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钢结构设计计算doc

作者:万博  来源:万博manbetx官网  时间:2019-10-11 09:40  点击:


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  《钢结构课程设计任务书》 一、设计题目:焊接普通钢屋架设计 二、普通钢屋架课程设计目的及要求 通过钢屋架课程设计要求能掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法;能综合运用有关力学和钢结构课程所学知识,对钢屋架进行内力分析、截面设计和节点设计;掌握钢屋架施工图的绘制方法。 三、课程设计资料 1. 建筑类别 厂房总长度120m,檐口高度15m。厂房为单层单跨结构,内设两台中级工作制桥式吊车。 拟设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级为C30。柱顶截面尺寸为400400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。 厂房柱距选择: 6米 2. 屋架形式 2.1 三角形屋架 1)属有檩体系:檩条采用槽钢10,跨度为6m,跨中设一根拉条φ10。 2)屋架屋面做法及荷载取值(标准荷载值) 永久荷载:波形石棉瓦自重 0.20kN/m2 檩条及拉条自重 0.20kN/m2 保温木丝板重 钢屋架及支撑重 (0.12+0.011跨度)kN/m2 可变荷载:屋面活荷载 0.30kN/m2 积灰荷载 kN/m2 注: 1.以上荷载值均为水平投影 2.A,B屋架的形式与尺寸见图1 2.2 梯形钢屋架 1)属无檩体系:采用预应力混凝土大型屋面板(1.5m6m)。 2)屋架屋面做法及荷载取值(标准荷载值) 永久荷载:防水层(三毡四油上铺小石子) 0.35kN/m2 找平层(2cm厚水泥砂浆)0.0220=0.4kN/m2 保温层(泡沫混凝土): 预应力大型屋面板: 1.4kN/m2 钢屋架及支撑重: (0.12+0.011跨度)kN/m2 可变荷载:屋面活荷载 0.70kN/m2 积灰荷载 kN/m2 注:1.以上数值均为水平投影值 2.C形式及尺寸见图1 图1 3. 钢屋架制作及安装条件 1.钢屋架运送单元和支撑杆件均在金属加工厂制作,工地安装,采用手工焊接。 2.预先划分钢屋架的运送单元,以便确定屋架拼接节点的位置。一般梯形屋架为两个运送单元,三角形屋架可分为三个运送单元。如图2 图2 3.钢屋架与支撑杆件的连接采用普通螺栓。 4.构件最大运输长度为16m,运输高度为3.85m。 5.上下弦杆为连续杆件,角钢最大长度为19m。 四、课程设计要求 1.计算书 完成计算书一份,内容包括: 1.选题:柱距6米 屋架形式(A~C) 荷载取值(恒载,活载) 2.选择钢材 3.选择焊接方法及焊条型号 4.绘制屋盖体系支撑布置图 5.荷载计算及各杆内力组合 6.杆件截面设计 (由教师具体指定计算要求) 7.屋架节点设计 2.施工图 1.绘制与屋架支撑相连接的钢屋架施工图一张 2.图纸规格:1号图纸(594mm841mm) 3.图面内容: 屋架索引图(习惯画在图面左上角)比例尺取1:150~1:500 屋架正面图(画对称的半榀) 轴线 上下弦俯视图 杆件比例尺:1:10或1:15 必要的剖面(端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处) 屋架支座详图及零件详图 施工说明 材料表(可附在计算书中) 标题栏(写明:题目、指导老师、姓名、班级、日期。) 4.作图要求: 采用铅笔或者计算机绘图;图面布置合理;文字规范;线条清楚,符合制图标准;达到施工图要求。 5.设计完成后,图纸应叠成计算书一般大小,与计算书装订后一起上交。 五.设计时间 内力计算及荷载组合 2天 截面及节点设计 3天 绘制施工图 4天 计算书整理与施工图修正 1天 六.主要参考资料 1.《钢结构设计规范》 2.《工业与民用建筑荷载规范》 3.标准图集《梯形钢屋架G511》 4.《钢结构设计手册》中国建筑工业出版社 5.《钢结构》陈绍番主编,中国建筑工业出版社 A 1 H 焊接普通钢屋架设计 厂房总长度120m,檐口高度15m。厂房为单层单跨结构,内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级为C30。柱顶截面尺寸为400400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选择:6m。雪荷载为0.3 kN/m2。 1.屋架尺寸和檩条,支撑布置 1.1屋架尺寸 屋架计算跨度: 屋面倾角: 屋架跨中高度: 上弦长度: 节间长度: 节间水平投影长度: 屋架几何尺寸(单位:mm) 1.2檩条和支撑的布置 根据屋面材料的最大容许檩距,可将檩条布置于上弦节上(见下 图),檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条(10。 根据厂房总长度120m,跨度27m,在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑及垂直支撑,并在上弦及下弦各设三道系杆。上弦因有檩条亦可不设系杆,如图所示: 2.桁架设计 2.1荷载计算 屋面坡度,雪荷载按不均匀分布最不 雪荷载与活荷载不同时考虑,取较大值,按雪荷载计算。作用在檩条上的均不线荷载为 永久荷载:(坡面)波形石棉瓦: 保温木丝板: 檩条及拉条: 合计 雪荷载重 檩条均布荷载设计值: 因檩条沿节间布置,先将檩条作为桁架集中荷载计算,再按经验公式计算桁架和支撑自重,最后折算为桁架上弦节点荷载。 因为屋面坡度较小,风荷载为吸力,可不考虑风荷载和积灰荷载影响。檩条作用在桁架上弦的集中力 桁架和支撑自重,按轻屋盖估算 节点荷载设计值 2.2桁架杆件内力计算 三角形桁架在半跨雪荷载作用下,腹杆内力不变号,故只需按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据《建筑结构静力计算手册》,对于十二节间桁架,,先查得杆件内力系数,再乘以节点荷载,即可得出杆件内力如图。 最不利内力组合设计值见下表 杆件名称 杆件 内力系数 P=1 内力设计值 (kN) 上 弦 杆 AB -14.81 -334.77 BC -13.66 -308.77 CD -14.07 -318.04 DE -13.70 -309.67 EF -12.55 -283.68 FG -12.95 -292.72 下 弦 杆 AH 13.75 310.81 HJ 11.25 254.30 JM 7.50 169.53 腹 杆 HB -1.21 -27.35 HC -1.21 -27.35 HD 2.50 56.51 JD -2.79 -63.07 KD 2.50 56.51 KE -1.21 -27.35 KF -1.21 -27.35 KG 6.25 141.28 KJ 3.75 84.77 GM 0 0 上弦杆局部弯矩计算。按两跨连续梁计算 端节间 中间节间及节点 2.3杆件截面选择 2.3.1上弦杆截面计算 整个上弦杆采用同一截面,按最大内力计算N=?334.77kN(压力),查《钢结构设计手册》(中国建筑工业出版社),节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度选用12mm。 计算长度: 屋架平面内取节间轴线长度 屋架平面外根据支撑和内力变化取 因为,故截面宜选用两个不等肢角钢,且短肢相并。 设,查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表。 需要截面积: 需要回转半径: 根据需要的A、、,查《钢结构设计手册》角钢型钢表,选用2L,。 按所选角钢进行验算: 满足长细比:[]=150的要求。 由于,只需要求出,查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表, 所选截面合适。 2.3.2下弦杆截面计算 整个杆件采用同一截面,按最大内力计算,N=310.81kN(拉力) 计算长度,屋架平面内取节间轴线长度 屋架平面外根据支撑布置取 计算需要净截面面积 选用2L(短肢相并), 验算: 所选截面合适。 2.3.3斜杆截面计算 (1)斜杆HB、HC、KE、KF N=-27.35kN(压力), 计算需要净截面面积 选用2L, 验算: 由于,只需要求出,查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表, 所选截面满足要求。 (2)斜杆HD、KD N=56.51kN(拉力), 计算需要净截面面积 选用2L, 验算: 所选截面满足要求。 (3)斜杆JD N=-63.07kN(压力), 计算需要净截面面积 选用2L, 验算: 由于,只需要求出,查《钢结构设计手册》轴心受压构件的稳定系数表, 所选截面满足要求。 2.3.4斜杆KG N=141.28kN(拉力), 计算需要净截面面积 选用2L, 验算: 所选截面满足要求。 2.3.5斜杆KJ N=84.77kN(拉力), 计算需要净截面面积 选用2L, 验算: 所选截面满足要求。 2.3.6竖杆GM 竖杆GM为零杆,截面只根据刚度条件选择,采用等肢双角钢十字形截面。桁架的竖杆按压杆考虑,容许长细比为200,则十字形截面所需回转半径为 由角钢表查得L,,所以杆GM采用2L角钢。 表 屋架杆件一览表 杆件名称 杆件编号 内力设计值N (kN) 计算长度 选用 截面 截面 面积 A (cm) 杆件受礼类型 长细比 容许长细比[(] (min N/(A N/An ox oy ( ( 或 ( 上弦 AB,BC CD,DE EF,FG ?334.77 39.9 79.8 2L75×50×10 23.18 压杆 17 14 150 0.978 148 / 下弦 AH, HJ, JM +310.81 534 1068 2L 180×110×10 57.47 压杆 92 341 350 / / 106 腹杆 HB,HC,KE,KF -27.35 149.8 187.2 L 36×3 4.22 压杆 135 135 150 0.365 178 / HD, KD 56.51 309.8 387.2 2L 30×3 3.50 压杆 340 337 350 / / 161 JD -63.07 230.1 287.6 2L 63×4 9.96 压杆 117 117 150 0.453 140 / KJ 141.28 309.8 387.2 2L 36×5 6.76 压杆 287 62 350 / / 209 KG 84.77 309.8 387.2 L30×4 4.55 压杆 168 133 350 / / 186 FM 0 480.6 534.0 L 14.58 零杆 0 0 / / / / 2.4节点设计 2.4.1下弦节点J 选用E43焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值,实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。 JK杆的内力N=84.77 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝4mm,所需要的焊缝长度为: 肢背,取60mm 肢尖,取40mm JD杆的内力N=-63.07 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝4mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取60mm 肢尖 ,取40mm (3)下弦杆焊缝验算 下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。 肢背焊缝验算,4mm, 焊缝强度满足要求。 2.4.2下弦节点H 选用E43焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值,实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。 (1)HB杆的内力N=-27.35 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取40mm 肢尖 ,取30mm (2)HC杆的内力N=-27.35 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取40mm 肢尖 ,取30mm (3)HD杆的内力N=56.51 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 肢背,取50mm 肢尖,取30mm (4)下弦杆焊缝验算 下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。 肢背焊缝验算,3mm, 焊缝强度满足要求。 2.4.3下弦节点K 选用E43焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值,实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。 (1)KE杆的内力N=-27.35 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取40mm 肢尖 ,取30mm (2)KF杆的内力N=-27.35 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取40mm 肢尖 ,取30mm (3)KD杆的内力N=56.51 kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 肢背,取50mm 肢尖,取30mm (4)下弦杆焊缝验算 下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。 肢背焊缝验算,3mm, 焊缝强度满足要求。 根据节点放样,得节点板尺寸为 表 下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件 肢背 肢尖 JK 4 56取60 4 18取40 JD 4 57取60 4 29取40 HB 3 34取40 3 18取30 HC 3 34取40 3 18取30 HD 3 47取50 3 13取30 KE 3 34取40 3 18取30 KF 3 34取40 3 18取30 KD 3 47取50 3 13取30 2.4.4上弦节点B BH杆的内力N=-27.35kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取40mm 肢尖 ,取30mm 考虑搁置檩条,节点板缩进上弦肢背7mm,用槽焊缝链接,槽焊缝按两条角焊缝计算22.604kN。 节点板尺寸为,设肢尖焊缝5mm,假定集中荷载P与上弦垂直,忽略屋架上弦坡度影响。 肢背焊缝验算: 肢尖焊缝验算: 节点C、E、F同计算节点B。 上弦节点B、C、E、F节点 2.4.5上弦节点D (1)DH杆的内力N=56.51kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 肢背,取50mm 肢尖,取30mm (2)DK杆的内力N=56.51kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝3mm,所需要的焊缝长度为: 肢背,取50mm 肢尖,取30mm (3)DJ杆的内力N=-63.07kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝4mm,所需要的焊缝长度为: 因为,所以按两面侧焊缝计算。 肢背 ,取60mm 肢尖 ,取40mm 考虑搁置檩条,节点板缩进上弦肢背7mm,用槽焊缝链接,槽焊缝按两条角焊缝计算22.604kN。 节点板尺寸为,设肢尖焊缝5mm,假定集中荷载P与上弦垂直,忽略屋架上弦坡度影响。 肢背焊缝验算: 肢尖焊缝验算: 上弦节点D(单位:mm) 表 上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件 肢背 肢尖 BH 3 34取40 3 18取30 CH 3 34取40 3 18取30 EK 3 34取40 3 18取30 FK 3 34取40 3 18取30 DH 3 47取50 3 13取30 DK 3 47取50 3 13取30 DJ 4 57取60 4 29取40 2.4.6里脊节点G GK杆的内力N=141.28kN,采用三面围焊,肢背和肢尖的焊缝5mm,所需要的焊缝长度为: 肢背,取80mm 肢尖,取50mm 弦杆肢背与节点板的连接焊缝采用塞焊缝,屋脊节点处檩条传来的力为,此力甚小,且节点板甚长,满焊可满足要求,不必计算。 上弦肢尖与节点板的连接焊缝承担两侧弦杆内力差或中较大值及其产生的弯矩。 活荷载中所占比例甚小,故由半跨雪载与全部恒载在屋脊节点两侧上弦杆所产生的内力差甚小,可取 按绘制的节点图可知 则 拼接角钢与上弦连接焊缝长度确定,设则 ,取150mm。 拼接角钢总长度为 中间竖肢杆与节点板连接焊缝,因按结构取实际长度根据绘制施工图确定为 2.4.7下弦跨中节点M 下弦接头设于跨中节点处,连接角钢取与下弦杆相同截面2L180×110×10,焊缝高度8mm,焊缝长度为: ,取80mm, 连接角钢长度,取170mm。 下弦杆与节点板,斜杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计。 弦杆与节点板连接焊计算:按下弦内力的15%计算。 设肢背、肢尖焊肢尺寸为8mm,弦杆一侧需焊缝长度为 肢背 ,取80mm, 肢尖 ,取40mm。 2.4.8支座节点A 桁架支承的钢筋混凝土柱上,支座混凝土垫块强度等级 级,便于施焊,取底板至于下弦中心线。下弦杆与节点板焊缝计算:因故 肢背,取100mm 肢尖,取100mm 上弦杆与节点板焊缝计。,肢背为塞焊缝,肢背、肢尖均按节点板满焊,=5mm焊缝长度仅考虑节点中心右边板长的焊缝长度 承受荷载为,取=5mm。 支座底板计算: 支座反力 支座底板需要的受压净面积 则所需面积为 根据构造要求底板的实际净面积为 底板所受均布荷载反力为 所需底板厚度t的计算,按两相邻支承边的板计算 底板尺寸为 支座加劲厚度取10mm,焊缝取焊缝长度仅考虑与支座节点板焊缝, 考虑与上弦的焊缝, 加劲肋承受的内力为 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算: 取加劲肋切口宽度为15mm,取6条焊缝的总计算长度为 支座节点 加劲肋与节点板的连续焊缝 加劲肋的计算简图 A B C

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