鋼結構設計原理課程設計計算書

1、鋼結構設計原理課程設計計算書指導教師：學生姓名：班 級：學 號：設計時間：2桁架設計1設計資料某廠房總長度108m跨度可根據(jù)自己的情況從21m和24m兩種情況中選用（同等情況 下，前者的評分將較后者低5分），縱向柱距6m廠房建筑采用封閉結合；1 .結構形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30,屋面坡度i=L/10 ; L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-2（°C,無侵蝕性介質，地震設防烈度為8度，屋架下弦 標高為18m；廠房內橋式吊車為2臺50/10t （中級工作制），鍛錘為2臺5t。2 .屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內力系數(shù)（節(jié)點荷載 P=1.0作用下桿件的

2、內力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為： 學號為單號的同學用 Q235B鋼，焊條為 E43型；雙號的同學用Q345A鋼，焊條為E50型。3 .屋蓋結構及荷載無楝體系：采用1.5 x 6.0m預應力混凝土屋板（保證三點焊接，考慮屋面板能起到系 桿的作用）荷 載：屋架及支撐自重：按經驗公式q=0.12+0.011L, 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；屋面活荷載：施工活荷載標準值為 0.7kN/m2,雪荷載的基本雪壓標準 值為S0=0.35KN/m 2,施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載0.5kN/m2。屋面各構造層的荷載標準值：三氈四油

3、（上鋪綠豆砂）防水層0.40kKN/m2水泥砂漿找平層0.50kN/m2保溫層0.80kN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m2水泥砂漿找平層0.40kN/m2word文檔可自由復制編輯預應力混凝土屋面板2.結構形式與布置1.50kN/m285018O51088 O510851if15150,13501500X 8=12000圖2a . 2部跨屋架幾何尺寸桁架支撐布置如圖? QID&lCC3CC3LG1尸F(xiàn)I ClT£1TGIIG1TCI慧第TCII£1ScTGI索T1I-*產 K-ir.l.EcX-lJTGI皿彭皿TRITRIfeeJJ LL 學RnnQ希架及桁盟

4、上挖支撐布置3.荷載計算屋面坡度i=1/10沿屋面斜面分布的永久荷載應乘以標準永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層水泥砂漿找平層保溫層一氈二油隔氣層1/cos a =1.0050.40*1.005=0.402 kKN/m220.50*1.005=0.503kN/m0.80*1.005=0.804kN/m0.05*1.005=0.503KN/m2水泥砂漿找平層預應力混凝土屋面板屋架及支撐自重：施工活荷載積灰荷載0.40*1.005=0.402kN/m1.50*1.005=1.508kN/mq=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m共 4.506 kN/m20.

5、7 kN/m20.5 kN/m2三種荷載組合全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點荷載設計值（按永久荷載為主控制的組合）F= （1.35X 4.506+1.4X 0.7X 0.7+1.4X 0.9 X 0.5） X 6 X 1.5=66.592kN全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設計值：對結構不利時：Fi.i=4.506X 1.35X6X1.5=54.748kN （按永久荷載為主控制的組合）Fi.2=4.506X 1.2X6X 1.5=48.667kN （按可變荷載為主控制的組合）對結構有禾1J 時：Fi.3=4.506X 1.0X6X 1.5=40.554kN半跨節(jié)點可變荷載設計值F2

6、.1= （0.7X 0.7+0.9X 0.5） X 1.4X6X 1.5=11.844kN （按永久荷載為主控制的組合）F2.2= （0.7+0.9X0.5） X 1.4X 6X 1.5=14.490kN （按可變荷載為主控制的組合）全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點桁架自重設計值：對結構不利時：F3.1=0.384X 1.2X 6X 1.5=4.147kN對結構有利時：F3.2=0.384X 1.0X 6X 1.5=3.456kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值：F4= (1.2X 1.508+1.4X 0.7) X 6X 1.5=25.10

7、6kN為使用階段荷載情況，為施工階段荷載情況。1 .01 .01.01.01.01.01.01.00.5GF5+ 4.73+ 11.53+ 14.65+ 15.17+ 15.17A *B1c2TH-14.71D D TE,5I-14.71acegI圖2b . 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內力值1.00.51.0550.00'+ 3.48+ 8.0/ +9.34 W +8.44BB'+ 3.53 7 +1.25ge'c'I icegA'a'圖2c. 24米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內力值圖2 24m跨屋架4.內力計算桁架桿件內力組合

8、表桿件名稱內力系數(shù)（F=1）第一種組合FX第二種組合第三種組合計算桿件內力/kN全跨左半跨右半跨F1.iX + F2,iXF1.iX + F2,iXF3.iX + F4XF3.iX + F4X上弦AB000000000BC、CD-8.72-6.25-2.47-580.682-580.682DE、EF-13.53-9.04-4.49-900.990-900.990FG、GH-15.26-9.17-6.09-1016.19-1016.19HI-14.71-7.38-7.38-979.568-979.568下弦ac+4.73+3.48+1.25314.980314.980ce+11.53+8.0+3

9、.53767.806767.806eg+ 14.65+9.34+5.31975.573975.573gi+ 15.17+8.44+6.731010.2011010.201斜腹桿aB-8.87-6.53-2.34-590.671-590.671Bc+6.88+4.76+2.12+458.153+458.153cD-5.44-3.14-2.03-362.26-362.26De+3.70+1.90+1.80+246.390+246.390eF-2.46、+0.71-1.75-163.816-163.816Fg+1.11-0.45+1.56+73.91755.44(F1.1,F2.1)79.25(F1

10、.1,F2.1)-6.39(F3.1,F4)44.07(F3.1,F4)+79.25,-6.39gH+0.02+1.55-1.531.33223.27(F1.3, F2.2)-17.03(F1.1,F2.1)38.98(F3.2,F4)-38.32(F3.1,F4)-38.32,38.98Hi-1.08-2.471.39-71.919-88.38(F1，1 ,F2- 1)-42.66(F1，1 ,F 2, 1)-66.78(F3,1 ,F4)31.16(F3,2 ,F 4)-88.3831.16豎桿Aa-0.5-0.50-33.296-33.30Cc、Ee、Gg-1.0-1.00-66.592

11、-66.59Ii0+0.97000注：F=66.592kN,F*54.748kN,F1.2=48.667 kN,F1.3=40.554kN;E.1=11.844kN,F2.2=14.490kN;F3.1=4.147kN,F3.2=3.456kN,F4=25.106kN。5桿件設計(1)上弦桿整個上弦采用等截面，按 FG、GH桿件的最大設計內力設計。N=-1016.19kN=-1016190N上弦桿計算長度：在桁架平面內，為節(jié)間軸線長度,lox=150.8cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內力變化情況,取 10y=3 X lox=3X 150.8=452.4cm由于10y=31ox,故截面宜選擇兩

12、個不等支角鋼，短肢相并，如下圖:35X80X12腹桿最大內力N=590.671kN ,查表9.6.4,節(jié)點板厚度選用12mm,支座節(jié)點板厚度選用14mm。設入=60,查附錄4得中=0.807 2需要截面積：A=N/(邛尸 1016190/ (0.807X 310) =4062.0mm2需要的回轉半徑：ix=lox/入=150.8/60=2.51cmiy=loy/入=452.4/60=7.54cm根據(jù)需要的A, ix, iy查角鋼規(guī)格表(附錄8),選用2J125X80X 12,A=46.70cm2, ix=3.95cm,y=6.23cm,bi/t=125/12=10.42按所選角車岡進行驗算：入

13、 x = lox/ ix=150.8/3.95=38.18因為b1/t=10.42<0.56 Oy/ b1=0.56x 4524/125=20.27故有Xyz=X y= loy/iy=452.46.23=72.62<U =150截面在x和y平面皆屬b類，由于入yz >入x只需求呼y ,查表得呼y =0.738N/(yA尸 1016190/ (0.738X4670) =294.85N/mm2<310 N/mm2所選截面合適.(2)下弦桿整個下弦采用同一截面，按 gi桿件的最大設計值設計。N=1010.201kN =1010201N , lox=300cm , loy=11

14、85cm所需截面積_ _2 _2An=N/f=1010201/310=3258.7mm=32.59 cm2選用2L125X80X 12,由于loy >> lox，故用不等支角鋼，短肢相并，如圖A=46.70cm2 > 32.59cmix=3.95cm , iy=6.23cm,入 oy = loy/ iy=11856.23=190.20<入=350考慮下弦有2 4 21.5mm栓孔削弱，下弦凈截面面積2An=4670-2X 21.5X 12=4154mm2(T =N/An=1010201/4154=243.19 N/mn2 <310 N/mnf(3)端斜桿aB桿件軸

15、力：N=-590.671kN =-590671kN計算長度：lox = loy =253.5cm,由于lox = loy ,故采用不等肢角鋼，長肢相并，使 ix= iy。選用2J140X 90X10 ,如圖所示:入 x = lox/ ix=253.5/4.47=56.71由于b/t=90/10=9<0.48 Oy / b =0.48X 2535/90=13.52故 X yz= x y 1+1.09X b 4/ (loy2t2) =75.32<入=150由于入yz > Xx，只求華y =0.718(r=N/(中yA尸 590671/ (0.718X4452.2) =184.78

16、 N/mm2 <310 N/mm2所需截面合適(4) Bc桿桿件軸力：N= 458.153KN=458153N桿件計算長度：lox =0.8*260.8cm=208.64cm 10y =260.8cm所需截面積： 2An=N/f=1477.91mm選用2J100X 7等邊角鋼 如圖，入 x = lox/ ix=208.64/3.09=67.52入=350入 y = loy/ iy=260.8/4.53=57.57<入=350(T =N/A n= 458153/2759.2=166.05 N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。(5) cD 桿桿件軸力：N=-362.26

17、KN計算長度：lox =0.8*285.9=228.72cmloy=285.9cm選用2100X 7等邊角鋼如圖，因為 b/t=100/7=14.29<0.58 Oy / b =0.58X 2859/100=16.58所以 入 y = loy/ iy=285.9/4.53=63.11入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =70.59<入=150x=0.751(T=N/(xA尸 362260/ (0.751X2759.2) =174.82N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。(6) De桿桿件軸力：N=246.390KN=246390N桿件計算長度

18、：lox =0.8*285.9cm=228.72cm loy =285.9cm所需截面積：An=N/f=749.81mm2選用2J63X 5等邊角鋼如圖，入 x = lox/ ix=228.72/1.94=117.90<入=350入 y = loy/ iy=285.9/3.04=94.05< 入=350(T =N/A= 246390/1228.6=200.55 N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。(7) eF桿桿件軸力：N=-163.816KN計算長度：lox =0.8*312.9=250.32cm10y=312.9cm選用280X5等邊角鋼如圖，入 x = lox

19、/ ix=250.32/2.48=100.94<入=150因為 b/t=80/5=16<0.58 Oy / b =0.58X 3129/80=22.69所以 入 y = loy/ iy=312.9/3.71=84.34入 yz='y 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =91.04<入=150：x=0.549(T=N/(xA尸 163816/ (0.549x 1582.4)=188.57N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。(8) Fg 桿最大拉力：N=79.25KNword文檔可自由復制編輯最大壓力：N=-6.39KN計算長度：lox =0.

20、8*311.9=249.52cm10y=311.9cm選用2J63X5等邊角鋼如圖，入 x = lox/ ix=249.52/1.94=128.62<入=150因為 b/t=63/5=12.6<0.58 0y / b =0.58X 3119/63=28.71所以 入 y = loy/ iy=311.9/3.04=102.60X yz= x y 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =107.58<入=150x=0.394(t=n/(xA尸 6390/ (0.394x 1228.6 =13.20N/mm2 <310 N/mm2拉應力:(T=N/A= 79250/1

21、228.6=64.50 N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。(9) gH桿最大拉力：N=38.98KN最大壓力：N=-38.32KN計算長度：lox =0.8*339.6=271.68cm10y=339.6cm選用2J63X5等邊角鋼如圖，因為 b/t=63/5=12.6<0.58 Oy / b =0.58X 3396/63=31.26所以 入 y = loy/ iy=339.6/3.04=111.71入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) = 114.61，入=150：x=0.3456=N/(xA尸 38320/ (0.345X 1228.6) =9

22、0.41N/mm2 <310 N/mm2拉應力：(T =N/A= 38980/ 1228.6=31.73N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。(10) Hi 桿最大拉力：N=31.16KN最大壓力：N=-88.38KN計算長度：lox =0.8*337=269.6cmloy=337cm選用2J63X5等邊角鋼如圖，入 x = lox/ ix=269.6/1.94=138.97<入=150因為 b/t=63/5=12.6<0.58 Oy / b =0.58X 3370/63=31.03所以 入 y = loy/ iy=337/3.04=110.86入 yzKy 1

23、+0.475X b 4/ (loy2t2) = 113.78，入=150:x=0.349(T=N/(xA尸 88380/ (0.349X 1228.6) =201.12N/mm2 <310 N/mm2拉應力：(T =N/A= 31160/1228.6=25.36N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。word文檔可自由復制編輯(11)豎桿Aa桿件軸力：N=-33.3KN計算長度：lox =0.8*199=159.2cmloy=199cm內力較小，按入=150選擇，需要的回轉半徑為：ix=lox/入=159.2/150=1.06cm , iy=loy/入=199/150=1.3

24、3cm選用2匚63X 5等邊角鋼如圖，_ _2A=12.286cm2入 x = lox/ ix=159.2/1.94=82.06< 入=150因為b/t=63/5=12.6<0.58 Oy / b =0.58X 1990/63=18.32所以 入 y = loy/ iy=199/3.04=65.46入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) = 70.41入=150由于入x 入yz,只需求中x ,甲x=0.675(T=N/(xA尸 33300/ (0.675X 1228.6 =40.l5N/mm2 310 N/mm2(12)豎桿 Cc,Ee,Gg：按Gg桿件的最大設

25、計內力設計。桿件軸力：N=-66.59KN計算長度：lox =0.8*289=231.2cmloy=289cm內力較小，按入=150選擇，需要的回轉半徑為：ix=lox/入=231.2/150=1.54cm , iy=loy/入=199/150=1.93cm選用2J63X5等邊角鋼如圖，入 x = lox/ ix=231.2/1.94=119.18入=150因為 b/t=63/5=12.60.58 Oy / b =0.58X 2890/63=26.61所以 入 y = loy/ iy=289/3.04=95.07入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =98.48入=150

26、由于入x 入yz,只需求邛x ,3=0.417(T=N/(xA尸 66590/ (0.417X 1228.6 =l29.98N/mm2 310 N/mm2(13)豎桿 Ii :已知 N=0KN lox =3190cmloy=3190cm選用十字形截面2匚63 X 5等邊角鋼如圖入 x = lox/ ix=319/1.94=164.43< 入=200入 y = 1“/ iy=319/3.04=104.93< 入=200 所選截面滿足。表桿件截面選擇表桿件計算內截回截回計算長度回轉半徑長細比容許長細穩(wěn)定系數(shù)中應力b名稱編號力/kN規(guī)格面積/2 cmloxloyixiy入x入y比入%(N

27、/ mm2)上弦FG、GH-1016.192L12546.70150.8452.43.956.2338.1872.621500.738294.85X 80X 12下弦gi1010.2012L125X 80X 1246.7030011853.956.2375.95190.20350243.19斜腹桿aB-590.6712L140X 90X 1044.522253.5253.54.473.7456.7175.321500.718184.78Bc458.1532L100X 727.592208.64260.83.094.5367.5257.57350166.05cD-362.262L100X 727

28、.592228.72285.903.094.5374.0263.111500.751174.82De246.3902L63 x512.286228.72285.901.943.04117.9094.05350200.55eF-163.8162L80 x515.824250.32312.902.483.71100.9484.341500.549188.57Fg+79.25,-6.392L63 x12.286249.52311.901.943.04128.62102.601500.39464.505gH-38.32,39.982L63 x512.286271.20339.601.943.04140

29、.04111.711500.34690.41Hi+31.16,-88.382L63 x512.286269.60337.001.943.04138.97110.861500.349201.12豎桿Aa-33.32L63 x512.286159.20199.001.943.0482.0665.461500.67540.15Cc-66.592L63 x512.286183.20229.001.943.0494.4375.331500.594129.98Ee-66.592L63 x512.286207.20259.001.943.04106.8085.201500.511129.98Gg-66.59

30、2L63 x512.286231.20289.001.943.04119.1895.071500.417129.98li02L63 x512.286319.00319.001.943.04164.43104.9320006.節(jié)點設計(1)下弦節(jié)點“ c”見圖阻59各類桿件的內力由表查得。用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值_ w 2f f = 200N / mm。設“ Bc”桿的肢背和肢尖焊縫hf =8mrnf口 hf = 6mm則所需的焊縫長度為:肢背:0. 7N _0.7 4581532hef fw2 0. 7 8 200143. 17,力口 2hf 后取 16m肢尖:0.3N

31、 _0. 3 4581532hef fw2 0. 7 6 20081.81,加上 2hf 后取 10cm設“cD桿的肢背和肢尖焊縫hf = 8mmf口 hf = 6mm則所需的焊縫長度為:0. 7N0. 7 362260肢背：lw113.20mm 力口2hf 后取 13cm2hef fw2 0. 7 8 200肢尖:0. 3N0. 3 3622602 0. 7 6 20064. 69mm 力口上 2hf 后取 8cm"CC桿內力很小，焊縫尺寸可按構造要求取hf = 5mm根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為300

32、mm 460mni下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為46cm, hf = 6mm所受的力為左右兩下弦桿的內力差，N - 76780N - 31498N = 45 2 82N ,受力較大的肢背處焊縫應力為:0. 75 4528262 0.7 6460 - 12=109.87N/ mrn :二 200N/ mrn焊縫強度滿足要求。(2)上弦節(jié)點“ B”見圖Bc桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“ c”相同。二 10mmf口 hf = 8mmaB桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算，設aB桿的肢背和肢尖的焊縫hf則所需的焊縫長度為:肢背：l w0. 65N2f0.65 59067120?7_10200=137.

33、 12mm 加上 2 hf 后取 16cm肢尖:0. 35N二 2f0. 35 59067120778200=90. 29mm 加上 2 hf 后取 11cm為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背 8mm用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度設計值應乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去上弦坡度的影響, 而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：11_一%, = 工下點板厚度 = x 12mm= 6mm h； = 10mm22上弦與節(jié)點板間焊縫長度為 505mm選擇：505*290節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內力差由角鋼肢

34、尖焊縫承受，這時槽肯定是安全，可不必驗算。肢尖焊縫驗算如下:N1- N220.7hflw580682 - 02077_10485=85. 52N / mrn6M220. 7hflw6 580682 95220. 7104852=100. 51N/ mmi十M 2；f1. 2285.52)22100. 511.22=118. 75N/ mrn :二 200N/ mrri滿足要求o(3)屋脊節(jié)點"I”(見圖)00200弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭

35、一邊的焊縫長度按弦桿內力計算。設焊縫hf =10mm,則所需焊縫計算長度（一條焊縫）97956840. 710200=174. 92mm拼接角鋼的長度取460mm 2174.92 = 349.85mm上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫， 應按上弦內力的15%計算。設肢尖焊縫hf =10mm,節(jié)點板長度為40cm,則節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為4017cm,焊縫應力為:0.1597956820.7101702: 61.74N/ mm0. 15 97956895 622 0. 7101702_2=- 207. 00N/ mn2(61.74 2 +2207.

36、 001.22 ,i 180.56N / mm2200N/ mrn因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設置工地拼接，左半邊的 上弦和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦與節(jié)點板的連接用工地焊縫。腹桿Hg與節(jié)點板的連接 焊縫的計算長度與以上幾個節(jié)點相同。（4）支座節(jié)點“a” （見圖）為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為14mm支座底板的計算支座反力：R = 8F = 8 66,592 kN = 532, 736kN支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm<

37、 350mm如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力,則承壓面積為280X200mm=56000mm驗算柱頂混凝土的抗壓強度:R 532736An : 56000fc為混凝土強度設計值，對 cC30混凝土，% =14. 3N / mrmc=9. 35N / mm! ： fc = 14. 3N / mm2c底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為:M -a；式中，。為底板下的平均應力532736280200mm=9. 51N / mm2ai為兩支承邊之間的對角線長度:a13為系數(shù),由b/a1查表8.4.1140而定,14、22214+ 1002)2mm= 162. 3mmbi為兩支承邊的相交點到對角線 a1的垂直距離。由相似三角形的關系，得:,133 93b1 = mm=