鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書-跨度為24m

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書-跨度為24m 目 錄 1、設(shè)計(jì)資料 . 0結(jié)構(gòu)形式 . 1屋架形式及選材 . 1荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)） . 1 2、支撐布置 . 2桁架形式及幾何尺寸布置 . 2桁架支撐布置如圖 . 2 3、荷載計(jì)算 . 4 4、內(nèi)力計(jì)算 . 5 5、桿件設(shè)計(jì) . 8上弦桿 . 8下弦桿 . 9端斜桿AB . 9腹桿 . 11 5.5 豎桿 . 16其余各桿件的截面 . 16 6、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) . 20下弦節(jié)點(diǎn)“C” . 20上弦節(jié)點(diǎn)“B” . 21屋脊節(jié)點(diǎn)“H” . 22支座節(jié)點(diǎn)“A” . 23下弦中央節(jié)點(diǎn)“H” . 23 參考文獻(xiàn) . 27 圖紙 . 27 1、設(shè)計(jì)資料、結(jié)構(gòu)形式 某

2、廠房跨度為24m，總長90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、×預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土強(qiáng)度等級為C25，屋面坡度為i?1:10。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。、屋架形式及選材 屋架跨度為24m，屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：設(shè)計(jì)方案采用235鋼，焊條為E43型。、荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)） 永久荷載： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4 KN/m 水泥砂漿找平層 0.4

3、 KN/m2 保溫層 0.7 KN/m2 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.3 KN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40 KN/m2 屋架及支撐自重(按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算) 0.384 KN/m2 可變荷載： 屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.8 KN/m 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.5 KN/m2 積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.7 KN/m2 22 1 2、支撐布置桁架形式及幾何尺寸布置 如下圖、所示 拱50 圖2.1 24米跨屋架幾何尺寸 圖2.2 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值桁架支撐布置 桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計(jì)任務(wù)書中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖所示。其中考慮到廠房內(nèi)有橋式吊

4、車2臺150/30t(中級工作制 )，鍛錘為2臺5t，布置下弦縱向水 2 平支撐。（見下圖） 桁架及桁架上弦支撐布置 桁架及桁架下弦支撐布置 垂直支撐 1-1 垂直支撐 2-2 桁架支撐布置圖 符號說明：SC上上弦支撐；XC下弦支撐；CC垂直支撐; GG剛性系桿；LG柔性系桿 3 3、荷載計(jì)算 屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計(jì)算。沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。 標(biāo)準(zhǔn)永久荷載值： 三氈四油防水層：×0.4=0.402 kN/m2 水泥砂漿找平層：×0.4=0.402 kN/m2 保溫層：×

5、0.7=0.704 kN/m2 一氈二油隔氣層：×0.05=0.050 kN/m2 水泥砂漿找平層：×0.3=0.302 kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板：×1.40=1.407 kN/m2 屋架及支撐自重：×24=0.384 kN/m2 共 3.833 kN/m2 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（大于雪荷載）： 0.8 kN/m2 積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.7 kN/m2 共 1.5 kN/m2 設(shè)計(jì)桁架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：、全跨永久荷載+全跨可變荷載(按永久荷載為主控制的組合) 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值： F=（××

6、15;××）××6=61.56 kN 荷載組合（1）計(jì)算簡圖如圖， 4 圖 4.1 荷載組合（1） 4、內(nèi)力計(jì)算 F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已經(jīng)給出。求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見表。 5 表4.1 桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表 7 5、桿件設(shè)計(jì)上弦桿 整個上弦架采用等截面，按FG、GH桿件之最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。 N= 939410 N （受壓） 上弦桿計(jì)算長度： 在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：lox?150.8cm 在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。簂oy?3?150.8cm?452.4cm 因?yàn)閘o

7、y?3lox，故截面宜采用兩個不等肢角鋼，短肢相并（圖） 腹桿aB最大內(nèi)力，查表，中間節(jié)點(diǎn)版厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度用14mm。 設(shè)=60查附錄4得。 需要截面積： A?N?939410N 0.807?215N/mm2?f?5414mm 2 需要的回轉(zhuǎn)半徑： ix?lox?150.8cm60?2.51cm iy?loy?452.4cm60?7.54cm ? 根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用2L160?100?12，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： ?yz?y?60?150 滿足長細(xì)比?150的要求。 截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于?yz? ?x ，只要求 ?y ，查表得。 8

8、 ? N ? y A ? 939410N0.807?6011mm 2 2 ?215N/mm 2 所需截面合適下弦桿 整個下弦桿采用同一截面，按gi桿最大設(shè)計(jì)值計(jì)算。 Neg?933.87kN?933870N lox?300cm ，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得loy?1185cm Nf? 933870N215N/mm 2 所需截面積： Areq?根據(jù)所需截面積查表選用2L160 ?4343mm 2 2 ?100?10 ，不等肢角鋼，短肢相并（圖）。 2 2 ， ?oy?loy/iy?1185cm/7.78cm?152.31?350 考慮下弦桿有2的栓孔削弱，下弦凈截面面積： A?5063mm 2

9、 ?2?21.5?10mm 2 ?4633mm 2 2 2 ? NA ? 933870N4633mm 2 ?215N/mm 所需截面適合。端斜桿aB 桿件軸力：N?546.04kN?546040N(受壓） 計(jì)算長度。因?yàn)閘ox?loy，故采用不等邊角鋼，長肢相并，使ix?iy。設(shè) 9 =80，查附錄4得， A?N ?f?546040N 需要的回轉(zhuǎn)半徑： ilx x?iy?253 根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表，選用2L140×90×10，（圖） 圖5.3 aB 桿截面圖 A?44.522cm2 ，290t?10?9。 ?ox ?0.48?2535mm ?44?1.09

10、4?1.09?yz?2535y?1?2? l22?mm?(1?25352cm22?75.32?150?oyt?37.4mm?10cm2)?又?yz?x,只求 ?N 所選截面合適。 10腹桿 5.4.1 Bc桿 桿件軸力： N?423.53kN?423530N 所需截面積： An?Nf?423530N 桿件計(jì)算長度：， 選用2L75×8等邊角鋼（圖）， 滿足長細(xì)比?350的要求。 ?N A?423530N 桿截面圖 滿足要求。 5.4.2 cD桿 桿件軸力：N?334.89kN?334890N(受壓） 計(jì)算長度：lox?0.8?285. 設(shè)=100查附錄4得 所需的 An?， 選用2L

11、75×10（圖）， ?x?loxix?228.722.26?101.20?150 11 圖5.4.2 Dc 桿截面圖 ?0.475?b4/l224/28592yzy(10yt)?(2859/36.1)?(1?0.475?75?102)?80.65?150 由于?x?yz，只求，查附錄4，得 ?N334890N xA?0.547?2825mm 所選截面滿足。 5.4.3 De桿 桿件軸力：N?227.77kN?227770N 所需截面積：An?Nf?227770N 桿計(jì)算長度： 選用2L50×6等邊角鋼，（圖， x 滿足長細(xì)比?350的要求。 圖5.4.3 De 桿截面圖 1

12、2 ?N227770N 所選截面滿足。 5.4.4 eF桿 Nmax?-151.44kN?-151440N（受壓） 計(jì)算長度：，loy?312.9cm 設(shè)=100查附錄4得?0.555 所需的 A?N151440N 選用2L75×5等邊角鋼（見圖）， ?x?loxi?250.32?107.90?150， ?422 yz?y(1?0.475?b/l0yt)?(3129/35.0)?(1?0.475?754/31292?52)?94.89?150 由于?x?yz，只求，查附錄4，得， ?NN xA?151440 所選截面滿足。 13 5.4.5 Fg桿 桿件軸力 計(jì)算長度： 內(nèi)力較小，按

13、?150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，iloy 查型鋼表，選截面ix和iy較上述計(jì)算的ix和iy略大些。 選用2L63×5（圖）， ?lox x?i?249.52?150 x1.94?128.62? yz?y(1?0.475?b/l0yt)?(3119/30.4)?(1?0.475?634/31192?5)?105.75?150 由于?x?yz，只求，查附錄4，得 拉應(yīng)力： ?N68330N 所選截面滿足。 5.4.6 gH桿 桿件軸力 計(jì)算長度： 內(nèi)力較小，按?150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ilox， 14 查型鋼表，選截面ix和iy較上述計(jì)算的ix和iy略大些。 選用2L63

14、15;5（見圖）， ?x?loxix?271.21.94?139.80?150 4224 2?yz?y(1?0.475?b/l0yt)?(3396/30.4)?(1?0.475?63/3396?5)?114.61?150 2 由于?x?yz，只求，查附錄4，得?0.497 x 拉應(yīng)力： ?N A?1230N 所選截面滿足。 5.4.7 Hi桿 同理 選用2L63×5（見圖）， ?x?loxix?269.61.94?138.97?150 ?b/t?63/5?12.6?0.58loy/b?0.58?yz?y(1?0.475?b/l0yt)?(3370/30.4)圖5.4.7 Hi桿截面圖

15、422113.78?150 由于?x?yz，只求，查附錄4，得， x ?N 所選截面滿足。 15 5.5.1 豎桿Aa,Cc,Ee,Gg： Aa,Cc,Ee,Gg都受壓，各個豎桿采用同類截面，按Gg桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。 N?61.56kN?61560N(受壓）， 內(nèi)力較小，按?150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：， 查型鋼表，選截面ix和iy較上述計(jì)算的ix 和iy略大些。 選用2L63×5（見圖）， ?ox x?li?231.2?119.18?150 ?422 yz?y(1?0.475?b/l0yt)?(2890/30.4)?(1?0.475?634/28902?52)?98.47?

16、150 由于?x?yz，只求，查附錄4，得， ?NN2 xA?61560 所選截面滿足。 5.5.2 豎桿Ii：（見圖） 按所選截面驗(yàn)算：N?0KN ?NN A?0 1228.6mm2?0N/mm2?215N/mm2 所選截面滿足。其余各桿件的截面見表 16 17 表5.1 桿件截面選擇表 18 19 6、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)下弦節(jié)點(diǎn)“c” 圖6.1 c節(jié)點(diǎn)板布置圖 各類桿件的內(nèi)力由表查得。 這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)復(fù)桿的內(nèi)力計(jì)算與復(fù)桿與節(jié)點(diǎn)版連接焊縫的尺寸，即hf和lw，然后根據(jù)lw的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)版的形狀與尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)版的連接焊縫。 用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)

17、值ff?160N/mm2。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫hf?8mm和hf?6mm，則所需的焊縫長度為： ?肢背：lw w f w ? 0.7?423530N2?0.7?8mm?160N/mm 0.3?423530N2?0.7?6mm?160N/mm 22，加2hf后取19cm ?肢尖：lw w f ?，加上2hf后取11cm 設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫hf?7mm和hf?6mm，則所需的焊縫長度為： ?肢背：lw w f ? 0.7?334890N2?0.7?7mm?160N/mm 0.3?344190N 2?0.7?6mm?200N/mm 22，加2hf后取17cm ?肢尖：lw w ?，

18、加上2hf后取9cm 20 “Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取hf?5mm ?肢背：，取6cm 根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為300mm?360mm。 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為36cm,所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，N?709787N?291179N?418608N，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為： 焊縫強(qiáng)度滿足要求。上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖6.2) 圖6.2 “B”節(jié)點(diǎn)板布置圖 Bc桿（2L 75×6）與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同。即肢背lw?19cm，肢尖lw?13cm aB（2L140

19、15;90×10）桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫hf?10mm和hf?8mm，則所需的焊縫長度為： ?肢背：，加上2hf后取19cm 21 ?肢尖：lw w f ? 0.35?5646640N2?0.7?8mm?160N/mm 2，加上2hf后取13cm 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以的折減系數(shù)。計(jì)算時可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為： h?f? 12 ?節(jié)點(diǎn)板厚度 ?12 ?10mm?12

20、mm?6mm，h?f 上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長度為505mm。同書上 節(jié)點(diǎn)荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽肯定是安全，可不必驗(yàn)算。肢尖焊縫驗(yàn)算如下： ? N f ? N1?N2?l?2?0.7h?fw ? 536803N?0 2?0.7?10mm?505mm?2?10mm ? 6?536806N?95mm2?0.7?10mm?485mm 2 2 2 ? 2 ? M f ? 6M?2?0.7hf?lw 2 2 ? N f 2 ?fM?1.22? ? 2 ?79.06? 2 1.22? 2 ?160N/mm 2 滿足要求。屋脊節(jié)點(diǎn)“I”（圖） 弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行

21、拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。 設(shè)焊縫hf?10mm，則所需焊縫計(jì)算長度（一條焊縫）： lw? 933870N 4?0.7?10mm?160N/mm 2 拼接角鋼的長度取。 上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫hf?10mm，節(jié)點(diǎn)板長度為40cm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為lw? 40cm2 ?1cm?2cm?17cm ，焊縫應(yīng)力為： 2 ? N f ? 0.15?93

22、3870N2?0.7?10mm?170mm 22 ?M ?N 圖屋脊節(jié)點(diǎn) 因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工 地焊縫。 腹桿Hg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算長度與以上幾個節(jié)點(diǎn)相同。支座節(jié)點(diǎn)“a”（圖） 為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為14mm。支座底板的計(jì)算 支座反力： R?8F?8?61.56kN?492.48kN?492480N 23 支座底板的平面支座底板的平面尺

23、寸采用280mm×350mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280×180mm2=50400mm2。 驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度： ?R 式中，fc為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對C25混凝土， 底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相 鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：M?a12 式中，?為底板下的平均應(yīng)力： ?506160N a1為兩支承邊之間的對角線長度： 14?14?140?90?mm?156.8mm2?2?22a1? 為系數(shù)，由b1/a1查表而定，b1為兩支承邊的相交點(diǎn)到對角線a1的垂直距

24、離。由相似 三角形的關(guān)系，得： b1?，b1a1?70.4156.8?0.45 24 查表得 2 2 2 2 ?12010.35N?mm/mm 底板厚度：t? 6Mf ? 6?12010.35N?mm/mm 215N/mm 2 ?18.30mm?20mm 又根據(jù)構(gòu)造要求，桁架跨度24m?18m，t?20mm，取t?20mm。加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算與牛腿焊縫相似。偏于安全的假定一個加勁肋的受力為桁架支座反力的1/4，即： R4? 492480N 4 ?123120N 90?132 mm?4740120N?mm 則焊縫內(nèi)力為：V?123120N，M?123120N? 設(shè)焊縫hf?6mm，焊縫計(jì)算長度lw?490mm?12mm?13mm?465mm，則焊縫應(yīng)力為： ? Nf 2 ?1.22? Mf ? 2 ? ?V? fw? 2 ?6M fw? 2 2 ? ? 2 2 ? 1231206?474120?22?0.7?6?4652?0.7?6?465?1.22? 2節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算 設(shè)焊縫傳遞全