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钢结构课程设计计算书

一由设计任务书可知:厂房总长为120m,柱距6m,跨度为24m,屋架端部高度为2m,车间内设有两台中级工作制吊车,该地区冬季最低温度为-22℃。

暂不考虑地震设防。

屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板,屋面坡度为i=1:10。

卷材防水层面(上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层)。

屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡,雪荷载标准值为0.4KN/㎡,积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。

屋架采用梯形钢屋架,钢屋架简支于钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级C20.二选材:根据该地区温度及荷载性质,钢材采用Q235-C。

其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型,手工焊接,构件采用钢板及热轧钢筋,构件与支撑的连接用M20普通螺栓。

屋架的计算跨度L。

=24000-2×150=23700,端部高度:h=2000mm(轴线处),h=2150(计算跨度处)。

三结构形式与布置:屋架形式及几何尺寸见图1所示:图1屋架支撑布置见图2所示:图2四荷载与内力计算:1.荷载计算:活荷载于雪荷载不会同时出现,故取两者较大的活荷载计算。

永久荷载标准值:防水层(三毡四油上铺小石子)0.35KN/㎡找平层(20mm厚水泥砂浆)0.02×20=0.40 KN/㎡保温层(40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡总计:2.784 KN/㎡可变荷载标准值:雪荷载<屋面活荷载(取两者较大值)0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力,起卸载作用,一般不予考虑。

总计:1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡2.荷载组合:设计屋架时应考虑以下三种组合:组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KNP2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载屋架上弦荷载P3=0.384KN/㎡×1.2×1.5×6=4.15KNP4=(1.4×1.2+0.7×1.4)×1.5×6=23.94KN3,内力计算:首先求出杆件内力系数,即单位荷载作用下的杆件内力,荷载布置如图3所示。

计算内力系数的半跨荷载图3经计算得表一,表一列出了各个杆件的内力系数和杆件内力值,由表中的三种组合可见:组合一,对杆件计算起主要控制作用;组合三可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号,在施工过程中,在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免内力变号。

表一注:表内负值表示压力,正值表示拉力五 杆件截面设计:腹杆最大内力N=-489.87KN ,由屋架节点板后参考可知:支座节点板厚可取12mm ,其余节点厚和垫板厚度均取10mm 。

1.上弦杆整个上弦杆采用同一截面,按最大内力计算N=-749.29KN 。

计算长度:屋架平面内取节点轴线长度 l ox =150.8cm 。

屋架平面外根据支撑,考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用,取上弦横向水平支撑的节点长度l oy =2l ox =267cm,故截面宜选用两个不等肢的角钢,且短肢相并,见图4:图4 上弦截面设λ=60,查轴心受压稳定系数表ϕ=0.807需要截面积*A =f N .ϕ=3749.291042190.807215⨯=⨯2mm 需要回转半径i x=150825.160oxl mm λ==需要回转半径y i =301650.360oyl mm λ== 根据需要的*A ,x i ,y i 查角钢型钢表,初选2L140×90×10,A=44602mm ,x i =2.54cm,y i =6.81cm 。

按所选角钢进行验算:150.858.92.56ox x x l i λ===<][λ=150 301.644.56.77oy y yl i λ===<][λ=150 由于1b /t=140/10=14>0.56×270/140=10.7则)7.521(7.3412201b t l t b y yz +=λ=22414301.613.71152.714⎛⎫⨯⨯+ ⎪⨯⎝⎭=54.1<「λ」=150 由于λx >λyz >λy ,只需求出x ϕϕ=min 查轴心稳定系数表x ϕ=0.813322749.2910206.62150.8134460x N N mm N mm A ϕ⨯==<⨯ 所选截面合适。

2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力计算N=735.15KN 。

计算长度:屋架平面内取节点间轴线长度 l ox =6000mm 。

屋架平面外根据支撑布置,取 l oy =11850mm 。

计算需要净截面面积*A =fN .=3735.15103419.3215⨯=2mm 选用2L140×90×8(A=36602mm ,x i =2.59cm,y i =6.73cm 。

按所选角钢进行验算:取n A =A(若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm ,则不计截面削弱影响)322735.1510204.22153600n N N mm N mm A ⨯==< []600231.72502.59ox x x l i λλ===<= []1185176.13506.73oy y yl i λλ===<= 3. 再分腹杆beC12292.95,326.07eb Ce N N kN N N kN ====,13772l mm =计算长度:屋架平面内取节点间轴线长度l ox =0.80.818861508.8l mm =⨯= 屋架平面外根据支撑布置取112292.950.750.2537720.750.253583326.07oy N l l mm N ⎛⎫⎛⎫=+=⨯+⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭选用2L90⨯8 见图6:A=27882mm ,x i =2.76cm,y i =4.09cm[]150.8854.71502.76ox x x l i λλ===<=[]358.387.61504.09oy y yl i λλ===<= 由于 b/t=9/0.8=11.25 0.58358.3923.1<⨯=4422220.4750.4759187.6190.9358.30.8yz y oy b l t λλ⎛⎫⎛⎫⨯=+=⨯+= ⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ x ϕϕ=min =0.614322326.0710190.52150.6142788x N N mm N mm A ϕ⨯==<⨯ 所选截面合适。

填板放两块,75.54040 2.76110.4a x l cm i cm cm =<=⨯= 4.中竖杆Ic已知:N=5449KN00.90.932002880l l mm ==⨯=中竖杆选用2L70×5的角钢,并采用十字形截面,见图7:图7 中竖杆Ic[]201376, 2.16288133.31502.16x ox x x A mm i cml i λλ=====<= 满足要求。

填板放五块,57.64040 2.1686.4a x l cm i cm cm =<=⨯= 其余各杆截面选择过程不一一列出,计算结果见表二:计算长度截面积回转半径计算填板杆件名称内力设计值N(KN)(cm)选用截面A (cm)应力块上弦杆AI -749.29 150.8 301.6 短肢相并44.6 2.56 6.77 58.9 150 0.813 174.6 22L140×90×10下弦杆ac 735.15 600 1185 短肢相并36 2.59 6.73 231.7 350 / 204.2 62L140×90×8Aa -23.47 201.5 201.5 T型截面9.6 1.53 2.45 131.7 150 0.38 -64.4 22L50×5da -532.8 154.6 367 T型截面38.52 3.05 4.52 81.2 150 0.68 -203.5 2 Dc -489.87 2L100×10be 292.95 150.88 388.3 T型截面27.88 2.76 4.09 90.9 150 0.614 190.5 2 Ce 326.07 2L90×8bf -126.66 166.9 313.7 T型截面18.8 2.47 3.65 90.6 150 0.584 -115.4 2 Gf -90.37 2L80×6cg -60.29 166.9 416.4 T型截面9.6 2.47 3.65 117.7 150 0.451 -71.1 2 Gg -41.98 2L80×6Ad 36.5 163.7 163.7 T型截面9.6 1.53 2.45 107 150 0.511 74.4 12L50×5Bd -45.19 95.4 95.4 T型截面9.6 1.53 2.45 62.4 150 0.794 -59.3 12L50×5De -45.19 117 117 T型截面9.6 1.53 2.45 76.5 150 0.711 -66.3 22L50×5Ee 36.24 208.6 208.6 T型截面9.6 1.53 2.45 136 150 0.361 104.6 22L50×5Ef 32.85 189 189 T型截面9.6 1.53 2.45 123.5 150 0.419 81.8 12L50×5Ff -45.19 117 117 T型截面9.6 1.53 2.45 76.5 150 0.711 -66.3 22L50×5Hg -45.19 144 144 T型截面9.6 1.53 2.45 94.1 150 0.594 -79.2 22L50×5Ig 32.54 230.5 230.5 T型截面13.74 2.16 3.24 106.7 150 0.513 46.2 22L70×5Ic 54.49 288 288 T型截面13.74 2.16 3.24 133.3 150 0.373 106.3 22L70×5表2六 节点设计用E43焊条时,角焊缝的抗拉,抗压和抗剪强度设计值2/160mm N f w f = 各杆件内力由表二查得,最小焊缝长度不应小于8f h 和40mm 。

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