钢结构课程设计计算书

井冈山大学工学院建筑系钢结构课程设计姓名：李文中班级：07级土木工程本（1）班学号：70615002指导老师：王玉娥一、设计资料1.屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，柱的混凝土强度等级为C25，柱顶截面尺寸为400mm×400mm。2.厂房总长度120m，柱距和屋架跨度见任务分组表。3.屋面采用预应力钢筋混凝土大型屋面板或压型钢板，屋面板不考虑作为侧向支撑。4.上弦平面侧向支撑间距为两倍节间长度，下弦平面在柱顶和跨中各设一道纵向系杆。5.屋面坡度见任务分组表。6.荷载永久荷载：2221.4kN/m0.35kN/m20mm0.0220=0.40kNma预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）防水层（三毡四油上铺小石子）找平层（厚水泥砂浆）保温层（泡沫混凝土）：（b）厚80mm0.50kN/m2钢屋架及支撑重（c）（0.12+0.011×跨度）kN/m2可变荷载：屋面活荷载（d）0.70kN/m27.梯形钢屋架的形式、尺寸及内力系数见图1所示。8.钢材采用Q235B钢，焊条为E43XX系列，手工焊。图1钢屋架形式二、荷载与内力计算1.荷载计算根据荷载规范，屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，取两者较大值计算。屋面荷载见下表；2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：(1)组合一：久荷载+全跨可变荷载1.2D+1.4L=4.62KN/m21.2D+1.4×0.7L=4.78/m2所以上弦节点荷载为P=q×1.5×6=43.02KN(2)组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载：q=1.35D=1.35×3.03=4.0905KN/m2P1=q1×A=4.091×1.5×6=36.81KN/m2半跨可变荷载q2=1.4×0.7L=0.686KN/m2P2=q2×A=0.686×1.5×6=6.17KN(3)组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载全跨屋架及支撑自重：q3=1.0×0.384KN/m2=0.384KN/m2P3=q3×A=0.384×1.5×6=3.46KN/m2半跨屋面板重+半跨屋面活荷载：q4=1.2×1.4+1.4×0.7=2.66KN/m2P4=q4×A=2.52×1.5×6=23.94KN3.内力计算本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），内力计算见表1所示。荷载类型荷载标准值永久荷载D3.03KN/m2可变荷载L0.7KN/m2三、杆件截面设计腹杆最大内力N=－381.16KN，查表，中间节点板厚度选10mm，支座节点板厚度选12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按FG、GH最大内力计算N=-653.90KN上弦杆计算长度：屋架平面内取节间轴线长度：cmlx7.1500屋架平面外根据支撑和内力变化取：cmly4.3017.15020根据平面内外的计算长度，上弦截面选用2L200×125×16，短肢相并。如图1所示。图2上弦截面肢背间距a=12mm，所提供数据：24.99cmA,cmycmicmiyx99.2,62.9,52.30，(1)刚度验算15081.4252.37.1500xxxili,满足15033.3162.94.3010yyyil，满足(2)整体稳定性验算yyxx10956.073.10919.2111096.4505333.316035505333.31B505347.554.9973.1097.25IA7.2547.556.1)5.1220(2313173.10919.26.15.099.25.0220206222y222yt202433222202000ieFCicmtbIcmiieicmtyeiityx所以绕y轴弯扭屈曲的换算长细比为：46.71)4(21212FCBByz，xyz，上弦杆绕y轴弯扭屈曲，按b类截面查表得742.022/215/66.884.99742.0109.653mmNfmmNANx，所选截面满足。2、下弦杆整个杆件采用等截面，按de最大内力计算，N=650.46kN（拉力）计算长度系数为1.0，屋架平面内取节间轴线长度mlx30选用2∟110×7见图2所示，a=10mm图3下弦截面查表，所得数据：A=30.4cm2，ix=3.41cm，iy=4.86cm10xxyy(1)刚度验算350][98.8741.33000xxil(2)强度验算223/215/97.21330401046.650mmNfmmNAnN所选截面满足要求。3、端斜杆aB杆件轴力N=－381.16kN，mlloyox539.2，因为oyoxll，故采用不等肢角钢，长肢相并，使yxii选用2∟125×14，见图3所示，y图4斜杆aB截面查表得：cmycmiicmAyx61.3,60.5,80.3,8.6602(1)刚度验算150][82.6680.39.2530xxxil，满足150][34.4560.59.2530yyyil，满足(2)整体稳定性验算xxyy10329.061.5008.4111088.54918286234.45B2862IA7.2567.323147.5491.24.15.061.35.022020622y222yt20243222202000ieFCicmtbIcmiieicmtyeiityx所以绕y轴弯扭屈曲的换算长细比为：14.59)4(21212FCBByz,xyz，上弦杆绕x轴弯扭屈曲，按b类截面查表得770.0x223/215/738.66770.0106.3811mmNfmmNANx所选截面满足。其余各杆如表2所示四、杆件节点设计1．下弦节点b(1)腹杆与节点板的连接焊缝（a）Bb杆杆件轴力=295.55kN，截面为2L63×6，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为3.07.0、，角焊缝强度设计值2160mmNfwf肢背焊缝焊脚尺寸取mmthmmhff7.45.12.772.1maxmin,max,所需焊缝长度mmhfhlfwff9.14527.02N1,1,1mm7h1,f取mmhlf420760601502,1肢尖焊缝焊脚尺寸取mmthmmthfffmmh7.4105.15.1512,maxmin,max,5所需焊缝长度mmhflfwf2.895216057.021055.2953.02h7.02N32,f,22取mmhLf300560601002,2（b）bD杆杆件轴力=-234.03kN，截面为2L100×10，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为3.07.0、，角焊缝强度设计值2160mmNfwf肢背焊缝焊脚尺寸取mmthmmhffmm7.4105.15.112102.11,fmaxmin,max,10h所需焊缝长度mmhfhNlfwff13.53102160107.021003.2347.027.0231,1,1取mmhmmlf60060801,1肢尖焊缝焊脚尺寸取mmthmmthfffmmh7.4105.15.1911012,maxmin,max,7所需焊缝长度mmhfhNlfwff8.307216077.021003.2343.027.0232,2,2取mmhmmlf42060601,2（c）Cb杆杆件轴力N=159.17kN，截面为2L50×4，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为3.07.0、，角焊缝强度设计值2160mmNfwf肢背焊缝焊脚尺寸取mmthmmthfffmmh7.48.42.11,minmin,minmax,8.4所需焊缝长度mmhfhNlfwff2.1138.421608.47.021017.1597.027.0231,1,1取mmhmmlf288601201,1肢尖焊缝焊脚尺寸取mmthmmthfffmmh7.432,minmin,minmax,3所需焊缝长度mmhfhNlfwff1.773216037.021017.1593.027.0232,2,2取mmhmmlf18060801,2(2)节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图所示，从而确定节点板尺寸为400mm×360mm。图5下弦节点b(3)下弦与节点板的连接焊缝下弦与节点板的连接焊缝长度mm490l，所受的力为左右两下弦杆的内力∆=493.87-202.62=291.25kN。下弦杆截面为2L110x7，节点板厚10mm，肢尖与肢背的焊脚尺寸都取.mmthmmf74.45.16hmaxmin,f，焊缝计算长度mmhhllffw36060478624902,取mmlw360，受力较大的肢背处的焊缝应力为22316042.6736067.021025.2917.07.02mmNfmmNlhNwfwf满足2．上弦节点B（1）腹杆与节点板的连接焊缝(a)Bb杆Bb杆与节点板的焊缝尺寸和节点b相同。(b)aB杆杆件轴力=－381.16KN，截面为2L125×4，节点板厚12mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为3.0,7.0，角焊缝强度设计值2160mmNfwfmmthmmthfffmmh6.5145.15.14.14122.12.11,maxmin,minmax,10所需焊缝长度：mmhfhNlfwff11.99192160107.021016.3817.027.0231,1,1取mmhmmlf600601001,1肢尖焊缝焊脚尺寸取mmthmmthfffmmh6.55.11312,maxmin,max,10所需焊缝长度mmhfhNlfwff31102160107.021016.3813.027.0232,2,2取mmhmmlf600106060802,2（2）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图所示，从而确定节点板尺寸为480mm×360mm。图6上弦节点B（3）上弦与节点板的连接焊缝上弦与节点板的连接焊缝长度l=480mm，所受的力为左右两上弦杆的内力差∆=373.41.=373。41kN以及节点荷载=43.02kN。上弦杆截面为2L200×125×16，节点板厚10mm。（a）上弦肢背与节点板的槽焊缝上弦肢背与节点板的槽焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条mmthf55.0的角焊缝计算。屋面倾角101arctan，节点荷载P的偏心距e=30mm。槽焊缝所受的应力为233.1)52480(57.020995.01002.437.02sinmmNlhPwff2233299.17)52480(57.0230995.01002.436)52480(57.02995.01002.437.02cos67.02cosmmNlhPelhPwfwff2222221281608.08.081.143.122.199.17mmNfmmNwffff