中南大学钢结构优秀课程设计.doc
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1、第2章 设计计算书一、 屋架支撑系统设置一、拟订尺寸4二、桩在承台底面部署 5三、承台底面形心处位移计算6四、墩身弹性水平位移计算 10五、桩基检算12六、配筋计算14第3章 电算结果一、原始输入数据 17二、电算输出结果 18三、手算电算结果对照表21附录1:设计说明书一份附录2:桩基础部署及桩身钢筋结构图一张第一篇 设计资料1. 某单层单跨工业厂房,跨度24m,长度102m。2. 厂房柱距6m,钢筋混凝土柱,混凝土强度C20,上柱截面尺寸400400mm,钢屋架支承在柱顶。3. 吊车一台50T,一台20T,中级工作制桥式吊车(软钩),吊车平台标高12.000m。4. 荷载标准值:(1)永久
2、荷载三毡四油(上铺绿豆沙)防水层 0.4 kN/m2水泥砂浆找平层 0.3 kN/m2保温层 0.6 kN/m2一毡二油隔气层 0.05kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 kN/m2屋架(包含支撑)自重0.12+0.011L=0.384kN/m2(2)可变荷载屋面活载标准值 0.7 kN/m2雪荷载标准值 0.35 kN/m2积灰荷载标准值 0.3 kN/m25. 屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1(屋面坡度1:10)。图1 梯形屋架示意图(单位:mm)6.钢材选择Q235钢,角钢、钢板多种规格齐全,有多种类型焊条和C级螺栓可供选择。7.钢屋架制造、运输和安装条件:在金属结构厂制造,
3、运往工地安装,最大运输长度16m,运输高度3.85m,工地有足够起重安装设备。第二篇 设计计算一、 屋架支撑系统设置屋架支撑种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。在本设计中,屋架支撑系统设计以下:1.1 厂房柱距6m,屋架间距取为6米。1.2 在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。房屋长度较大,为102m,其两端横向支撑间距超出了60m,为增加屋盖刚性,在长度方向正中间柱间加设一道横向支撑。1.3 房屋是厂房,且厂房内有吊车,高度较高,对房屋整体刚度要求较高,设置纵向支撑,对梯形屋架,纵向支撑设置在屋架下弦平面。1.4 在屋架中和两端各部署一道垂直支撑。垂直支撑
4、形式依据高度和柱距比值确定。在此屋架结构中,h/l=3085/6000=0.51,故取以下图垂直支撑形式:垂直支撑图样1.5 在屋架上弦平面,屋架跨中和两端各部署一道通长刚性系杆,其它结点设通长柔性系杆;下弦平面,仅在跨中和两端部署通长柔性系杆。屋架支撑系统设置图2所表示。梯形屋架支撑部署图1垂直支撑;2系杆;3上弦横向支撑;4下弦横向支撑;5下弦纵向支撑二、杆件内力计算先定出屋架全部杆件尺寸,画出屋架示意图图3:屋架几何尺寸图2.1 荷载计算恒载设计值=恒载标准值1.2活载设计值=活载标准值1.4(1) 永久荷载设计值三毡四油(上铺绿豆沙)防水层 水泥砂浆找平层 保温层 一毡二油隔气层 预应
5、力混凝土大型屋面板 屋架(包含支撑)自重 累计 (2) 可变荷载设计值因为积雪时人不大可能大量拥上屋面等原因,对屋面均布可变荷载和雪荷载,只取其较大者。屋面活载: 雪荷载: 积灰荷载: 累计 2.2 荷载组合设计屋架时应考虑三种组合:使用阶段a.全跨永久荷载+全跨可变荷载 结点荷载设计值: a种荷载组合屋架受力图b.全跨永久荷载+半跨可变荷载 节点荷载设计值: b种荷载组合屋架受力图施工阶段c.全跨屋架(包含支撑)自重+半跨屋面板+半跨活载 节点荷载设计值: c种荷载组合屋架受力图2.3 内力计算实际采取pf程序计算杆件在单位节点作用下各杆件内力系数,见下表(全跨和左半跨相关数据见附录)。由表
6、内三种组合可见:组合一,对杆件计算关键起控制作用;组合二和组合三,可能引发跨中几根斜腹杆发生内力变号。假如施工过程中,在屋架两侧对称均和铺设面板,则可避免内力变号而不用组合三。杆件及节点编号:节点编号示意图屋架节点编号,以下图所表示:节点编号图示依据电算所得各荷载组合下杆件内力系数,即可求得其对应控制内力,结果见下表:屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数(P=1)第一个组合第二种组合第三种组合计算内力全跨左半跨右半跨P=46.4472kNP1=46.4472kNP1=31.8672kNP2=33.8472kNP2=4.1472kNPP1P2P1P2P1P2P1P2KNKNKNKNKNKN上弦杆A
7、B000000000BC-9.141-6.549-2.593-424.574-391.949-342.103-219.452-109.792-424.574CD-9.141-6.549-2.593-424.574-391.949-342.103-219.452-109.792-424.574DE-14.104-9.425-4.679-655.091-596.136-536.336-319.753-188.194-655.091EF-14.104-9.425-4.679-655.091-596.136-536.336-319.753-188.194-655.091FG-15.833-9.516-
8、6.316-735.399-655.77-615.45-329.442-240.738-735.399GH-15.833-9.516-6.316-735.399-655.77-615.45-329.442-240.738-735.399HI-15.27-7.635-7.635-709.249-613.048-613.048-274.97-274.97-709.249下弦杆ac4.9753.6631.312231.0748214.5436184.921122.170757.00096231.0748ce12.0458.363.685559.4565513.0255454.1205281.6922
9、152.1012559.4565eg15.2289.7115.517707.298637.7838584.9394332.3425216.0848707.2981gi15.7168.7416.975729.9642642.0792619.8276307.4779258.5244729.9642斜腹杆aB-9-6.627-2.373-418.025-388.125-334.525-221.025-103.104-418.025Bc6.9454.8082.137322.5758295.6496261.995162.080188.03994322.5758cD-5.456-3.412-2.044-2
10、53.416-227.662-210.425-117.208-79.2868-253.416De3.681.8831.797170.9257148.2835147.199967.4584665.07454170.9257eF-2.412-0.672-1.74-112.031-90.1066-103.563-28.6309-58.2358-112.031Fg1.064-0.4891.55349.4198229.8520255.58122-9.1424647.4617855.58122gH0.0851.6-1.5153.94801223.03701-16.21244.70451-41.643344
11、.70451Hi-1.145-2.5131.368-53.182-70.4188-21.5182-74.408933.17242-74.4089竖腹杆Aa-0.5-0.50-23.2236-23.2236-16.9236-15.9336-2.0736-23.2236Cc-1-10-46.4472-46.4472-33.8472-31.8672-4.1472-46.4472Ee-1-10-46.4472-46.4472-33.8472-31.8672-4.1472-46.4472Gg-1-10-46.4472-46.4472-33.8472-31.8672-4.1472-46.4472Ii2.0
12、391.0191.01994.7058481.8199981.8199936.6986736.6986794.70584屋架杆件内力组合表三、杆件截面设计3.1、节点板厚选择支座斜杆最大内力设计值N=-418.025KN,查钢结构原理和设计书本表9.1:选择中间节点板厚t=10mm,支座结点板厚t=12mm。3.2、上弦杆(压弯构件)整个上弦杆采取同一截面,免去不一样截面杆件间拼接。截面按受力最大部位F-G-H节间选择,最大内力为:由屋面坡度1:10得屋面倾角:计算长度: 弯矩作用平面内 弯矩平面外(侧向无支撑) 虽当初宜选择长边外伸两不等边角钢,但压弯构件又期望加大角钢竖边尺寸,所以仍选择两
13、个等边角钢。设,查附表1.20得,则需要截面特征为: 因为F-G-H节间不是端部,故节点板厚度为10mm,由此查附表2.1得:选择212510等边角钢。 截面特征为: 则: 由cm查附表1.20得,故 3.3 下弦杆(轴心受拉构件)整榀屋架下弦杆采取等截面。截面按受力最大部位g-i节间选择,最大内力为:计算长度:,(因下弦有纵向支撑和系杆)截面选择:依据所需截面特征,查附表2.1选择21008010不等边角钢,且短肢相连。截面特征为:截面验算: 故下弦杆满足要求。3.4 腹杆(轴心受力构件) (1) 端斜杆aB计算内力:N=-418.04KN计算长度:截面选择:选择等边角钢21008(端部节点
14、板厚度为12mm)截面特征:截面验算: 查附表1.20得:,故端斜杆aB符合要求。 (2) 斜腹杆Bc计算内力:N=322.576KN计算长度: 截面选择:需要截面积选择2805,截面特征:截面验算: (3) 斜腹杆cD计算内力:N=-253.42KN计算长度: 截面选择:设,查附表1.20得,.则需要截面积:选择2808,截面特征:截面验算: 由查附表1.20得:, (4) 斜腹杆eF计算内力:N=-112.03KN计算长度: 截面选择:设,查附表1.20得,.则需要截面积:选择2568,截面特征:截面验算: 由查附表1.20得:, (5)竖腹杆Ii计算内力:N=94.701KN计算长度:
15、截面选择:需要截面积选择2453截面特征:截面验算: 杆件计算内力(KN)截面规格截面面积(cm2)计算长度(cm)回转半径(cm)长细比许可长细比稳定系数应力名称编号l0xl0yixiyxyN/mm2上弦杆FG/GH-735.3991251048.746150.7301.53.855.5239.254.61500.833181.1下弦杆gi729.964100801034.3343003002.354.78127.762.76350212.6腹杆竖腹杆Aa-23.2244535.3181901901.402.30135.782.61500.361121.0Cc-46.4474546.9721
16、74.8218.51.382.24126.797.51500.402165.7Ee-46.4474546.972198.8248.51.382.24144.1110.91500.329202.5Gg-46.4475648.78222.80278.501.732.67128.79104.311500.391135.30Ii94.7064535.318246.8308.51.402.22176.3139.0350178.1斜腹杆aB-418.025110730.3922442.12442.13.414.9371.650.01500.741213.6Bc322.57680515.824202.252
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