21米跨度鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、1 設(shè)計(jì)資料屋面采用 1.56m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，15mm 厚 12.5 水泥砂漿保護(hù)層，SBC120 聚乙烯丙綸雙面復(fù)合防水卷材防水層，水泥與 5%107 膠粘結(jié)層，20mm 厚 1：3 水泥砂漿基層，塑料袋裝珍珠巖 80 厚，上壓一層蘆葦?shù)谋貙?，SBC120 聚乙烯丙綸單面復(fù)合防水卷材隔氣層，20mm 厚 1：3 水泥砂漿找平層，屋面雪荷載為 0.45KN/m22 荷載計(jì)算2.1 永久荷載預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板：1.21.4 1.68 /m2保護(hù)層：1.20.30.36 /m2防水層：1.20.006 0.007 /m2基層：1.20.40 0.480 /m2保溫層：1.

2、20.36 0.422 /m2隔氣層：1.2 /m2找平層：1.20.40 0.480 /m2屋架自重和支撐自重按經(jīng)驗(yàn)公式（跨度 l=21m）P 1.21.1l 1.21.121 35.1kg/mw1.20.4212 /m2總計(jì)：g=3.85 /m222.2 可變荷載屋面雪荷載：q=1.40.45 /m22.3 荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載為：F (g q)1.561.56 40.323 內(nèi)力計(jì)算桁架桿件的內(nèi)力，在單位力作用下用圖解法（圖 2-1）求得表 3-1。軸線30003000300025282611弦桿+4.106+9.739+11.936+11.730-7

3、.688+5.798+165.544+392.676+481.260+472.954-309.980+233.775下弦桿11-斜-2865286531293129339920002289259328983050-4.396+2.776-1.557+0.312+0.808-0.500-1.000-1.000+0.8120-177.247+111.928-62.778+12.580+32.579-20.160-40.320-40.320+40.3200-11-11 124 截面選擇4.1 上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，以最大軸力 G-或 H-桿來(lái)選擇：N 489.767kN在屋架平面內(nèi)的計(jì)算

4、長(zhǎng)度l 150.8cm，屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度l 301.5cm。選用兩個(gè)不等肢角鋼 ，長(zhǎng)肢水平。2100 80 10 T 厚 10mmA34.334cm2 i 2.35cm,i 4.78cmxyl150.82.35 64.17 63.101500.785ixxxl150.84.78 0.790oyiyyyN截面驗(yàn)算：181.72N / f N /22 A 3433.4定驗(yàn)算均未超過(guò)上述值。4.2 下弦桿截面選擇下弦桿也采用相同截面，以最大軸力-Q 桿來(lái)選擇：N 481.260kN在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度：l 300cm，屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：l 300cm。N 所需截面面積為：A 2238.42

5、fn選擇兩個(gè)不等肢角鋼100638，長(zhǎng)肢水平。截面幾何特點(diǎn)：A 22.38422300300i 1.77cm i 4.97cm 169.5350 60.43501.774.97xyxyl 600cm600120.83504.974.3 支座豎桿截面選擇桿軸力： 20.160yNkN計(jì)算長(zhǎng)度：l l 200cm，采用兩個(gè)等肢角鋼2635，組成 T 型截面截面幾何特性：A12.286 i 1.94cm i 2.96cm2xy2002002.96103.1150， 0.535 67.6150， 0.7561.94xxyyN截面驗(yàn)算：30.67N / f N /221228.6 A4.4 支座斜桿截面

6、選擇桿軸力：N 309.980kN計(jì)算長(zhǎng)度：l l 252.8cm采用兩個(gè)不等肢角鋼100808，長(zhǎng)肢相拼。截面幾何特性：A i 3.14cm i 3.48cm2xy252.83.483.1480.5 150 0.685 72.6 1500.735xxyyN截面驗(yàn)算：162.3 N /22788.8 A4.5 斜桿截面選擇桿軸力：N 233.775kN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8261.1 208.88cml 261.1cmN 所需截面:A 2fn選用兩個(gè)等肢角鋼2635，組成 T 形截面截面特性：A 12.286cm 10.873cm i 1.94cm i 2.96cm22nxy208.8

7、81.942.96107.7 35088.2 350 xy4.6 豎桿截面選擇桿軸力： 40.320kNN計(jì)算長(zhǎng)度：l l 0.8228.9 183.12 l 228.9cm.采用兩個(gè)等肢角鋼 ，組成 T 形截面。2 50 5截面幾何特性：A9.606 i 1.53cm i 2.45cm2xy183.121.53228.992.45119.7 150 0.43893.4cm150 0.580 xxyyN960.6截面驗(yàn)算： A N /24.7 斜桿截面選擇桿軸力： N117.247kN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8286.5 229.2cm l 286.5cm采用兩個(gè)等肢角鋼 ，組成 T 形型

8、截面2 75 5截面幾何特性：A14.824i 2.33cm i 3.43cm2xy3.4383.5150 0.66498.4150 0.5652.33xxyyN1482.4截面驗(yàn)算： A 211.6N / f N /224.8 斜桿截面選擇桿軸力：N 177.247kN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8286.5 229.2cml 286.5cmN 所需截面：A 520.62fn采用兩個(gè)等肢角鋼2505，組成 T 形型截面截面幾何特性：A9.606 5.206 i 1.53cmi 2.45cmy22x229.21.53286.42.45149.8350116.9350 xy4.9 豎桿截面選擇桿

9、軸力：N 40.320kN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8259.3 207.44cm l 259.3cm采用兩個(gè)等肢角鋼2505，組成 T 形截面截面幾何特性：A9.606 3.352i 1.53cm i 2.45cm22xy207.41.53259135.6150 0.363105.8150 0.5182.45xxyyN960.6截面驗(yàn)算： A 115.6N / f N /224.10 斜桿截面選擇桿軸力： NkN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8312.9 250.32cm l 312.9cm采用兩個(gè)等肢角鋼 ，組成 T 形截面2 63 5截面幾何特性：A12.286i 1.94cm i 2.

10、96cm2xy250.32312.92.96129.0150 0.392105.8150 0.5181.94xxyyNA 1228.6截面驗(yàn)算：130.3N / f N /224.11 斜桿截面選擇桿軸力： N12.580kN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8312.9 250.32cm l 312.9cmN 所需截面面積為：A 58.52fn選擇兩個(gè)等肢角鋼 ，組成 T 形截面。2 50 5截面幾何特點(diǎn)：A9.606 22250.32300i 1.53cm i 2.45cm 163.6350 127.7 3501.532.45xyxy4.12 豎桿截面選擇桿軸力：N 40.320kN計(jì)算長(zhǎng)度：l

11、 0.8l 0.8289.8 231.84cm l 289.8cm采用兩個(gè)等肢角鋼2565，組成 T 形截面截面幾何特性： A10.830i 1.72cm i 2.69cm2xy231.84289.82.69138.4150 0.366107.7 150 0.5071.72xxyyNA 1083.0截面驗(yàn)算：110.8N / f N /224.11 斜桿截面選擇11桿軸力：N 32.579kN計(jì)算長(zhǎng)度：l 0.8l 0.8339.9 271.92cm l 339.9cmN 所需截面面積為：A 151.52fn選擇兩個(gè)等肢角鋼2565，組成 T 形截面。截面幾何特點(diǎn)：A10.830 223257

12、91.72339.92.69i 1.72cm i 2.69cm 350 126.4350 xyxy5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)各 節(jié) 點(diǎn) 的 節(jié) 點(diǎn) 板 厚 一 律 取 10mm ， 各 桿 內(nèi) 力 如 圖 5-1 所 示 。5.1 下弦節(jié)點(diǎn) j 設(shè)計(jì)（如圖所示）后驗(yàn)算下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f160N /mm2wf設(shè)桿的肢背和肢尖焊縫分別是h 6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為：f0.7N2hef0.7233775肢背： 121.8mm 取 135mm52.2mm 取 80mml/20.76160wwf0.7N2hef0.7233775肢尖： l/20.76160wwf設(shè)桿的肢

13、背和肢尖焊縫分別是h 6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為f0.7N2hef0.7177247肢背：l mm 取 110mm39.6mm 取 80mm/20.76160wwf0.7N2hef0.7177247肢尖：l /20.76160wwf設(shè)桿的肢背和肢尖焊縫均為h 5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為f0.7N2hef0.740320肢背： 25.2mm 取 180mm10.8mm 取 180mml/20.75160wwf0.7N2hef0.740320肢尖： l/20.75160wwf根據(jù)上述腹桿焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)留有間隙，按比例繪出節(jié)點(diǎn)大祥圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為34528010mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接

14、的焊縫長(zhǎng)度為 345mm，h 6mm ，焊縫所受的力為左右兩下f弦桿內(nèi)力差N 392.676165.544 227.112kN 所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：0.75N0.756.49N / f N /2w2220.7610)ffw5.2 下弦節(jié)點(diǎn) k 的設(shè)計(jì)（如圖）設(shè)節(jié)點(diǎn)所有焊縫為h 5mm，所需焊縫長(zhǎng)度如下：f桿-N 111.928kN0.7N2hef0.7111928肢背： 70.0mm 取 100mm30.0mm 取 80mml/20.75160wwf0.3N2hef0.3111928肢尖： l/20.75160wwf桿- 40.320NkN0.7N0.740320肢背： 25.2mm

15、取 80mml/2hef20.75160wwf0.3N2hef0.340320肢尖： 10.8mm取 80mml/20.75160wwf桿- 62.788NkN0.7N0.762788肢背： 39.2mm16.8mm取 80mm取 80mml/2hef20.75160wwf0.3N2hef0.362788肢尖： l/20.75160wwf根據(jù)上述腹桿焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)留有間隙，按比例繪出節(jié)點(diǎn)大祥圖5-2，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為28525010mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為 285mm，h 5mmf桿內(nèi)力差 481.260392.67688.584 所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：NkN0

16、.75N0.732.2N / f N /2w2220.75(28510)ffw焊縫強(qiáng)度滿足要求。5.3 下弦節(jié)點(diǎn) l 的設(shè)計(jì)（如圖所示）設(shè)節(jié)點(diǎn)所有焊縫為h 5mm，所需焊縫長(zhǎng)度如下：f桿-N 12.580kN0.7N2hef0.712580肢背：l 7.9mm3.4mm/20.75160wwf0.3N2hef0.312580肢尖：l /20.75160wwf桿-N 40.320kN0.7N2hef0.74032020.75160肢背：l 25.2mm/wwf0.3N2hef0.340320肢尖： 10.8mml/20.75160wwf桿-11N 32.579kN0.7N2hef0.732579

17、肢背： 20.4mm8.7mml/20.75160wwf0.3N2hef0.332579肢尖： l/20.75160wwf所有焊縫均按構(gòu)造（節(jié)點(diǎn)板尺寸）確定，焊縫長(zhǎng)度均需大于 60mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為 270mm，h 5mmf桿內(nèi)力差 481.260472.9459.315 所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：NkN0.75N0.73.58N / f N /2w2220.75(27010)ffw焊縫強(qiáng)度滿足要求。5.4 下弦節(jié)點(diǎn) m 的設(shè)計(jì)（如圖所示）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（一般h t h 5mmff邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算設(shè)焊縫h 6mm

18、，則所需一條焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為:f472954l 176.0mmw 40.76160拼接角鋼的長(zhǎng)度取 400mm176.02=352.0mm置螺栓孔h 6mmf焊縫滿焊。采用節(jié)點(diǎn)板 2101809010mm，所有焊縫均滿焊。5.5 支座節(jié)點(diǎn) h 設(shè)計(jì)為了便于施焊，下弦焊與支座底板的距離取115mm，在節(jié)點(diǎn)中心設(shè)置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等。5.5.1 支座底板計(jì)算支座反力： R 6F 7 40.320 282.24kN 支座底板的平面尺寸取 100800 2受支座反力，則實(shí)承面積為： 1008002R 驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度： 2.8N / f N /22Acn式中f 鋼筋混凝土軸心抗壓

19、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。c4塊板是兩相鄰為固定支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度最大彎矩為：M qa21R 式中 q底板所受的均布反力，q 2.8N /2An 兩支承之間的對(duì)角線長(zhǎng)度， 221.0mm2211系數(shù)，由b /a 查課本表5-6確定，b 為兩支承邊的相交點(diǎn)到對(duì)角線 的1111175垂線距離，由相似三角形的關(guān)系得：b 135112.0mm211.01b /a / 0.51查表5-5得 0.05911M qa 0.0592.8211 7354.8N /mm221底板厚度：t 6M / f 6/ 取20mm5.5.2 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算1支座反力的四分之一，即： 282.24 7

20、0.56kN4焊縫受剪力V 70.56kN ，彎矩：M 70.5640 2822.4kNm ，設(shè)焊縫h 5mm，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度l 36310 353mmfwV6M焊縫應(yīng)力為： 1.222l 2NMfww705606282240020.75353 28.613.420.75353NM213.41.222() 2 () 28.6 120.6817.96 30.64N / f N /M2222w2Nff5.5.3 節(jié)點(diǎn)板，加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力 R=282.24kN，其中每塊加1111勁肋各傳 R 282.24 70.56kN ，節(jié)點(diǎn)板傳 R 282.24 141.12kN4

21、422節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫l 2(28010) 540mm，所需焊腳尺寸為wR/2141120h mm采用h 5mm0.7l f0.7540160ffwwf每塊加勁肋與底板的連接焊縫長(zhǎng)度為：l 20)2 120mm，所需焊腳尺wR/470560寸為 取h 6mm5.25mmh0.7l f0.7120160ffwwf5.5.4 下弦桿與支座斜桿和豎桿焊縫計(jì)算下弦桿 N 165.554kN 肢背和肢尖焊縫均為h 6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為：f0.75N0.75165554肢背： 取 110mm取 80mml92.4mm/20.761602hefwwf0.25N0.25165554肢尖： 30.8m

22、ml/20.761602hefwwf支座斜桿 N kN 肢背焊縫長(zhǎng)度為 h 6mm ，肢尖焊縫長(zhǎng)度為fh 5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為：f0.65N0.65309980肢背： 150mm取 165mm取 80mml/20.761602hefwwf0.35N0.35133072肢尖： 57.7mml/20.761602hefwwf支座豎桿 N 20.160kN 肢背和肢尖焊縫均為h 5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為：f0.7N2hef0.720160肢背：l 12.6mm5.4mm/20.75160wwf0.3N2hef0.320160肢尖：l /20.75160wwf根據(jù)節(jié)點(diǎn)板尺寸所確定的焊縫長(zhǎng)度均大于所

23、需焊縫長(zhǎng)度，全部焊縫滿焊。5.5.5 上弦節(jié)點(diǎn) b 設(shè)計(jì)為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，用塞焊縫把0.8 的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，且假定集中荷載F與上弦垂直（圖）上弦肢背槽鋼焊縫的h 6mm，節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為 385mm，其應(yīng)力為：f2k (N N ) (0.5F)21122/w0.75301392 (0.540320)22 70.17 0.8f 128N /mmw20.7610)f上弦肢間角焊縫的應(yīng)力為：2k (N N ) (0.5F)22122/w0.25301392 (0.540320)22 24.12160N /mm20.7610)肋板。

24、5.5.6 上弦節(jié)點(diǎn) d、f 的設(shè)計(jì)可不必計(jì)算，僅驗(yàn)算肢尖焊縫。d 節(jié)點(diǎn)：N N 453.560301.392 152.16812N N1521681263.56N/mm2N20.7h l20.76(29510)ff w6(N N )e6152168601280.29N/mm2Mf20.7h l20.76(29510)22f w( ) ( ) 102.40N / f N /Mf2Nf2222w2ff 節(jié)點(diǎn)：N N 489.767453.560 12N N362101220.53N/mm2Nf20.7h l20.76(22010)f w6(N N )e636210601235.12N/mm2M20.7h l20.76(22010)2f2f w(