鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計題目：21m跨廠房梯形鋼屋架設(shè)計姓名：蒙立強(qiáng)目錄一、設(shè)計資料.......................................................（2）二、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置.............................................（2）1.屋架形式及幾何尺寸...........................................（2）2.屋架支撐布置.................................................（3）三、荷載計算.......................................................（4）1.荷載設(shè)計值...................................................（4）2.荷載組合.....................................................（4）四、內(nèi)力計算.......................................................（6）五、桿件設(shè)計.......................................................（7）1.上弦桿.......................................................（7)2.下弦桿.......................................................（8)3.斜腹桿“Ba”.................................................（9)4.豎桿“Gg”...................................................(10)5.各桿件的截面選擇計算..........................................(10)六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計........................................................(12)1.下弦節(jié)點(diǎn)“c”.................................................(12)2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”.................................................(13)3.屋脊節(jié)點(diǎn)“H”.................................................(15)4.支座節(jié)點(diǎn)“a”.................................................(16)七、屋架施工圖......................................................(19)附節(jié)點(diǎn)詳圖1-6......................................................(20)一、設(shè)計資料某廠房總長度為90m，跨度為L=21，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距為6m。1.結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度i=L/10，L為

屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，不考慮地震設(shè)防，屋架下弦

標(biāo)高為18m，廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t2臺5t。2.屋架形式及荷載:P=1.0屋架采用的鋼材、焊條為：用Q345鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載:無檁體系：采用1.5m×6.0m荷載：①屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式qL，L為屋架跨度，以m為單

位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；0.7kN/m2S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值，1積灰荷載0.8kN/m2。③屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4kN/m2

水泥砂漿找平層0.4kN/m2

保溫層0.65kN/m2

一氈二油隔氣層0.05kN/m2

水泥砂漿找平層0.3kN/m2

預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45kN/m2二、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置1.屋架形式及幾何尺寸如下圖1所示：圖1屋架形式及幾何尺寸2.屋架支撐布置如下圖2所示：26000*15=90000500GG2GG2CC2LG2LG1

LG2LG2LG2LG12CC1GG1GG1CC12LG1LG2LG2LG1LG1LG2LG2LG1CC2GG2GG2CC211屋架上弦支撐布置圖LG5LG5CC5LG5LG5CC2LG3LG1LG6LG1CC6CC3LG4LG4CC6LG4LG4CC3LG3LG1LG3LG1CC2LG5LG5CC5LG5LG5CC2屋架下弦支撐布置圖LG5垂直支撐1-1LG4垂直支撐2-2符號說明：SC—上弦支撐XC—下弦支撐CC—垂直支撐—剛性系桿LG—柔性系桿圖2屋架支撐布置三、荷載計算3由于屋架的受荷水平投影面積為：A216m2126m260m2，故按《建筑結(jié)構(gòu)荷

載規(guī)范》取屋面活荷載（按上人屋面）標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載為0.35kN/m2，

取屋面活荷載與雪荷載中較大值0.7kN/m2支撐）按經(jīng)驗公式qL計算，L為屋架跨度，以m為單位。1.荷載設(shè)計值永久荷載設(shè)計值：預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.451.351.9575kN/m2屋架及支撐自重(0.120.0111.350.474kN/m2三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.41.350.54kN/m2水泥砂漿找平層0.41.350.54kN/m2保溫層0.651.350.8775kN/m2一氈二油隔汽層0.051.350.0675kN/m2水泥砂漿找平層0.31.350.405kN/m2合計4.862kN/m2可變荷載設(shè)計值：屋面活荷載0.70.98kN/m2積灰荷載0.81.41.12kN/m2合計2.1kN/m22.荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下3種荷載組合：使用階段荷載情況：（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：F(4.8621.56kN62.66kN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：14.8621.56kN43.76kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：22.11.56kN18.9kN施工階段荷載情況：4（3）全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：F0.4741.56kN4.266kN3半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：F0.98)1.56kN26.438kN4屋架在上述3種荷載組合作用下的計算簡圖如下圖3所示：FFFFFFFFFFFFFabcdFFFFFFFFFFFF3FFFFFFF圖3荷載組合作用下的計算簡圖四、內(nèi)力計算5由以下圖4得F=1時屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖4屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)由屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)求出各種組合荷載情況下的內(nèi)力，計算結(jié)果見下表1：內(nèi)力系數(shù)（F=1）第1種組合第2種組合第3種組合

計算桿桿件名稱件內(nèi)力全跨左半跨2右半跨3FF3F3FF1FF2244（kN）AB0.0000.0000.000000000上BCCD-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196弦DEEF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FGGH-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.199ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.9066ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383Ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.47173.634363.930Dc-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947斜Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47.024-98.502腹桿Fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070Hg0.7131.913-1.20044.67767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684Aa-0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88-15.352-2.133-31.33豎Cc，Ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66桿Gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表1屋架桿件內(nèi)力組合表注：F=62.66kN，F(xiàn)=43.76kN，1F=18.9kN，2F=4.266kN，3F=26.438kN4五、桿件設(shè)計腹桿最大內(nèi)力N=-481.479kN7.410mm厚度選用12mm。1.上弦桿（圖5）整個上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大內(nèi)力設(shè)計。N=-763.199kN=-763199N，上弦桿平面內(nèi)計算長度l0x根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，平面外計算長度l。0y3因為0y30xll，故截面宜選用兩個不等肢角鋼短肢相并，選用2L140908，如下圖5所示：圖5上弦桿截面圖設(shè)，查附表4.2得0.7517N763199

需要截面面積為：Amm23278.2mm2

f0.751310l150.75需要的回轉(zhuǎn)半徑為：x0cm2.154cmix70l452.25iycmcm0y70根據(jù)需要的A、i、i查角鋼規(guī)格表，選用80，截面特征為：xyA39.4cm，i=2.26cm，i，按所選角鋼進(jìn)行驗算：2xyl150.750x66.70150xi2.26xl452.25074.01y150yi6.11y滿足長細(xì)比要求。由于，只需求，查表得0.725，于是yxyyN763199N/mmNmmfNmm，2267.2/2310/2A0.7253940y所選桿件滿足要求。2.下弦桿（圖6）圖6下弦桿截面圖”桿計算。Nmax749.539749539,kNNl，0x300cml0yN749539

所需截面面積為：Amm2cm2

f310選用707，因為ll，故選用不等肢角鋼短肢相并。0x0y8Acm2，24.6cmi=2.00cm，i=5.39cm2xyl3001035l00x150350，192.02350yxiyi2.005.39xy滿足長細(xì)比要求，故所選桿件滿足要求。3.斜腹桿“Ba7）圖7斜腹桿“Ba”截面圖桿件軸力N計算長度0x0yll，因為ll，故采用不等肢角鋼長肢相并，使ii。0x0yxy選用6310，則A31.0cm2，i=3.15cm，i=2.72cmxyl253253l80.32，93.010x0yxiyi3.152.72xy因為，故只需求=0.601，yxyN481479/mmNmmfN，N2258.43/2310/mm2A0.6013100y所選桿件滿足要求。4.豎桿“Gg8）9圖8豎桿“Gg”截面圖N，0y289cm0x289231.2cm，l由于內(nèi)力較小，故按150選擇，所需的回轉(zhuǎn)半徑為：ix0231.21.54cmx150iyl0289ycm150查型鋼表，選擇截面的回轉(zhuǎn)半徑較計算的要略大些，故選用2L563。A668mm，i=1.75cm，i=2.64cm2xyl231.20x132.1150xi1.75xl289109.50y150yi2.64y因為，故只需求0.378，xyyN62660N/mmNmmfNmm，桿件滿足要求。2248.2/2310/2A0.378668x5.其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出，其計算結(jié)果見表10六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計9）圖9下弦節(jié)點(diǎn)“c”詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計算用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值為fw200N/mm2f。BcBch和h6mmffkN0.7363930肢背:l11113.7mmmm22.0.7hfw078200ff考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為。f肢尖kN0.3363930:lw264.992mmmm20.7hfw0.620027ff實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為。fDch和h6mmffkN0.7276268肢背:w186.3l1mmmm20.7hfw0.782002ff考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為。f肢尖kN0.3276268:l22w49.3mmmm20.7hf20.76200wff12實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h。fCc桿：由于“Cc”桿內(nèi)力很小，故焊縫尺寸可按構(gòu)造要求確定，取h。f（2）確定節(jié)點(diǎn)板尺寸誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為260mm350mm。（3）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗算下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為250mm，取h6mm，焊縫所受的力為左右兩下f弦桿的內(nèi)力差N(610.559-256.906)kN353.653kN行強(qiáng)度驗算：0.75353653fN/mm293.42N/mmfw200N/mm，

20.76(35012)22f焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖10)圖10上弦節(jié)點(diǎn)“B”詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計算Bc桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c”相同。Ba桿：肢背和肢尖焊縫分別采用h10mm和h，則所需的焊縫長度為：ff13kN0.7481479肢背:l11mm，取w14120.4cm20.7hf20.10200w7ffkN0.3481479肢尖:w2mmmml64.52207h.fw20.78200ff(2)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸(方法同下弦節(jié)點(diǎn)“c”)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為250mm400mm。(3)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗算應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)荷載P和上弦相鄰節(jié)間內(nèi)力差N受節(jié)點(diǎn)荷載PN背槽焊縫強(qiáng)度驗算：hf，t(0.1l(mmmm510)mm5mml40010)390,ww2節(jié)點(diǎn)荷載，P=62.66kNP62660wmm22fN/22.95N/mmff20.7hl20.75390f1200N/mm2肢尖角焊縫強(qiáng)度驗算：弦桿內(nèi)力差為N(468.196-0)kN468.196kN，軸力作用線至肢尖焊縫的偏心距為e90，偏心力矩為MNe(468.4960.065)kNm30.452kNm，Nw468496則N222N/mmN/mmf200N/mmf20.7hl20.75390fw2M6M630.452106MN/mm2W20.7hl20.7103902wfw285.80N/mm285.80)171.61(N(M)N/mm185.46N/mmfw200N/mm222222f1.221.22滿足強(qiáng)度要求。1411）1-1圖屋脊節(jié)點(diǎn)“”詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計算方法與以上幾個節(jié)點(diǎn)相同，計算過程略，結(jié)果見圖11。（2）確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：250mm450mm（3）計算拼接角鋼長度削弱，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)力計算。拼接角鋼規(guī)格與上弦桿相同，長度取決于其與上弦桿連接焊縫要求，設(shè)焊縫h10mmfN763199lwmmmm40.7hf40.710200wff15拼接角鋼總長度，L(2136.320)302.6mm。豎肢需切去85)mm，取（4）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗算上弦角鋼肢背與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載P，焊縫強(qiáng)度驗算同上弦節(jié)點(diǎn)“B”，計算過程略。上弦角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫強(qiáng)度按上弦內(nèi)力的15%h10mmf點(diǎn)板長度為450mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)焊縫的計算長度為lw(250251010)205mmmm0.15N0.15則f/239.89/mm2NN20.7hl20.710fwM6M60.15763199fN/2W20.7hl20.7102wfw275.89N/275.89f(89)N/mm73.90N/mmfw200N/mmf222222)39.(f1.221.22焊縫強(qiáng)度滿足要求。的上弦桿、斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工地焊縫。12）`16圖12支座節(jié)點(diǎn)“”詳圖160mm肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等，厚度為12mm。（1）支座底板的計算支座底板尺寸按采用280mm360mm，承受支座反力R7F762.66438.62支座反力作用，則承壓面積為A280212mm259360mm2，則柱頂混凝土的抗n壓強(qiáng)度按下式驗算：RAnN/NfN27.39/214.3/c2式中，f為混凝土強(qiáng)度設(shè)計值，對混凝土，f14.3N/mm2。cc的抗彎強(qiáng)度確定：底板下的平均應(yīng)力q為：q