鋼結構課設計算書

1、1.設計資料（1）某地一金工車間，長96m，跨度27m，柱距6m，采用梯形鋼屋架，預應力鋼筋混凝土大型屋面板，上鋪珍珠巖保溫層，設計地點哈爾濱地區(qū)，保溫層厚度為100mm,容重，采用封閉結合，卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級為C20（抗壓設計強度fc=10N/mm2），車間內(nèi)設有兩臺30/5t中級工作制橋式吊車，軌頂標高18.5m,柱頂標高27m。屋面荷載標準值為，雪荷載標準值，積灰荷載標準值為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） 屋架計算跨度 （3）

2、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)濟范圍（）內(nèi)，為使屋架上弦只受節(jié)點荷載，腹桿體系采用人字形式。2. 結構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)廠房長度（96m>60m）,跨度及荷載情況，設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 符號說明：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. 荷載計算屋面活荷載和雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載為，

3、等于雪荷載，故取屋面活荷載計算。沿屋面斜面分布的永久荷載應乘以，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)驗公式計算，跨度單位為m。標準永久荷載： 預應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 標準可變荷載：屋面活荷載 積灰荷載 總計 桁架設計時，應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)點荷載設計值 （由可變荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點荷載設計值為：（2） 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： 對結構有利時： 半跨可變荷載

4、設計值：（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)點桁架自重設計值 對結構不利時： 對結構有利時： 半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值 （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)力進行組合，計算結果見附表桿件內(nèi)力組合表。5. 桿件設計 （1）上弦桿 整個上弦桿采用等截面，按HI、IJ桿件之最大設計內(nèi)力進行設計 N= - 824.31kN 上弦桿的計算長度： 在桁架平面內(nèi)，為節(jié)點軸線長度 在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況。取 因為故選用兩個不等肢角鋼，短肢

5、相并。 腹桿最大內(nèi)力N=-432.60kN。查教材表9.6.4，節(jié)點板厚度選 用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm。 設，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，按所選角鋼進行驗算： ， 所以 b類截面 ，所需截面合適。（2） 下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大設計值計算 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 計算長度 因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使設 圖5 端斜桿截面 根

6、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點在此處不斷開，采用通長桿件 最大拉力： 最大壓力： 平面內(nèi)的計算長度 平面外的計算長度： 對受壓主斜桿：按最大壓力和上段計算長度計算:因內(nèi)力較小，故按在聯(lián)合構造要求及所需的，試選截面，由附錄8得 查表 ， 受壓合格。 圖6 dJ桿截面拉應力：，受拉合格格鑒于焊腳尺寸考慮（填板厚度10mm）并結合后面所選截面，選用截面。截面形式如圖6所示。（5） 腹桿Bb 受拉 平面內(nèi)計算長度 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

7、按需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ，查型鋼表，采用不等邊角鋼長肢相連，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，滿足長細比要求。其余各桿件的截面選擇計算過程在此不一一列出，將計算過程列于桿件截面選擇表中。6. 節(jié)點設計（1）下弦節(jié)點d用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪強度設計值，設Gd的肢背和肢尖焊縫= 6mm，則所需焊縫尺寸長度為： 肢背：，加2后取6cm 肢尖：，加2后取6cm 設Hd桿的肢背和肢尖焊縫分別為5mm則所需

8、焊縫長度為: 肢背：，加2后取6cm 肢尖：，加2后取6cm設fd桿的肢背和肢尖焊縫分別為6mm，則所需焊縫長度為: 肢背：，加2后取6cm 肢尖：，加2后取6cm根據(jù)所繪制的節(jié)點詳圖可確定節(jié)點板的尺寸為 下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為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為：滿足要求，如圖9。（2）上弦節(jié)點G設Gg桿的肢背和肢尖焊縫都為6mm，則所需焊縫長度為: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，則所需焊縫長度為:肢背： ，肢尖： ，根據(jù)所繪制的節(jié)點詳圖可確定節(jié)點板的尺寸為 ，上弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為2

9、4cm，=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為：，滿足要求，如圖10。（3） 屋脊節(jié)點J 弦桿一般都是采用同號角鋼進行拼接，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)點板來補償，接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。 設焊縫,則所需要的焊縫計算長度為（一條焊縫）： ，則拼接角鋼總長為： 拼接角鋼的長度取760mm 設Jf桿的肢背和肢尖焊縫分別為8mm和6mm，則所需焊縫長度為:肢背：，加2后取8cm肢尖：，加后取6cm根據(jù)上面求得的焊縫長度及構造要求，從而確定節(jié)點板尺寸為。上弦肢

10、尖與節(jié)點板的連接焊縫較肢背焊縫危險，按上弦內(nèi)力的15%計算，設肢頭焊縫，節(jié)點板長度為400mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為考慮節(jié)點荷載43.1KN由八條焊縫共同承擔 焊縫應力為： 滿足要求。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，斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦，斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊縫。如圖11。（4） 下弦結點e 下弦一般采用與下弦尺寸相同的角鋼來拼接，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)點板來補償。拼接角鋼與下弦角鋼間共有4條角焊縫承擔節(jié)點兩側(cè)截面中的內(nèi)力,焊縫長度取，

11、則需要的拼接角鋼總長為 ，取74cm由于角鋼的邊長140mm>125mm,故需要將角鋼的兩端各切去一角。下弦與節(jié)點板的連接焊縫。按兩側(cè)下弦內(nèi)力的15%來計算，取， 設計節(jié)點板尺寸：，取節(jié)點板長：b=500mm>2（48.1+16+10）=149mm肢尖：<肢背：滿足要求，如圖12。（5） 支座節(jié)點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)點中心線上設置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為12mm1） 支座底板的計算 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，則承壓面積為驗算柱頂混凝土的抗壓強度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角線長度 為系數(shù)， ，由表查得，底板厚度 取t=20mm2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算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)點板尺寸見節(jié)點詳圖，為。加勁肋節(jié)點板的連接焊縫計算與牛腿相似 設焊縫，焊縫計算長度，則焊縫應力為： 滿足要求。（3）節(jié)點板 ，加勁肋與地