钢结构课程设计.doc
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钢结构课程设计.doc
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钢屋架设计计算
一、设计资料
1.车间基本参数:
某公司因生产需要,拟在济南郊区建设一座单层单跨机加工车间(设计使用寿命50年),车间建筑平面、剖面见下图。
车间采用排架结构,下部为现浇钢筋混凝土柱及独立基础,上部采用钢屋架结构,屋架与排架柱铰接。
车间内设有一台A4工作制的软钩梁式吊车,屋架下弦距离牛腿顶面1.8m,轨道高度130mm。
混凝土排架柱采用实腹矩形柱;吊车梁采用H形截面钢吊车梁,抗风柱为矩形截面钢筋混凝土柱。
车间屋面采用75mm厚彩色夹芯钢板,屋面檩条为卷边C型钢(C180×70×20×2.5),檩条间距约1.5m;车间四周围护墙采用240mm厚砖墙,内外各抹灰20mm厚,表面刷涂料;纵墙塑钢窗洞高为1.8m、宽为2.4m,共上下两层。
2、车间荷载、材料自重、抗震设防等级:
①屋面活荷载标准值:
0.5kN/m2(不上人屋面,无积灰荷载);
②基本风压:
0.45kN/m2;
③基本雪压:
0.30kN/m2;
④屋面75mm厚夹芯钢板及檩条自重标准值:
0.25kN/m2(按投影面积);
⑤钢屋架及屋面支撑自重标准值(估算):
0.35kN/m2(按投影面积);
⑥钢筋混凝土自重25kN/m3;砖及抹灰自重20kN/m3;
回填土自重20kN/m3;
⑦抗震设防等级:
6度。
3、荷载组合:
①钢屋架
为简化计算,屋面暂不考虑风荷载作用。
首先计算一榀典型简支屋架的内力系数,然后分别计算下述三种荷载标准值作用下的杆件内力:
全跨永久荷载、全跨屋面活荷载、半跨屋面活荷载。
最后列表进行下述两种荷载组合:
1.2×全跨永久荷载+1.4×(屋面活荷载,雪荷载)max;
1.2×全跨永久荷载+1.4×(半跨屋面活荷载,半跨雪荷载)max。
②排架柱
为简化计算,不考虑车间的空间作用,将钢屋架简化成刚度无穷大的水平横梁,两端与排架柱铰接连接。
屋面永久荷载及活荷载标准值分别等效作用到横梁上。
首先分别计算下述八种荷载标准值作用下一榀典型排架的内力:
永久荷载、屋面活荷载、左(或右)墙面风荷载、吊车左(或右)刹车力、吊车靠近左(或右)时的竖向荷载;然后列表进行排架柱的内力组合。
组合情况考虑以下六种:
1.2×永久荷载+1.4×(屋面活荷载,雪荷载)max;
1.2×永久荷载+1.4×墙面风荷载;
1.2×永久荷载+1.4×吊车竖向荷载;
1.2×永久荷载+0.9×1.4×(屋面活荷载,雪荷载)max+0.9×1.4×墙面风荷载;
1.2×永久荷载+0.9×1.4×(屋面活荷载,雪荷载)max+0.9×1.4×吊车竖向荷载;
1.2×永久荷载+0.9×1.4×(屋面活荷载,雪荷载)max+0.9×1.4×墙面风荷载+0.9×1.4×吊车竖向荷载+0.9×1.4×吊车水平荷载。
4、地质情况:
经勘测,地表土为人工填土,1.2m厚,不宜作为天然地基土,建议全部挖除;其下为粘土,地基承载力特征值,压缩模量,适宜作为地基持力层。
场地地下水静止水位埋深为10.5米,可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。
最大冻土深度可按0.5m考虑。
5、主要构件材料
①钢筋:
纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋;
②混凝土:
C20~C30;
③钢材:
Q235-B或Q345-B。
6、钢屋架形式为梯形钢屋架,吊车吨位为10t,牛腿柱顶标高为4.5m
结构布置
二、钢屋架计算
1、屋面坡度为1/12。
2、屋架布置及几何尺寸
屋架几何尺寸图
屋架计算跨度2400-300=23700
屋架端部高度H=23125mm
3、荷载计算
(1)恒荷载
屋面恒荷载0.25kN/m2屋架及支撑自重0.35kN/m20.25+0.35=0.6kN/m2
(2)活荷载
因屋面活荷载0.5kN/m2>雪荷载0.3kN/m2,取0.5kN/m2
永久荷载设计值:
1.35×0.6+1.4×0.7×0.5=1.3kN/m2
可变荷载设计值:
1.2×0.6+1.4×0.5=1.42kN/m2
2、荷载组合
设计屋架时,考虑以下两种荷载组合:
全跨永久荷载+半跨可变荷载F1=0.6×1.2×1.5×6=6.48kN
F2=0.5×1.4×1.5×6=6.3kN
三、内力计算
按力学求解器计算杆件内力,然后乘以实际的节点荷载,屋架要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值,在第二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,在全跨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,仅需计算近跨中的斜腹杆内力,取其中不利内力(正、负最大值)作为屋架的依据。
具体计算见图屋架各杆内力组合见表。
全跨荷载布置图
全跨荷载内力图
左半跨荷载布置图
左半跨荷载内力图
内力计算表
杆件名称
内力系数
第一种组合
第二种组合
计算杆件内力
全跨
左半跨
右半跨
F×(KN)
×+×
+×
上
弦
杆
AB
0
0
0
0
0
0
0
BC
-8.32
-5.96
-2.36
-106.83
-91.89
-69.10
-106.83
CD
-8.32
-5.96
-2,36
-106.83
-91.89
-69.10
-106.83
DE
-12.98
-8.76
-4.31
-166.66
-139.38
-111.78
-166.66
EF
-12.98
-8.76
-4.31
-166.66
-139.38
-111.78
-166.66
下
弦
杆
ab
4.5
3.31
1.18
57.78
50.25
36.76
57.78
bc
11.03
7.66
3.37
141.63
120.29
93.14
141.63
cd
14.08
8.98
5.10
180.78
148.50
123.94
180.78
de
14.64
8.14
6.50
187.98
146.83
136.45
187.98
斜
腹
杆
aB
-8.75
-6.44
-2.31
-112.35
-97.93
-71.58
-112.35
Bb
6.82
4.72
3.09
87.67
74.28
63.96
87.67
bD
-5.42
-3.40
-2.02
-69.59
-56.81
-48.07
-69.59
Dc
3.72
1.92
1.80
47.76
36.37
35.61
47.76
cF
-2.50
-0.74
-1.75
-32.10
-20.96
-27.35
-32.10
Fd
1.17
-0.40
1.58
15.02
5.08
17.62
17.62
dH
-0.04
1.50
-1.54
-0.51
9.23
-10.01
-10.01
He
-1.02
-2.42
1.40
-13.10
-21.96
15.5
-21.96
竖杆
Aa
-0.05
-0.50
0
-6.42
-6.42
-3.26
-6.42
Cd
-1.0
-1.0
0
-12.84
-12.84
-6.51
-12.84
Gd
-1.0
-1.0
0
-12.84
-12.84
-6.51
-12.84
Ie
1.84
0.92
0.92
23.63
17.80
17.80
23.63
四、杆件截面设计
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=-184.54N(压力),查表,节点板厚度选用8mm,支座节点板厚度选用10mm。
计算长度屋架平面内取节间轴线长度,lox=1505mm
屋架平面外,根据支撑和内力变化取,loy=6020mm
截面宜选用两个不等肢角钢,且短肢相并,如图
y
y
x
x
12
图1上弦截面
A=13.82cm2ix=1.67cmiy=6.69cm
λy=lox/ix=150.5/2.56=59<
λy=loy/iy=602.0/6.69=90<
b1/t=100/8=12.5<0.56loy/b1=(0.56×603.0)/10=33.8
可近似取λxz=λy,b类截面,查表φy=0.621
N/(φyA)=184.54×103/(0.621×4460)=66.63N/mm2<ƒ=215N/mm2
所选截面合适。
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,Nmax=185.69kN(拉力)
计算长度屋架平面内取节间轴线长度ly=600cm
屋架平面外根据支撑布置取loy=23.7/2=11.85m
试选用2∟80×50×8,见图2所示,
A=19.7cm2,ix=1.38cm,iy=4.02cm
按所选角钢进行截面验算:
λx=lox/ix=300/1.38=217<[λ]=350
λy=loy/iy=1185/4.02=295<[λ]=350
截面合适
12
x
x
y
y
下弦截面
3、斜杆截面计算
①斜杆AK和斜杆BM合并
N=-109.65kN(压力),l0x=2775,l0y=3067
计算所需净截面面积
选用2∟70×6,图所示,A=16.32c㎡,ix=2.15cm,iy=3.19cm
x
x
y
y
12
斜杆截面
λx=lox/ix=262.4/2.15=129.069<属于b类截面
λx=loy/iy=262.4/3.19=96,。
14<属于b类截面
满足长细比:
的要求。
b2/t=11.7<0.58loy/b2=0.58×262.4/7=21.7λyz=82.3×(1+0.475b3/loy2t2)=86.1
查轴心受压构件的稳定系数表,φ=0.392
N/(φA)=109.65×103/(0.392×1632)=171.40N/mm2<ƒ=215N/mm2
所选截面合适。
②斜杆KB和斜杆MC合并
N=87.93kN(压力),
l0x=0.8l=0.8×3067=245.36cm,l0y=l=306.7cm
计算需要净截面面积
An=N/ƒ=87.93×103/215=408.98mm2
选用2∟45×5,见图所示,A=8.58c㎡,ix=1.37cm,iy=2.18cm
验算:
λx=lox/ix=245.36/1.37=179.9<
N/(φA)=87.93×103/(0.493×1632)=102.48N/mm2<ƒ=215N/mm2
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