土木工程施工课程设计计算说明书个人小结

淮 阴 工 学 院

课程设计计算说明书

课程名称: 钢结构设计原理 设计题目: 某梯形钢屋架设计 专业层次: 土木工程(本科) 班 级: 土木 10X 姓 名: 学 号: 指导老师: 孙文彬、胡志军

2 0 0 7年 1 2 月

开 始 设 计

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45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)该车间所属地区为北京市 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)、②二毡三油加绿豆沙、③找平层2cm厚、④ 支撑重量

考虑活载:活载(雪荷载)积灰荷载 6)钢材选用Q345钢,焊条为E50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=(3040-1990)/10500=1/10;

屋架计算跨度L0=24000-300=23700mm;

端部高度取H=1990mm,中部高度取H=3190mm(约1/7。4)。屋架几何尺寸如图1所示:

15拱50

图1:24米跨屋架几何尺寸

3、支撑布置

由于房屋长度有90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)

上弦平面支撑布

垂直支撑布

4、屋架节点荷载

屋面坡度较小,故对所有荷载均按水平投影面计算:

计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况

1) 满载(全跨静荷载加全跨活荷载) 节点荷载

① 由可变荷载效应控制的组合计算:取永久荷载γG=1.2,屋面活荷载γQ1=1.4,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9,则节点荷载设计值为 F=(1.2×2.584+1.4×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×6=45.7992kN

② 由永久荷载效应控制的组合计算:取永久荷载γG=1.35,屋面活荷载γQ1=1.4、 ψ1=0.7,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9,则节点荷载设计值为 F=(1.35×2.584+1.4×0.7×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×60=46.593 kN 2) 全跨静荷载和(左)半跨活荷

① 由可变荷载效应控制的组合计算:取永久荷载γG=1.2,屋面活荷载γQ1=1.4,

屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9 全垮节点永久荷载

F1=(1.2×2.584)×1.5×6=27.9072kN 半垮节点可变荷载 F2=(1.4×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×6=17.892kN

② 由永久荷载效应控制的组合计算:取永久荷载γG=1.35,屋面活荷载γQ1=1.4、 ψ1=0.7,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9 全垮节点永久荷载

F1=(1.35×2.55)×1.5×6=31.347 kN 半垮节点可变荷载

F2=(1.4×0.7×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×6=31.347kN 故应取P=46.23kN

3) 全跨屋架和支撑自重、(左)半跨屋面板荷载、(左)半跨活荷载+集灰荷载 ① 由可变荷载效应控制的组合计算:取永久荷载γG=1.2,屋面活荷载γQ1=1.4,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9 全跨屋架和支撑自重

F3=1.2×0.384×1.5×6=4.4172Kn 半跨屋面板自重及半跨活荷载

F4=(1.2×1.4+0.7×1.4)×1.5×6=23.94kN

② 由永久荷载效应控制的组合计算:取永久荷载γG=1.35,屋面活荷载γQ1=1.4、 ψ1=0.7,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9 全跨屋架和支撑自重

F3=1.35×0.384×1.5×6=4.617kN 半跨屋面板自重及半跨活荷载

F4=(1.35×1.4+1.4×0.7×0.7)×1.5×6=23.184kN

5﹑屋架杆件内力计算

见附表1

6﹑选择杆件截面

按腹杆最大内力Nab=-413.28KN,查表7.6,选中间节点板厚度为8mm,支座节点板厚度10mm。

1) 上弦杆

整个上弦杆采用等截面,按最大内力NFH=-711.01KN计算 在屋架平面内:为节间轴线长度,即 lox=l。=150.8cm, loy=301.6cm

=0.659 Areq=N/f=711010/(0.659×310×100)=34.803cm2 假定=xreq=lox/=150.8/70=2.54cm

iyreq=loy/=301.6/70=5.08cm 由附表9选2

125×80×10,短肢相并,如下图所示,

A=2×19.71=39.42 cm2 、ix=2.26cm、iy=6.04cm

截面验算:x=lox/ ix=150.8/2.26=66.7

双角钢T形截面绕对称轴(y轴)应按弯扭屈曲计算长细比yz b1/t=12.5/1.0=12.5>0.56 loy/ b1=0.56×301.6/12.5=13.51,则:

222

yz=3.7 *b1/t(1+ loy14(1+301.62×0.82/52.7×12.54)=54.1t/52.7 b1)=3.7×

〈x

故由max=x=66.7查附表1.2得=0.686

由N/A=711.01×1000/(0.686×39.42×100)=262.93N/ mm2

125×80×10截面形式

2) 下弦杆

整个下弦杆采用等截面,按最大内力Ngi=706.82KN计算

lox=300cm loy=2370/2=1185cm, Anreq=N/f=706.82×1000/(310×100)=22.80 cm2

由附表9选

2

125×80×7短肢相并

A=2×14.1=28.2 cm2,ix =2.3cm ,iy=5.97cm 103/(28.2×102)= 250.65N/ mm2

x=lox/ ix=300/2.3=130.43

故下弦杆采用

2 125×80×7短肢相并

3)腹杆 ①、aB杆 N

aB

=-413.28KN,loy= lox=l=253.5cm

110×70×8长肢相并

选用

2

查附表9得:

A=2×13.94=27.88 cm2, ix =3.51cm ,iy=2.85cm

x=lox/ ix=253.5/3.51=72.2

因为b2/t=7/0.8=8.75

22

按式yz=y[1+(1.09 b4)/(l)] oyt2

=88.9×[1+1.09×74/(253.52×0.82) ]=94

yz>x,由yz查附表1.2得x=0.472

则N/A413.28×1000/(0.472*27.88*100)= 314.058N/ mm2

2

110×70×8长肢相并

②、Bc杆 N

Bc

=320.56KN, lox=0.8L=0.8*260.8=208.6cm, loy=L=260.8cm

75×8

选用

2

A=2×11.5=23 cm2,ix =2.28cm ,iy=3.42cm

x=lox/ ix=208.6/2.28=91.51

=N/An=320.56×1000/(23×100)= 139.37 N/ mm2

③、cD杆 N

Bc

=-253.47KN,lox=0.8L=0.8×285.9=228.72cm, loy=L=285.9cm

75×8

选用

2

A=2×11.5=23 cm2,ix =2.28cm ,iy=3.42cm

x=lox/ ix=228.72/2.28=100.32

因为b/t=75/8=9.375

22

yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×7.54/285.92×0.82)=86 t)=83.6×

由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.430

=N/An=253.47×1000/(0.411*23×100)= 268.14 N/ mm2

)

④、De杆 N

De

=172.39KN, lox=0.8L=0.8*285.9=228.72cm, loy=L=285.9cm

选用

2 56*5

A=2×5.42=10.84 cm2,ix =1.72cm ,iy=2.62cm

x=lox/ ix=228.7/1.72=132.98

1000/(10.84×100)=159.03 N/ mm2

) =N/An=172.39×

、eF杆

-114.62

N

eF

按压杆进行计算:

5.1

lox=0.8L=0.8×312.9=250.3cm, loy=L=312.9cm 选用2

75×8

A=2×11.5=23 cm2,ix =2.28cm ,iy=3.42cm

x=lox/ ix=250.3/2.28=109.79

因为b/t=75/8=9.375

22yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×7.54/312.92×0.82)= 93.68 t)=91.49×

由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.375

10/(0.375×23×10)=132.89 N/ mm2

103/(23×102)=2.22 N/ mm2

) =N/An=5.1×

32

⑥、

Fg杆

+ 58.58KN 按压杆进行计算:

NFg lox=0.8L=0.8×311.9=249.5cm, loy=L=311.9cm

选用2

56×5

A=2×5.42=10.84 cm2,ix =1.72cm ,iy=2.62cm

x=lox/ ix=249.5/1.72=145.1

因为b/t=5.6/0.5=11.2

22

yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×5.6t)=119.05×

4

/311.92×0.52)=121.34

由于由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.235

拉=N/An=58.58×1000/(10.84×100)=54.04N/ mm2

⑦、

gH杆

按压杆进行计算:

NgH lox=0.8L=0.8×339.6=271.7cm, loy=L=339.6cm

选用2

63×5

A=2×6.14=12.28 cm2,ix =1.94cm ,iy=2.89cm

x=lox/ ix=271.7/1.94=140.1

因为b/t=6.3/0.5=12.6

22

yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×6.3t)=117.51×

4

/339.62×0.52)=120.56

由于由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.250

拉=N/An=36.03×1000/(12.28×100)=29.34 N/ mm2

由于NgH上的力都不大,选用的2

63×5可以满足力的要求

⑧、

Hi杆

-71.51KN 按压杆进行计算:

NFg lox=0.8L=0.8×337=269.6cm, loy=L=337cm

选用2

63×5

A=2×6.14=12.28 cm2,ix =1.94cm ,iy=2.89cm

x=lox/ ix=269.6/1.94=138.97

因为b/t=6.3/0.5=12.6

22

yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×6.3t)=116.61×

4

/3372×0.52)=119.68

由于由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.253

拉=N/An=27.24×1000/(12.28×100)=22.18N/ mm2

压=N/An=71.51×1000/(0.253*12.28×100)=243.04N/ mm2

4)竖杆 ①、Aa杆

NAa=-23.3KN ,lox=loy=L=200.5cm 选用

2

63×5

A=2×6.14=12.28 cm2,ix =1.94cm ,iy=2.89cm

x=lox/ ix=200.5/1.94=103.35

因为b/t=6.3/0.5=12.6

22yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×6.34/200.52×0.52)=74.55 t)=69.38×

由于由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.411,则:

=N/An=23.3×103/(0.411×12.28×102)=46.17N/ mm2

)

②Cc.Ee.Gg

NCc= NEe= NGg=-46.59KN

内力大小相同,选用长细比较大的竖杆Gg进行设计,可保证其他竖杆的安

全。则:

lox=0.8L=0.8×289=231.2cm, loy=L=289cm 选用

2

63×5

A=2×6.14=12.28 cm2,ix =1.94cm ,iy=2.89cm

x=lox/ ix=231.2/1.94=119.18

y=loy/ iy=289/2.89=100

因为b/t=6.3/0.5=12.6

22yz=y(1+0.475b4/ loy(1+0.475×6.34/2892×0.52)=103.58 t)=100×

由于由于x> yz,则由x查附表1.2得=0.328,则:

10/(0.328×12.28×10)=115.67 N/ mm2

) =N/An=46.59×

3

2

③Ii杆

NIi=136.52KN,L0=0.9L=0.9×319=287.1cm 选用

2

63×5如图所示十字相连,查附表8得: A=12.28 cm2,xo=2.45

xo=L0/i=287.1/2.45=117.2

x0

=N/An=136.52×103/(12.28×102)=111.17 N/ mm2

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l1:l1

K1N20.7hf1f

K2N20.7hf2ff

wwf

角钢肢尖所需焊缝长度l2:l2

如腹杆aB,设计杆力N=-413.28 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=0.65,K2=0.35。则: l1=(0.65×413.28×103)/(2×0.7×8×200)=119.9mm 取l1=130mm l2=(0.35×413.28×103)/(2×0.7×6×200)=86.09,取l2=100mm

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,可按构造取肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf1=6mm,hf2=5mm,l1=l2=8hf+10≈60 mm

腹杆焊缝尺寸:

l2①、下弦节点“c” (见附图)

先计算腹板与节点板的连接焊缝:B-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm,hf2=6mm,则所需焊缝长度:

肢背:Lw1=0.7×320560/(2×0.7×8×200)=100.175mm 用120mm 肢尖:Lw2=0.3×320560/(2×0.7×6×200)=57.243mm 用100mm 腹杆D-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取:hf1=8mm, lw1取90mm hf2=6mm, lw2取60mm C-c杆因内力很小,焊缝尺寸可按构造确定为5mm。 其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝,内力差ΔN=537.22-220.38=316.84KN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸,量得实际节点板长度为305cm,肢背及肢尖焊脚尺寸均取为8mm,则计算长度l

②、上弦“B”节点(见附图)

同样先计算腹杆B-a、B-c的杆端焊缝,方法同上。

“Bc”杆的与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Ba”杆的肢背和肢尖焊缝

hf8mm和hf6mm

'

肢背:lw

附图 下弦“c”节点

0.7413260

119.9mm,取130mm

0.65N2hef

w

f

20.782000.341326020.76200

0.35N2hef

w

f

86.09mm,取100mm

上弦肢背的槽焊缝内的应力由下面计算得到:h'f8mm,h

20.7hl

w

fw20.743508159.4MPa

20.7hl

w

fw20.763501236.4MPa

都满足要求。

附图 上弦“B”节点

③、屋脊节点(见附图)

上弦与节点板的连接焊缝,角钢肢背采用塞焊缝,并假定仅受屋面板传来的集中荷载,一般可不作验算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力N的15%进行计算,即N0.15N0.15685.38102.807kN其产生的偏心弯矩为MNe102.8071000606168420N·mm。 节点板尺寸如下图所示:

设肢尖焊角尺寸hf26mm,则焊缝的计算长度lw2200265183mm 验算肢尖焊缝强度:

2

w

2

126.90N/mm

拼接角钢采用与上弦相同截面,热弯成形。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受的内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hft28mm。则接头一侧需要的焊缝计算长度为:

lw

N40.7hff

w

f

685.3810

3

40.78200

153mm

拼接角钢的总长度为:

l2lw2hfa215328102



8036410

1

取l400mm

拼接角钢竖肢需切去的高度为:thf5108523mm 取25mm,即竖肢余留高度为55mm。

④、支座节点(见附图)

根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝,节点板采用38010440。为便于施焊,取底板上表面至下弦轴线的距离为160mm。且在支座中线处设加劲肋9010,高度与节点板相同也为440mm。 ①底板计算

支座反力R7F746.593326.151kN

根据构造需要,取底板尺寸为280mm380mm。锚栓采用2M24,并用图示U形缺口。柱采用的C30混凝土fcc14N/mm2。作用于底板的压应力为:

p

RAn

326.15110192280

3

6.07N/mm

22

(满足)

底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支承板,故应计算底板单位宽度上的最大弯矩:

b1a1

79.2169.8

2

0.466查表得0.0546

Mpa10.05466.07169.89555.6N·mm/mm

2

需要的底板厚度:t②加劲肋计算

13.9mm取t20mm

设hf6mm,取焊缝最大计算长度lw60hf606360mm

V

R4

326.151

4

81.54kN

,MVe81.5452.54280.85kN·

mm

2

w

2

33.18N/mm

③加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算

hfmin1.5

6.7mm,取8mm。

l

f

w

2a2b1t2c12hf2280219210215128768mm

R

326.15110

3

f0.7hf

l

w

1.220.78768

62.16N/mm

2

w

2

其余节点见施工祥图

课程设计小结

设计安排

12.28 和同班级人集中学习讨论开始设计

12.29 资料查阅与解决设计中存在的问题,开始荷载计算

1.2 杆件内力的计算及杆件截面的选择,初步绘制CAD图

1.3 杆件的连接(节点板的设计),并绘制CAD图

1.4 完成施工祥图并整理资料

通过这次钢屋架课程设计,我对其普通钢屋架的造型﹑计算﹑构造和施工图绘制有了初步的了解。总结了一下,获得的东西还真是不少。

首先是钢屋架荷载的计算。一开始接触这个课程设计可以说碰到的第一个难题就是钢屋架荷载的计算,看课本的计算过程疑虑重重,而且我借的不同的参考书有的不同的解法。后来我仔细回顾了第三章的内容,把荷载计算的原理看了两遍,本着万变不离其宗的原则,发现不管何种做法都是在原理的前提下做的,只不过,有的参考书是过去的老规范。而课本是在经验的前提下取的永久性荷载的结论。我把两种荷载仔细验算一遍,发现它的结论是正确的。这样学下来,我才发现其实知识不是像想象中的那么难,不惧怕,塌实,就可以掌握。

后来就是杆件内力的计算了。这部分花费了我比较长的时间,杆件的计算长度,截面形式,截面选择及构造要求,填板的设置及节点板的厚度。一路下来,东西多而散,在设置的时候不能偏袒哪一方面。比如强度符合了,才发现材料有些浪费了,经济合理不符合了。在反反复复的修改中,我也对一些规范熟记于心。

到了设计的后期,难搞的就是接点设计的原则和要求和施工图的内容和绘制。单纯的看课本有些不懂,我查阅了有关的书籍和网上资料,多少能参透一些,但是直到现在结束了,对于一些规定和经验值,我还不能熟练运用,有些甚至一知半解。其中在CAD图的绘制过程中由于自己还不是很熟练的掌握,导致设计进程落后。我想这是对假期时间提高自己的专业绘图水平的一个提醒。

课程设计结束了,我相信这次课程设计的收获还是很大的,作为首次设计专业东西,好奇和上进心让我仔细完成了属于自己的设计。看着这份小小成果,确实有些成就感。尽管设计之中还存在一些问题,但是我相信它对我的影响要远远大于一个学分,一门考试。希望老师能对其中的不合理之处作一下指导,我能从

中认识到自己的不足。


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