30米梯形钢屋架钢课程设计计算书资料.pdf

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1、土木工程专业钢结构课程设计 1 钢结构课程设计 、设计资料 1、已知条件：梯形钢屋架跨度30m ，长度 72m ，柱距 6m 。该车间内设有两 台 200/50 kN 中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m。冬季最低温度为 20， 地震设计烈度为6 度，设计基本地震加速度为0.1g。采用 1.5m6m预应力混凝 土大型屋面板， 80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i 1/10 。屋面 活荷载标准值为0.7 kN/m 2，雪荷载标准值为 0.65 kN/m 2。屋架铰支在钢筋混凝 土柱上，上柱截面为400 mm 400 mm ，混凝土标号为C25 。钢材采用 Q235B 级， 焊条

2、采用 E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=3020.15=29.7m， 3、跨中及端部高度： 端部高度： h=1900mm （轴线处），h=1915mm （计算跨度处）。 屋架的中间高度h=3400mm ，屋架跨中起拱按 Lo/500 考虑，取 60mm 。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1 所示，支撑布置见图2 所示。 图 1 屋架形式及几何尺寸 土木工程专业钢结构课程设计 2 符号说明： GWJ- （钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG- （刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图 2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与

3、雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 SBS改型沥青油毡防水层0.40kN/ 找平层（ 20mm 厚水泥砂浆）0.0220=0.40kN/ 保温层（ 100mm 厚水泥珍珠岩）0.16=0.6kN/ 隔气层（冷底子油）0.05 kN/ 混凝土大型屋面板（包括灌浆）1.40kN/ 钢屋架和支撑自重0.12+0.01130=0.45kN/ 管道设备自重0.10 kN/ 总计3.23kN/ 可变荷载标准值 屋面活荷载0.70 kN/ 积灰荷载0.60kN/ 总计1.3kN/ 永久荷载设计值1.353.23=4.36kN/ 可变荷载设计值1.41.3=1.82kN/ 2.荷载

4、组合 土木工程专业钢结构课程设计 3 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载 +全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(4.36+1.82) 1.56=55.62kN 全跨永久荷载 +半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：F1=4.361.56=39.24 kN 半跨节点可变荷载：F2=1.821.56=16.38 kN 全跨屋架及支撑自重 +半跨大型屋面板重 +半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.451.351.56=5.47kN 半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.41.35+0.71.4) 1.56= 25.83kN 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位

5、节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。 杆件名称 内力系数（ F=1） 第一种组 合 F* 第二种组合第三种组合 计算杆 内力 （K全跨 左半跨 右半跨 F1*+F2* F1* +F2* F3* +F4* F3* +F4* 上弦 AB 0 0 -0.01 0.00 0.00 -0.16 0.00 -0.26 -0. BC CD -11.35 -8.49 -3.45 -631.39 -584.54 -501.99 -281.38 -151.20 -631. DE EF -18.19 -13.08 -6.25 -1011.89 -928.19 -816.31 -437.36 -260.94 -10

6、11. FG GH -21.53 -14.62 -8.46 -1197.69 -1084.51 -983.61 -495.40 -336.29 -1197. HJ -22.36 -13.98 -10.25 -1243.86 -1106.60 -1045.50 -483.41 -387.07 -1243. IJ JK -22.73 -14.39 10.2 -1264.45 -1127.84 -725.05 -496.03 139.13 -1264. 下弦 ab 6.33 4.94 1.83 352.13 329.36 278.42 162.23 81.89 352. bc 15.36 11.3

7、4.98 854.46 787.96 684.44 375.90 212.65 854. cd 20.21 14.14 7.43 1124.26 1024.84 914.93 475.78 302.47 1124. de 22.12 14.44 9.39 1230.51 1104.72 1022.00 493.98 363.54 1230. ef 21.23 11.68 11.68 1181.00 1024.57 1024.57 417.82 417.82 1181. 斜腹 杆 aB -11.34 -8.66 -3.27 -630.83 -586.93 -498.65 -285.72 -146

8、.49 -630. Bb 8.81 6.47 2.87 490.09 451.76 392.79 215.31 122.32 490. bD -7.55 -5.23 -2.84 -420.00 -382.00 -342.85 -176.39 -114.66 -420. Dc 5.39 3.39 2.44 299.84 267.08 251.52 117.05 92.51 299. cF -4.23 -2.25 -2.43 -235.31 -202.88 -205.83 -81.26 -85.91 -235. Fd 2.62 0.88 2.13 145.75 117.25 137.72 37.0

9、6 69.35 145. dH -1.51 0.22 -2.12 -84.00 -55.66 -93.99 -2.58 -63.02 -93. He 0.29 -1.25 1.89 16.13 -9.09 42.34 -30.70 50.41 50. -27. eg 1.53 3.4 -2.28 85.11 115.74 22.70 96.19 -50.25 115. -50. gK 2.16 4.07 -2.32 120.16 151.44 46.78 116.94 -48.11 151. -48. 土木工程专业钢结构课程设计 4 gI 0.49 0.54 -0.06 27.26 28.08

10、 18.25 16.63 1.13 28. 竖杆 Aa -0.55 -0.54 0 -30.60 -30.43 -21.59 -16.96 -3.01 -30. Cb Ec -1 -0.99 0 -55.63 -55.47 -39.25 -31.04 -5.47 -55. Gd -0.98 -0.98 0 -54.52 -54.52 -38.46 -30.67 -5.36 -54. Jg -0.85 -0.9 0 -47.28 -48.10 -33.36 -27.90 -4.65 -48. Ie -1.42 -1.43 0 -78.99 -79.16 -55.73 -44.70 -7.77 -

11、79. Kf 0.02 0 0 1.11 0.78 0.78 0.11 0.11 1. 四、杆件截面设计 腹杆最大内力， N=-630.83KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚 度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。 1.上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1264.45KN 计算长度：屋架平面内取节间轴线长度 Ox l =1507mm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取 上弦横向水平支撑的节间长度： Oy l =4521mm 根据屋架平面外上弦杆的计算长度， 故截面宜选用两个不等肢角钢， 且短肢相并， 见图 3 图 3 上弦截面

12、设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807 需要截面积 * A = f N . =10*45.1246=7287.7 2 mm 需要回转半径 * x i =mm lox 1 .25 60 507.1 * y i =mm lox 4.75 60 524.4 根据需要的 * A 、 * x i 、 * y i 查角钢型钢表，初选2 L 180 110 14， A=7793 2 mm ， x i =308mm ，yi=88mm。 按所选角钢进行验算： 土木工程专业钢结构课程设计 5 x = x ox i l =96.48 308 1507 =150 y = y oy i l =41.51 88 4

13、524 =150 由于 xy ，只需求出 y，查轴心受力稳定系数表，y 0.847 59.191 7793847.0 1065.1264 3 A N y MPa Ox l ,故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。 图 4 下弦截面 A=6742 2 mm ， x i=31mm， y i=87.4mm。 x = x ox i l 77.96 31 3000 =350 y =91.169 4.87 14850 y oy i l =350 所选截面满足要求。 3. 端斜杆 Ba 已知 N-630.83kN， Ox l Oy l 2456mm。因为 Ox l Oy l ，故采用不等肢 角钢，长肢相并，使

14、x i y i ，选用角钢 2 L 140 90 10 土木工程专业钢结构课程设计 6 A4452.2 2 mm ， x i 44.7mm， y i 87.4mm 截面刚度和稳定验算： x = 94.54 7 .44 2456 x ox i l =150 y = 66.65 4.37 2456 y oy i l =150 因为 xy 只需求 y，查表得y=0.764 46.185 2 .4452764.0 1083.630 3 A N y MPa215 MPa 所选截面满足要求。 4.再分腹杆 eg-gK 此杆在 g 节点处不断开，采用通长杆件。 拉力：44.151 gk NKN，74.115

15、 eg NkN 压力：52.50 eg NkN，11.48 gk NKN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Ox l =0.82250=0.82250=1800mm 屋架平面外根据支撑布置取： Oy l = 1 （0.75+0.25 2 1 N N ）=450（0.75+0.25 52.50 11.48 ）=4446.3mm 选用 2 L 63 5，见图 5。 图 5 再分腹杆 egK 图 6 中竖杆 Kf A=1228.6 2 mm ， x i =19.4mm， y i=30.4mm。 x = x ox i l 78.92 4 .19 1800 =53.9=150 土木工程专业钢结构课程

16、设计 7 y =25.146 4 .30 3.4446 y oy i l =150 因为 xy 只需求 y，查表得y=0.32，则 5.128 6.122832. 0 1052.50 3 A N y MPa215 MPa 拉应力：MPaMPa A N 21526.123 6.1228 1044.151 3 所选截面满足要求 5.竖杆 Ie N-79.16KN，ll x 8. 0 0 0.8 30522442mm，mmll y 3052 0 由 于 杆 件 内 力 较 小 ， 按=150选 择 ， 需 要 的 回 转 半 cm l i ox x 63.1 150 2.244 cm l i oy

17、y 03.2 150 2.305 查型钢表，选用2 L 635,其几何特性为 A=1228.6 2 mm mmi x 4 .19mmiy4.30 1 5 088.125 94. 1 2.244 cm i l x ox x 1 5 039.100 04. 3 2.305 cm i l y oy y 因为 yx 只需求 x，查表得x=0.406，则 MPaMPa A N x 2157.158 6 .1228406. 0 1016.79 3 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2 土木工程专业钢结构课程设计 8 屋架杆件截面选择表 名称 杆件编 号 内力 （KN ） 计算长度（ cm) 截

18、面规格 截面面 积 （cm2 ） 回转半径（ cm) 长细比 容许长细 比 稳定系数 计算应 力 Mpa x l 0y l0 x i y i xyxy 上弦IJ JK -1264.45 150.8 452.4 2L18011014 77.93 3.08 8.8 48.96 51.41 150 0.847 191.59 下弦de 1230.51 300 1485 2L18011012 67.42 3.1 8.74 96.77 169.91 350 182.51 腹杆 Aa -30.6 199 199 2L63 5 12.286 1.94 3.04 102.6 65.5 150 0.538 46.

19、29 aB -630.83 253.4 253.4 2L1409010 44.522 4.47 3.74 56.71 67.78 150 0.764 185.46 Bb 490.09 208.6 260.8 2L1006 23.864 3.1 4.51 67.29 57.83 350 205.37 Cb -55.63 183.2 229 2L50 5 9.606 1.53 2.53 119.7 90.5 150 0.493 131.92 bD -420 229.5 287 2L1007 27.592 3.09 4.53 74.3 63.3 150 0.724 210.25 Dc 299.84

20、228.7 285.8 2L70 6 16.32 2.15 3.33 106.37 85.83 350 183.73 Ec -55.63 207.2 259 2L50 5 9.606 1.53 2.53 135.4 102.4 150 0.363 159.54 cF -235.31 250.8 312.6 2L90 6 21.274 2.79 4.13 89.89 75.69 350 0.621 178.12 Fd 145.75 249.5 311.8 2L50 5 9.606 1.53 2.53 167 123.3 350 151.73 Gd -54.52 231.2 289 2L50 5

21、9.606 1.53 2.53 151.1 114.2 150 0.304 186.67 dH -93.99 271.6 339.5 2L70 6 16.32 2.15 3.33 151.1 101.95 150 0.304 189.45 He 50.41 -27.55 270.8 338.4 2L63 5 12.286 1.94 3.04 139.59 111.32 150 0.347 64.62 Ie -79.16 255.2 319.1 2L63 5 12.286 1.94 3.04 131.5 104.9 150 0.381 169.11 eg 115.74 -44.78 230.1

22、453.73 2L63 5 12.286 1.94 3.04 118.6 149.25 150 0.31 117.54 gk 151.44 -42.26 230.1 453.73 2L63 5 12.286 1.94 3.04 118.6 149.25 150 0.31 110.96 Kf 1.12 314.1 314.1 2L63 5 12.286 2.45 2.45 128.2 128.2 200 0 gI 28.08 165.9 207.4 2L50 5 9.606 1.53 2.53 108.7 82.2 350 29.23 Jg -48.1 127.6 158.9 2L50 5 9.

23、606 1.53 2.53 83.4 63 150 0.665 75.3 土木工程专业钢结构课程设计 9 五、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160 w f fMPa 各杆件内力由表1 查得 1. 下弦节点 b （1）斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算： 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和 6mm。所需焊缝长度为： 肢背：33.1981633.182 16087. 02 4900907. 0 2 7.0 w fe w fh N lmm，取 w l 200mm 肢尖：mm fh N l w fe w 4.121124 .109 16067 .02 4900903.

24、0 2 3. 0 ，取 w l120mm （2） 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算： 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和 6mm。所需焊缝长度为： 肢背：mml w 06.1801606.164 16087.02 4200007.0 ，取 w l 180mm 肢尖： 16067.02 4200003 .0 w l=93.75+12=105.75mm，取 w l 110mm （3）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 f h =5mm。 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误 差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为4

25、57mm 340mm 。 （4）下弦杆与节点板连接焊缝验算： 焊缝受力为左右下弦杆的内力差N=854.16-352.13=502.33KN，设肢尖与 肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为 457mm,受力较大的肢背处的焊缝应力 为：M P a f 79.100 )12457(67. 02 1033.50275. 0 3 160MPa （5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制 作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图7 所示 土木工程专业钢结构课程设计 10 图 7 节点板 b 尺寸 2 .上弦节点 B （1）斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下

26、弦节点b 中 Bb 杆计算相同。 （2）斜杆 Ba与节点板连接焊缝计算 设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm 和 6mm。所需焊缝长度为 肢背：mm fh N l w fe w 20320183 160107.02 6308307. 0 2 7.0 ，取 w l 210mm 肢尖：mm fh N l w fe w 48.1761228.164 16067 .02 6308303 .0 2 3. 0 ，取 w l180mm （3）上弦杆与节点板连接焊缝计算： 为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，

27、计算 时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。 上弦肢背槽焊缝 内的应力由下面计算得 mmhf612 2 1 2 1 节点板厚度，mmhf10 上弦与节点板间焊缝长度为470mm，则 1 7. 02 wf lh P 14 47067.02 55629 MPa0.8156 w ff fMPa 上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N=631.39-0.26=631.13KN 偏心距e =110-25.984.1mm 设需焊缝长度为470mm，则 MPa lh N we f 18.100 )20470(107.02 631130 2 MPa lh M wf f 33.112 )2

28、0470(107 .02 1.846311306 7. 02 6 22 2 MPaMPa f f 16062.14018.100) 22. 1 33.112 ()() 22.1 ( 2222 （4）节点板尺寸：方法同前，如图8 所示 土木工程专业钢结构课程设计 11 图 8 节点板 B 尺寸 3 .屋脊节点 K （1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算： 弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密 合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。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。 设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm，则需焊缝长度为 w ff

29、w fh N l 7. 04 mm24.3022024.282 160107.04 1264450 ，取 w l =300mm 拼接角钢长度取2 (300+20)+24664mm ( 2 ) 斜杆与节点板连接焊缝的计算： 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm 和 5mm，所需焊缝长度为： 肢背：mml w 88.9012 16067.02 1514407.0 ，取 w l =100 mm 肢尖：mml w 5010 16057 .02 1514403.0 ，取焊缝长度 w l =60mm 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误 差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸

30、为500mm 240mm 。 ( 3 ) 弦杆与节点板的连接焊缝计算： 取 节 点 板 的 长 度 为500mm ， 则 节 点 一 侧 弦 杆 焊 缝 的 计 算 长 度 为 20102/500220 mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 wf lh P 7.02 M P afM P a w ff 16.1568.006.18 220107.02 55629 上弦肢尖与节点板用角焊缝， 按上弦杆内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩 设焊脚尺寸为 10mm。 MPa lh N we f 58.61 220107.02 15.01264450 2 15.0 MPa lh M we

31、f 24.141 220107.02 1.84126445015.06 2 6 22 M P aM P a f f 1 6 013.13158.61) 22.1 24.141 ()() 22.1 ( 2222 （4）中竖杆与节点板的连接焊缝计算 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 f h =5mm （5）节点板尺寸：方法同前，如图9 所示 土木工程专业钢结构课程设计 12 图 9 节点板 K 尺寸 4 .下弦跨中节点 f （1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长 度为mm fh f l w ff w 404 16087.0

32、4 21510042.67 7. 04 ，取 w l =404+16=420mm 拼接角钢长度 2 420+20=860mm （2）弦杆与节点板连接焊缝计算 按下弦杆内力的 15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊 缝长度为 肢背：mmlw27.10412 16067.02 15.011810007.0 ，取 w l =110mm 肢尖mmlw54.5112 16067.02 15.011810003.0 ，取 wl=60mm （3）节点板尺寸：方法同前，如图10 所示 图 10 节点板 f 尺寸 5 .端部支座节点 a 土木工程专业钢结构课程设计 13 图 11 支座节点 a

33、为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出 肢的宽度，故可取为180mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节 点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。 （1） 支座底板计算 支座反力NR5562901055629 取加劲肋的宽度为110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直 径为60mm，则所需底板面积： 22 2 .473294/6014.3 5.12 556290 mm f R c 锚栓孔缺口面积按构造要求取底 板尺寸为 280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则 承压面积： 2 65520)141102(280

34、mmAc 验算柱顶混凝土的抗压强度：MPafMPa A R c n 5.1249. 8 65520 556290 满足 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为四块，每 块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 2 2 M 式中- 底板下的平均应力，=8.49MPa 2 -两边支承对角线长， 2 =mm6.172110)2/14140( 22 -系数，由 22 /b 决定。 2 b 为两边支承的焦点到对角线 2 的垂直距离。由 相似三角形的关系，得 mmb8.84 6 .172 110133 2 土木工程专业钢结构课程设计 14 22 /b =0

35、.49，查表得0.0586，则单位宽度的最大弯矩为 M=0.058632.148216 .17249.8 2 mmN 底板厚度215/32.148216/6fM=20.34mm, 取 t=22mm （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 NV5.139072 4 556290 mmNVeM5.90397122/1105 .139072. 设焊缝尺寸为 6mm，焊缝长度mmlw4961220528， MPaMPa f f 16056.40) 49667.02 5 .139072 () 49667 .0222.1 65.9039712 ()

36、() 22. 1 ( 22 2 22 （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R=556290N，其中每块加劲肋各传 R/4=139072.5N，节点板传递 R/2=278145N。 节点板与底板连接焊缝总长度：mml w 5602802，所需焊角尺寸为 mm fl R h w fw f 6. 3 22.11605607 .0 278145 22.17.0 2 ，故取mmhf6 每块加劲肋与底板的连接焊缝总长度为mml w 156)1220110(2 所需焊缝尺寸为mm R hf52.6 22.11601567 .0 5.139072 22.11601567.

37、0 4 故取焊缝mmhf8 （4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算： 竖杆与节点板的连接焊缝计算，焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸mmhf5。 斜杆 Ba与节点板连接焊缝计算，同上。 肢背： w l =210mm，肢尖： w l 180mm 下弦杆与节点板连接焊缝计算 N=352.13KN，设肢背焊缝尺寸8mm，肢尖焊缝尺寸 6mm 需要焊缝长度为 土木工程专业钢结构课程设计 15 肢背：mml w 20016 16087.02 1013.3527.0 3 ，取 w l =200mm 肢尖：mml w 8712 16067 .02 1013.3523.0 3 ， w l 90mm 六、施工图（见施工图纸）