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1、. . . .钢结构课程设计班 级: 建工1003班 姓 名: 刘政华 学 号: 201030135 指导老师: 周莉莉 2012年 1 月 2 日目录一、设计资料1二、结构形式及支撑布置2三、荷载计算4四、内力计算5五、杆件设计6六、节点设计10七、参考资料17八、附表一18九、附表二19一、设计资料某车间跨度为24m,厂房总长度72m,柱距6m,车间内设有两台300/50kN中级工作制吊车(参见平面图、剖面图),工作温度高于-20,无侵蚀性介质,地震设防烈度为6度,屋架下弦标高为12.5m;采用1.56 m预应力钢筋混凝土大型屋面板,级防水,卷材屋面,屋架采用梯形钢桁架,两端铰支在钢筋混凝
2、土柱上,混凝土柱上柱截面尺寸为400400mm,混凝土强度等级为C25,屋架采用的钢材为Q235B钢,焊条为E43型。屋架形式荷载(标准值)永久荷载:改性沥青防水层0.35kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m2100厚泡沫混凝土保温层 0.6kN/m2预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)1.4kN/m2屋架和支撑自重为 (0.120+0.011L)kN/m2可变荷载基本风压: 0.35kN/m2基本雪压:(不与活荷载同时考虑) 0.30kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2不上人屋面活荷载 0.7kN/m2二、结构形式及支撑布置桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示图2.1 桁
3、架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2所示图2.2 桁架支撑布置符号说明:SC:上弦支撑; XC:下弦支撑; CC:垂直支撑GG:刚性系杆; LG:柔性系杆三、荷载计算 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现,从资料可知屋面活荷载大于雪荷载,故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2,故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重(包括支撑)按经验公式(=0.12+0.011跨度)计算,跨度单位为m。标准永久荷载: 改性沥青防水层 1.004x0.35=0.351kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.00
4、4x 0.4=0.402kN/m2100厚泡沫混凝土保温层1.004x 0.6=0.602kN/m2预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)1.004x 1.4=1.406kN/m2屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m2 _共 3.145kN/m2标准可变荷载:屋面活荷载 0.7kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2_共 1.45kN/m2考虑以下三种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载效应控制的组合)全跨节点荷载设计值:(2)全跨永久荷载
5、+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值:对结构不利时:(按永久荷载效应控制的组合)(按可变荷载效应控制的组合)对结构有利时:半跨可变荷载设计值: (3)全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载效应控制的组合) 全跨节点桁架自重设计值:对结构不利时:对结构有利时:半跨节点屋面板自重及活荷载设计值:四、内力计算荷载组合(1)计算简图如图4.1,荷载组合(2)计算简图如图4.2,荷载组合(3)计算简图如图4.3.图 4.1 荷载组合(1)图 4.2 荷载组合(2)图 4.3 荷载组合4.3由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、走半跨和右半跨)。然后求出各种荷载
6、情况下的内力进行组合,计算结果见附表1五、杆件设计(1)上弦杆整个上弦杆采用等截面,按FG、GH杆件的最大设计内力设计。N=788.27kN=788270N上弦杆计算长度:在桁架平面内,为节间轴线长度:在桁架平面外,根据支撑布置和内力变化情况,取:因为=3,故宜选用两个不等肢角钢,短肢相并。腹杆最大内力N=470.35kN节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度用12mm 设=60,选用角钢,为b类截面,查表得。需要截面积:需要的回转半径:根据需要的A、查角钢规格表,选用21409010,=2.85cm,=7.70cm,按所选角钢进行验算: 截面和界面都为b类截面,由于,只需要求。查表的=0.8
7、06。 故所选截面合适。(2)下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力设计值设计。N=779070N平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为:,所需截面面积:选用2,=2.56cm,=6.77cm,由于,故用不等肢角钢短肢相并考虑到下弦有的栓孔削弱,下弦净截面面积: 所选截面合适。(3)端斜杆aB杆件轴力: N=470.35kN=470350N计算长度,因为,故采用不等值角钢长肢相并。使设=60,查表得。选用2,按所选角钢进行验算: 截面和界面都为b类截面,由于,只需要求。查表的=0.683。故所选截面合适。(4)腹杆He最大拉力: 21.46kN最大压力: 97.75kN按最大压力进行计算,
8、设计计算值为97.75kN。由于节点板的嵌固作用,桁架平面内的计算长度取,节点板在桁架平面外的刚度很小,故桁架平面外的计算长度仍取节间距离,即。设=60,查表得,选用等肢角钢,2,按所选角钢进行验算: 截面和界面都为b类截面,由于,只需要求。查表的=0.433。由于腹杆压力大于拉力,故可不比验算拉应力。故所选截面合适。(5)腹杆Bb腹杆拉力设计值为 N=357.85kN选用2组成梯形截面,按所选截面进行验算:平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为, , 故所选截面合适。(6)竖杆Ie竖杆拉力设计值: N=144.39kN 选用2组成十字形截面,按所选截面进行验算:平面内的计算长度和平面外的计
9、算长度分别为, , 故所选截面合适。其他腹杆:竖杆Aa、Cb、Ec、Gd选用2组成的十字形截面,腹杆Db选用2短肢相并,腹杆Dc、Fd、Hd选用2组成的梯形截面,腹杆Fc选用2组成的梯形截面。经验算,所选截面都能满足要求。各杆件的截面的选择见附表2六、节点设计(1)下弦节点“b”有E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝,则所需的焊缝长度为: 肢背:,加后取16cm 肢尖: ,加后取10cm设“Db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为,所需的焊缝长度为: 肢背:,加后取14cm 肢尖: ,加后取7cm“Cb”杆的内力很小,只需要按构造确定焊缝,取。 根据上面求得
10、的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板的尺寸为310mm400mm。 下弦与节点板的连接的焊缝长度为400mm,。焊缝所受的左右两下弦杆的内力差为,肢背的力最大,取肢背进行计算,则肢背处的焊缝应力为: 焊缝强度满足要求。(2)上弦节点B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Ba”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为,所需的焊缝长度为: 肢背: ,加后取16cm 肢尖: ,加后取11cm考虑焊缝长度,同时为了在上弦搁置屋面板,节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm,选择节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算
11、上弦杆的焊缝: 忽略桁架上弦坡度的影响,假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载,肢尖承受左右弦杆的内力差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ,=8mm由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm,上弦肢尖角焊缝的剪应力为:故焊缝强度满足要求。(3)下弦节点“c”设“Dc”杆的肢背和肢尖焊缝,则所需的焊缝长度为: 肢背:,加后取11cm 肢尖: ,加后取6cm设“Fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为,所需的焊缝长度为: 肢背:,加后取8cm 肢尖: ,由于焊缝计算长度不得小于和40mm,肢尖焊缝长度取6cm。“Cb”杆的内力很小,只需要按构造确定焊缝,取。节点板取265mm315mm,取,下弦杆与节
12、点板的焊缝长度为315mm,焊缝受左右弦杆的内力差为,受力较大的肢背处的剪应力为:焊缝强度满足要求。(4)下弦节点“d”设“Fd”杆的肢背和肢尖焊缝,则所需的焊缝长度为: 肢背:,计算长度取48mm,加后取7cm 肢尖: ,计算长度取48mm,加后取6cm设“Hd”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为,所需的焊缝长度为: 肢背: ,计算长度取48mm,加后取7cm 肢尖: ,计算长度取48mm,加后取6cm。“Cb”杆的内力为52890N,。肢背:,焊缝长度取6cm,肢尖的力比肢背的小,肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm285mm,由于d点左右两端的拉力值相差不大,可只按构造确定其焊角尺寸为。(5)下弦节点“e”腹杆“eH”计算内力为97.75kN,肢背的焊缝长度为:,加后取7cm肢尖:48mm,取焊缝长度为6cm。节点板取325mm270mm。验算下弦节点板的焊缝。计算内力为0.15779.07kN=116.86kN,焊缝长度为270,焊缝肢背的剪应力为:,肢尖受力较小,不必验算。故焊缝合适。竖杆“eI”焊缝计算:拉力为144.39kN,取,考虑起弧和灭弧,焊缝长度取7cm,肢尖受力较小,按构造确定焊缝长度为6cm。下弦拼接角钢的总长度为采用与上弦统一钢号的角钢进行拼接,垂直肢截取宽度