鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)_完整版跨度30米長(zhǎng)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2013年 12月 30日梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料（1） 題號(hào)72，屋面坡度1：10，跨度30m，長(zhǎng)度102m，地點(diǎn)：哈爾濱，基本風(fēng)壓：0.45kN/m,基本雪壓：0.45 kN/m。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50kN中級(jí)工作制吊車，軌頂標(biāo)高為8.000m。（2） 采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保護(hù)層，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7kPa，血荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.1 kN/m，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 kN/m。屋架絞支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400m

2、m。（3） 混凝土采用C20，鋼筋采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。（4） 屋架計(jì)算跨度：=30m-2×0.15m=29.7m（5） 跨中及端部高度：采用無檁無蓋方案。平坡梯形屋架，取屋架在30m軸線處的端部高度,屋架的中間高度h=3.710（為lo/8）。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架形式及幾何尺寸如下圖：梯形鋼屋架支撐布置如下圖：1、 荷載計(jì)算屋面荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)取較大值進(jìn)行計(jì)算，故取屋面活荷載0.7 kN/m進(jìn)行計(jì)算。屋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，跨度單位為米（m）。荷載計(jì)算表如下：荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）

3、設(shè)計(jì)值（kN/m）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4×1.35=1.89三氈四油防水層0.40.4×1.35=0.54找平層(厚20mm)0.2×20=0.40.4×1.35=0.5480厚泡沫混凝土保護(hù)層0.08×6=0.480.48×1.35=0.648屋架和支撐自重0.12+0.011×030=0.450.45×1.35=0.608管道荷載0.10.1×1.35=0.135永久荷載總和3.234.361屋面活荷載0.70.7×1.4=0.98積灰荷載0.60.6×1.4=0.84

4、可變荷載總和1.31.82設(shè)計(jì)屋架時(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：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：（3）全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨接點(diǎn)屋面板自重及活荷載：（1）、（2）為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4、內(nèi)力計(jì)算 屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下:由數(shù)解法解得F=1時(shí)的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)(F=1作用于全跨左半跨和右半跨).然后進(jìn)行組合,如下表:桿件名稱內(nèi)力系數(shù)(F=1)第一種組合F×第二種組合第三種組合計(jì)算桿件內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨

5、F1×+F2×F1×F2×F3×F4×F3×F4×上弦AB0.030.030.001.671.671.180.940.161.67BC、CD-10.21-7.67-2.82-567.97-526.37-446.92-253.96-128.69-567.97DE、EF-16.63-11.98-5.18-925.11-848.94-737.56-400.41-224.77-925.11FG、GH-19.87-13.51-7.08-1105.35-1001.07-895.85-457.65-291.57-1105.35H

6、I-20.78-13.01-8.64-1155.97-1028.70-957.12-449.71-336.84-1155.97IJ、JK-21.24-13.49-8.62-1181.56-1054.61-974.84-464.63-338.84-1181.56下弦ab5.404.131.42300.40279.59135.20136.2266.22300.40bc13.8210.184.05768.79709.17608.76338.54180.21768.79cd18.5012.976.151029.14938.56826.84436.21260.051029.14de20.4813.417

7、.861139.281023.48932.57458.41315.051139.28ef19.8110.919.911102.01956.23939.85390.17364.341102.01斜腹桿aB-10.95-8.39-2.85-609.14-567.20-476.46-276.61-133.51-609.14Bb8.876.532.60493.43455.10390.73217.19115.68493.43bD-7.44-5.18-2.52-413.88-376.86-333.29-174.50-105.79-413.88Dc5.563.542.25309.30276.21255.08

8、121.8588.53309.30cF-4.31-2.34-2.20-239.76-207.49-205.20-84.02-80.40-239.76Fd2.831.041.98157.43128.11143.5142.3466.62157.43dH-1.680.08-1.95-93.46-64.63-97.88-2.12-59.56-97.88He0.48-1.121.7826.700.4948.00-26.3048.6048.60-26.30eg1.383.27-2.0976.77107.7319.9392.01-46.44107.73-46.44gK2.093.96-2.0976.7710

9、7.7319.9392.01-46.44107.73-42.55gI0.660.68-0.0336.7237.0425.4121.172.8437.04Aa-0.50-0.500-27.81-27.81-19.62-15.65-2.74-27.81豎桿Cb、Ec-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Gd-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Jg-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Ie-1.51-1.530-84.00-84.33-58.94-47.78-7.74-84

10、.33Kf0.000.000.000.000.000.000.000.000.005、 桿件設(shè)計(jì)（1） 上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按IJ、JK桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即 N= -1181.56kN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度，即屋架平面外：由于屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支持布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距離，即=3×1.507=4.521m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并，如圖：腹桿最大內(nèi)力N= -609.14kN，查表得中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用14mm。設(shè)=60，查Q235鋼

11、的穩(wěn)定系數(shù)表，得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬b類），則需要的截面積為:需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用2180×110×14，肢背間距a=12mm，則：A=7800，=30.8mm，=88.0mm驗(yàn)算： 由于=150，所以滿足細(xì)長(zhǎng)比要求。 因?yàn)?，只需求，查表?0.847，則故所選截面符合要求。（2） 下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面,按最大內(nèi)力所在的桿計(jì)算. N=1139.28kN,(因跨中有通長(zhǎng)系桿),所需截面為:選用2180×110×12,因,故用不等肢角鋼,短肢相并,如下圖 故所選截面符合要求。(3) 端斜桿aB桿件軸力: N=

12、-609.14kN計(jì)算長(zhǎng)度: 因?yàn)?故采用不等肢角鋼,長(zhǎng)肢相并,使.選用2140×90×10,則 A=44.6cm， 因?yàn)?，只需要求，查表?.764，則所以所選截面符合要求。（4）腹桿此桿可在g點(diǎn)處不斷開，采用通桿。最大拉力： 最大壓力： 在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距，在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：選用263×5，查表有：因>，只需求，查表得=0.31，則符合要求（5）豎桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大。選用263×5，其幾何特征為因>，只需求，查表得=0.38，則符合要求。其余各桿見下

13、表：19桿件編號(hào)內(nèi)力(kN)計(jì)算長(zhǎng)度截面規(guī)格截面面積回轉(zhuǎn)半徑(cm)長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力xyxyxyxyIJ、JK-1181.56150.8452.42180×110×1477.933.088.848.9651.411500.847179.00de1139.2830014852180×110×1267.423.18.7496.77169.91350168.98Aa-27.81199199263×512.2861.943.04102.6065.461500.53842.07aB-609.14253.5253.52140×90

14、×1044.5224.473.7456.7167.781500.764179.08Bb493.43208.64260.82100×623.8643.14.5167.3057.83350206.77Cb-55.63183.2229250×59.6061.532.53119.7490.511500.439131.92bD-413.88229.52286.92100×727.5923.094.5374.2863.331500.724207.18Dc309.30228.72285.9270×616.322.153.33106.3885.86350189

15、.52Ec-55.63203.84254.8250×59.6061.532.53133.23100.711500.363159.54cF-139.76250.32312.9290×621.2742.794.1389.7275.761500.621105.79Fd157.43249.44311.8250×59.6061.532.53163.03123.24350168.89Gd-55.63231.2289250×59.6061.532.53151.11114.221500.304190.50dH-97.88271.6339.5270×616.32

16、2.153.33126.33101.951500.304197.29He48.60-26.30270.8338.5263×512.281.943.04139.59111.351500.34761.72Ie-84.33255.2319263×512.281.943.04131.55104.931500.381180.24eg107.73-46.44230.6449.95263×512.281.943.04118.87148.011500.31121.99gK146.90-42.55230.6449.95263×512.281.943.04118.87148

17、.011500.31111.77Kf0.00349349263×512.282.452.45142.45142.452000gI37.04166.32207.9250×59.6061.532.53108.7182.1735038.56Jg-55.63120.64150.8250×59.6061.532.5378.8559.601500.66587.096、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(1) 下弦節(jié)點(diǎn)b用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算） 設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫

18、長(zhǎng)度為“Cb”桿的內(nèi)力很小（-55.63kN），按構(gòu)造確定焊縫，取=5mm。按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：329mm×458mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為45.8cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿足要求。節(jié)點(diǎn)圖如下：（2）上弦節(jié)點(diǎn)“B”設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）為了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。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以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，而假

19、定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為<160MPa節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（3） 屋脊節(jié)點(diǎn)“K”設(shè)拼接角鋼與收壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為（一條焊縫）拼接角鋼的長(zhǎng)度+弦桿桿端空隙，拼接角鋼角度取620mm。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算與節(jié)點(diǎn)“B”處槽焊縫驗(yàn)算方法類似，此處演算略。上弦脂尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫，取節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為，焊縫應(yīng)力為因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)下弦中節(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)板連接用工廠焊