土木工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、設(shè)計資料1、題號4的已知條件：梯形鋼屋架跨度30m，長度72m，柱距6m。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50 kn中級工作制吊車，軌頂標高為8.000 m。冬季最低溫度為20，地震設(shè)計烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.1g。采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷載標準值為0.7 kn/m2，雪荷載標準值為0.3 kn/m2，積灰荷載標準值為0.35 kn/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm×400 mm，混凝土標號為c25。鋼材采用q235b級，焊條采用e43型。2、屋架計

2、算跨度：lo=302×0.15=29.7m，3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（軸線處），h=1915mm（計算跨度處）。屋架的中間高度h=3400mm，屋架跨中起拱按lo/500考慮，取60mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸見圖1所示，支撐布置見圖2所示。 圖1 屋架形式及幾何尺寸符號說明：gwj-（鋼屋架）；sc-（上弦支撐）：xc-（下弦支撐）；cc-（垂直支撐）；gg-（剛性系桿）；lg-（柔性系桿） 圖2 屋架支撐布置圖三、荷載與內(nèi)力計算1.荷載計算荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。永久荷載標準值三氈四油放水層 0.40kn/找平層（2

3、0mm厚水泥砂漿） 0.02×20=0.40kn/保溫層（80mm厚泡沫混凝土） 0.08×6=0.48kn/預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40kn/鋼屋架和支撐自重 0.12+0.011×30=0.45kn/管道設(shè)備自重 0.10 kn/總計 3.23kn/可變荷載標準值屋面活荷載 0.70 kn/積灰荷載 0.60kn/總計 1.3kn/永久荷載設(shè)計值 1.35×3.23=4.36kn/可變荷載設(shè)計值 1.4×1.3=1.82kn/2.荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合： 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載： f=(4

4、.36+1.82) ×1.5×6=55.62kn 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載： f1=4.36×1.5×6=39.24 kn 半跨節(jié)點可變荷載： f2=1.82×1.5×6=16.38 kn 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點屋架及支撐自重： f3 =0.45×1.35×1.5×6=5.47kn半跨大型屋面板重及活荷載： f4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kn3.內(nèi)力計算本設(shè)計采用程序

5、計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。桿件名稱 內(nèi)力系數(shù)（f=1）第一種組合 f*第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力（kn)全跨左半跨右半跨f1*+f2*f1* +f2*f3* +f4*f3* +f4*上弦ab00-0.010.00 0.00 -0.16 0.00 -0.26 -0.26 bc cd-11.35-8.49-3.45-631.39 -584.54 -501.99 -281.38 -151.20 -631.39 de ef -18.19-13.08-6.25-1011.89 -928.19 -816.31 -437.36 -260.94 -1011.89 fg gh -

6、21.53-14.62-8.46-1197.69 -1084.51 -983.61 -495.40 -336.29 -1197.69 hj-22.36-13.98-10.25-1243.86 -1106.60 -1045.50 -483.41 -387.07 -1243.86 ij jk-22.73-14.3910.2-1264.45 -1127.84 -725.05 -496.03 139.13 -1264.45 下弦ab 6.334.941.83352.13 329.36 278.42 162.23 81.89 352.63 bc 15.3611.34.98854.46 787.96 68

7、4.44 待添加的隱藏文字內(nèi)容1375.90 212.65 854.46 cd 20.2114.147.431124.26 1024.84 914.93 475.78 302.47 1124.26 de 22.1214.449.391230.51 1104.72 1022.00 493.98 363.54 1230.51 ef21.2311.6811.681181.00 1024.57 1024.57 417.82 417.82 1181.00 斜腹桿ab-11.34-8.66-3.27-630.83 -586.93 -498.65 -285.72 -146.49 -630.83 bb8.81

8、6.472.87490.09 451.76 392.79 215.31 122.32 490.09 bd-7.55-5.23-2.84-420.00 -382.00 -342.85 -176.39 -114.66 -420.00 dc5.393.392.44299.84 267.08 251.52 117.05 92.51 299.84 cf-4.23-2.25-2.43-235.31 -202.88 -205.83 -81.26 -85.91 -235.31 fd2.620.882.13145.75 117.25 137.72 37.06 69.35 145.75 dh-1.510.22-2

9、.12-84.00 -55.66 -93.99 -2.58 -63.02 -93.99 he0.29-1.251.8916.13 -9.09 42.34 -30.70 50.41 50.41 -27.55 eg 1.533.4-2.2885.11 115.74 22.70 96.19 -50.25 115.74 -50.52 gk2.164.07-2.32120.16 151.44 46.78 116.94 -48.11 151.44 -48.11 gi0.490.54-0.0627.26 28.08 18.25 16.63 1.13 28.08 豎桿aa-0.55-0.540-30.60 -

10、30.43 -21.59 -16.96 -3.01 -30.60 cb ec-1-0.990-55.63 -55.47 -39.25 -31.04 -5.47 -55.63 gd-0.98-0.980-54.52 -54.52 -38.46 -30.67 -5.36 -54.52 jg-0.85-0.90-47.28 -48.10 -33.36 -27.90 -4.65 -48.10 ie-1.42-1.430-78.99 -79.16 -55.73 -44.70 -7.77 -79.16 kf0.02001.11 0.78 0.78 0.11 0.11 1.12 四、桿件截面設(shè)計腹桿最大內(nèi)力

11、，n=-630.83kn，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。1.上弦桿整個上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計算，n=-1264.45kn計算長度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=1507mm 屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：=4521mm根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并，見圖3圖 3 上弦截面設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807需要截面積 =7287.7需要回轉(zhuǎn)半徑= =根據(jù)需要的、 查角鋼型鋼表，初選 2 l 18011014，a=7793， =3

12、08mm ， =88mm。按所選角鋼進行驗算：=150=150由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，0.847 mpa<215mpa 所選截面合適。2 .下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，n=1230.51kn計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=3000mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=29700/2=14850mm計算需要凈截面面積=5723.30，選用 2 l18011012，因為 > ,故用不等肢角鋼，短肢相并，見圖4。圖 4 下弦截面a=6742， =31mm，=87.4mm。 =< =350 =<=350 所選截面滿足要求。3. 端斜桿ba已知n

13、-630.83kn， 2456mm。因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使，選用角鋼2 l 1409010 a4452.2，44.7mm，87.4mm截面剛度和穩(wěn)定驗算：= < =150 = < =150因為 只需求，查表得=0.764mpa<215 mpa 所選截面滿足要求。4.再分腹桿eg-gk此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。拉力：kn， kn壓力： kn， kn計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度 =0.8×2250=0.8×2250=1800mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置?。?（0.75+0.25）=450×（0.75+0.25）=444

14、6.3mm選用 2 l 635，見圖5。 圖5 再分腹桿egk 圖6中豎桿kfa=1228.6， =19.4mm，=30.4mm。 =53.9< =150 =<=150 因為 只需求，查表得=0.32，則mpa<215 mpa拉應(yīng)力：所選截面滿足要求5.豎桿ien-79.16kn， 0.8 30522442mm， 由于桿件內(nèi)力較小，按= =150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半 查型鋼表，選用2 l 63×5,其幾何特性為 a=1228.6 因為 只需求，查表得=0.406，則 其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結(jié)果見表2名稱桿件編號內(nèi)力（kn）計算長度（cm)截面規(guī)格截面面

15、積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑（cm)長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力mpa上弦ij jk-1264.45150.8452.42l180×110×1477.933.088.848.9651.411500.847191.59下弦de1230.5130014852l180×110×1267.423.18.7496.77169.91350182.51腹桿aa-30.61991992l63×512.2861.943.04102.665.51500.53846.29ab-630.83253.4253.42l140×90×1044.5224.47

16、3.7456.7167.781500.764185.46bb490.09208.6260.82l100×623.8643.14.5167.2957.83350205.37cb-55.63183.22292l50×59.6061.532.53119.790.51500.493131.92bd-420229.52872l100×727.5923.094.5374.363.31500.724210.25dc299.84228.7285.82l70×616.322.153.33106.3785.83350183.73ec-55.63207.22592l50

17、15;59.6061.532.53135.4102.41500.363159.54cf-235.31250.8312.62l90×621.2742.794.1389.8975.693500.621178.12fd145.75249.5311.82l50×59.6061.532.53167123.3350151.73gd-54.52231.22892l50×59.6061.532.53151.1114.21500.304186.67dh-93.99271.6339.52l70×616.322.153.33151.1101.951500.304189.45h

18、e50.41 -27.55270.8338.42l63×512.2861.943.04139.59111.321500.34764.62ie-79.16255.2319.12l63×512.2861.943.04131.5104.91500.381169.11eg115.74 -44.78230.1453.732l63×512.2861.943.04118.6149.251500.31117.54gk151.44 -42.26230.1453.732l63×512.2861.943.04118.6149.251500.31110.96kf1.12314.

19、1314.12l63×512.2862.452.45128.2128.22000gi28.08165.9207.42l50×59.6061.532.53108.782.235029.23jg-48.1127.6158.92l50×59.6061.532.5383.4631500.66575.3屋架桿件截面選擇表五、節(jié)點設(shè)計用e43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值 mpa各桿件內(nèi)力由表1查得 1. 下弦節(jié)點b（1）斜桿bb與節(jié)點的連接焊縫計算：設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為：肢背：mm，取200mm肢尖：，取120mm（2） 斜

20、桿db與節(jié)點的連接焊縫計算：設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為：肢背：，取180mm肢尖：=93.75+12=105.75mm，取110mm（3）豎桿cb與節(jié)點板連接焊縫計算：因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為457mm×340mm。（4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫驗算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 n=854.16-352.13=502.33kn，設(shè)肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為457mm,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：

21、 <160mpa（5）節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖7所示圖 7 節(jié)點板b尺寸2 .上弦節(jié)點b（1）斜桿bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中bb桿計算相同。（2）斜桿ba與節(jié)點板連接焊縫計算設(shè)肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背： ，取210mm肢尖：，取180mm（3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集

22、中荷載p與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得， 上弦與節(jié)點板間焊縫長度為470mm，則mpa<0.8mpa上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 n=631.39-0.26=631.13kn偏心距 e =110-25.984.1mm設(shè)需焊縫長度為470mm，則（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖8所示圖 8 節(jié)點板b尺寸3 .屋脊節(jié)點k （1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm

23、，則需焊縫長度為，取=300mm拼接角鋼長度取2(300+20)+24664mm( 2 ) 斜桿與節(jié)點板連接焊縫的計算：設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長度為：肢背：，取=100 mm肢尖：，取焊縫長度=60mm根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為500mm×240mm。( 3 ) 弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：取節(jié)點板的長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為220 mm。上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載 上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎

24、矩設(shè)焊腳尺寸為10mm。 （4）中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm（5）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖9所示圖 9 節(jié)點板k尺寸4 .下弦跨中節(jié)點f（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算拼接角鋼與下弦桿截面相同，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為 ，取=404+16=420mm拼接角鋼長度2420+20=860mm（2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算按下弦桿內(nèi)力的15%計算，設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背：，取=110mm肢尖，取 =60mm（3）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖10所示圖 10 節(jié)點板f尺寸5 .端部支座節(jié)點a圖11