鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算紙

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料溫州地區(qū)某一單跨廠房總長(zhǎng)度60m，縱向柱距6m，跨度18m1.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(jí)為C30，屋面坡度i=1/10；L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，屋架下弦標(biāo)高為2.屋架形式及材料:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖2所示。屋架采用的鋼材為Q235鋼，并具有機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)、180℃冷彎試驗(yàn)和碳、硫、磷含量的保證；焊條為E43型，手工焊。3.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0.5KN/m2水泥砂漿找平層0.5KN/m2保溫層0.55KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m2水泥砂漿找平層0.4KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：0.318KN/m2懸掛管道：0.15KN/m2可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.35KN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.2KN/m2廠房平面圖18米跨屋架幾何尺寸b.18米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值內(nèi)力系數(shù)圖二、屋蓋支撐布置1、上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐布置在房屋兩端的第二開(kāi)間，沿屋架上弦平面在跨度方向全長(zhǎng)布置。考慮到上弦橫向水平支撐的間距大于60m,應(yīng)在中間柱間增設(shè)橫向水平支撐。2、下弦橫向水平支撐屋架跨度為18m,應(yīng)在上弦橫向水平支撐同一開(kāi)間設(shè)置下弦橫向水平支撐，且沿屋架下弦在屋架跨度方向全長(zhǎng)布置。3、下弦縱向水平支撐本廠房設(shè)有1臺(tái)30t(中級(jí)工作制)的橋式吊車(chē)，且未設(shè)柱梁，因此，可不設(shè)下弦縱向水平支撐。4、垂直支撐垂直支撐應(yīng)設(shè)在上、下弦橫向水平支撐同一開(kāi)間內(nèi)的兩榀屋架之間。梯形屋架跨度L=18m時(shí)，可僅在跨中和兩端各設(shè)置一道，共三道。5、系桿屋脊節(jié)點(diǎn)以及屋架支座處沿廠房設(shè)置通常的剛性系桿，屋架下弦跨中通常設(shè)置一道柔性系桿。屋蓋支撐布置如圖3所示：上弦橫向水平支撐1-12-2下弦橫向水平支撐三、荷載和內(nèi)力計(jì)算1、荷載計(jì)算(1)屋面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.5KN/m2水泥砂漿找平層0.5KN/m2保溫層0.55KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m2水泥砂漿找平層0.4KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：0.318KN/m2懸掛管道：0.15KN/m2小計(jì)∑3.89KN/m2(其中，tana=1/10,cosa=﹚(1)屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.35KN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.2KN/m2=（屋面活荷載，屋面雪荷載）max+屋面積灰荷載=1.9KN/（沿水平方向分布）2、荷載組合﹙1﹚鋼屋架強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，僅考慮全跨荷載作用下工況，即全跨永久荷載+全跨可變荷載。屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載（由永久荷載效應(yīng)控制的組合）：F=[1.35×3.89+1.4×（0.7×0.7+1.2×0.9）]×1.5×6.0=67.05KN（其中，1.5m×6m為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板面積，含灌縫）屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載（由可變荷載效應(yīng)控制的組合）：F=﹙1.2×3.89+1.4×1.9﹚×1.5×6.0=65.95KN取F=67.05KN﹙2﹚屋架撓度計(jì)算時(shí)，僅考慮全跨永久荷載+全跨可變荷載組合：屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載（由永久荷載效應(yīng)控制的組合）：=﹙3.89＋1.9﹚×1.5×6.0=52.11KN3、桿件內(nèi)力計(jì)算屋架在全跨滿載荷載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。則，全跨滿載作用下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：內(nèi)力計(jì)算表?xiàng)U件名稱桿件內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載F=67.05KNP=1上弦桿AB00BD-6.221-417.12DF-8.993-602.98FG-9.102-610.29下弦桿ac3.470232.66ce7.960533.72eg9.279622.16斜腹桿aB-6.502-435.96cB4.739317.75cD-3.362-225.42eD1.834122.97eF-0.690-46.26gF-0.462-30.98豎腹桿aA-0.5-33.53cC-1.0-67.05eE-1.0-67.05gG0.81254.44四、桿件截面設(shè)計(jì)1、上弦桿整個(gè)上弦桿采用等截面，按FG桿件的最大設(shè)計(jì)值進(jìn)行內(nèi)力設(shè)計(jì)：N=-610.29KN。計(jì)算長(zhǎng)度=1507.5mm，==2d=2×1507.5=3015mm(按大型屋面與屋架保證三點(diǎn)可靠焊縫考慮，取兩屋面板的寬度)。最大腹敢壓力為-435.96KN（aB腹桿），由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考表可知，支座節(jié)點(diǎn)板厚度取t=12mm,中間節(jié)點(diǎn)板厚度取t=10mm.因?yàn)?2，截面宜采用兩個(gè)不等肢角鋼相并，截面類型為b類，如圖所示：yyxx10mm設(shè)λ=60，查表得，所需面積為:需要回轉(zhuǎn)半徑為：根據(jù)需要的A、ix、iy，查角鋼型鋼表，選用2∟140×90×8（短肢相距10mm）,A=36.077,ix=2.59cm,iy=6.73cm.＜[λ]=150＜[λ]=150短肢相并的角鋼，可近似取=（滿足長(zhǎng)細(xì)比）由=58.02查得==0.817（b類），則（滿足要求）因此，所選截面合適。2、下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，最大內(nèi)力在eg桿，=622,16KN計(jì)算長(zhǎng)度=3000mm,=9000mm(縱向水平支撐點(diǎn)系桿與系桿之間的距離)。所需凈截面面積：選用2∟125×80×8（短肢相距10mm）,A=31.978,ix=2.28cm,iy=6.07cm.如圖5所示：10mm10mmxxyy(滿足要求)3、斜桿（1）aB桿桿端軸力N=-435.96KN,計(jì)算長(zhǎng)度==2530mm，由于=，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，即使。所需的凈截面面積為：選用2∟125×80×8（長(zhǎng)肢相距10mm）A=31.978,ix=4.06cm,iy=3.27cm.對(duì)于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，采用換算長(zhǎng)細(xì)比。對(duì)于長(zhǎng)邊相連的不等肢角鋼：∴∵＞＞，只需求出=∴由=85.8查得（b類），則（滿足要求）（2）cB桿桿端軸力N=317.75KN,計(jì)算長(zhǎng)度=0.8l=0.8×2613mm=2090.4mm,=l=2613mm.所需凈截面面積：選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.(滿足要求)（3）cD桿桿端軸力N=-225.42KN,計(jì)算長(zhǎng)度.所需凈截面面積：選用2∟75×7等肢角鋼（肢相距10mm）A=20.32,ix=2.3cm,iy=3.48cm.對(duì)于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，采用換算長(zhǎng)細(xì)比。對(duì)于兩肢相連的等肢角鋼：∴∵＞＞，只需求出=∴由=99.62查得==0.559（b類），則（滿足要求）（4）eD桿桿端軸力N=122.97KN,計(jì)算長(zhǎng)度.所需凈截面面積為：選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.（滿足要求）（5）eF桿桿端軸力N=-46.26KN,計(jì)算長(zhǎng)度.所需的截面面積為：選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.對(duì)于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，采用換算長(zhǎng)細(xì)比。對(duì)于兩肢相連的等肢角鋼：∴∵＞＞，只需求出=∴由=148.76查得==0.314（b類），則（滿足要求）（6）gF桿桿端軸力N=-30.98KN,計(jì)算長(zhǎng)度.所需的截面面積為：選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm.對(duì)于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，采用換算長(zhǎng)細(xì)比。對(duì)于兩肢相連的等肢角鋼：∴∵＞＞，只需求出=∴由=148.76查得==0.314（b類），則（滿足要求）4、豎桿cC桿、eE桿的選用及驗(yàn)算。（1）eE桿最長(zhǎng),N=-67.05KN,計(jì)算長(zhǎng)度所需的截面面積為：選用2∟50×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=11.375,ix=1.51cm,iy=2.48cm.對(duì)于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，采用換算長(zhǎng)細(xì)比。對(duì)于兩肢相連的等肢角鋼：∴∵＞＞，只需求出=∴由=137.22查得==0.354（b類），則（滿足要求）（2）aA桿N=-33.53KN，計(jì)算長(zhǎng)度.所需的截面面積為：為了便于支撐，選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix=1.68cm,iy=2.75cm對(duì)于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，采用換算長(zhǎng)細(xì)比。對(duì)于兩肢相連的等肢角鋼：∴∵＞＞，只需求出=∴由=94.76查得==0.593（b類），則（滿足要求）（3）gG桿N=54.44KN，計(jì)算長(zhǎng)度,選用2∟56×8等肢角鋼組成的十字型斜截面（肢相距10mm）A=16.734,，則（滿足要求）（滿足要求）桿件內(nèi)力組合桿件名稱桿內(nèi)力計(jì)算長(zhǎng)度截面形式規(guī)格回轉(zhuǎn)半徑截面積系數(shù)KN弦桿上弦（FG桿）-610.291507.53015┓│┏2∟140×90×82.596.7336.0770.817207.05下弦（eg桿）622.1630009000┛│┗2∟125×80×82.286.0731.978——194.56斜腹桿aB-435.9625302530┓│┏2∟125×80×84.063.2731.9780.661206.25cB317.752090.42613┓│┏2∟56×81.682.7516.734——189.88cD-225.422291.22864┓│┏2∟75×72.303.4820.320.559198.45eD122.972291.22864┓│┏2∟56×81.682.7516.734——73.49eF-46.262499.23124┓│┏2∟56×81.682.7516.7340.31488.04gF-30.982499.23124┓│┏2∟56×81.682.7516.7340.31458.96豎腹桿Aa-30.5315921990┓│┏2∟56×81.682.7516.7340.31433.79Cc-67.0518322290┓│┏2∟50×61.512.4811.3760.354166.50Ee-67.0520722590┓│┏2∟50×61.512.4811.3760.314166.50Gg54.4426012∟56×81.682.7516.7340.31432.53五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1、腹桿桿端所需連接焊縫計(jì)算（1）aB桿N=-435.96KN,按構(gòu)造要求，取肢背焊縫的焊腳尺寸.取肢尖焊縫的焊腳尺寸。肢背：取270mm.肢尖：取150mm.均滿足大于8，小于60，滿足構(gòu)造要求。（2）cB桿N=317.75KN,按構(gòu)造要求，取肢背焊縫的焊腳尺寸.取肢尖焊縫的焊腳尺寸。肢背：取210mm.肢尖：取100mm.均滿足大于8，小于60，滿足構(gòu)造要求。（3）cD桿N=-225.42KN,按構(gòu)造要求，取肢背焊縫的焊腳尺寸.取肢尖焊縫的焊腳尺寸。肢背：，取160m.肢尖：，取80mm.均滿足大于8，小于60，滿足構(gòu)造要求。（4）eD桿N=122.97KN,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.（5）eF桿N=-46.26KN,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.（6）gF桿N=-30.98KN,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.（7）gG桿N=54.44KN,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm.總上，腹桿端焊縫長(zhǎng)度匯總?cè)缦拢焊箺U桿端焊縫長(zhǎng)度桿件名稱設(shè)計(jì)內(nèi)力KN肢背焊縫肢尖焊縫焊縫長(zhǎng)度焊腳尺寸焊縫長(zhǎng)度焊腳尺寸aB-435.9627051505cB317.7521051005cD-225.421605805eD122.97605605eF46.26605605gF-30.98605605gG54.44605605cC-67.05605605aA-33.53605605eE-67.056056052、結(jié)點(diǎn)焊縫驗(yàn)算（1）支座節(jié)點(diǎn)a1)支座地板驗(yàn)算。支座處屋架反力：，C30混凝土，，鉚桿直徑取d=25mm,孔徑，支座底板需要面積：底板尺寸?。恒T栓墊板采用─100mm×100mm×20mm,孔徑,底板實(shí)際應(yīng)力為：節(jié)點(diǎn)板、加勁肋將底板分成四塊相同的相鄰兩邊支承板：根據(jù)幾何關(guān)系，可得查表得,底板上的最大彎矩為：底板厚度為按照構(gòu)造要求，取底板厚度為t=20mm.2）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算。加勁肋高度取與節(jié)點(diǎn)板相同，為410mm,厚度也與節(jié)點(diǎn)板相同，取12mm,采用兩側(cè)面角焊縫與節(jié)點(diǎn)板相連，焊腳尺寸取。假定加勁肋受力為屋架反力的，即,則焊縫內(nèi)力為：焊縫應(yīng)力：（滿足要求）3）節(jié)點(diǎn)板、加勁肋和底板的連接焊縫計(jì)算。設(shè)焊縫傳遞全部支座反力R=536.4KN,其中每塊加勁肋個(gè)傳遞R/4=134.1KN。節(jié)點(diǎn)板傳力為R/2=268.2KN.節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫長(zhǎng)度取焊腳尺寸為,則（滿足要求）。加勁肋與底板的焊縫長(zhǎng)度，設(shè)焊腳尺寸為，則（滿足要求）。4）弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算。a－c桿內(nèi)力N=232.66KN,取肢背，肢尖，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：，取170mm.肢尖：，取70mm.（2）下弦節(jié)點(diǎn)c下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受兩節(jié)間的桿力差為：ΔN=(533.72-232.66)KN=301.06KN假設(shè)焊腳尺寸滿足構(gòu)造要求。一個(gè)角鋼與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫長(zhǎng)度為：肢背：，取220mm.肢尖：，取90mm.下弦桿與節(jié)點(diǎn)板滿焊，其實(shí)際長(zhǎng)度，大于所需長(zhǎng)度，滿足要求。（3）下弦節(jié)點(diǎn)e下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受兩節(jié)間的桿力差為：ΔN=(622.16-533.72)KN=88.44KN假設(shè)焊腳尺寸滿足構(gòu)造要求。一個(gè)角鋼與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫長(zhǎng)度為：肢背：，取220mm.肢尖：，取90mm.下弦桿與節(jié)點(diǎn)板滿焊，其實(shí)際長(zhǎng)度l=420mm,滿足要求。（4）下弦拼接節(jié)點(diǎn)g下弦拼接桿處的最大桿力為622.16KN，設(shè)焊腳尺寸為5mm,接頭一側(cè)需要的焊縫長(zhǎng)度為拼接角鋼的總長(zhǎng)度：取600mm.下弦與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算，設(shè)，下弦桿與節(jié)點(diǎn)板滿焊，即實(shí)際焊縫長(zhǎng)度尺寸為200mm,滿足設(shè)計(jì)要求。（5）上弦節(jié)點(diǎn)A上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=33.53KN,ΔN=0，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點(diǎn)板可以伸出屋架上弦，按實(shí)際焊縫長(zhǎng)度（節(jié)點(diǎn)板滿焊）.肢背焊縫：（滿足要求）肢尖焊縫：（滿足要求）（6）上弦節(jié)點(diǎn)B上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受的荷載及桿件