鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)(36)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：*學(xué)院：*班級：*學(xué)號：*指導(dǎo)教師：*設(shè)計(jì)時(shí)間：* 年 * 月 20 日至 2*年 2月8西南交通大學(xué)一、 設(shè)計(jì)資料4二、 屋架的幾何尺寸 4三、 屋架支撐4-5四、 桿力系數(shù)5-6五、 荷載匯集6-8六、桿力組合七、桿件截面選擇8（1）上弦8（2）下弦8-9（3）斜腹桿9-12八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)121、下弦節(jié)點(diǎn)12-142、上弦節(jié)點(diǎn)14-163、屋脊節(jié)點(diǎn)16-174、支座節(jié)點(diǎn)17-19九、施工圖-、設(shè)計(jì)資料某北方地區(qū)一金工車間。長102m跨度27m柱距6m采用無檁屋蓋 結(jié)構(gòu)體系，梯型鋼屋架，1.5mx 6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，膨 脹珍珠巖制品保溫層（容重4kN/卅,

2、所需保溫層厚度由當(dāng)?shù)赜?jì)算溫度確 定），卷材屋面，屋面坡度i=1/10。鋼材和焊條選擇根據(jù)北方以往冬季的計(jì)算溫度（-22 C）和荷載性質(zhì)（靜荷載）及連接方法（焊接），按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，鋼材選用 Q235B焊條選用E43型，手工焊屋架形式及尺寸由于屋面采用預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板和卷材防水層（i=1/10）, 故采用緩坡梯形屋架。屋架的計(jì)算跨度為：屋架端部高度?。??？缰懈叨龋何菁艿母呖绫龋涸谖菁艿某Ｓ酶叨确秶鷥?nèi)。為了使屋架節(jié)點(diǎn)受荷，配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦 節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，僅在跨中考慮到腹桿的適宜傾角， 采用在分式。屋架跨中起拱54mm幾何尺寸如圖1所示。圖（1）

3、四.屋蓋支撐布置根據(jù)車間長度（102m>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，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房兩 邊的橫向水平支撐設(shè)在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系 桿保證安裝是上弦的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設(shè)置剛性系桿以傳遞 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。在屋脊節(jié)點(diǎn)及支座節(jié)點(diǎn)處沿廠房縱向設(shè)置通長的剛性系 桿，下弦跨中節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一道縱向通長的柔性系桿， 支撐布置見圖2。 圖中與橫向水平支撐連接的屋架編號為 GWJ-2山墻的端屋架編號為 GMJ-3其他屋架編號均為GWJ-1表2荷載計(jì)算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）

4、設(shè)計(jì)值（kN/）備注預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4 X 1.2 =1.68延屋面坡向分布三氈四油上鋪小石子防水層0.40.4 X 1.2 =0.48延屋面坡向分布水泥砂漿找平層0.40.4 X 1.2 =0.48延屋面坡向分布厚泡沫混0.10.1 X 1.2 =延屋面坡向GG1 CC3 GG1GG1 CC1 nX. /-1 */GG1GG1GG1圖4:垂直支撐1-1GG2 CC4 GG2LG2LG2圖5:垂直支撐2-2L10GG2 CC2LG2凝土保溫層0.12分布找平層0.50.5 X 1.2 =延屋面坡向0.6分布屋架和支撐自0.12+0.011 X0.417 X 1.2延屋面坡向重2

5、7=0.417=0.50分布永久荷載總和3.2173.86延水平分布取一者中的較大值屋面活荷0.40.4 X 1.4 =取屋面均布活載0.56何載積灰何載0.40.4 X 1.4 =0.56可變荷載0.81.12總和計(jì)算屋架桿力是應(yīng)考慮如下三種荷載組合：使用階段“全跨恒荷載+全跨屋面均布荷載”和“全跨恒荷載+半跨屋 面均布荷載”。應(yīng)注意半跨屋面活荷載可能作用于左半跨，也可能作 用于右半跨，恒活載和活荷載引起的節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值，P恒及P活分別為P 恒=3.86x1.5x6=34.74( KNP 活=1.12x1.5x6=10.08( KN施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載”。

6、這 是只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒活載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數(shù)值）即可能出現(xiàn)在左半跨，也可能出現(xiàn)在右半 跨，取決于屋面板的安裝順序。當(dāng)從屋面兩端對稱安裝屋面板時(shí)，則不必考慮此種荷載組合。施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點(diǎn)荷載設(shè) 計(jì)值P'恒和P'活分別為P'恒=0.5x1.5x6=4.5（ KNP'活=1.68+0.56x1.5x6=10.5（ KN（2）內(nèi)力計(jì)算本設(shè)計(jì)采用圖解法計(jì)算了屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)。根據(jù)算得的節(jié)點(diǎn)荷載和桿力系數(shù)，求得各桿的最不利內(nèi)力。 計(jì)算結(jié)果如表3所示桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合值計(jì)算桿內(nèi)力（

7、kN）全跨左半跨右 半跨第 一種 組合 （p恒 +P活）第二種組合第三種組合P恒X+ P活XP恒X + P活XP'恒X+P'活XP'恒X+X P'活弦BA000000000.0丄1CB-9.977.192.79446.9418.8374.5120.474.2-446.9(C-44D9.977.192.79446.9 -418.8 3'74.5 120.474.26.91D-70E15.810.755.06708.2657.3599.9184.0124.28.21E -73F16.3811.335.06734.2683.2620.0192.7126.84.

8、21F-73G16.3811.335.06734.2683.2620.0192.7126.84.2(G-83H18.6711.057.62836.8760.0725.4200.0164.06.81H-85I19.1711.057.62859.2777.3742.8202.3166.39.2-85J19.1711.547.62859.2782.3742.8207.4166.39.2aa53122263240b.36.96.4140.226.100.45.78.9.21b19355511596下3.31.34.9796.656.502.458.001.6.6弦: 11687721817d8.241

9、.42.8217.548.802.402.053.7.5(7.81.9.998.208.408.473.673.6.2斜；a-45腹10.057.422.63450.4423.9375.6123.172.80.4桿1B 75233396356b.95.57.3856.332.300.24.30.8.31b-29D6.474.182.29290.0266.9247.973.053.201D42221144206c.61.59.0206.686.380.57.92.0.6-15f3.51.012.49156.9131.8146.726.441.96.9-12G2.690.

10、212.49120.695.6118.514.338.30.61E0003321332.f.73.732.72.75.41.0.37-6.(G0-1314-25d.720.93.662.35.61.76.50.741.7-15(d13-5723-.5g.15.131.971.51.50.18.015.571.5-12(J13-8144-.2J.89.871.974.704.75.89.112.2104.71H0003321330g.67.670.00.03.30.1.0桿aA-0.50.5022.422.417.47.52.3-22.4(bC11044.844.834.715.04.5-44.

11、81cE-1.51.5067.267.252.122.56.8-67.2豎1fF-11044.844.834.715.04.5-44.81dH-1.51.5067.267.252.122.56.8-67.2g11044.844.834.715.04.5-44.8e000000000屋架桿件內(nèi)力組合表五桿件截面選擇（1）上弦桿整個(gè)上弦不改變截面，取上弦最大設(shè)計(jì)桿力（IK桿）計(jì)算。N二859.2kN，I o=l ox=15O.8cm, 10y=150.7*2+150.8=452.2cm （按大型屋面板與屋架保證三點(diǎn)焊接考慮，取li為兩塊屋面板寬）。根據(jù)腹桿最大設(shè)計(jì)桿力ZB=-450.4kn查表得中

12、間節(jié)點(diǎn)板厚t=12mm支座節(jié)點(diǎn)板厚t=14mm先由非對稱軸選擇截面，假設(shè)入=60,由附表2.2查Q235鋼的穩(wěn)定 系數(shù)表，可得(由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b類)需要 的截面面積As二N/© f=859.2*10 3/ (0.807*215 ) =4952.0mm=49.52cm 一般角鋼厚度t=15mm屬第一組，故取f=215N/mm 2。需要的回轉(zhuǎn)半 徑為i x=Ldx/ 入=150.8/60=2.51(cm)i y=S/ 入=452.2/60=7.54 (cm)上弦應(yīng)采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的T形截面，根據(jù)需要的 A、ix及iy查附表 3.5，選用 2L160 1

13、00 10:肢背間距 a= 12mm 則 As=50.6 (cni), i x=2.85cm, i y=7.78 cm (節(jié)點(diǎn)板厚為 14 mm),入=150。驗(yàn)算角鋼，滿足長細(xì)比的要求。由于，只需求，查表=0.818，則滿足要求。所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖6:上弦截面(2)下弦桿下弦亦不改變截面，整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計(jì)N=817.5kN所需截面積為（因跨中有通長系桿）：選用2L160X 100X 10,因故用不等肢角鋼，短肢相并A= 50.6，所以滿足要求。下弦截面如圖：圖7.下弦截面（3）端斜桿按端斜桿aB最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。桿件軸力：計(jì)算長度：因?yàn)?，故采?/p>

14、等肢角鋼，使。選用 2L100X 10。則：由于，只需求。查表=0.668，則:，故所選截面合適端斜桿截面如圖：圖8.端斜桿截面（4）斜腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長桿件。再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長度取節(jié)點(diǎn)中心間距，在桁 架平面外的計(jì)算長度：選用2L110X 10,查角鋼規(guī)格表得A= 45.52 ,由于，只需求。查表=0.458，則:再分腹桿截面如圖:圖9:再分腹桿截面(5) 豎桿Hd由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L63X 5,其幾何特性為：A= 12.29 ,由于，只需求。查表=0.406，則：豎桿截面

15、如圖：圖10 :豎桿截面其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表4。需注意連接垂直的支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計(jì)算長度為i o=0.9l，其他腹桿除Aa和Ba外，I °x=0.8l穩(wěn)艮數(shù)件桿內(nèi)計(jì)算長度/cm截面規(guī)截回轉(zhuǎn)半徑/cm長細(xì)比容定系名編號力格面面許長稱/kN積/細(xì)比上 H-85145160X 100X 10502.7.551500弦I、IJ9.250.82.2.685782.98.1.818下 c817413160X 100X 10502.7.113500弦d.55035.6857857.971.6.246a-45225100X 10383.4.851500B0.4533.5

16、205603.05.0.668B356226100X 10383.4.851500b.362.22.2.5205605.97.0.648b-29228100X 10383.4.961500D087.37.3.5205604.22.5.594D206228100X 10383.4.961500腹 c.687.37.3.5205604.22.5.594桿 c-15239110X 10453.5.171500f6.908.73.3.52380015.98.65.458f-12239110X 10453.5.171500G0.608.73.3.52380015.98.65.458E32.11863 X

17、 5121.3.961500f7899.2994047.42.2.575G-6.33263 X 5121.3.111500d526.56.5.29940468.307.4.25441.7-15d.5242121.3.11063 X 5150g71.24.95.9.29940415.940.1.3415-12g.2242121.3.11063 X 5150J10424.95.9.29940415.940.1.341.7H3022063 X 5121.3.161500g03.53.5.29940404.96.9.523A-2212063 X 5121.3.861500a.461.21.5.2994

18、043.16.3.668C-4412363 X 5121.3.971500b.8840.2994044.85.7.588E-6722663 X 5121.3.181500豎c.2080.29940407.25.5.511桿 F-4411363 X 5121.3.541500f.8040.2994043.62.8.838H-6723063 X 5121.3.111500d.2445.29940425.800.3.406I-4411563 X 5121.3.651500g.8222.5.2994042.90.2.791屋架桿件截面選擇表（六）.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)由前述施工圖繪制可見，在確定節(jié)點(diǎn)板得外形和尺寸

19、時(shí)，需要斜腹桿與節(jié)點(diǎn) 板間連接焊縫的長度。為簡潔起見，下面先算出個(gè)斜腹桿桿端需要的焊縫尺寸。 其計(jì)算公式為：角鋼肢背所需焊縫長度li角鋼肢尖所需焊縫長度126.1 :下選節(jié)點(diǎn)采用E43焊條時(shí)，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，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，°設(shè)bD桿的肢背和肢尖焊縫，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，°bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差,按比例作出節(jié)點(diǎn)詳圖（見圖11）,從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為280x 340mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長度為340mm,焊縫承受節(jié)

20、點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差 NhNbc-Nab= 596.6-240.2 = 356.4kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度：圖11:下弦節(jié)點(diǎn)“ b”6.2上弦節(jié)點(diǎn)“ B”斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn) b中Bb桿計(jì)算相同。斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=-450.4kN。設(shè)“aB'桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為 10mn和6mm所需焊縫長度為 肢背：肢尖：取,。為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背 8mm用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計(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，而假定集中荷載P與上弦垂直

21、。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得到:肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長度為460mm則節(jié)點(diǎn)如圖：圖12:上弦節(jié)點(diǎn)“ B”6.3屋脊節(jié)點(diǎn)“ J ”弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密 合，并便于施焊，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以 靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。N=-859.2kN。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm則需焊縫長度為,取拼接角鋼長度取600>2 X 260=520mm上弦與節(jié)點(diǎn)板間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。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。

22、設(shè)肢尖焊縫,節(jié)點(diǎn)板長度為500mn,節(jié)點(diǎn) 一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為焊縫應(yīng)力為:節(jié)點(diǎn)形式如圖：圖13：屋脊節(jié)點(diǎn)“ J”6.4下弦跨中節(jié)點(diǎn)“ e”跨中起拱50mm下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L160X 100X 10,焊縫長度：，取=300mm拼接角鋼長度I 2 300 10610mm。弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的 15%計(jì)算。設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背：,取=90mm肢尖，按構(gòu)造要求，取焊縫長度50mn,取=60mm節(jié)點(diǎn)板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸。焊縫強(qiáng)度滿足要求。節(jié)點(diǎn)形式如圖：圖14

23、：下弦跨中節(jié)點(diǎn)“ e”6.5端部支座節(jié)點(diǎn)“ a”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離 取160mm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，厚度14mm（1）支座底板的計(jì)算支座反力：設(shè)支座底板的平面尺寸采用，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。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中：混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對 C20混凝土，。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：式中：一底板下的平均應(yīng)力，即=8.49。兩邊支承之間的對角線長度，即系數(shù)，由查表確定

24、。b2為兩邊支承的相交點(diǎn)到對角線的垂直距離。由此得：查表得=0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：底板厚度：，取 t = 22mm所以底板尺寸為mm(2) 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點(diǎn)板高度。由節(jié)點(diǎn)圖得焊縫長度為440mm計(jì)算長度I w= 440-12-15 = 413 (mrj)(設(shè)焊腳尺寸hf = 8mr)，每塊加勁肋近似的按承受R/4計(jì)算，R/4作用點(diǎn)到焊縫的距離為e=( 140-8) /2 = 66 mm則焊縫所受剪力V及彎矩M為:R 44820V11.21kN,M Ve 44.82 662958.1kN mm44焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算2=7.99N/mm v滿

25、足要求。(3) 節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點(diǎn)板傳遞。節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫長度，所需焊腳尺寸為，取。每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為所需焊縫尺寸所以取。節(jié)點(diǎn)形式如圖：圖15：端部支座節(jié)點(diǎn)“ a”6.6節(jié)點(diǎn)板計(jì)算(1)節(jié)點(diǎn)板在受壓腹桿的壓力作用下的計(jì)算所有無豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，受壓腹桿桿端中點(diǎn)至弦桿的凈距離c與節(jié) 點(diǎn)板厚度t之比，均小于或等于10。所有與豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，c/t均小于或 等于15，因而節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定均能保證。（2）所有節(jié)點(diǎn)板在拉桿的拉力作用下，也都滿足要求，因而節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度均能保證。此外，節(jié)點(diǎn)板邊緣與腹桿軸線間的夾角均大于 15&

26、#176;，斜腹桿與弦的 夾角均在30°60°之間，節(jié)點(diǎn)板的自由邊長度與厚度之比均小于 60,都滿足 構(gòu)造要求，節(jié)點(diǎn)板均安全可靠。（七）本設(shè)計(jì)的施工詳圖材料表構(gòu)建編碼零件號截面長度（mmL180X 110151x 10070L160X 100142GWx 10810J-2183L50X 5300L140X 90 X214895數(shù)量重量（kg）正反個(gè)每計(jì)共合計(jì)225.6334213224.32977113496.28986490X 647710.3207.6L50X 5432909257L100X 64249665258L70X 5414569037149L50X 545790.3282310L90X 649425.6281011L50X 544370.8261012L50X 544190.2301613L70X 546795.7311514L70X 546035.1291415L63X 545890.4187.16L50X 542990117L50X 51335.21954422218L70X 524640.9422219L70X 5114640.9321520L63X 523285.8L180X 110701521231X 100.6L160X 100661322226X 100.1253.23"-18