电大钢结构设计计算书作业

1北京广播电视大学钢屋架课程设计计算书姓名学号教学点指导教师日期成绩2北京电大《钢结构》课程〖普通钢屋架〗课程设计一、设计资料要求按下列条件设计某车间的屋架和布置屋盖支撑。车间跨度18m，长90m，柱距6m。采用普通梯形钢屋架，屋面坡度1/10，上铺1.5×6m钢筋混凝土大型屋面板，保温层采用8cm厚泡沫混凝土（γ=5KN/m3），水泥砂浆找平层2㎝及三毡四油防水层。屋架简支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400㎜，混凝土强度等级C20。地区雪压标准值0.45KN/㎡，冬季计算温度-29℃，不考虑地震设防。二、钢材和焊条的选用屋架采用焊接连接，根据设计规范要求，可选用Q235.B.F，材料应保证抗拉强度、伸长率、屈服点，冷弯试验和常温冲击韧性以及S.P.C含量合格。焊条采用E43型，手工焊，屋架锚栓和屋架与支撑连接用C级螺栓。三、屋架形式和几何尺寸由于采用1.5×6m大型屋面板和卷材屋面，i＝1/10，故采用缓坡梯形屋架。屋架计算跨度：l0＝l－300＝1800－300＝17700㎜屋架端部高度取h0＝1515㎜跨中高度h＝h0＋i×l0/2＝1515＋0.1×17700/2＝2400㎜屋架高跨度比h/l0＝2.4/17.7＝1/7.42符合经济高度(1/6～1/10)要求。为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，上弦节点水平间距取1.5m。屋架各杆件几何尺寸见图1。图1屋架的几何尺寸（参考图）四、屋盖支撑布置参见钢结构教材P191—1933图2屋架支撑的布置（参考图）五、荷载和内力的计算表1.荷载计算汇总表编号荷载名称标准值KN/m2设计值KN/m2备注12345防水层（三毡四油，上铺小石子）找平层（2㎝厚水泥砂浆）8cm厚泡沫混凝土隔气层（一层油毡刷油两遍）预应力钢筋混凝土大型屋面板（包括灌缝）屋架自重，包括支撑（0.12＋0.011l）0.40.40.40.051.40.318沿屋面坡向分布同上同上同上同上沿水平面分布恒荷载总重2.9681.2×2.968＝3.562因屋面坡度小，故1～6项可直接相加使用荷载雪荷载0.70.45沿水平面分布同上活荷载总重0.71.4×0.7＝0.98取7、8项中的较大者节点荷载计算使用阶段：P恒=3.562×1.5×6=32.058KN4P活=0.98×1.5×6=8.82KN阶段施工（半跨安装屋面板时）：P′恒=1.2×0.318×1.5×6=3.4344KNP′活=（1.2×1.4＋1.4×0.7）×1.5×6=23.94KN在半跨单位力作用下用图解法求杆力系数，图解结果见图3；并列表求使用和施工阶段各杆件在全跨恒载和半跨活载作用时的杆力和杆力组合得到的计算杆力值，见表2。图3图解法求内力（参考图，具体以各自绘制为准）表2杆件内力组合表ABCDEabcdFG5杆件名称杆力系数杆件内力（KN）计算杆力（KN）组合项目P=1使用阶段施工阶段P恒×③P活×①P活×②P′恒×③P′活×①P′活×②左半跨右半跨全跨全跨恒载左右全左右①②③④⑤⑥⑦⑧⑨上弦AB0000000000BD-5.86-2.51-8.37-268.45-51.70-22.16-40.70-140.34-60.14-342.31-100.83④+⑤+⑥⑦+⑨DF-7.18-4.31-11.49-368.19-63.31-37.99-55.82-171.84-103.11-469.48-158.93…FG-5.65-5.65-11.31-362.45-49.86-49.86-54.95-135.33-135.33-462.48-190.28…下弦ab3.641.365.00160.2932.0712.0324.3087.0532.65204.394+5+6bc6.943.4610.40333.3761.1830.5350.54166.0782.88425.09…cd6.675.0011.67374.0258.8044.1056.70159.61119.70476.92…斜腹杆aB-5.41-2.03-7.43-238.29-47.68-17.88-36.12-129.42-48.53-303.85…Bb3.271.694.96158.8528.8114.9024.0878.1940.43202.55…bD-1.79-1.58-3.36-107.84-15.76-13.91-16.35-42.78-37.75-137.51…Dc0.361.351.7154.883.1811.928.328.6232.3769.98…cF0.861.292.1568.807.5711.3610.4320.5430.8387.72…Fd-1.881.13-0.75-24.08-16.569.94-3.65-44.9626.98-14.144+67+8竖杆aA-0.500.00-0.50-16.03-4410.00-2.43-11.970.00-20.444+5+6Cb-1.000.00-1.00-32.06-8.820.00-4.86-23.940.00-40.88…Ec-1.000.00-1.00-32.06-8.820.00-4.86-23.940.00-40.88…Gd0.630.631.2640.235.565.516.1015.0814.9651.30…六、杆件截面选择1．上弦整个上弦杆不改变截面。1）按使用阶段最大杆力设计：N=-（469.5）KN，计算长度l0x=151㎝,l0y=302㎝。由于腹杆最大杆力为（303.9）KN，取中间节点板厚度t=10㎜,支座节点板厚度t=12㎜。(P199表7-3)6假设60，由附录表查得8070.（B类）。(P225表4-2)需要的截面面积A=fN=)()()（㎜2需要的回转半径：cmixxxl)()()(0cmiyyyl)()()(0根据需要的A、ix、iy查角钢规格，选用2∠（）×（）×（）的不等边角钢短边相连组成T形截面，A=（）㎝2，ix=（）㎝,iy=（）㎝。(P240-241表7-5)验算：150)()()(x)()()(y根据max=（）,可查表得)(22215)()()(mmNfmmNAN，故满足使用阶段要求。2）施工阶段上弦稳定验算：半跨吊装屋面板时N1=-（）KN，N2=0，上弦杆的屋架平面外计算长度按下列近似公式计算(l1是半跨长)：8818801121./).(NNlloy且l0y≥0.66l1cmllloy)(90073.073.088.1111150)()()(0ilyyy查得)(。22215)()()(mmNfmmNAN满足要求，允许半跨吊装。2.下弦不变截面。N=（）KN，l0x=300㎝,l0y=900㎝,需要的净截面面积：2)()()(mmfNA选用2∠（）×（）×（）的不等边角钢短边相连组成T形截面，A=（）㎝2,ix=（）㎝,iy=（）验算：22215)()()(mmNfmmNAN350)()(3000ilxxx350)()(12000xyyil满足要求。Cd杆段内力达（）KN，接近de杆段的最大内力（）KN。cd杆段内有螺栓孔削弱,应使螺栓孔的位置至节点板边缘的距离a≥100㎜。3.端斜杆N=-（）KN，l0x=l0y=l=（）㎜,选用2∠（）×（）×（）不等边角钢长边相连组成T形截面，A=（）㎝2,ix=（）㎝,iy=（）。验算：150)()()(0ilxxx)()()(0ilyyy查出：类bx)(验算：22215)()()(mmNfmmNAN满足要求。4.斜腹杆7Bb杆：N=（）KN，l0x=0.8l=0.8×（）=（）㎝，l0y=l=（）㎝选用2∠（）×（），A=（）㎝2，ix=（）㎝,iy=（）。验算：22215)()()(mmNfmmNAN350)()(3000ilxxx350)()(12000xyyil满足要求。BD杆：N=（）KN，l0x=0.8l=0.8×（）=（）㎝，l0y=l=（）㎝选用2∠（）×（），A=（）㎝2，ix=（）㎝,iy=（）。验算：150)()()(0ilxxx150)()()(0ilyyy查出：类bx)(验算：22215)()()(mmNfmmNAN满足要求。其余斜杆截面选择，见表3。5.竖杆Cb、Ec杆：N=-（）KN，Ec杆最长，其l0x=0.8l=0.8×（）=（）㎝，l0y=l=（）㎝。因杆力很小，可按容许长细比150，选择截面：cmlixx)()()(0cmilyy)()()(0选用2∠50×5,A=9.61㎝2,ix=1.53㎝,iy=2.45㎝.验算：304.0,150)(53.1)(0xxxxil150)(54.2)(0ilyyy22215)()()(mmNfmmNANGd杆：N=（）KN，十字形斜平面l0=0.9l=0.9×（）=（）㎝,为便于连接支撑，选用2∠63×6组成十字形截面。A=14.58㎝2，imin=2.43㎝验算：22215)()()(mmNfmmNAN满足要求。端竖杆Aa也是为了便于连接支撑，选用2∠63×6组成T形截面。七、节点设计1.腹杆杆端所需连接焊缝计算aB杆：N=-372.1KN，按构造要求（P28），取肢背焊缝的焊脚尺寸hf1=8㎜,肢尖hf2=5㎜,则肢背：167.0221111wfffwfhNKhll肢尖:167.0222222wfffwfhNKhll8lw1、lw2皆大于8hf,小于60hf,满足构造要求。(P33表3-2取K)其它腹杆所需焊缝，计算方法相同，计算结果列于表4。表4腹杆杆端焊缝计算杆件名称设计内力KN肢背焊缝肢尖焊缝l㎜hf㎜l㎜hf㎜aB-303.8513081205Bb202.55908805bD-137.5708605Dc69.98508505cF87.72508505Fd-14.14508505未列入表中的其它腹杆杆力很小，皆按构造取hf=5㎜,l=50㎜9表3屋架杆件截面选用表杆件名称设计内力KN几何长度㎝计算长度㎝截面形式及规格截面面积㎝2回转半径㎝长细比稳定系数设计应力N／㎜2xl0yl0xiyixy上弦-469.5150.81513022∠125×80×1039.422.266.1166.849.50.77155下弦476.9300.03009002∠110×70×1034.331.965.48153219139斜杆件aB-303.9213.2213.2213.22∠110×80×827.893.143.3468640.763143Bb202.6223178.42232∠63×614.581.932.9892.475139bD-137.5246196.82462∠80×618.82.473.6580670.688106Dc70246196.82462∠63×614.581.932.9810282.548cF87.7270.4216.3270.42∠63×614.581.932.98112910.481125Fd-14.1270.4216.3270.42∠63×614.581.932.981129110竖杆Aa-20.4151.5151.5151.52∠63×614.581.932.9878.5510.70420Cb-40.91801441802∠50×59.611.532.4594.173.50.59472Ec-40.92101682102∠50×59.611.532.45110860.49386Gd51.3240斜平面2162∠63×614.5835112.节点焊缝验算绘施工图时，根据腹杆