鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)正文

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)： 土 建 系 班 級(jí)： 08級(jí)建工（2）班 姓 名： 邵文凡 目錄一 設(shè)計(jì)資料.（3）二 結(jié)構(gòu)形式與布置.（3）三 荷載計(jì)算.（4）四 內(nèi)力計(jì)算.（5）五 桿件設(shè)計(jì).（6）.六 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).（14）一、設(shè)計(jì)資料1、根據(jù)任務(wù)書(shū)的已知條件：梯形鋼屋架跨度27m，長(zhǎng)度90m，柱距6m。該車(chē)間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)20/5 t中級(jí)工作制吊車(chē) ，兩端鉸支于鋼筋混凝土階梯柱上，上柱采用截面為400 mm×400 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C30。屋面采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，板面以上依次為：三氈四油防水層、20mm厚水泥砂漿找平層、80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，

2、屋面坡度i1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5 kN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.4 kN/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱鋼材采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。2、屋架計(jì)算跨度：lo=27-2×0.15=26.7m。3、跨中及端部高度：本次設(shè)計(jì)為無(wú)檁體系屋蓋，采用緩坡梯形屋架，取屋架在27m軸線處的端部高度ho=2000mm，屋架的中間高度h=2844mm，屋架在26.7m處，兩端高度為ho= 2005m。屋架跨中起拱按lo/500考慮，取53mm。 二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架型式及幾何尺寸如圖1-1所示。 圖1-1梯形屋架的形狀和幾何尺寸根據(jù)廠房長(zhǎng)

3、度（90m>60m）、跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房?jī)啥说臋M向水平支撐設(shè)在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在上弦平面設(shè)置了剛性系桿與柔性系桿，以保證安裝時(shí)上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖1-2所示。 垂直支撐1-1 垂直支撐2-2 桁架上弦支撐布置圖 桁架下弦支撐布置圖 圖1-2 梯形屋架支撐布置三、荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。因此，取屋面活荷載0.3k

4、N/m2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gk=(0.12+0.011×l)kN/m2計(jì)算。荷載計(jì)算見(jiàn)表1-3：設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合，在組合時(shí)，偏于安全不考慮屋面活荷載的組合值系數(shù)。表1-3 荷載計(jì)算荷載名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）設(shè)計(jì)值（kN/m2） 永久荷載預(yù)應(yīng)力混泥土大型屋面板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）0.02×20=0.40.4×1.35=0.54100mm厚泡沫混凝土保溫層0.1×8=0.80.8×1.35=

5、1.08屋架和支撐自重0.12+0.011×27=0.4170.417×1.35=0.563永久荷載總和3.4174.613可變荷載屋面活荷載0.50.5×1.4=0.7可變荷載總和0.50.7全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載+全跨可變荷載。全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及全跨可變荷載為F=(4.613+0.7) ×1.5×6=47.817kN（1） 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載+半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載。全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載為 F1=4.613×1.5×6=41.517kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載為 F2=0.7×1.5×6=6.3kN（2） 全跨節(jié)點(diǎn)屋架（包括支

6、撐）自重+半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重+半跨屋面活荷載。全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重為 F3=0.563×1.5×6=5.067 kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載為 F4=（1.89+0.7）×1.5×6= 23.31kN上面的計(jì)算中，（1）、（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。四、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)圖如圖1-4所示。 （a） （b） （c） 圖1-4 屋架計(jì)算簡(jiǎn)圖由圖解法或數(shù)解法得F=1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨），然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果如表1-5所示。五、桿件設(shè)計(jì)1.上弦桿。整個(gè)上弦桿

7、采用等截面，按（21）、（22）桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即N=-1019.066KN。上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算如下。 在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度，即 lox=l0=1.503cm 在屋架平面外：本屋架為無(wú)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)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取loy為支撐點(diǎn)間的距離，即根據(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1-6圖所示。（注：腹桿最大內(nèi)力N=-482.369KN，中間板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板選用12mm。）設(shè)=60，鋼材采用Q235，查附表12-2穩(wěn)定系數(shù)表，可得=0.807（由雙角鋼組 2L160x100 x12 圖1-

8、6 上弦桿截面表1-5成的T形和十字形截面均屬于b類(lèi)），則需要的截面積為 mm需要的回轉(zhuǎn)半徑為 根據(jù)需要的A、ix、iy查附錄14、附錄15，選用 2L160x100 x12 ，肢背間距a=10mm則由附錄14查的ix =28.2mm；由附錄15查的A=6011mm2，iy=77.5mm。 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 由于>，由查附表12-2得，則 Mpa<215Mpa所以所選截面合適。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（4）桿計(jì)算，則N=1009.15KN。l0x=3000mm,l0y=26700/2=13350mm(因跨中有通長(zhǎng)系桿)，所需截面面積為 A=N/=10

9、09195/215=4693.93mm2 選用2L160×100×10，如圖1-7所示。查附錄14、附錄15可得A=5063 mm2>4693.93mm2,ix=2.846cm,iy=7.7cm。 2L160×100×10 圖1-7 下弦桿截面按所選的角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：=350 =350因此，所選截面合適。3.端斜桿（31）。桿件軸力為N=482.369KN，計(jì)算長(zhǎng)度l0x=l0y=2496mm。因?yàn)閘0x=l0y，故采用不等邊角鋼，長(zhǎng)肢相并，使ixiy。選用2L125×80×10，如圖1-8所示。則查附錄14、附錄15可得A=39

10、42mm2，ix=3.98cm，iy=3.31cm。 2L125×80×10 圖1-8 端斜桿截面按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 因>，則由查附表12-2得，則 Mpa<215Mpa因此，所選截面合適。4.腹桿（40）。最大拉力：N=9.101KN 最大壓力：N=-61.715KN 計(jì)算長(zhǎng)度l0x=0.8l=0.8×3056=2444.8mm，l0y=3056mm 選用2L63×4，如圖1-9所示，查附錄13可得A=996mm2，ix=1.96cm，iy=2.94cm。 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 因<，則由查附表12-2得，則 Mpa<215M

11、pa因此，所選截面合適。 2L63×4 圖1-9 腹桿截面 5.豎桿（42）。桿件軸力為：N=-47.664KN 計(jì)算長(zhǎng)度l0x=0.8l=0.8×2750=2200mm，l0y=2750mm 選用2L56×4，如圖1-10所示，查附錄13可得A=878mm2，ix=1.73cm，iy=2.67cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 因<，則由查附表12-2得，則 Mpa<215Mpa因此，所選截面合適。 2L56×4 圖1-10 豎桿截面在此，其他各桿件的截面選擇計(jì)算過(guò)程不再一一列出，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表1-11。 表1-11 表1-11 表1-11六、

12、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)“4”（見(jiàn)圖1-12）。各桿件的內(nèi)力由表1-5查的。 設(shè)計(jì)步驟：由腹桿內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的尺寸，即hf和lw，然后根據(jù)l=lw+2hf的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。采用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw=160Mpa。 設(shè)“(38)”桿的肢背焊縫hf1= 10 mm，肢尖焊縫hf2= 6 mm，（最好根據(jù)構(gòu)造要求選定焊角尺寸），肢背的焊縫長(zhǎng)度為114mm，肢尖的焊縫長(zhǎng)度為100mm（均為滿(mǎn)焊）。則驗(yàn)算如下：肢背：=0.7N/2helw=0.7×126310/2×0.7×10

13、×（114-20）=67.186MPa<160MPa 故滿(mǎn)足要求。肢尖：=0.3N/2helw=0.3×126310/2×0.7×6×（100-12）=11.6MPa<160MPa 故滿(mǎn)足要求。 由于（39）（40）桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf= 4 mm。 根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為325mm×265mm。 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為 325mm（滿(mǎn)焊），hf= 6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差 N= 1009.1

14、95 913.314= 96.6kN，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為 =0.75N/2helw=0.75×96600/2×0.7×6×（325-12）=28.28MPa<160MPa 故滿(mǎn)足要求。因此，焊縫強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 該節(jié)點(diǎn)如圖1-12所示。 圖1-12 下弦節(jié)點(diǎn)“4”（2）上弦節(jié)點(diǎn)“22”（見(jiàn)圖1-13）?！埃?8）”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“4”相同?！埃?7）”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸計(jì)算同上。 設(shè)“(37)”桿的肢背焊縫hf1= 14mm，肢尖焊縫hf2= 6 mm，（最好根據(jù)構(gòu)造要求選定焊角尺寸），肢背的焊縫長(zhǎng)度為155mm，肢尖的焊縫長(zhǎng)

15、度為156mm（均為滿(mǎn)焊）。則驗(yàn)算如下：肢背：=0.7N/2helw=0.7×193740/2×0.7×14×（155-28）=54.48MPa<160MPa 故滿(mǎn)足要求。肢尖：=0.3N/2helw=0.3×193740/2×0.7×6×（1156-12）=48MPa<160MPa 故滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)板的尺寸為310mm×295mm為了便于在上弦桿上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可以縮進(jìn)上肢背 8 mm。采用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.

16、8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可以略去屋架上弦坡度的影響，并考慮到P對(duì)槽焊縫長(zhǎng)度中點(diǎn)的偏心距較小，所以略去由此偏心引起的彎矩。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力不用驗(yàn)算。 肢尖焊縫承受弦桿內(nèi)力差N=982.789816.36= 166.43 kN，偏心距e= 100-25=75mm，偏心力矩M=Ne=166.43×0.075= 12.78kN·m，按構(gòu)造要求取肢尖hf2= 6mm，則上弦桿肢尖角焊縫的剪應(yīng)力為 f=166430/（0.7×2×6×298）=66.5Mpa由偏心力矩引起的正應(yīng)力為 f=6M/2helw2=6×12780000/（2×

17、0.7×6×2982）=102.8Mpa則焊縫強(qiáng)度為 <160Mpa所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。該節(jié)點(diǎn)如圖1-13所示。 圖1-13 上弦節(jié)點(diǎn)“22”（3）屋脊節(jié)點(diǎn)“30”（見(jiàn)圖1-14 ）。弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，病便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板開(kāi)補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。 設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫hf= 10mm。焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為（一條焊縫） lw=1019066/（4×0.7×10×160）=2

18、27.5mm 拼接角鋼的長(zhǎng)度ls=2（lw+2he）+弦桿桿端空隙，拼接角鋼長(zhǎng)度取520mm 上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，焊縫驗(yàn)算方法與節(jié)點(diǎn)“22”處槽焊縫驗(yàn)算方法類(lèi)似，此處驗(yàn)算過(guò)程略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，并考慮此內(nèi)力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫hf= 10mm ，取節(jié)點(diǎn)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 lw=400/2-10-20=170mm焊縫應(yīng)力為 f=0.15×1019066/（0.7×2×10×170）=64.2Mpa f=6M/2helw2=6×0.15×101

19、9066×75/（2×0.7×10×1702）=170Mpa <160Mpa因此，焊縫強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 該節(jié)點(diǎn)如圖1-14所示。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)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦桿、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦桿、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。 腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算方法與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同，在此不再贅述。 圖1-14 屋脊節(jié)點(diǎn)“30”(4)支座節(jié)點(diǎn)“1”見(jiàn)圖1- 15 。下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取100mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，

20、厚度去 14 mm。1）支座底板的計(jì)算。支座反力為R=428899N。支座底板的平面尺寸采用280mm×400mm，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280mm×360mm=100800mm2。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度為 =R/An=428899/100800=4.25Mpa<c=12.5Mpa式中c混凝土抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值，對(duì)C25混凝土，c=12.5Mpa。 支座底板的厚度按屋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為四塊，每塊板為兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為 Mmax=2qa22 式中 q底板下的平均應(yīng)力，即q= 4.25Mpaa2兩邊支承之間的對(duì)角線長(zhǎng)度，即a2=2系數(shù)，有b2/a2查表確定，b2為兩邊支承的相交點(diǎn)到對(duì)角線a2的垂直距離。由此得 b2=133×173/2