鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)資料某廠房總長度為90m，柱距6m，跨度為24m。鋼筋混凝土柱，屋架采用梯形鋼屋架，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上；柱頭截面為400mm×400mm，所用混凝土強(qiáng)度等級為C30，=14.3N/mm2，地區(qū)計(jì)算溫度高于-10℃。無侵蝕介質(zhì)，地震設(shè)防8級，屋架下弦標(biāo)高為18m。鋼材選用Q235-B，焊條選用E43型，手工焊。確定屋架形式和幾何尺寸屋面材料為大型屋面板，故采用無檁體系，屋面采用1.5m×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，屋面坡度為i=1/10,屋架計(jì)算跨度，端部高度，中部高度,屋架幾何尺寸左半部如下圖所示圖1半跨屋架幾何尺寸圖三、支撐布置根據(jù)車間長度90m、屋架跨度L=24m以及荷載情況，布置三道上、下弦橫向水平支撐，垂直支撐和系桿，屋脊節(jié)點(diǎn)及屋架支座處沿廠房通長布置剛性系桿，屋架下弦沿跨中通長設(shè)一道柔性系桿。支座處屋架編號為GW-3,凡與支撐連接的屋架編號為GWJ-2，其余編號均為GWJ-1。四、荷載及內(nèi)力計(jì)算1.屋架節(jié)點(diǎn)荷載屋面坡度不大，故所有荷載按水平投影面積計(jì)算（因?yàn)橹匚萆w可不考慮風(fēng)荷載）無檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)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；q=0.12+0.011×24=0.384kN/m2②屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值0.7KN/m，積灰荷載為1.2kN/m2；③屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0.65kN/m2一氈二油隔氣層0.05kN/m2水泥砂漿找平層0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45kN/m2q=0.4+0.4+0.65+0.05+0.3+1.45=3.25kN/m2永久荷載總和：q=3.25+0.384=3.634kN/m2P恒=3.634×1.508×6=32.88kNP活=0.7×1.508×6=6.33kNP灰=1.2×1.508×6=10.86kN2.桁架支撐布置(1)桁架形式及幾何尺寸布置采用圖解法分別計(jì)算屋架在全跨單位集中荷載和左半跨單位集中荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)如圖2，圖3所示。圖2全跨荷載下屋架桿件內(nèi)力系數(shù)圖圖3左半跨荷載下屋架桿件內(nèi)力系數(shù)圖(2)桁架支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計(jì)任務(wù)書中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房內(nèi)有橋式吊車2臺(tái)150/30t(中級工作制)，鍛錘為2臺(tái)5t，布置下弦縱向水平支撐。（見下圖）桁架支撐布置圖符號說明：SC上——上弦支撐；XC——下弦支撐；CC——垂直支撐;GG——?jiǎng)傂韵禇U；LG——柔性系桿屋架桿件內(nèi)力計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮如下3種荷載組合。a、使用階段“全跨永久荷載+全跨屋面均布可變荷載（活荷載+積灰荷載）”b、使用階段“全跨永久荷載+半跨屋面均布可變荷載（活荷載+積灰荷載）”c、施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面可變荷載”本設(shè)計(jì)要求施工時(shí)屋面板對稱安裝，故計(jì)算時(shí)不考慮第三種荷載及內(nèi)力組合。另外，在多數(shù)情況下，用第一種荷載組合計(jì)算的屋架桿件內(nèi)力為最不利內(nèi)力。但在第二種荷載組合下，屋架跨中附近的斜腹桿可能由拉桿變?yōu)閴簵U或內(nèi)力增大，故對于跨中某些斜腹桿如Fg桿按第二種荷載組合進(jìn)行計(jì)算，其他所有桿件均按第一種組合進(jìn)行計(jì)算。利用桿件內(nèi)力系數(shù)和荷載效應(yīng)組合計(jì)算各桿件內(nèi)力如表1所示。表中組合1按課本式（0-2）由可變荷載組合計(jì)算，取永久組合=1.2，屋面活荷載=1.4，屋面的積灰荷載=1.4.=0.9；組合2由永久荷載效應(yīng)控制的組合計(jì)算，取永久荷載=1.35，屋面活荷載=1.4，，屋面積灰荷載=1.4,=0.9。表1桿件內(nèi)力計(jì)算表?xiàng)U件名稱桿力系數(shù)使用階段荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下桿件內(nèi)力計(jì)算（kN）桿件內(nèi)力組合計(jì)算桿件設(shè)計(jì)值（kN）組合項(xiàng)P=1P恒×③P活×①P活×P灰×①P灰×②組合1組合2在左在右全跨全跨恒載在左半跨在右半跨在左半跨在右半跨1.2×④+1.41.35×④+1.4×0.7×（⑤+⑥）+0.9×1.4×（⑦+⑧）半跨半跨×（⑤+⑥）+0.9×1.4×（⑦+⑧）①②③④⑤⑥⑦⑧上弦AB000000000002BD-6.25-2.47-8.72-286.71-39.56-15.64-67.88-26.82-540.65-560.48-560.482DF-9.04-4.49-13.53-444.87-57.22-28.42-98.17-48.76-838.87-869.63-869.632FH-9.17-6.09-15.26-501.75-58.05-38.55-99.59-66.14-946.16-980.85-980.852HI-7.38-7.38-14.71-483.66-46.72-46.72-80.15-80.15-913.19-946.49-946.492下弦ac3.481.254.73155.5222.037.9137.7913.58293.27304.02304.022ce83.5311.53379.1150.6422.3486.8838.34714.88741.10741.102eg9.345.3114.65481.6959.1233.61101.4357.67908.32941.62941.622gi8.446.7315.17498.7953.4342.6091.6673.09940.58975.06975.062斜腹桿aB-6.53-2.34-8.87-291.65-41.33-14.81-70.92-25.41-549.95-570.12-570.122Bc4.762.126.88226.2130.1313.4251.6923.02426.57442.20442.202cD-3.14-2.30-5.44-178.87-19.88-12.85-34.10-22.05-337.30-349.67-349.672De1.91.83.7121.6612.0311.3920.6319.55229.41237.82237.822eF-0.71-1.75-2.46-80.88-4.49-11.08-7.71-19.01-152.52-158.11-158.112Fg-0.451.561.1136.50-2.859.87-4.8916.9478.96*33.65**80.29*40.32**80.2940.321，2gH1.55-1.530.020.669.81-9.6816.83-16.621.241.281.282Hi-2.471.39-1.08-35.51-15.648.80-26.8215.10-66.96-69.41-69.412豎桿Aa-0.50-0.5-16.44-3.170.00-5.430.00-31.00-32.14-32.142Cc-10-1-32.88-6.330.00-10.860.00-62.00-64.28-64.282Ee-10-1-32.88-6.330.00-10.860.00-62.00-64.28-64.282Gg-10-1-32.88-6.330.00-10.860.00-62.00-64.28-64.282Ii0.970.971.9463.796.146.1410.5310.53120.28124.69124.692注：=1\*GB2⑴表中“+”表示拉力，“-”表示壓力=2\*GB2⑵組合1中帶“*”的組合公式為：1.2×=4\*GB3④+1.4×=6\*GB3⑥+0.9×1.4×=8\*GB3⑧；帶“**”的組合公式為：1.2×=4\*GB3④+1.4×=5\*GB3⑤+0.9×1.4×=7\*GB3⑦；=3\*GB2⑶組合2中帶“*”的組合公式為：1.35×=4\*GB3④+0.7×1.4×=6\*GB3⑥+0.9×1.4×=8\*GB3⑧；帶“**”的組合公式為：1.35×=4\*GB3④+0.7×1.4×=5\*GB3⑤+0.9×1.4×=7\*GB3⑦；五、桿件截面選擇（1）上弦桿整個(gè)上弦桿采用雙角鋼短邊相連的相同T形截面，取上弦最大設(shè)計(jì)桿力（FH）桿計(jì)算，，lox=150.8cm。(支座節(jié)點(diǎn)板厚18mm，中間節(jié)點(diǎn)板厚16mm)按大型屋面板寬，且大于3m，故取loy=l1=300cm。根據(jù)腹桿最大設(shè)計(jì)內(nèi)力NaB=-570.12KN,查表7-6單壁式屋架節(jié)點(diǎn)板選用表，取中間節(jié)點(diǎn)板厚t=12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度t=14mm。假定λ=60，b類截面，查整體穩(wěn)定性表，一般角鋼厚度小于或等于16mm，屬第一組鋼材，取f=215N/mm2,則所需的截面面積：則，由附表9選用2，短肢相并。，，。截面驗(yàn)算：滿足滿足故由，查附表，得滿足該軸心受壓構(gòu)件滿足整體穩(wěn)定性要求（不超過5%），即滿足要求。（2）下弦桿整個(gè)下弦桿采用等截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。，。選用2L，短肢相并。，(設(shè)連接支撐的螺栓孔位于節(jié)點(diǎn)板內(nèi)的距離a>100，。截面驗(yàn)算：滿足滿足滿足（3）端斜桿，。假定，查表得，所需的回轉(zhuǎn)半徑：，選用2L，長肢相并。查附表，，，。截面驗(yàn)算：滿足滿足查附表，得滿足（4）端腹桿Fg，，中間節(jié)點(diǎn)板厚度6~8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚10mm，，故需要的截面面積：選用2∟，查附表，截面驗(yàn)算：滿足滿足滿足要求。故由，查附表，得滿足（5）豎桿,其內(nèi)力值大小相同，選用長細(xì)比較大的豎桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可保證其它豎桿的安全可靠性。，假設(shè)，b類截面，查整體穩(wěn)定性系數(shù)表得，取一般角鋼厚度小于或等于16mm,屬于第一種鋼材，取f=215N/mm2，則所需截面面積：選用∟，則，，滿足滿足故由，查附錄，得，滿足要求表2屋架桿件截面選擇表?xiàng)U件內(nèi)力KN計(jì)算長度cm截面規(guī)格截面面積cm2回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)名稱編號上弦FH-980.84150.8300180×110×1056.83.135.7848.1851.9067.681500.764下弦gi+975.05300118.5160×100×1050.62.857.78105.26152.31350腹桿aB-570.12253.5253.5140×90×1044.64.473.7356.7167.9675.521500.716Bc+442.20208.64260.8100×727.63.094.5367.5257.5765.773500.765cD-349.67228.72285.9100×727.63.094.5374.0163.1170.591500.747De+237.82228.72285.9100×727.63.094.5374.0263.1170.593500.747eF-158.11250.32312.990×724.62.784.1490.0475.5880.491500.621Fg+80.29249.52311.963×512.281.943.04128.62102.60105.763500.394gH+1.28271.68339.645×46.381.382.32196.87146.38147.933500.192Hi-69.41269.6337.070×513.762.163.34124.81101.81105.901500.413Aa-32.14200.5200.550×59.61.532.53131.0579.2581.591500.383Cc-64.28183.222956×510.841.722.77106.5182.6785.621500.515Ee-64.28207.225956×510.841.722.77120.4793.5096.101500.435Gg-64.28231.228956×510.841.722.77134.42104.33106.661500.368Ii+124.69斜平面la=287.12┚┏63×512．282.45117.2101.54350六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：根據(jù)腹桿內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接所需的焊縫尺寸，然后據(jù)此按比例繪出節(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，,桿件u節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫采用兩面?zhèn)群福瑒t測焊長度的計(jì)算公式為：角鋼肢背所需的焊縫長度：角鋼肢尖所需的焊縫長度：例如腹桿aB，設(shè)計(jì)內(nèi)力為，焊縫尺寸的選擇（按構(gòu)造要求），則設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸各為=8mm，=6mm，因腹桿aB是不等邊以長邊相連，故=0.65，=0.35，則肢背：肢尖：最小焊腳尺寸hf取6mm（肢背）或5mm（肢尖）相同。計(jì)算結(jié)果如下表所示：表3腹板焊縫尺寸桿件名稱設(shè)計(jì)內(nèi)力（KN）肢背焊縫（mm）肢尖焊縫（mm）焊縫長度焊腳尺寸焊縫長度焊腳尺寸aB-570.1222581606Bc+442.2119081156cD-344.291558906De+237.821406656eF-158.12956555Fg+80.29606505gH+1.28606505Hi-69.41606505Aa-32.14606505Cc,Ee,Gg-64.28606505注：未列入表中的其它腹桿的內(nèi)力較小，皆按構(gòu)造1.屋脊節(jié)點(diǎn)“I”=1\*GB2⑴拼接角鋼計(jì)算拼接角鋼采用與上弦相同的截面2L180×110×10，設(shè)下弦焊縫的焊腳尺寸hf=10mm，豎直肢應(yīng)切去△=t+hf+5=10+10+5=25mm，按上弦內(nèi)力NHI=946.49KN，計(jì)算拼接角鋼與上弦的焊縫，節(jié)點(diǎn)每側(cè)每條焊縫需要的計(jì)算長度為： 拼接角鋼的總長度：取。=2\*GB2⑵上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算假定節(jié)點(diǎn)荷載由上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊承受(因節(jié)點(diǎn)荷載很小，驗(yàn)算省略)。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢尖焊縫hf=10mm，節(jié)點(diǎn)板長度為6mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦焊縫的計(jì)算長度為lw=600/2-10-2×10=270mm，焊縫應(yīng)力為：因屋架跨度較大，需將屋架分成兩個(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，左半邊的上弦斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫，屋脊節(jié)點(diǎn)“I”如下2.下弦節(jié)點(diǎn)“C”按表所列的Bc,cD桿所需的焊縫長度，按比例繪制節(jié)點(diǎn)圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，圖中置出下弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長度為360mm，設(shè)焊腳尺寸hf=6mm，焊縫受節(jié)點(diǎn)左右弦桿的內(nèi)力差：肢背焊縫強(qiáng)度：滿足要求，肢尖的焊縫應(yīng)力小于肢背，故也能滿足要求。豎桿Ce下端應(yīng)伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖將節(jié)點(diǎn)滿焊。經(jīng)過驗(yàn)算，其他下弦桿節(jié)點(diǎn)處，下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊腳尺寸均取6mm，并給肢尖，肢背，節(jié)點(diǎn)板滿焊。3.上弦節(jié)點(diǎn)“B”按表所列的aB，Bc桿所需的焊縫長度，確定節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸。量得上弦節(jié)點(diǎn)板的焊縫長度為390mm，節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，采用槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，其焊腳尺寸hf1=0.5×12=6mm，肢尖焊腳尺寸為hf2=10mm。槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)集中荷載P作用，肢尖焊縫承受上弦內(nèi)力差的作用，忽略P對焊縫的偏心并假定其垂直上弦，則焊縫應(yīng)力下式計(jì)算：P=1.35×32.88+0.7×1.4×.33+0.9×1.4×10.86=64.275KN肢背槽焊縫：肢尖角焊縫：滿足要求經(jīng)計(jì)算弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊腳尺寸：“D”節(jié)點(diǎn)取10mm，“F”節(jié)點(diǎn)取8mm，“H”節(jié)點(diǎn)取6mm，均沿肢尖，肢背與節(jié)點(diǎn)板滿焊?！癇”節(jié)點(diǎn)板布置圖4.下弦中央節(jié)點(diǎn)=1\*GB2⑴拼接角鋼計(jì)算因節(jié)點(diǎn)兩側(cè)下弦桿力相等，故用一側(cè)桿力Ngi=97