30米梯形钢屋架钢课程设计计算书资料.pdf
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1、土木工程专业钢结构课程设计 1 钢结构课程设计 、设计资料 1、已知条件:梯形钢屋架跨度30m ,长度 72m ,柱距 6m 。该车间内设有两 台 200/50 kN 中级工作制吊车,轨顶标高为8.000 m。冬季最低温度为 20, 地震设计烈度为6 度,设计基本地震加速度为0.1g。采用 1.5m6m预应力混凝 土大型屋面板, 80mm 厚泡沫混凝土保温层,卷材屋面,屋面坡度i 1/10 。屋面 活荷载标准值为0.7 kN/m 2,雪荷载标准值为 0.65 kN/m 2。屋架铰支在钢筋混凝 土柱上,上柱截面为400 mm 400 mm ,混凝土标号为C25 。钢材采用 Q235B 级, 焊条
2、采用 E43型。 2、屋架计算跨度: Lo=3020.15=29.7m, 3、跨中及端部高度: 端部高度: h=1900mm (轴线处),h=1915mm (计算跨度处)。 屋架的中间高度h=3400mm ,屋架跨中起拱按 Lo/500 考虑,取 60mm 。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1 所示,支撑布置见图2 所示。 图 1 屋架形式及几何尺寸 土木工程专业钢结构课程设计 2 符号说明: GWJ- (钢屋架);SC-(上弦支撑):XC-(下弦支撑); CC-(垂直支撑);GG- (刚性系杆);LG-(柔性系杆) 图 2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与
3、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 SBS改型沥青油毡防水层0.40kN/ 找平层( 20mm 厚水泥砂浆)0.0220=0.40kN/ 保温层( 100mm 厚水泥珍珠岩)0.16=0.6kN/ 隔气层(冷底子油)0.05 kN/ 混凝土大型屋面板(包括灌浆)1.40kN/ 钢屋架和支撑自重0.12+0.01130=0.45kN/ 管道设备自重0.10 kN/ 总计3.23kN/ 可变荷载标准值 屋面活荷载0.70 kN/ 积灰荷载0.60kN/ 总计1.3kN/ 永久荷载设计值1.353.23=4.36kN/ 可变荷载设计值1.41.3=1.82kN/ 2.荷载
4、组合 土木工程专业钢结构课程设计 3 设计屋架时,应考虑以下三种组合: 全跨永久荷载 +全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载:F=(4.36+1.82) 1.56=55.62kN 全跨永久荷载 +半跨可变荷载 全跨节点永久荷载:F1=4.361.56=39.24 kN 半跨节点可变荷载:F2=1.821.56=16.38 kN 全跨屋架及支撑自重 +半跨大型屋面板重 +半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重:F3 =0.451.351.56=5.47kN 半跨大型屋面板重及活荷载:F4=(1.41.35+0.71.4) 1.56= 25.83kN 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位
5、节点力作用下各杆件的内力系数,见表1。 杆件名称 内力系数( F=1) 第一种组 合 F* 第二种组合第三种组合 计算杆 内力 (K全跨 左半跨 右半跨 F1*+F2* F1* +F2* F3* +F4* F3* +F4* 上弦 AB 0 0 -0.01 0.00 0.00 -0.16 0.00 -0.26 -0. BC CD -11.35 -8.49 -3.45 -631.39 -584.54 -501.99 -281.38 -151.20 -631. DE EF -18.19 -13.08 -6.25 -1011.89 -928.19 -816.31 -437.36 -260.94 -10
6、11. FG GH -21.53 -14.62 -8.46 -1197.69 -1084.51 -983.61 -495.40 -336.29 -1197. HJ -22.36 -13.98 -10.25 -1243.86 -1106.60 -1045.50 -483.41 -387.07 -1243. IJ JK -22.73 -14.39 10.2 -1264.45 -1127.84 -725.05 -496.03 139.13 -1264. 下弦 ab 6.33 4.94 1.83 352.13 329.36 278.42 162.23 81.89 352. bc 15.36 11.3
7、4.98 854.46 787.96 684.44 375.90 212.65 854. cd 20.21 14.14 7.43 1124.26 1024.84 914.93 475.78 302.47 1124. de 22.12 14.44 9.39 1230.51 1104.72 1022.00 493.98 363.54 1230. ef 21.23 11.68 11.68 1181.00 1024.57 1024.57 417.82 417.82 1181. 斜腹 杆 aB -11.34 -8.66 -3.27 -630.83 -586.93 -498.65 -285.72 -146
8、.49 -630. Bb 8.81 6.47 2.87 490.09 451.76 392.79 215.31 122.32 490. bD -7.55 -5.23 -2.84 -420.00 -382.00 -342.85 -176.39 -114.66 -420. Dc 5.39 3.39 2.44 299.84 267.08 251.52 117.05 92.51 299. cF -4.23 -2.25 -2.43 -235.31 -202.88 -205.83 -81.26 -85.91 -235. Fd 2.62 0.88 2.13 145.75 117.25 137.72 37.0
9、6 69.35 145. dH -1.51 0.22 -2.12 -84.00 -55.66 -93.99 -2.58 -63.02 -93. He 0.29 -1.25 1.89 16.13 -9.09 42.34 -30.70 50.41 50. -27. eg 1.53 3.4 -2.28 85.11 115.74 22.70 96.19 -50.25 115. -50. gK 2.16 4.07 -2.32 120.16 151.44 46.78 116.94 -48.11 151. -48. 土木工程专业钢结构课程设计 4 gI 0.49 0.54 -0.06 27.26 28.08
10、 18.25 16.63 1.13 28. 竖杆 Aa -0.55 -0.54 0 -30.60 -30.43 -21.59 -16.96 -3.01 -30. Cb Ec -1 -0.99 0 -55.63 -55.47 -39.25 -31.04 -5.47 -55. Gd -0.98 -0.98 0 -54.52 -54.52 -38.46 -30.67 -5.36 -54. Jg -0.85 -0.9 0 -47.28 -48.10 -33.36 -27.90 -4.65 -48. Ie -1.42 -1.43 0 -78.99 -79.16 -55.73 -44.70 -7.77 -
11、79. Kf 0.02 0 0 1.11 0.78 0.78 0.11 0.11 1. 四、杆件截面设计 腹杆最大内力, N=-630.83KN,由屋架节点板厚度参考可知:支座节点板刚 度取 14mm;其余节点板与垫板厚度取12mm。 1.上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面,按最大内力计算,N=-1264.45KN 计算长度:屋架平面内取节间轴线长度 Ox l =1507mm 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间长度: Oy l =4521mm 根据屋架平面外上弦杆的计算长度, 故截面宜选用两个不等肢角钢, 且短肢相并, 见图 3 图 3 上弦截面
12、设=60,查轴心受力稳定系数表,=0.807 需要截面积 * A = f N . =10*45.1246=7287.7 2 mm 需要回转半径 * x i =mm lox 1 .25 60 507.1 * y i =mm lox 4.75 60 524.4 根据需要的 * A 、 * x i 、 * y i 查角钢型钢表,初选2 L 180 110 14, A=7793 2 mm , x i =308mm ,yi=88mm。 按所选角钢进行验算: 土木工程专业钢结构课程设计 5 x = x ox i l =96.48 308 1507 =150 y = y oy i l =41.51 88 4
13、524 =150 由于 xy ,只需求出 y,查轴心受力稳定系数表,y 0.847 59.191 7793847.0 1065.1264 3 A N y MPa Ox l ,故用不等肢角钢,短肢相并,见图4。 图 4 下弦截面 A=6742 2 mm , x i=31mm, y i=87.4mm。 x = x ox i l 77.96 31 3000 =350 y =91.169 4.87 14850 y oy i l =350 所选截面满足要求。 3. 端斜杆 Ba 已知 N-630.83kN, Ox l Oy l 2456mm。因为 Ox l Oy l ,故采用不等肢 角钢,长肢相并,使
14、x i y i ,选用角钢 2 L 140 90 10 土木工程专业钢结构课程设计 6 A4452.2 2 mm , x i 44.7mm, y i 87.4mm 截面刚度和稳定验算: x = 94.54 7 .44 2456 x ox i l =150 y = 66.65 4.37 2456 y oy i l =150 因为 xy 只需求 y,查表得y=0.764 46.185 2 .4452764.0 1083.630 3 A N y MPa215 MPa 所选截面满足要求。 4.再分腹杆 eg-gK 此杆在 g 节点处不断开,采用通长杆件。 拉力:44.151 gk NKN,74.115
15、 eg NkN 压力:52.50 eg NkN,11.48 gk NKN 计算长度:屋架平面内取节点间轴线长度 Ox l =0.82250=0.82250=1800mm 屋架平面外根据支撑布置取: Oy l = 1 (0.75+0.25 2 1 N N )=450(0.75+0.25 52.50 11.48 )=4446.3mm 选用 2 L 63 5,见图 5。 图 5 再分腹杆 egK 图 6 中竖杆 Kf A=1228.6 2 mm , x i =19.4mm, y i=30.4mm。 x = x ox i l 78.92 4 .19 1800 =53.9=150 土木工程专业钢结构课程
16、设计 7 y =25.146 4 .30 3.4446 y oy i l =150 因为 xy 只需求 y,查表得y=0.32,则 5.128 6.122832. 0 1052.50 3 A N y MPa215 MPa 拉应力:MPaMPa A N 21526.123 6.1228 1044.151 3 所选截面满足要求 5.竖杆 Ie N-79.16KN,ll x 8. 0 0 0.8 30522442mm,mmll y 3052 0 由 于 杆 件 内 力 较 小 , 按=150选 择 , 需 要 的 回 转 半 cm l i ox x 63.1 150 2.244 cm l i oy
17、y 03.2 150 2.305 查型钢表,选用2 L 635,其几何特性为 A=1228.6 2 mm mmi x 4 .19mmiy4.30 1 5 088.125 94. 1 2.244 cm i l x ox x 1 5 039.100 04. 3 2.305 cm i l y oy y 因为 yx 只需求 x,查表得x=0.406,则 MPaMPa A N x 2157.158 6 .1228406. 0 1016.79 3 其余各杆件截面选择过程不一一列出,计算结果见表2 土木工程专业钢结构课程设计 8 屋架杆件截面选择表 名称 杆件编 号 内力 (KN ) 计算长度( cm) 截
18、面规格 截面面 积 (cm2 ) 回转半径( cm) 长细比 容许长细 比 稳定系数 计算应 力 Mpa x l 0y l0 x i y i xyxy 上弦IJ JK -1264.45 150.8 452.4 2L18011014 77.93 3.08 8.8 48.96 51.41 150 0.847 191.59 下弦de 1230.51 300 1485 2L18011012 67.42 3.1 8.74 96.77 169.91 350 182.51 腹杆 Aa -30.6 199 199 2L63 5 12.286 1.94 3.04 102.6 65.5 150 0.538 46.
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