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1、 钢结构设计原理课程设计计算书姓 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1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，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
2、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： 屋架端部高度： 跨度：计算跨度处高度: 屋架跨中高度:表1 荷载标准值 荷载类型荷载名称荷载标准值（）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： 屋盖的支撑布置如图2：层架上弦（下弦）支撑布置图垂直支
3、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换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载： 标准可变荷载： 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：2、全跨永久荷载+半跨可变荷载半跨节点可变荷载：3、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：半跨节点屋面板自重及活载：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
4、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c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
5、-7.6360-551.718 -551.718 -852.308 -852.308 -957.960 -957.960 -925.288 0 -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 -254.638 0 -105.459 -105.459 -179.302 -179.302 -240.19
6、3 -240.193 -254.385 0-551.718 -551.718 -852.308-852.308 -957.960 -957.960 -925.288 下弦杆abbccdde4.95112.00115.19115.6983.6458.3009.6908.7101.3263.7075.5847.014 300.105 727.441 920.802 951.534227.067662.155 823.765 828.262 236.160 581.134 751.335 798.349 110.481 254.987 303.224 282.141 54.965 145.030 2
7、04.927 241.539 300.105 727.441 920.802 951.534斜腹杆aB BbbDDccFFddHHe-9.0026.954-5.4723.700-2.4351.0860.061-1.123-6.6274.815-3.4241.898-0.689-0.4721.583-2.497-2.4112.171-2.0791.829-1.7721.582-1.5441.395-545.656421.527-331.685227.246-147.55865.8283.698-68.071-503.761383.785-295.559192.488-116.79838.3453
8、0.546-92.308-429.391 383.785 -271.833191.271 -135.90274.577 -24.615 -23.653 -200.870147.885 -107.634 62.791 -27.915 -6.206 38.183 -65.045 -99.939 84.588-75.435 61.139 -53.842 42.966 -36.67728.129 -545.656421.527-331.685227.246-147.55874.577-6.02638.183-36.677 -92.308 28.129竖杆aAbCcEdGeI-0.500-1.000-1
9、.000-1.0002.038-0.500-1.000-1.000-1.0001.01200.0000.0000.0001.029-30.307 -60.615 -60.615 -60.615 123.533 -30.307 -60.615 -60.615-60.615 105.434 -30.307 -60.615 -60.615-60.615 105.735 -14.315 -28.630 -28.630 -28.630 33.786 -2.345 -4.690 -4.690 -4.690 34.192 -30.307 -30.245 -60.615 -60.489 -60.615 -60
10、.489 -60.615 -60.489 123.533 105.553 注：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、杆件的计算内力设计。上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度。 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 。 图4 上弦截面假定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。需要截面面积 ：需要回转半径：两角钢之间加 厚填板，查角钢规格表，选用，则。验算长细比： ； ； 满足长细比的要求由于大于，热轧不等边角钢短肢组合将绕x轴失稳，故由 ，查表得： 满足要求。2
11、.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：所需截面积为: 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,因，故用不等肢角钢，短肢相并。 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: 计算长度。因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用： ，则图6 端斜杆截面 由于，热轧不等边角钢长肢组合将绕y轴失稳，由查表得 满足要求。4.斜腹杆Bb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: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
12、虑螺栓孔削弱。选用： 满足要求。图7 斜腹杆Bb截面bD杆整个bD杆不变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力: 选用： 满足要求。 由于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表得： 满足要求。图8 斜腹杆bD截面Dc杆整Dc杆不变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力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： 满足要求。图9 斜腹杆Dc截面cF杆整个cF杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力选用： 。由于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表得： 满足要求。图10 斜腹杆cF截面Fd杆整个Fd杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力: 连
13、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： 图11 斜腹杆Fd截面 满足要求。dH杆整个dH杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力 选用：图12 斜腹杆dH截面由于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表得： 满足要求。5.竖杆整个竖杆不改变截面，采用热轧等边角钢，设计内力最大的是eI杆, 选用： 由于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表得：满足要求。图13 竖杆截面其余各同类杆件截面选择计算过程同上，此处略去其计算过程，仅将结果列于表2（见下页）。基础教学c杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（）回转半径（cm）计算应力（
14、N/）上弦杆 短并150下弦杆 短并350aB长并150Bb350bD150Dc350cF150Fd350dH150He150Aa150Cb150150EcGd150eI150六、 节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。各杆件内力由表查得，最小焊缝长度不应小于8。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。1. 下弦节点“b” 图14 下弦节点b斜杆Bb与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊缝尺寸分别为8mm和6mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：肢背：，加2后取19cm肢尖：，加2后取11cm斜杆bD与节点板的连接焊缝计算：肢背：
15、，加2后取15cm肢尖：，加2后取9cm竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸,焊缝长度>50mm。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。节点板尺寸:330mm×425mm。下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差:设肢尖与肢背尺寸6mm,受力较大的肢背处的焊缝应力为：焊缝强度满足要求。 2.上弦节点“B”图15 上弦节点B斜杆Bb与节点板连接的焊缝尺寸，与下弦节点“b”相同。斜杆Ba与节点板连接焊缝尺寸按上诉同样方法计算，肢背和肢尖焊缝尺寸分别采用：
16、hf8mm和 hf6mm肢背 ：，取22cm肢尖: ,取16cm为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接.焊缝可按两条焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得：上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则上弦肢尖角焊缝的切应力为：3屋脊节点“I”弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设焊缝为10mm，拼接角钢与弦杆
17、的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算，。每条焊缝长度为（一条焊缝）：拼接角钢的长度，取650mm图16 屋脊节点I上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15计算。设焊脚尺寸为10mm,节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：焊缝应力为：满足强度要求。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。4.支座节点“a”图17 支座节点a为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板间的距离不应小于下弦伸出肢
18、的宽度，故取为220mm，在节点中心线上设置加劲肋，如劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。（1）支座底板的计算。支座反力: 取加劲肋的宽度为110mm,考虑底板上开孔上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mm×400mm，偏安全的取有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为:。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中，为混凝土强度设计值，对于C25混凝土，。满足要求。底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两边支承而另两相邻边自由的板，每块办的单位宽度的最大弯矩为式中,为底板下的平均应力：为两支承边之间的对角线长度：为系数，由查表而定，为两支承边的相交点到对角线的垂直距离。由相似三角形的关系，得：查表，得。底板厚度：，取。（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力：则焊缝内力为：设焊脚,焊缝长度为490mm,计算长度为,则焊缝应力为:加劲肋高度不小于212mm即可。（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设底板连接焊缝传递全部支座反力,其中每块加劲肋各传,节点板传递。设节点板与底板的连接焊缝的焊脚尺寸，则焊缝长度，焊缝强度验算如下：每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：焊缝强度验算如下：满足要求。