm厚水泥砂浆）0.0220＝0.4kN/m2保温层（泡沫混凝土）：222d4cm0.25kN/me8cm0.50kN/mf12cm0.70kN/m：厚：厚：厚预应力大型屋面板：1.4kN/m2钢屋架及支撑重：(0.12+0.011跨度)kN/m2可变荷载：屋面活荷载0.70kN/m2积灰荷载6.045.034.023.01kN/m2注：1.以上数值均为水平投影值2.C形式及尺寸见图138723872560653403872387218721872387222256x2396187218723872287612.579913350150fedcbahjmgkA343723708525x25561501185012000343747404976343734371426230028542854230014262.51abcdefkhjm10301530153015301520003670377326002015320041814164585060001502850120001abcdefgh图13.钢屋架制作及安装条件1.钢屋架运送单元和支撑杆件均在金属加工厂制作，工地安装，采用手工焊接。2.预先划分钢屋架的运送单元，以便确定屋架拼接节点的位置。一般梯形屋架为两个运送单元，三角形屋架可分为三个运送单元。如图2图23.钢屋架与支撑杆件的连接采用普通螺栓。4.构件最大运输长度为16m，运输高度为3.85m。5.上下弦杆为连续杆件，角钢最大长度为19m。四、课程设计要求1.计算书完成计算书一份，内容包括：1.选题：柱距6米屋架形式（A～C）荷载取值（恒载，活载）BC2.选择钢材3.选择焊接方法及焊条型号4.绘制屋盖体系支撑布置图5.荷载计算及各杆内力组合6.杆件截面设计（由教师具体指定计算要求）7.屋架节点设计2.施工图1.绘制与屋架支撑相连接的钢屋架施工图一张2.图纸规格：1号图纸（594mm841mm）3.图面内容：○1屋架索引图（习惯画在图面左上角）比例尺取1：150～1：500○2屋架正面图（画对称的半榀）轴线比例尺：1：20或1：30○3上下弦俯视图杆件比例尺：1：10或1：15○4必要的剖面（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）○5屋架支座详图及零件详图○6施工说明○7材料表（可附在计算书中）○8标题栏（写明：题目、指导老师、姓名、班级、日期。）4.作图要求：采用铅笔或者计算机绘图；图面布置合理；文字规范；线条清楚，符合制图标准；达到施工图要求。5.设计完成后，图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订后一起上交。五.设计时间内力计算及荷载组合2天截面及节点设计3天绘制施工图4天计算书整理与施工图修正1天六.主要参考资料1.《钢结构设计规范》2.《工业与民用建筑荷载规范》3.标准图集《梯形钢屋架G511》4.《钢结构设计手册》中国建筑工业出版社5.《钢结构》陈绍番主编，中国建筑工业出版社A1H焊接普通钢屋架设计厂房总长度120m，檐口高度15m。厂房为单层单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C30。柱顶截面尺寸为400400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选择:6m。雪荷载为0.3kN/m2。1.屋架尺寸和檩条，支撑布置1.1屋架尺寸屋架计算跨度：mmll26700300270003000屋面倾角：°tan1/2.52148,sin0.3714,cos0.9285aacraa′屋架跨中高度：mmh5340)5.22/(26700上弦长度：mmalL14378)9285.0*2/(26700cos2/0节间长度：mma23966/14378节间水平投影长度：mmaaa22259285.02396cos38723872560653403872387218721872387222256x2396187218723872287612.579913350150fedcbahjmgk屋架几何尺寸（单位：mm）1.2檩条和支撑的布置根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节上(见下图)，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条10。根据厂房总长度120m，跨度27m，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑及垂直支撑，并在上弦及下弦各设三道系杆。上弦因有檩条亦可不设系杆，如图所示：2.桁架设计2.1荷载计算屋面坡度°°214825a′＜，雪荷载按不均匀分布最不2s1.250.3=0.375/kknm（）雪荷载与活荷载不同时考虑，取较大值，按雪荷载计算。作用在檩条上的均不线荷载为永久荷载：（坡面）波形石棉瓦：mkN/14.0709.020.0保温木丝板：mkN/50.0709.070.0檩条及拉条：mkN/20.0合计mkNgk/84.0雪荷载重10.3750.709cos0.24/kqaknm（）檩条均布荷载设计值：mkNaqgqgxx/401.03714.008.1sin)()(1111mkNaqgqgxx/003.19285.008.1sin)()(1111因檩条沿节间布置，先将檩条作为桁架集中荷载计算，再按经验公式计算桁架和支撑自重，最后折算为桁架上弦节点荷载。因为屋面坡度较小，风荷载为吸力，可不考虑风荷载和积灰荷载影响。檩条作用在桁架上弦的集中力kNqgQ48.6608.16)(11桁架和支撑自重，按轻屋盖估算mkNlg/267.07.2601.002节点荷载设计值kNagQP604.226975.1267.048.636322.2桁架杆件内力计算三角形桁架在半跨雪荷载作用下，腹杆内力不变号，故只需按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据《建筑结构静力计算手册》，对于十二节间桁架，55340/26700n，先查得杆件内力系数，再乘以节点荷载kNP604.22，即可得出杆件内力如图。最不利内力组合设计值见下表杆件名称杆件内力系数P=1内力设计值kNP604.22（kN）上弦杆AB-14.81-334.77BC-13.66-308.77CD-14.07-318.04DE-13.70-309.67EF-12.55-283.68FG-12.95-292.72下弦杆AH13.75310.81HJ11.25254.30JM7.50169.53腹杆HB-1.21-27.35HC-1.21-27.35HD2.5056.51JD-2.79-63.07KD2.5056.51KE-1.21-27.35KF-1.21-27.35KG6.25141.28KJ3.7584.77GM00上弦杆局部弯矩计算。按两跨连续梁计算mkNQlM/266.43/975.148.63/0端节间mkNMM/413.3266.48.08.001中间节间及节点mkNMM/560.2266.46.06.0022.3杆件截面选择2.3.1上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=−334.77kN（压力），查《钢结构设计手册》（中国建筑工业出版社），节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。计算长度：屋架平面内取节间轴线长度cmlox9.39屋架平面外根据支撑和内力变化取cmloy8.799.392因为oyoxll2，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。设60，查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表807.0。需要截面积：231929215807.01077.334mmfNA需要回转半径：cmlicmlioyyoxx33.1609.79,67.0609.39根据需要的A、xi、yi，查《钢结构设计手册》角钢型钢表，选用2L105075，cmicmicmAyx38.1,33.2,18.232。按所选角钢进行验算：1438.1/8.79/,1733.2/9.39/yoyyxoxxilil满足长细比：[]=150的要求。由于yx，只需要求出xmin，查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表，978.0x223/215/1482318978.01077.334mmNfmmNANx所选截面合适。2.3.2下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=310.81kN（拉力）计算长度，屋架平面内取节间轴线长度cmlox534屋架平面外根据支撑布置取cmloy1068计算需要净截面面积2314462151081.310mmfNAn选用2L10110180（短肢相并），cmicmicmAyx13.3,81.5,47.572验算：350][34113.3/1068/,350][9281.5/534/yoyyxoxxilil223/215/10657471081.310mmNfmmNAN所选截面合适。2.3.3斜杆截面计算（1）斜杆HB、HC、KE、KFN=-27.35kN（压力），cmllcmlloyox2.187,8.1498.0计算需要净截面面积231272151035.27mmfNAn选用2L336，cmicmicmAyx39.1,11.1,22.42验算：150][13539.1/2.187/,150][13511.1/8.149/yoyyxoxxilil由于yx，只需要求出yxmin，查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表，365.0x223min/215/178365.04221035.27mmNfmmNAN所选截面满足要求。（2）斜杆HD、KDN=56.51kN（拉力），cmllcmlloyox2.387,8.3098.0计算需要净截面面积232632151051.56mmfNAn选用2L330，cmicmicmAyx15.1,91.0,50.32验算：350][33715.1/2.387/,350][34091.0/8.309/yoyyxoxxilil223/215