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钢结构毕业设计计算书|钢​结​构​毕​业​设​计​计​算​书​,​可​以​当​范​例​用
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钢结构梯形屋架课程设计计算书
文章导读:
钢结构梯形屋架课程设计计算书 1、设计资料 1)某厂房跨度为24m,总长90m,柱距6m,屋架下弦标高为18m。 2)屋架铰支..
钢结构梯形屋架课程设计计算书
1、设计资料
1)某厂房跨度为24m,总长90m,柱距6m,屋架下弦标高为18m。
2)屋架铰支于钢筋混凝土柱顶,上柱截面400&400,混凝土强度等级为C30。
3)屋面采用1.5&6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板(屋面板不考虑作为支撑用)。
4)该车间所属地区辽宁省阜新市。
5)采用梯形钢屋架。
考虑静载:①预应力钢筋混凝土屋面板(包括嵌缝) ②二毡三油防水层 ③20mm厚水泥砂浆找 ④60mm泡沫混凝土保温层 ⑤支撑重量;
考虑活载:①活载
6)地震设防烈度为7
&& &7)钢材选用Q235钢,焊条为E43型。
2、屋架形式和几何尺寸
屋面材料为大型屋面板,故采用无檩体系平破梯形屋架。
屋面坡度 i=1/10;
屋架计算跨度L0=2=23700mm;
端部高度取H=1990mm,中部高度取H=3190mm(为L0/7.4)。
屋架几何尺寸如图1所示:
图1:24米跨屋架几何尺寸
三、支撑布置
由于房屋长度有60米,故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆,其中屋脊和两支座处为刚性系杆,其余三道为柔性系杆。(如图2所示)
4、设计屋架荷载
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:
&& 二毡三油防水层&& &&& &&& &&& &&& &&& &&& &&& 1.004x0.35=0.351kN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层&&& &&& &&& &&& 1.004x 0.4=0.402kN/m2
60mm厚泡沫混凝土保温层&& &&& &&& &&& &&& 1.004x 0.06x 6=0.36kN/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&& 2.90kN/m2
标准可变荷载:
屋面活荷载&& &&& &&& &&& &&& &&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 0.7kN/m2
积灰荷载&&& &&& &&& &&& &&& &&& &&& &&&&&&&&&&&&& 0.75kN/m2
雪荷载&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 0.5kN/m2
_____________________________
共&&& 1.95kN/m2
考虑以下三种荷载组合
①&&&& 全跨永久荷载+全跨可变荷载
②&&&& 全跨永久荷载+半跨可变荷载
③&&&& 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:
F=(1.35x 2.90kN/m2+1.4x 0.7x 0.7kN/m2+1.4x 0.9x 0.75kN/m2 )x 1.5mx 6m=49.91kN
(2)全跨永久荷载+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:
5、屋架杆件内力计算
用图解法先求出全垮和半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数,然后乘以实际的节点荷载,屋架在上述第一种荷载组合作用下,屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆,内力均达到最大,在第二种和第三种荷载作用下,靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此,在全垮荷载作用下所有杆件的内力均应计算,而在半跨荷载作用下仅需计算靠近跨中的斜腹杆内力。
计算结果列于下表:
内力系数(F=1)
第一种组合F&①
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力/KN
F1&①+F2&②
F1&①+F2&③
F3&①+F4&②
F3&①+F4&③
6、杆件截面选择
整个上弦杆采用等截面,按FH杆件的最大内力计算,即NFH=959.027kN,
上弦杆计算长度:
在屋架平面内:为节间轴线长度,即l0x=l0=1.085m,在屋架平面外:本屋架为无檩体系,并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用,根据支持布置和内力变化情况,取l0y 为支撑点间的距离,即l0y =3&1.085=3.255m
根据屋架平面外上弦杆的计算长度,上弦截面选用两个不等肢角钢,短肢相并。如图所示。
腹杆最大内力N= 509.577KN,查表,中间节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度选用12mm。
设&=60,查Q235钢的稳定系数表,可得&=0.807,则需要的截面积为A=N/&f=959.027&&215=3817.2mm2
需要的回转半径:ixreq=l0x /&=1.085/ 60m=17.9mm
iyreq=l0y /&=3.255/ 60m=54.25mm
根据需要的A、ix 、iy 查角钢规格表,选用2 L 160&100&12,肢背间距a=8mm,则
A = 60.11cm2,ix = 2.82cm,iy = 7.67cm
截面验算:&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&x=l0x / ix=108.5 /2.82=38.48 <[&]=150 (满足)
&y=l0y/iy=325.5/7.67=58.75 ﹤[&] =150 (满足)
由于&y& & &x&& ,只需求&y 。查表&y =0.814,则
N /&A=662.308&103 /( 0.814&50.64&102)=160.67 N/mm2﹤f=215&N/mm2(满足)
整个下弦杆采用等截面,按最大内力所在的杆计算,N=946.485kN计算。l0x=230cm,l0y= 1135cm。
所需截面积Areq=N / f =946.485&103 /215 =4402.3mm2
查角钢规格表,选用2 L160&100&10,因l0y 》l0x,故用不等肢角钢,短肢相并。&&&&&&&&&&&&&
肢背间距a=10mm,则
A = 50.63cm2,ix = 2.846cm,iy = 7.62cm
&x=l0x / ix=230 / &2.846=80.8 <& && = 350&&&& (满足)
&y=l0y / iy==186.67<& && = 350&&&& (满足)
⑶端斜杆&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
①&&&& aB杆
杆件轴力:N= -384.972kN,
计算长度:l0x&=l0y=2535mm,因为l0x&=l0y ,故用不等肢角钢,长肢相并,使ix&iy 。&&&&&& 选用2&& 140&90&10,则A=44.52cm2,ix=4.47cm,iy=3.74cm
&x=l0x / ix= =56.7 && [&] =150&& (满足)
&y=l0y / iy= =67.8&& [ &] =150& (满足)
因为&y&&x,只需求&y ,查表得&y = 0.764。
N /&A = 384972 /(0.764&44.52&102 )=113.2 N/mm2﹤f=215&N/mm2(满足)
⑷斜腹杆Hi
最大拉力N1=28.798KN&&&&& 最大压力N2= -63.611KN
计算长度:l0x& =3370mm,l0y& =&l1 (0.75+0.25N2/N1)=4388mm
选用2& 75&5,ix& =2.33cm,iy =3.52cm,A=14.82 cm2
&x=l0x / ix=337&/2.33 =144.6& <[&]& =150&& &&(满足)
&y=l0y / iy=438.8 /3.52=124.7& <& [&]& =150 &&(满足)
因为&x&&y,只需求&x ,查表得&x =0.327。
则压应力N /&A=6& N/mm2 &215&N/mm2
拉应力N/A==19.4&N/mm2 &215&N/mm2
①&&&& Gg杆
NGg= -43.402&kN,l0x&=0.8&289=231.2cm,l0y=289cm.
宜按压杆的容许长细比进行控制。
现选用2 ∟63&5,查附表,A=2&6.14=12.28cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
&x=l0x / ix=231.2&/1.94=119.2& <& [ &]& =150&&&& (满足)
&y=l0y / iy=289 / 2.89= 100& <&& [&]& =150&&&& (满足)
&x=0.441﹤&y=0.555
N /&A=4&12.28&102)=80.1 N/mm2&f=215&N/mm2(满足)
设三块垫板,ld=231.2/4=57.8<40i=40&2.89=115.6cm(i为2.89cm)
NAa= -21.701KN,&l0x&=l0y=199cm,&
选用2 ∟63&5,查附表,A=2&6.14=12.28cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
&x=l0x / ix=199/1.94=102.6 <& [&]& =150 (满足)
&y=l0y / iy=199/2.89=68.9 <& [&] =150 (满足)
&x=0.54﹤&y=0.757
N /&A=2&12.28&102)=32.7 N/mm2&f=215&N/mm2(满足)
设两块垫板,ld=199/3=66.3<40i=40&2.89=115.6cm(i为2.89cm)
其他杆截面见下表,选用时一般腹杆按2 ∟70&8,竖杆选2 ∟63&5
不等肢角钢长肢相并的T型截面,腹杆采用两个等肢角钢组成的T型截面。
内力(kN)
计算长度(cm)
截面形式和规格
截面面积(cm2)
回转半径(cm)
容许长细比[&]
稳定系数&Pmin
计算应力(N/mm2)
2L160&100&10
2L125&80&8 &
2L140&90&10
-36.545 (37.19)
屋架杆件截面选择表
注:上弦杆和下弦杆采用的是不等肢角钢短肢相并的T型截面形式,支座斜杆杆采用的是
&&& 7、节点设计
在确定节点板的形状和尺寸时,需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为:
角钢肢背所需焊缝长度:
角钢肢尖所需焊缝长度:
如腹杆aB,设计杆力N=-384.972 &kN,设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf1=8mm,hf2=6mm。因aB杆系不等边,角钢与长肢相连,故K1=2/3,K2=1/3。则:
l1=(0.667&384.972&103)/(2&0.7&8&160)+2&8=159mm 取l1=130mm
l2=(0.333&384.972&103)/(2&0.7&6&160)+12=107mm 取l2=90mm
其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表。未列入表中的腹杆均因杆力很小,可按构造取肢尖: hf&mm,l1=8hf+10=8&5+10=50 mm&&
肢背:hf=6mm, l2=60mm
腹杆焊缝尺寸:
设计内力(kN)
表中1l、12为取整后数值
1、下弦节点&c&
按表3所列Bc、cD杆所需焊缝长度,按比例绘制节点详图,从而确定节点板的形状和尺寸。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为325mm,焊脚尺寸hf=6mm,焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N=Nac-Nce=205.29-500.42=-295.13kN。验算肢背焊缝的强度:
&f=K1&DN/(2&0.7&helw)=(0.667&295.13)&103/[2&0.7&6&(325-12)]=74.87 N/mm2&fwf=160N/mm2(满足)
2下弦结点&e&
按表3所列De、Fe杆所需焊缝长度,按比例绘制节点详图,从而确定节点板的形状和尺寸。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为300mm,焊脚尺寸hf=6mm,焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N=Nce-Neg=500.42-635.833=-135.413 kN。验算肢背焊缝的强度:
&f=K1&DN/(2&0.7&helw)=(0.667&135.413&103)/(2&0.7&6&300)=35.8&fwf=160 N/mm2(满足)
3 .下弦结点&g&
按表3所列Hg、Fg杆所需焊缝长度,按比例绘制节点详图,从而确定节点板的形状和尺寸。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为300mm,焊脚尺寸hf=6mm,焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N=Neg-Ngi=635.833-658.402=22.569N。验算肢背焊缝的强度:
&f=K1&DN/(2&0.7&helw)=(0.667&22.569&103)/(2&0.7&6&300)=6.0 &fwf=160 N/mm2(满足)
4上弦结点&B&
按表3所列腹杆Ba、cB所需焊缝长度,确定节点板形状和尺寸。采用塞焊,结点板伸出上弦肢背8mm,量得上弦与节点板的焊缝长度为330mm,hf=5mm,塞焊强度
15.9 N/mm2&fwf=160 N/mm2& (满足)
由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P=43.4kN , hf=8mm
弦杆内力差△N=NBC-NAB=378.462-0=378.462 kN和由其产生的偏心弯矩M=(N1-N2)e的共同作用,则焊缝强度为:&△N=△N /2&0.7hf&lw==378.462&103/(2&0.7&8&320)=105.6 N/mm2
&f& =M/WW=6M/(2&0.7&hf&lw=2)=6&378.462&103&55/(2&0.7&8&3202)=95.3 N/mm2
(&f2+(&M/1.22)2)0.5=131.35 N/mm2&fwf=160 N/mm2(满足)
5上弦结点&D&
按表3所列腹杆Dc、De所需焊缝长度,确定节点板形状和尺寸。量得上弦与节点板的焊缝长度为270mm,设hf=5mm,因节点板伸出上弦肢背8mm,塞焊强度19.5 N/mm2&fwf=160 N/mm2
故由弦杆与节点板共同承受弦杆内力差△N=Ncd-Nde=-378.462-(-587.224)=208.762 kN和由其产生的偏心弯矩M=(N1-N2)e的共同作用hf=8mm,则焊缝应力为:
&△N=△N /2&0.7hf&lw==208.762&10&/(2&0.7&8&260)=71.7 N/mm2
&f=M/WW=6M/(2&0.7&hf&lw=2)=6&208.762&103&55/(2&0.7&8&2602)=91.0 N/mm2
(&f2+(&M/1.22)2)0.5=103.5 N/mm2&fwf=160 N/mm2
6上弦结点&F&
按表3所列腹杆Fe、Fg所需焊缝长度,确定节点板形状和尺寸。量得上弦与节点板的焊缝长度为220mm,设hf=5mm,
&24.2N/mm2&fwf=160 N/mm2
节点板伸出上弦肢背8mm,故由弦杆与节点板共同承受弦杆内力差△N=Nef-Nfg=-587.224-(-662.308)=75.084 kN和由其产生的偏心弯矩M=(N1-N2)e的共同作用的共同作用,hf=8mm,。则焊缝应力为:
&△N=△N /2&0.7hf&lw==75.084&103 / (2&0.7&8&210)=27.9 N/mm2
&f& = M/WW=6M/(2&0.7&hf&lw=2)=6&75.084&103&55/(2&0.7&8&2102)=50.2N/mm2
(&f2+(&M/1.22)2)0.5=49.7 N/mm2&fwf=160 N/mm2
7屋脊结点&H&
设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝hf=8mm,则所需焊缝计算长度为(一条焊缝)
接角钢总长度为mm
上弦与节点板之间的槽焊缝,假定承受节点荷载
0.15N=0.15&452.73=67.91KN
M=Ne=67.91&55=3 N/mm2
&△N=△N /2&0.7hf&lw==67.91&103/(2&0.7&6&268)=30.17N/mm2
f=M/WW=6M/(2&0.7&hf&lw=2)=6&67.98&103&55/(2&0.7&6&2682)=37.14N/mm2
(&f2+(&M/1.22)2)0.5=42.86 N/mm2&fwf=160 N/mm2
8、支座结点&A&
为了便于施焊,下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取130mm。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等,厚度10mm。
(1)&&&&&& 支座底板的计算。支座反力R=7&P=7&43.4=303.8KN。
==4.0MP&f=14.3MP
支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块,每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板,
每块板的单位宽度的最大弯矩为=0.3.5N.mm&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
底板厚度t===8.7mm ,取t=10mm
(2)&&&&&& 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反力的1/4,即=75950N,则焊缝内力为M=Ve=7250N.mm
设焊缝=6mm,焊缝长度=60hf=360mm&423mm,焊缝应力为
节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部支座反力,取=8mm。
每块加劲肋于底板的连接焊缝长度为
所需焊缝尺寸为=160N/,
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