钢结构课程设计

《钢结构设计原理》课程设计姓名：××学号：U2009158××专业班级:土木工程0905班指导老师：张卉完成时间：2012年2月18日计算书土木0905XX1第一部分钢结构课程设计任务书一、设计资料及依据根据学号U200915851及次序14得已知条件：某车间跨度为24m，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，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。屋架计算跨度：03002400030023700mmLL屋架端部高度：01900mmH跨度：0110i计算跨度处高度:19001200150120001915mmH屋架跨中高度:011900120003100mm10h表1荷载标准值荷载类型荷载名称荷载标准值（2kNm）永久荷载改性沥青防水层0.420厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4150泡沫混凝土保温层0.90预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.40悬挂管道0.10屋架和支撑自重0.12+0.011x24=0.384可变荷载基本风压0.40积灰荷载0.7不上人屋面活荷载0.7基本雪压0.5二、屋架尺寸及支撑布置屋架形式及尺寸如图1：土木0905XX2屋盖的支撑布置如图2：层架上弦（下弦）支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2图2桁架支撑布置符号说明：GWJ—钢屋架；SC—上线支撑；XC—下弦支撑；CC—垂直支撑；GC—刚性系杆；LG—柔性系杆土木0905XX3三、荷载计算屋面活载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活载大于雪荷载，故取屋面活载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载乘以221/cos101/101.005换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载：22222220.4kN/m0.402kN/m201:2.50.4kN/m0.402kN/m1500.9kN/m0.905kN/mkN/m1.改性沥青防水层1.005厚水泥砂浆找平层1.005厚加气混凝土保温层1.005预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.0051.42222407kN/mkN/m0.386kN/mkN/m屋架和支撑自重1.0050.384悬挂管道+0.000123.537kN/m共1.352kN/m共4.775标准可变荷载：22220.7kN/m0.98kN/m0.7kN/m0.98kN/m不上人屋面活载1.4积灰荷载+1.421.96kN/m共设计桁架时应考虑一下三种荷载组合：1、全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：(4.7751.96)1.5660.615kNF2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：14.7751.5642.975kNF半跨节点可变荷载：21.961.5617.64kNF土木0905XX43、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重：31.350.3861.564.690kNF半跨节点屋面板自重及活载：4(1.21.40.98)1.5623.94kNF其中，1、2为使用阶段荷载情况，3为施工阶段荷载情况。计算详图如下：（a）(b)(c)图3桁架计算简图四、内力计算由电算先解得F=1时的桁架各杆的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨和右半跨)，然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，见表2。表2桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合Fa第二种组合第三种组合杆件计算内力/kN全跨a左半跨b右半跨c12FaFb12FaFc34FaFb34FaFc土木0905XX5上弦杆ABBCCDDEEFFGGHHI0-9.102-9.102-14.061-14.061-15.804-15.804-15.2650-6.520-6.520-9.398-9.398-9.505-9.505-7.6460-2.622-2.622-4.735-4.735-6.397-6.397-7.6360-551.718-551.718-852.308-852.308-957.960-957.960-925.2880-506.171-506.171-770.052-770.052-846.845-846.845-790.8890-437.411-437.411-687.797-687.797-792.020-792.020-679.2750-198.346-198.346-290.934-290.934-301.670-301.670-254.6380-105.459-105.459-179.302-179.302-240.193-240.193-254.3850-551.718-551.718-852.308-852.308-957.960-957.960-925.288下弦杆abbccdde4.95112.00115.19115.6983.6458.3009.6908.7101.3263.7075.5847.014300.105727.441920.802951.534227.067662.155823.765828.262236.160581.134751.335798.349110.481254.987303.224282.14154.965145.030204.927241.539300.105727.441920.802951.534斜腹杆aBBbbDDccFFddHHe-9.0026.954-5.4723.700-2.4351.0860.061-1.123-6.6274.815-3.4241.898-0.689-0.4721.583-2.497-2.4112.171-2.0791.829-1.7721.582-1.5441.395-545.656421.527-331.685227.246-147.55865.8283.698-68.071-503.761383.785-295.559192.488-116.79838.34530.546-92.308-429.391383.785-271.833191.271-135.90274.577-24.615-23.653-200.870147.885-107.63462.791-27.915-6.20638.183-65.045-99.93984.588-75.43561.139-53.84242.966-36.67728.129-545.656421.527-331.685227.246-147.55874.577-6.02638.183-36.677-92.30828.129竖杆aAbCcEdGeI-0.500-1.000-1.000-1.0002.038-0.500-1.000-1.000-1.0001.01200.0000.0000.0001.029-30.307-60.615-60.615-60.615123.533-30.307-60.615-60.615-60.615105.434-30.307-60.615-60.615-60.615105.735-14.315-28.630-28.630-28.63033.786-2.345-4.690-4.690-4.69034.192-30.307-30.245-60.615-60.489-60.615-60.489-60.615-60.489123.533105.553注：123460.615;42.975;17.64;4.690;23.94FkNFkNFkNFkNFkN五、杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面,不改变截面，按最大内力设计，即按FG、GH杆件的计算内力设计。957.960kN957960N=N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度土木0905XX60150.7cmxl在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取02150.7cm301.4cmyl200yxll因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力，N=545.656kN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：中间支12mm,14mm座节点板厚度取支座节点板与垫板厚度取。图4上弦截面假定λ＝60，双角钢组合截面绕x和y轴稳定性均属于b类截面。查轴心受压构件的稳定系数表，得0.807＝。需要截面面积：22957960N5521.2mm0.807215N/mmNAf需要回转半径：00150.7cm301.4cm2.51cm5.02cm6060yxxyllii，两角钢之间加12mm厚填板，查角钢规格表，选用216010012，则260.11cm,2.82cm,7.82cmAiixy。土木0905XX7验算长细比：0150.753.44[]1502.82xxxli；0301.438.54[]1507.82yyyli；满足长细比的要求由于x大于y，热轧不等边角钢短肢组合将绕x轴失稳，故由23553.44235x，查表得：0.840x22957960189.72N/mm215N/mm0.8406011xNA满足要求。2.下弦杆整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大是de杆：951.534kN951534NdeN00300cm240030/21185cmxyll，所需截面积为:222951534N4425.7mm44.26cm215N/mmNAnf连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用216010010,因00yxll，故用不等肢角钢，短肢相并。22A=50.63cm44.26cm,2.82cm7.78cmxyii，0300134.2[]3502.235xxxli01185190.2[]3506.23xyyli222951534N187.94N/mm215Nmm5063mmdeNA土木0905XX8满足要求。图5下弦杆截面3.端斜杆aB整下弦杆不变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中内力最大aB杆，杆件轴力:545.656kN545656NN计算长度00==245.5cmxyll。因为00=xyll，故采用不等肢角钢，长肢相并，使xyii。选用：21409010，则图6端斜杆截面2A=44.522cm,4.47cm3.74cmxyii，0245.554.92[]1504.47xxxli0245.565.64[]1503.74yyyli土木0905XX9由于xy，热轧不等边角钢长肢组合将绕y轴失稳，由y查表得0.776222545656N157.94N/mm215Nmm0.7764452.2mmNA满足要求。4.斜腹杆①Bb杆整个Bb杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力:00421.527kN254.0cm254.0cmBbxyNll，，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：210072A=27.59cm,3.09cm4.53cmxyii，0254.082.2[]3503.09xxxli0254.056.4[]3504.53yyyli421527152.782759BbNA22Nmm215Nmm满足要求。图7斜腹杆Bb截面土木0905XX10②bD杆整个bD杆不变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力:00331.685kN278.80.8223.04cm278.8cmbD