鋼結構課程設計說明書

1、河南理工大學鋼結構設計1 鋼結構課程設計計算說明書鋼結構課程設計計算說明書 目錄目錄 、設計資料 .2二 屋架形式，尺寸及支撐布置.2三、荷載與內力計算.41.荷載計算.42.內力計算.4四、桿件截面設計.61.上弦桿.62.下弦桿.73.端斜桿 Ba .84.斜桿 Bb .95.再分腹桿 c1G .106.中豎桿 Je .11五、節(jié)點設計.12河南理工大學鋼結構設計21. 下弦節(jié)點 b .132 .上弦節(jié)點 B .143 .屋脊節(jié)點 K .154 .下弦跨中節(jié)點 e .165 .端部支座節(jié)點 a .17鋼結構梯形屋架課程設計鋼結構梯形屋架課程設計、設計資料設計資料已知條件：天津某廠金工車間，

2、梯形鋼屋架跨度 27m，長度 180m，柱距6m。該車間內設有一臺 30t 中級工作制橋式吊車。采用 1.5m6m 預應力混凝土大型屋面板，冬季最低溫為-20 度，采用 80mm 厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷載標準值為 0.7 kN/m2，雪荷載標準值為 0.3 kN/m2，積灰荷載標準值為 0.35 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為 400 mm400 mm，混凝土標號為 C20。鋼材采用 Q235B 級，焊條采用 E43 型。二 屋架形式，尺寸及支撐布置屋架形式，尺寸及支撐布置屋架的計算跨度：Lo=270002150=26700mm端部高度：h

3、=2000mm（軸線處） ，h=2015mm（計算跨度處）跨中高度：002670020150.1335022LHHimm屋架的高跨比：33500.1254626700OHL屋架形式及幾何尺寸見圖 1 所示。河南理工大學鋼結構設計3 屋架支撐布置見圖 2 所示。 河南理工大學鋼結構設計4符號說明：GWJ-（鋼屋架） ；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐） ； CC-（垂直支撐） ；GG-（剛性系桿） ；LG-（柔性系桿） 圖 2 屋架支撐布置圖三、荷載與內力計算三、荷載與內力計算1.1.荷載計算荷載計算荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。 1.永久荷載標準值 防水層（三氈四油，

4、上鋪小石子） kN/1.2 0.350.42找平層（20mm 厚水泥砂漿） kN/0.4 1.20.48保溫層（80mm 厚泡沫混凝土） kN/1.2 0.50.6預應力混凝土大型屋面板 kN/1.2 1.41.68 屋架和支撐自重 21.2 (0.120.011 30)0.54/kN m 總計 3.72 kN/可變荷載標準值屋面活荷載 kN/1.4 0.70.98 總計 0.98 kN/ 2.荷載組合設計屋架時，應考慮以下三種組合： 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載： F=(3.72+0.98) 1.56=42.3 kN 全跨永久荷載+半跨可變荷載河南理工大學鋼結構設計

5、5 全跨節(jié)點永久荷載： F1=3.721.56=33.48 kN 半跨節(jié)點可變荷載： F2=0.981.56=8.82 kN 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點屋架及支撐自重： F3 =0.541.56=4.86kN半跨大型屋面板重及活荷載： F4=(1.68+0.98) 1.56= 23.94kN2.2.內力計算內力計算用圖解法分別先求出左半跨和右半跨單位荷載作用下的桿件內力系數(shù)，二者相加得到全跨單位荷載作用下節(jié)點的內力系數(shù)，然后乘以實際的節(jié)點荷載，得到相應的內力。屋架在上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿，豎桿和靠近兩端的斜腹桿，內力均達到最大。在第二種和第三種

6、荷載組合作用下，靠跨中的斜腹桿的內力可能達到最大或發(fā)生變號。因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內力均應計算，而在半跨荷載作用下僅需計算近跨中的斜腹桿內力。計算結果列下表。河南理工大學鋼結構設計6 表 1-屋架桿件的計算內力注：表內負責表示壓力；正值表示拉力四、桿件截面設計四、桿件截面設計腹桿最大內力，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板479.68NkN 桿件名稱 全跨 左半跨 右半跨PP1P2P1P2P3P4P3P4計算內力(KN)AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD-11.11-8.01-3.74-469.95-442.61-404.95-245

7、.75-143.53-469.95DE-17.89-12.26-6.79-756.75-707.09-658.85-380.45-249.50-756.75EFG-18.47-12.84-6.79-781.28-731.62-678.26-397.15-252.32-781.28GHIJ-20.14-12.19-9.44-851.92-781.80-757.55-389.71-323.87-851.92a-b5.934.371.89250.84237.08215.21133.4474.07250.84b-c14.9410.525.33631.96592.98547.20324.46200.21

8、631.96c-d21.0813.489.16891.68824.65786.55425.16321.74891.68d-e18.259.809.80771.98697.45697.45323.31323.31771.95Aa-0.50-0.500.00-21.15-21.15-16.74-14.40-2.43-21.15Ba-11.16-8.22-3.54-472.07-446.14-404.86-251.02-138.99-472.07Bb8.966.293.21379.01355.46328.29194.13120.39379.01Cb-1.00-1.000.00-42.30-42.30

9、-33.48-28.80-4.86-42.3Db-7.44-4.88-3.08-314.71-292.13-276.26-152.99-109.89-314.71Dc5.483.212.73231.80211.78207.55103.4891.99231.8Ec-1.50-1.500.00-63.45-63.45-50.22-43.20-7.29-63.45E10.730.730.0030.8830.8824.4421.023.5530.88c1-4.56-1.78-3.35-192.89-168.37-182.22-64.77-102.36-192.89F1-1.00-1.000.00-42

10、.30-42.30-33.48-28.80-4.86-42.3G1-3.76-0.98-3.35-159.05-134.53-155.43-41.73-98.47-159.05Gd-2.26-2.930.51-95.60-101.51-71.17-81.131.23-101.51Hd0.000.000.000.000.000.000.000.000H20.000.000.000.000.000.000.000.000I20.000.000.000.000.000.000.000.000J2d2.693.50-0.61113.79164.5584.6896.86-1.53164.55Je0.00

11、0.000.000.000.000.000.000.000 屋架桿件內力組合表 表1河南理工大學鋼結構設計7厚度取 t=14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取 t=12mm。1.1.上弦桿上弦桿腹桿最大內力，N=-472.07KN，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取 14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取 12mm。1.上弦桿整個上弦桿采用相同一截面，按最大內力計算，N=-851.92KN計算長度： 屋架平面內取節(jié)間軸線長度Oxl=150.8cm 屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：Oyl=300cm因為 2OxlOyl，故截面宜選用兩個不等肢角鋼

12、，且短肢相并，見圖 4圖 4 上弦截面要截面積*A =fN.32851.92 104910.060.807 215mm需要回轉半徑*xi=2.51 cm601508oxl*yi=5.00 cm603000oxl根據(jù)需要的*A、*xi、*yi 查角鋼型鋼表，初選 2 L 16010014，A=69402mm， =2.80cm ， =7.86m。xiyi按所選角鋼進行驗算河南理工大學鋼結構設計8x=52.9=150 xoxil828150.y=38=150yoyil867300.由于51016030005605604111416011./.b/l./t /boy則：=150444167524130

13、014116737521734224221.).(.)b.tl(tb.oyyz 由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，0.8384yyzxxminx 215 MPa 所選截面合適。3851.92 101770.847 5680 xNMPaA2 2 . .下弦桿下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內力計算，N=891.68kN計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度Oxl=4500mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取Oyl=13350mm計算需要凈截面面積*A=32891.68 104147215Nmmf選用 2 L1409014（短肢相并） ，見圖 5。河南理工大學鋼結構設計9圖 5 下弦截面A=694

14、02mm， =2.51cm，=6.93cm。xiyi按所選角鋼進行截面驗算，取AA n（若螺栓孔中心至節(jié)點板邊緣距離大于 100mm，則可不計截面削弱影響） N/2mm215 N/2mm3891.68 10146.1786100nNA x=179.3 =250 xoxil512450. y=192.6=350 9361335.ilyoy 所選截面滿足要求。3.3. 端斜桿端斜桿 B Ba a已知 N-472.07kN，OxlOyl253.9cm因為OxlOyl，故采用等肢角鋼，使xiyi選用角鋼 2 L 10012,見圖 6圖 6 端斜桿 BaA45602mm，xi3.03cm，yi4.64c

15、m截面剛度和穩(wěn)定驗算x= =83.8 =1500339253.ilxoxy= =54.7 =1506449253.ilyoy河南理工大學鋼結構設計10由于=14.731092535805803832110/.b/l./t /boy557219253104750175447501224224.).(.)tlb.(oyyyz0.6624xmin215 N/2mm 所選截面滿足要求。32472 10156.26/0.6624 4560nNN mmA填板放兩塊，=84.6 cm40 xi=403.03=121.2 cma4.4. 斜桿斜桿 Bb已知 N=379.01kN計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線

16、長度Oxl=0.8l=0.82622=2097.6mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取Oyl=2622mm選用 2 L1006，見圖 7。 圖 7 斜桿 BbA=23862mm， =3.10cm，=4.44cm。xiyi N/2mm215 N/2mm3379.01 10160.052368NA x=67.7 =350 xoxil10376209.河南理工大學鋼結構設計11 y=59.1=350 4442262.ilyoy所選截面滿足要求。填板放兩塊，=87.4cm80 xi=803.10=248cma5.5. 再分腹桿再分腹桿 c1G=-192.89kN， =-159.01kN，=4174 mm1N

17、1cN2N1GN1計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度Oxl=0.8l=0.82087=1669.6mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取Oyl=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396.33mm121NN192.89159.01選用 2 L1006，見圖 8。 圖 8 再分腹桿 c1G 圖 9 中豎桿 Je A=23862mm， =3.10cm，=4.44cm。xiyi x=53.9 =350 xoxil10396166. y=99=350 4446439.ilyoy由于=25.51064395805807166010/.b/l./t /boy8105606439104750

18、19947501224224.).()tlb.(oyyyz0.5182yzmin河南理工大學鋼結構設計12N/2mm215 N/2mm所選截面滿足要求3192.89 10157.640.5128 2386yzNA填板放兩塊，=109.9cm40 xi=403.10=124cma6.6. 中豎桿中豎桿 Je已知 N0，0.9 335301.5cmll9 . 00中間豎桿選用 2 L756 的角鋼，并采用十字形截面，見圖 9A=17.6, cm,2cm4520.ix=103.6 =150 所選截面滿足要求91253010.ilxoox填板放五塊，=60.3cm40=402.45=98cma0 xi

19、其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結果見表 2表二五、節(jié)點設計五、節(jié)點設計用 E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值 MPa160wff河南理工大學鋼結構設計13各桿件內力由表 1 查得 1.1. 下弦節(jié)點下弦節(jié)點 b b見圖 10 圖 10 下弦節(jié)點 b（1） 斜桿 Bb 與節(jié)點的連接焊縫計算：N=379.01kN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為 6mm 和 5mm。所需焊縫長度為：肢背：，取200mm32379.01 103122002 0.7 6 160wlmm wl肢尖：，取125mm31379.01 10310122.82 0.7 5 160wlmm wl（2） 斜桿 D

20、b 與節(jié)點的連接焊縫計算：N=314.71kN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為 6mm 和 5mm。所需焊縫長度為肢背：，取170mm32314.71 10312168.12 0.7 6 160wlmm wl肢尖：，取110mm31314.71 10310103.662 0.7 5 160wlmm wl（3）豎桿 Cb 與節(jié)點板連接焊縫計算：N = 42.3kN因其內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊腳尺寸=5mmfh焊縫長度40mm，取=60mmwl wl（4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：焊縫受力為左右下弦桿的內力差 河南理工大學鋼結構設計14N=631.96-250.84381.12KN，設肢

21、尖與肢背的焊腳尺寸為 6mm，所需焊縫長度為：肢背： ，取250mm32381.12 10312201.012 0.7 6 160wl wl肢尖：，取150mm31381.12 10312106.522 0.7 6 160wl wl（5）節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖所示2 2 . .上弦節(jié)點上弦節(jié)點 B B（1）斜桿 Bb 與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點 b 中 Bb 桿計算相同。（2）斜桿 Ba 與節(jié)點板連接焊縫計算，N=472.07kN。設肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為 10mm 和 6mm。所需焊

22、縫長度為肢背：，取200mm32472.07 10320160.492 0.7 10 160wlwl肢尖： ，取150mm31472.07 103117.082 0.7 6 160wl wl為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載 P 與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內的應力由下面計算得， mmhf6122121節(jié)點板厚度mmhf10 上弦與節(jié)點板間焊縫長度為 440mm，承受集中力 P=42.3kN, 則河南理工大學鋼結構設計15MPa0.8MPa1423001

23、1.42 0.72 0.7 6 440ffwPhl 156wfff上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內力差 480.11 0.24479.87kN 偏心距 e =110-25.984.1mm設需焊縫長度為 440mm，則47987084.6722 0.7 10 (44020)fewNMPahl22266 479870 84.198.052 0.72 0.7 10 (44020)ff wMMPah l222284.67()()()98.05120.131601.221.22ffMPaMPa（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖所示節(jié)點板 B 尺寸3 3 . .屋脊節(jié)點屋脊節(jié)點 J J （1） 弦桿與拼接角

24、鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側的焊縫長度可按弦桿內力計算。N=851.92KN，設肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm，則需焊縫長度為，取=450mm167 . 04wffwfhNl3851.92 1016431.972 0.7 8 160mm wl拼接角鋼長度取 2450+50950mm（2) 斜桿與節(jié)點板連接焊縫的計算：河南理工大學鋼結構設計16設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為 6mm 和 5mm，N=101.51kN,所需焊縫長度為：肢背：，取=70mm0.

25、7 1015101264.872 0.7 6 160wlmm wl肢尖：，取焊縫長度=40mm0.3 1015101037.192 0.7 5 160wlmm wl根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為 500mm240mm。(3) 弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：取節(jié)點板的長度為 500mm，則節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為 220 mm。20102/500上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載 4230013.730.8156.162 0.72 0.7 10 220wfffwPMPafMPahl上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按

26、上弦桿內力的 15%計算，并考慮此力產生的彎矩設焊腳尺寸為 10mm。0.15851920 0.1541.4922 0.7 10 220fe wNMPah l2266 0.15 851920 84.195.522 0.7 10 220fe wMMPah l 222295.5()()()41.4988.591601.221.22ffMPaMPa（4）斜桿 J2 與節(jié)點板連接焊縫的計算此桿內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊腳尺寸=5mmfh（5）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖所示河南理工大學鋼結構設計17節(jié)點板 K 尺寸4 4 . .下弦跨中節(jié)點下弦跨中節(jié)點 e e（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算拼

27、接角鋼與下弦桿截面相同，設肢尖、肢背焊腳尺寸為 8mm，則需焊縫長度為 mmfhflwffw40416087 . 0421510042.677 . 04A，取wl =404+16=420mm拼接角鋼長度 2420+20=860mm（2） 弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內力的 15%計算，設肢背、肢尖焊腳尺寸為 6mm，弦桿一側需焊縫長度為肢背：，取wl =90mm0.7 771950 0.151272.3082 0.7 6 160wlmm 肢尖，取wl =50mm0.3 771950 0.151237.842 0.7 6 160wlmm （3）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖所示河南理工大學鋼結

28、構設計18 節(jié)點板 f 尺寸5 5 . .端部支座節(jié)點端部支座節(jié)點 a a圖 11 支座節(jié)點 a（1）為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為 160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為 14mm。支座底板計算：支座反力42.3 18.90.5 2 42.3 / 2420.88RkN 取加勁肋的寬度為 110mm，考慮底板上開孔，錨栓直徑取 d=25mm，錨栓孔直徑為 60mm，則所需底板面積：河南理工大學鋼結構設計192214208803.14 60 / 436496.412.5cRAmmfA 按構造要求取底板尺寸為 280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力。則