鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)參考示例

1、參考實(shí)例：鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)例題、設(shè)計(jì)資料某一單層單跨工業(yè)長(zhǎng)房。廠(chǎng)房總長(zhǎng)度為120m，柱距6m，跨度為27m。車(chē)間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)中級(jí)工作制橋式吊車(chē)。該地區(qū)冬季最低溫度為20。屋面采用1.5m6.0m預(yù)應(yīng)力大型屋面板，屋面坡度為i=1:10。上鋪120mm厚泡沫混凝土保溫層和三氈四油防水層等。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6kN/，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.75kN/，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/。屋架采用梯形鋼屋架，其兩端鉸支于鋼勁混凝土柱上。柱頭截面為400mm400mm，所用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì)，鋼材采用Q235AF，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)=215kN/,焊條采用E43型，手工焊接。構(gòu)件采用鋼

2、板及熱軋鋼勁，構(gòu)件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計(jì)算跨度：Lo=270002150=26700mm，端部高度：h=2000mm（軸線(xiàn)處），h=2015mm（計(jì)算跨度處）。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸見(jiàn)圖1所示。 圖1 屋架形式及幾何尺寸屋架支撐布置見(jiàn)圖2所示。符號(hào)說(shuō)明：GWJ-（鋼屋架）；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） 圖2 屋架支撐布置圖三、荷載與內(nèi)力計(jì)算1.荷載計(jì)算荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計(jì)算。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值放水層（三氈四油上鋪小石子） 0.35kN/找平層（20mm厚水泥砂漿） 0.

3、0220=0.40kN/保溫層（120mm厚泡沫混凝土） 0.12*6=0.70kN/預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40kN/鋼屋架和支撐自重 0.12+0.01127=0.417kN/管道設(shè)備自重 0.10 kN/總計(jì) 3.387kN/可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載 0.75kN/積灰荷載 0.50kN/總計(jì) 1.25kN/永久荷載設(shè)計(jì)值 1.23.387=4.0644 kN/（由可變荷載控制）可變荷載設(shè)計(jì)值 1.41.25=1.75kN/2.荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種組合：組合一 全跨永久荷載+全跨可變荷載 屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載 P=(4.0644+1.75) 1.56=52.3296 kN組合二

4、 全跨永久荷載+半跨可變荷載 屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載 =4.06441.56=36.59 kN =1.751.56=15.75 kN組合三 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載 =0.4171.21.56=4.5 kN =(1.41.2+0.751.4) 1.56=24.57 kN3.內(nèi)力計(jì)算本設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見(jiàn)表1。由表內(nèi)三種組合可見(jiàn)：組合一，對(duì)桿件計(jì)算主要起控制作用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號(hào)。如果施工過(guò)程中，在屋架兩側(cè)對(duì)稱(chēng)均勻鋪設(shè)面板，則可避免內(nèi)力變號(hào)而不用組合三。注：表內(nèi)負(fù)責(zé)表示壓力；正值表示拉力圖3

5、屋架接點(diǎn)圖四、桿件截面設(shè)計(jì)腹桿最大內(nèi)力，N=-619.16KN，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考可知：支座節(jié)點(diǎn)板剛度取14mm；其余節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取12mm。1.上弦桿整個(gè)上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=-1117.37KN計(jì)算長(zhǎng)度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線(xiàn)長(zhǎng)度=150.8cm 屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長(zhǎng)度：=3000cm因?yàn)?，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并，見(jiàn)圖4 圖 4 上弦截面 設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807需要截面積 =6440需要回轉(zhuǎn)半徑=2.51 cm=5.00 cm根據(jù)需要的、 查角鋼型鋼表，初選 2

6、L 16010014，A=6940， =2.80cm ， =7.86m。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算=52.9=150=38=150由于則：=150 由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，0.8384 =192N/215 N/ 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)力計(jì)算，N=1169.52kN計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線(xiàn)長(zhǎng)度=4500mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=13350mm計(jì)算需要凈截面面積=5439.6選用 2 L1409014（短肢相并），見(jiàn)圖5。 圖 5 下弦截面A=6940， =2.51cm，=6.93cm。按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點(diǎn)板邊緣距

7、離大于100mm，則可不計(jì)截面削弱影響） =191.7 N/215 N/ =179.3 =250 =192.6=350 所選截面滿(mǎn)足要求。3. 端斜桿Ba已知N-619.16kN，253.9cm因?yàn)?，故采用等肢角鋼，使選用角鋼2 L 10012,見(jiàn)圖6 圖 6 端斜桿BaA4560，3.03cm，4.64cm截面剛度和穩(wěn)定驗(yàn)算= =83.8 =150= =54.7 =150由于=14.730.6624205N/215 N/ 所選截面滿(mǎn)足要求。填板放兩塊，=84.6 cm40=403.03=121.2 cm4. 斜桿Bb已知N=497.1kN計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線(xiàn)長(zhǎng)度=0.8l=0.8

8、2622=2097.6mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=2622mm選用 2 L1006，見(jiàn)圖7。 圖 7 斜桿BbA=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =208.34 N/215 N/ =67.7 =350 =59.1=350 所選截面滿(mǎn)足要求。填板放兩塊，=87.4cm80=803.10=248cm5.再分腹桿c1G=-252.991kN， =-208.6kN，=4174 mm計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線(xiàn)長(zhǎng)度=0.8l=0.82087=1669.6mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396mm選用 2 L1006，見(jiàn)圖8。

9、 圖 8 再分腹桿c1G 圖 9 中豎桿Je A=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =53.9 =350 =99=350 由于=25.50.5182204.6N/215 N/所選截面滿(mǎn)足要求填板放兩塊，=109.9cm40=403.10=124cm6.中豎桿Je已知N0，0.9 335301.5cm中間豎桿選用2 L756的角鋼，并采用十字形截面，見(jiàn)圖9A=17.6, cm,=103.6 =150 所選截面滿(mǎn)足要求填板放五塊，=60.3cm40=402.45=98cm其余各桿件截面選擇過(guò)程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表219桿件名稱(chēng)內(nèi)力設(shè)計(jì)值N（KN）計(jì)算長(zhǎng)度（cm）選用截面截面積A（）

10、回轉(zhuǎn)半徑（cm）計(jì)算應(yīng)力（N/）填板(塊)上弦桿-1117.37150.8300短肢相并2L160*100*1469.42.807.8653.91500.8384-1922（3）下弦桿1169.54501335短肢相并2L140*90*14612.516.93179.3350/191.71（2）Aa-27.74201.5201.5T型截面2L50*517.61.532.53131.71500.3795-41.52Ba-619.16253.9253.9 T型截面2L100*1245.63.034.6483.81500.6624-2052Bb497.1209.76262.2T型截面2L100*62

11、3.863.104.4467.7350/208.32Cb-55.48184230T型截面2L50*59.61.532.53120.31500.6624-136.12Db-412.77229.84287.3T型截面2L100*1245.63.034.4675.91500.7146-125.72Dc304.03229.84287.3T型截面2L75*617.62.313.5399.5350/172.72Ec-83.22208260T型截面2L75*617.62.313.5397.71500.5701-82.92E140.50151.2189T型截面2L50*59.61.532.5398.8350/

12、42.211F1-55.48104130T型截面2L50*59.61.532.53681500.763-75.71c1-252.99166.96439.6T型截面2L100*623.863.104.44105.81500.5182-204.62G1-208.6Gd2.36261.2326.5T型截面2L75*617.62.313.53113150/1.342-138.052500.475-165.72Hd0.00244305T型截面2L75*617.62.313.531051500.5230.002H20.00162.8203.5T型截面2L50*59.61.532.53106.41500.5

13、140.002I20.00137.25152.5T型截面2L50*59.61.532.5379.71500.6880.001J2-d2164.55179.92449.8T型截面2L75*617.62.313.53129.6350/93.52-2.881500.688-4.22Je0.00301.5301.5十字型截面2L75*617.6=2.91=2.91103.6150/0.002五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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 各桿件內(nèi)力由表2查得，最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于1. 下弦節(jié)點(diǎn)b見(jiàn)圖10 圖 10 下弦節(jié)點(diǎn)b（1） 斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=497.1kN設(shè)肢背

14、與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背： +12=285.6mm，取270mm肢尖： +10=158mm，取170mm（2） 斜桿Db與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=412.77kN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長(zhǎng)度為肢背： +12=216.7，取250mm肢尖： +10=132.8，取150mm（3）豎桿Cb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N = 55.48kN因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長(zhǎng)度40mm，取=60mm（4）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 N=1828.87-329499.87KN，設(shè)肢尖與肢背的焊

15、腳尺寸為6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背： +12=260，取300mm肢尖： +12=136，取150mm（5）節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸。如圖11所示 圖 11 節(jié)點(diǎn)板b尺寸2 .上弦節(jié)點(diǎn)B 圖12 上弦節(jié)點(diǎn)B（1）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。（2）斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，N=619.16kN。設(shè)肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長(zhǎng)度為肢背： +20=184.27，取200mm肢尖： +12=165.6，取180mm（3）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：

16、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(lái)。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，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。假定集中荷載P由槽焊縫承受，P=55.3296kN，焊腳尺寸為5mm所需槽焊縫長(zhǎng)度為:+10=+10=59.51mm ,取=65mm上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 N=619.38-0.0619.38kN偏心距 e =100-24.375.7mm設(shè)肢尖焊腳尺寸8mm，設(shè)需焊縫長(zhǎng)度為480mm，則 （4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖13所示圖 13 節(jié)點(diǎn)板B尺寸3 .屋脊節(jié)點(diǎn)J見(jiàn)圖14圖14 屋脊節(jié)點(diǎn)J

17、（1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：弦桿一般用與上弦桿同號(hào)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(lái)補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。N=1117.37KN，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長(zhǎng)度為，取=375mm拼接角鋼長(zhǎng)度取2375+50800mm（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。N=1117.3715%1167.6kN，設(shè)焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)焊縫長(zhǎng)度為250 mm， （3）中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算

18、：N=0kN此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長(zhǎng)度40mm，取=60mm（4）斜桿J2與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算N=164.55KN，設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：，取=100 mm肢尖：，取焊縫長(zhǎng)度=60mm（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖15所示圖 15 節(jié)點(diǎn)板J尺寸4 .下弦跨中節(jié)點(diǎn)e見(jiàn)圖16圖 16 下弦跨中節(jié)點(diǎn)e（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞內(nèi)力N=1012.51kN設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長(zhǎng)度為，取=300mm拼接角鋼長(zhǎng)度不小于2300+12=612mm（2）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6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取=90mm肢尖：，按構(gòu)造要求，取焊縫長(zhǎng)度 48mm，取 =60mm（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖17所示圖 17 節(jié)點(diǎn)板e(cuò)尺寸5 .端部支座節(jié)點(diǎn)a圖18 支座節(jié)點(diǎn)a（1）為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線(xiàn)上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相同，厚度同端部節(jié)點(diǎn)板為14mm。支座底板計(jì)算：支座反力取加勁肋的寬度為80mm