钢结构课程设计计算书Word下载.docx
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三毡四油
0.4
0.54
找平层
保温层
0.650.45
0.87750.6075
屋架和支撑自重
0.351
0.474
永久荷载总和
3.2013.001
4.321354.0515
屋面活荷载
0.7
0.98
可变荷载
0.80.6
1.120.84
可变荷载总和
1.51.3
2.11.82
设计屋面荷载时,考虑以下三种荷载组合:
(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载:
F=(4.32135+2.1)*1.5*6=57.7952.84KN
(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载:
F1=4.32135*1.5*6=38.8936.46KN
F2=2.1*1.5*6=18.916.38KN
(3)全跨屋架自重+半跨屋面自重+半跨屋面活载:
F3=0.474*1.5*6=4.266KNF4=(1.89+0.98)*1.5*6=25.83KN
其中,
(1)
(2)为使用节点荷载,(3)为施工阶段荷载。
四、内力计算:
上述三种荷载组合作用下的计算简图如下。
由单位荷载作用下各杆的内力值计算其内力组合:
五、
杆件设计:
(1)上弦杆:
整个上弦杆采用等截面角钢,按最大设计内力的FG杆设计。
N=-643.6KN,计算跨度l0x=l0=1.5M,l0y=3*l0=3*1.5M=4.5M。
选择两不等肢角钢,断肢相并。
腹杆最大内力aB,N=-406.02KN,中间节点板厚度选用12mm,支座节点板厚选用14mm。
由于双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类截面。
取λ=60。
查表得,稳定系数φ=0.807,则所需的截面面积为:
A=N/(φf)=643.6*100/(0.807*215)=3709
查表选取2L140*90*10角钢。
回转半径ix=25.6mm,iy=68.4mm。
A=4460mm。
按所选角钢验算如下:
λx=l0x/ix=1500/25.6=58.6<
60满足。
因为此截面为单轴对称截面构件,绕对称轴应取换算长细比λy。
b1/t=140/10=14<
0.56*l0y/b1=0.56*4500/140=32.14,故可近似取
λyz=λy=l0y/iy=4500/68.4=65.8<
[λ]=150。
满足要求。
由于λyz=λy>
λx,故只需求φyz,查表得:
φyz=0.776,
N/(φyz*A)=643.6*1000/(0.776*4460)=185.96N/
<
f=215N/
(2)下弦杆:
整个上弦杆采用等截面角钢,按最大设计内力的FG杆设计。
N=632.07KN,计算跨度l0x=l0=3M,l0y=20700/2=10350mm。
所需截面面积:
A=N/f=632.07*1000/215=2939.9
选用2L100*80*10,采用断肢相并,如图:
截面特征:
ix=23.5mm,iy=48.5mm,A=3440mm。
长细比计算:
λx=l0x/ix=3000/23.5=127.66<
[λ]=350
λy=l0y/iy=10350/48.5=213.4<
由于b1/t=100/10=10<
0.56*l0y/b1=0.56*10350/100=57.96,故可近似取
λyz=λy=l0y/iy=10350/48.5=213.4<
[λ]=350。
(3)
端斜杆:
杆件轴力N=-406.02KN,计算长度l0x=l0y=2530mm。
因为l0x=l0y,故采用不等肢角钢,长肢相并,尽量保证l0x=l0y。
A=N/f=406.02*1000/215=1888.47
选用2L100*80*10,截面特征如下:
λx=l0x/ix=2530/23.5=107.66<
[λ]=150
λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<
由于b1/t=100/10=10<
0.56*l0y/b1=0.56*2530/100=14.17,故可近似取
λyz=λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<
查表得,换算长细比φyz=0.749,则
N/(φyz*A)=406.02*1000/(0.749*3440)=157.6N/
f=215N/
(4)腹杆设计:
腹杆设计选材与斜杆类似。
杆件最大压应力取N=-406.02KN,最大拉应力N=306.9KN。
计算长度l0x=l0y=2530mm。
N/(φyz*A)=406.02*1000/(0.749*3440)=157.6N/
拉应力:
σ=N/A=306.9*1000/3440=89.2N/
(5)竖杆设计:
杆件轴力为N=-52.84KN,计算长度l0x=0.8*l=0.8*2802.25=2241.8mm。
l0y=l=2802.25mm。
由于杆件内力较小,按λ=[λ]=150来选择截面,则需要的回转半径为:
ix=l0x/[λ]=2241.8/150=14.95mm
iy=l0y/[λ]=2802.25/150=18.68mm
查表选择2L62*5,所选截面特征如下:
ix=19.4mm,iy=30.4mm,A=1228.6mm。
截面验算:
λx=l0x/ix=2241.8/19.4=115.56<
λy=l0y/iy=2802.25/30.4=92.2<
因为,b1/t=63/5=10<
0.56*l0y/b1=0.56*2802.25/63=25.8,故可近似取
λyz=λy=l0y/iy=2802.25/30.4=92.2<
查表得,换算长细比φyz=0.607,则
N/(φyz*A)=52.84*1000/(0.607*1228.6)=70.85N/
其它各杆件截面的选择可参考上述设计计算。
六、节点设计:
节点设计步骤:
由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸,即hf和lw,然后根据lw的大小比例绘制出节点板的形状和尺寸,最后验算下弦节点与节点板的连接焊缝。
E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值为:
=160N/
。
(1)下弦节点“c”设计:
设“cB”杆肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm,则所需的焊缝长度为:
肢背:
lw=0.7*N/(2*he*
)=0.7*306.9*1000/(2*0.7*8*160)=119.88mm,取120mm。
肢尖:
:
lw=0.3*N/(2*he*
)=0.3*306.9*1000/(2*0.7*3*160)=68.5mm,取70mm。
设“cD”杆肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm,则所需的焊缝长度为:
)=0.7*232.97*1000/(2*0.7*8*160)=91mm,取100mm。
)=0.3*232.97*1000/(2*0.7*3*160)=52mm,取60mm。
设“cb”杆焊缝尺寸为5mm。
根据上面求的的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙及支座和装配等误差,按比例绘制详图。
从而确定节点板尺寸为:
400mm*300mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为400mm,焊缝长度为6mm。
焊缝所受的内力分左右两个弦杆的内力差:
△N=514.87-216.64=298.23KN
受力较大的肢背处的焊缝应力为:
=0.75*298.23*1000/【2*0.7*6*(400-12)】=68.6N/
=160N/
焊缝强度满足要求。
(2)下弦节点“B”设计:
对“Bb”杆和节点的焊缝尺寸与节点“b”相同。
计算及验算方法如上。
肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm。
对“aB”杆肢背和肢尖焊缝hf分别为8mm和6mm,内力N=-406.02KN。
则所需的焊缝长度为:
lw=0.65*N/(2*he*
)=0.65*406.02*1000/(2*0.7*8*160)=147.3mm,取100mm。
lw=0.35*N/(2*he*
)=0.35*406.02*1000/(2*0.7*6*160)=105.7mm,取60mm。
上弦肢尖焊脚尺寸hf=8mm。
上弦肢背焊脚尺寸为hf=6mm.承受的集中荷载P=52.84KN。
上弦肢背焊缝处的的应力为:
σ=P/(2*0.7*hf*lw)=52.84*1000/【2*0.7*8*(400-12)】=16.2N/
0.8*1.22*160=156N/
肢尖焊缝承担的内力差:
△N=99.12KN,则
=99.12*1000/【2*0.7*8*(400-16)】=23.05N/
(3)屋脊节点“H”设计:
弦杆一般都采用同号角钢,为了使拼接板角钢与弦杆之间能够密合,并便于施焊,需将拼接角钢的尖角消除,可以靠节点板来补偿。
拼接角钢与受压上弦杆之间的角焊缝hf=10mm,则一条焊缝所需的焊缝长度为:
lw=634.6/(4*0.7*8*160)=177mm。
取180mm。
拼接角钢长度:
ls=2*(lw+2*hf)=2*(180+2*8)=392mm。
肢尖焊缝:
hf=8mm,取节点板长度为400mm。
lw=300/2-2*8-2*8=118mm,取150mm。
焊缝应力:
=0.15*634.6*1000/(2*0.7*8*150)=56.67N/
=6*0.15*634.6*1000*(90-21.2)/(2*0.7*8*150*150)=155.93N/
=
=139.81N/
(4)下弦拼接节点
算法与下弦节点“c”算法相同。
(5)支座节点“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160mm。
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,厚度为12mm。
1、支座底板的计算:
支座反力R=369.88KN。
设支座底板采用200mm*300mm。
混凝土强度等级为C30,fc=14.3N/
支座底板下混凝土受压强度验算:
q=R/A=369.88*1000/(200*300)=6.16N/
fc=14.3N/
每块板单位长度跨度:
M=q*a*b:
a=
=152.4mm,b=120*94/152.4=74mm
M=q*a*b=6.16*152.4*74=69470N/
底板厚度为:
t=
=44mm
取t=45mm。
2、加劲肋与节点板的连接焊缝计算:
加劲肋与节点的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似,如图:
偏于安全假定一个加劲肋的受力大小为屋架支座反力的1/4,即N=369.88/4=92.47KN。
M=92.47*120/2=5..55KN*M
设焊缝焊脚尺寸为hf=6mm,焊缝计算长度lw=570-20-12=538mm。
σ=5.55*1000000/(2*0.7*6*538^2)=13.7N/
3、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R=369.88KN,焊脚尺寸为hf=6mm,实际的焊缝长度为lw=N/(2*0.7*hf*
)=369.88*100/(2*0.7*6*160)=275.2mm。
取lw=300mm。
=N/(0.7*hf*lw)=369.88*1000/[2*0.7*6*(300-12)]=152.9N/
七、屋架施工图:
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