鋼結(jié)構(gòu)課設(shè)計(jì)算書.doc

1.設(shè)計(jì)資料（1）某地一金工車間，長(zhǎng)96m，跨度27m，柱距6m，采用梯形鋼屋架，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，上鋪珍珠巖保溫層，設(shè)計(jì)地點(diǎn)哈爾濱地區(qū)，保溫層厚度為100mm,容重，采用封閉結(jié)合，卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20（抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)c=10N/mm2），車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)30/5t中級(jí)工作制橋式吊車，軌頂標(biāo)高18.5m,柱頂標(biāo)高27m。屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2。桁架采用梯形鋼桁架，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為。鋼材采用Q235-B，焊條采用E43型，手工焊。 （2） 屋架計(jì)算跨度 （3） 跨中及端部高度： 桁架的中間高度 h=3.340m 在26.7m的兩端高度 在27.0m軸線處兩端高度 桁架跨中起拱 l/50055mm 屋架高跨比在經(jīng)濟(jì)范圍（）內(nèi)，為使屋架上弦只受節(jié)點(diǎn)荷載，腹桿體系采用人字形式。2. 結(jié)構(gòu)形式及幾何尺寸如圖1所示，支撐布置如圖2所示圖1 桁架形式及幾何尺寸根據(jù)廠房長(zhǎng)度（96m60m）,跨度及荷載情況，設(shè)置三道上下弦水平支撐如圖：桁架及桁架上弦支撐布置桁架下弦支撐布置圖垂直支撐垂直支撐圖2：桁架支撐布置圖 符號(hào)說(shuō)明：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3. 荷載計(jì)算屋面活荷載和雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載為，等于雪荷載，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。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，跨度單位為m。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載： 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 三氈四油防水層 20mm厚找平層 80mm厚珍珠巖制品保溫層 桁架和支撐重 總計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)可變荷載：屋面活荷載 積灰荷載 總計(jì) 桁架設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載 （按永久荷載為控制的組合）全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值 （由可變荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值為：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值:對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)： 對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)： 半跨可變荷載設(shè)計(jì)值：（3） 全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主的組合）全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值 對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)： 對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)： 半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)計(jì)值 （1）、（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載。4. 內(nèi)力計(jì)算由圖解法解得F=1的桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)，然后求出各種情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附表?xiàng)U件內(nèi)力組合表。5. 桿件設(shè)計(jì) （1）上弦桿 整個(gè)上弦桿采用等截面，按HI、IJ桿件之最大設(shè)計(jì)內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì) N= - 824.31kN 上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度： 在桁架平面內(nèi)，為節(jié)點(diǎn)軸線長(zhǎng)度 在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況。取 因?yàn)楣蔬x用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。 腹桿最大內(nèi)力N=-432.60kN。查教材表9.6.4，節(jié)點(diǎn)板厚度選 用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。 設(shè)，屬b類截面，查教材附錄4得： 需要截面面積 需要的回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的A、，查角鋼規(guī)格表，選用，a=10，如右圖3 圖3 上弦截面，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： ， 所以 b類截面 ，所需截面合適。（2） 下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大設(shè)計(jì)值計(jì)算 圖4 下弦桿截面 所需截面面積為 初選, ，因，故用不等肢角鋼，短肢相并，如圖4所示。 ，考慮下弦有的栓孔削弱，下弦凈截面面積 合格（3） 端斜桿aB桿件軸力 計(jì)算長(zhǎng)度 因?yàn)椋什捎貌坏戎卿?，長(zhǎng)肢相并，使設(shè) 圖5 端斜桿截面 根據(jù)需要的 選用 ， ，如圖5所示。 又 所以 故 所選截面合適 故aB桿選用（4） 斜腹桿 df桿 ，fJ桿 F點(diǎn)在此處不斷開，采用通長(zhǎng)桿件 最大拉力： 最大壓力： 平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度 平面外的計(jì)算長(zhǎng)度： 對(duì)受壓主斜桿：按最大壓力和上段計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算:因內(nèi)力較小，故按在聯(lián)合構(gòu)造要求及所需的，試選截面，由附錄8得 查表 ， 受壓合格。 圖6 dJ桿截面拉應(yīng)力：，受拉合格格鑒于焊腳尺寸考慮（填板厚度10mm）并結(jié)合后面所選截面，選用截面。截面形式如圖6所示。（5） 腹桿Bb 受拉 平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度 試選 圖7 Bb桿截面 ，所選截面合格，故腹桿Bb選用，如圖7所示。（6）端豎桿，Aa桿。 因內(nèi)力較小，故按需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ，查型鋼表，采用不等邊角鋼長(zhǎng)肢相連，試選 ， 圖8 端豎桿Aa截面，因，故取=122.1 ，查表得 =0.426。，故所選截面合格所以端豎桿Aa選用，考慮焊縫尺寸要求（節(jié)點(diǎn)板厚度12mm），改選，如圖8所示。（7）豎桿Je桿 ，取 ， 選用,選用十字型截面，滿足長(zhǎng)細(xì)比要求。其余各桿件的截面選擇計(jì)算過(guò)程在此不一一列出，將計(jì)算過(guò)程列于桿件截面選擇表中。6. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)d用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，設(shè)Gd的肢背和肢尖焊縫= 6mm，則所需焊縫尺寸長(zhǎng)度為： 肢背：，加2后取6cm 肢尖：，加2后取6cm 設(shè)Hd桿的肢背和肢尖焊縫分別為5mm則所需焊縫長(zhǎng)度為: 肢背：，加2后取6cm 肢尖：，加2后取6cm設(shè)fd桿的肢背和肢尖焊縫分別為6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為: 肢背：，加2后取6cm 肢尖：，加2后取6cm根據(jù)所繪制的節(jié)點(diǎn)詳圖可確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為32.5cm，=6mm。焊縫所受的力為左右的下弦桿的內(nèi)力差 受力較大的肢背的焊縫應(yīng)為：滿足要求，如圖9。（2）上弦節(jié)點(diǎn)G設(shè)Gg桿的肢背和肢尖焊縫都為6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背： 加2后取8cm 肢尖： 加后取6cmGd桿桿的肢背和肢尖焊縫都為6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背： ，肢尖： ，根據(jù)所繪制的節(jié)點(diǎn)詳圖可確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為 ，上弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為24cm，=6mm。焊縫所受的力為左右的下弦桿的內(nèi)力差，則 受力較大的肢背的焊縫應(yīng)為：，滿足要求，如圖10。（3） 屋脊節(jié)點(diǎn)J 弦桿一般都是采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼之間能夠密合，并便于施焊需將拼接角鋼的角頭削弱，且截去垂直肢的一部分寬度（一般為）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償，接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。 設(shè)焊縫,則所需要的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為（一條焊縫）： ，則拼接角鋼總長(zhǎng)為： 拼接角鋼的長(zhǎng)度取760mm 設(shè)Jf桿的肢背和肢尖焊縫分別為8mm和6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背：，加2后取8cm肢尖：，加后取6cm根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度及構(gòu)造要求，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫較肢背焊縫危險(xiǎn)，按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢頭焊縫，節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為400mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為考慮節(jié)點(diǎn)荷載43.1KN由八條焊縫共同承擔(dān) 焊縫應(yīng)力為： 滿足要求。桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個(gè)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。如圖11。（4） 下弦結(jié)點(diǎn)e 下弦一般采用與下弦尺寸相同的角鋼來(lái)拼接，同樣需將角鋼的角尖削除，且截去垂直肢的一部分寬度（）。拼接角鋼的這部分削弱靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。拼接角鋼與下弦角鋼間共有4條角焊縫承擔(dān)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)截面中的內(nèi)力,焊縫長(zhǎng)度取，則需要的拼接角鋼總長(zhǎng)為 ，取74cm由于角鋼的邊長(zhǎng)140mm125mm,故需要將角鋼的兩端各切去一角。下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。按兩側(cè)下弦內(nèi)力的15%來(lái)計(jì)算，取， 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)板尺寸：，取節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)：b=500mm2（48.1+16+10）=149mm肢尖：肢背：滿足要求，如圖12。（5） 支座節(jié)點(diǎn)a 為了便于施焊，下弦桿角水平肢的底面與支座底板的凈距取150mm，在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為12mm1） 支座底板的計(jì)算 支反力 支座底板的平面尺寸采用，如果僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度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 為兩支承邊之間的對(duì)角線長(zhǎng)度 為系數(shù)， ，由表查得，底板厚度 取t=20mm2）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算aB桿 肢背： 取20cm肢尖：=6mm 取10cmab桿 肢背： 取12cm肢尖：=8mm 取8cmAa桿 肢背： 取8cm肢尖：=6mm 取6cm節(jié)點(diǎn)板尺寸見(jiàn)節(jié)點(diǎn)詳圖，為。加勁肋節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算與牛腿相似 設(shè)焊縫，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，則焊縫應(yīng)力為： 滿足要求。（3）節(jié)點(diǎn)板 ，加勁