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1、鋼結構課程設計姓 名張 彬?qū)W 號14219117140班級14土木工程專升本學 院甌江學院指導教師周亞剛時 間2015年6月20日班級： 14土木工程專升本 學號： 14219117140 姓名： 張 彬 一、設計資料1、結構形式某廠房跨度為24m，總長90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.56.0m預應力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400400，混凝土強度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設防烈度為7度，屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。2、 屋架形式及選材屋架形式、幾何尺寸及

2、內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為： 鋼，焊條為型。3、荷載標準值（水平投影面計） 永久荷載： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.5 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.5 KN/m2 保溫層 0.45 KN/m2(按附表取) 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2預應力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式L為屋架跨度計算： 0.384 KN/m2懸掛管道： 0.15 KN/m2 可變荷載：屋面活荷載標準值： 雪荷載標準值： 0.35KN/m2積灰荷載標準值： 1.1 KN/m2圖1.1 24米跨屋架幾何尺寸圖1.2 24米跨屋架

3、全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值4、支撐布置二、荷載計算（水平投影面計）永久荷載： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.5 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.5 KN/m2 保溫層 0.45 KN/m2(按附表取) 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2預應力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式L為屋架跨度計算： 0.384 KN/m2懸掛管道： 0.15 KN/m2小計 3.834KN/ m2 可變荷載：屋面活荷載標準值： 雪荷載標準值： 0.35KN/m2積灰荷載標準值： 1.1 KN/m21、積灰荷載應與雪荷載或屋面活荷載兩者中的較

4、大者同時考慮，所以這里的可變荷載只考慮積灰荷載和屋面活荷載。可變荷載效應控制的組合設計值：1.23.834+1.41.1+1.40.70.7=6.8268KN/m2永久荷載效應控制的組合設計值：1.353.834+1.4（1.10.9+0.70.7）=7.2479KN/m2所以荷載組合設計值取7.2479 KN/m22、荷載組合設計屋架時僅考慮以下一種荷載組合：（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P=7.24791.56=65.2311kN四、內(nèi)力計算屋架在上述1種荷載組合作用下的計算簡圖1.2全跨滿載情況下的內(nèi)力計算結果見表1 內(nèi)力計算表 表1桿件名稱全跨全跨永久荷載+全跨可變

5、荷載P=65.2311 kN內(nèi)力組合N=P*系數(shù)系數(shù)上弦桿A-B00B-D-8.72-568.8152D-F-13.53-882.5768F-H-15.26-995.4266H-I-14.71-959.5495下弦桿a-c+4.73308.5431c-e+11.53752.1146e-g+14.56949.7648g-i+15.17989.5558斜腹桿a-B-8.87-578.5999B-c+6.88448.7900c-D-5.44-354.8572D-e+3.70241.3551e-F-2.46-160.4685F-g+1.1172.4065g-H+0.021.3046H-i-1.08-7

6、0.4496豎桿a-A-0.5-32.6156c-C-1.0-65.2311e-E-1.0-65.2311g-G-1.0-65.2311I-i1.94126.5483五、桿件截面設計1、上弦桿截面計算腹桿最大內(nèi)力，N=-578.5999KN由屋架節(jié)點板厚度參考表可知：支座節(jié)點板厚度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=150.8cm屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取=2150.8=301.6cmy因為，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并,截面類型為b類。如圖1示。yxx12圖1 上弦截面設，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑 ， 根據(jù)需要

7、的A 、 ix 、iy ，查教科書P341附表2-5b角鋼型鋼表，選用216010014，A =69.418c , ix = 2.80cm , iy =7.86cm, 對于短肢相并的不等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于，只需求出，查課本P356附表4-1b軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N =989.5558KN（拉力）計算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計算需要凈截面面積選用216010010（短肢相并），見圖2所示，A =50.630c , ix =2.85cm , iy =7.78cm按所選角鋼

8、進行截面驗算，取。 12xxyy圖2 下弦截面，所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算 斜桿a-BN =-589.5999KN（壓力）因為，故采用等肢角鋼。 計算需要凈截面面積 選用212510，見圖3所示，截面類型為b類，A = 48.746 c , ix = 3.85cm , iy = 5.59cmxxyy12圖3 斜桿a-B截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表， 所選截面合適。 斜桿B-cN = 448.7900KN（拉力）因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用21006，見圖4所示，A = 23.864 c , ix = 3.1

9、 cm , iy = 4.51 cmxxyy12圖 4斜桿B-c截面驗算：，所選截面滿足要求。 斜桿c-DN =-354.8572（壓力）因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用21008，見圖5所示，截面類型為b類，A =31.278mm2 , ix =3.08cm , iy = 4.56cmxxyy12圖5斜桿c-D截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，=0.724 所選截面合適。斜桿D-eN =241.3551KN（拉力）因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用2806，見圖6所示，A =18.794 c , ix =2.4

10、7 cm , iy =3.73 cmxxyy12圖 6 斜桿D-e截面驗算：，所選截面滿足要求。斜桿e-FN =-160.4685KN（壓力），因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用2908，見圖7所示，截面類型為b類，A =27.888c , ix = 2.76cm , iy = 4.17cmxxyy12圖7 斜桿e-F截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表， =0.616所選截面合適。斜桿F-gN = 72.4065 kN（拉力）因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用2756，見圖8所示，A = 17.594c , ix =

11、 2.31 cm , iy = 3.53 cmxxyy12圖 8 斜桿F-g截面驗算：，所選截面滿足要求。斜桿g-HN =1.3046 kN （拉力）因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用2635，見圖9所示，A = 12.286c , ix = 1.94 cm , iy = 3.04 cmxxyy12圖9 斜桿g-H截面驗算：，所選截面滿足要求。斜桿H-iN =-70.4496KN（壓力）因為中間腹桿，所以，計算需要凈截面面積 選用2908，見圖10所示，截面類型為b類，A =27.888c , ix = 2.76cm , iy = 4.17cmxxyy12圖10 斜桿H-i截面, 對

12、于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表， =0.571所選截面合適。4、豎桿截面計算邊豎桿a-AN =-32.6156kN (壓力)，計算需要凈截面面積選用26310,見圖11所示，截面類型為b類，A =23.314c , ix = 1.88cm , iy = 3.15cmxxyy12圖11:豎桿截面圖 ， 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿c-CN =-65.2311kN (壓力)，l0x = 0.8l = 183.2cm , l0y =l=229.0cm計算需要凈截面面積選用26

13、310，見圖11所示，截面類型為b類，A =23.314c , ix = 1.88cm , iy = 3.15cm， 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿e-EN =-65.2311kN (壓力)，l0x=0.8l=207.2cm , l0y =l=259.0cm計算需要凈截面面積選用26310，見圖11所示，截面類型為b類，A =23.314c , ix = 1.88cm , iy = 3.15cm， 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿g-GN =-65.23

14、11kN (壓力)，l0x=0.8l=231.2cm,l0y =l=289.0cm計算需要凈截面面積選用26310，見圖11所示，截面類型為b類，A =23.314c , ix = 1.88cm , iy = 3.15cm， 對于等肢角鋼，所以滿足長細比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。中豎桿i-IN =126.5483kN (拉力)，l0x = 0.8l = 255.2cm , l0y =l=319.0cm計算需要凈截面面積選用26310見圖12所示A =23.314c ,ix =iy =0.21h=0.21(6.32+1.2）=2.898cm圖12:豎桿

15、截面圖驗算：， 所選截面合適。屋架桿件一覽表桿件桿內(nèi)力kN計算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m）回轉(zhuǎn)半徑長細比容許長細比系數(shù)(N/m)loxloyix(mm) iy(mm)max上弦-995.426615093018短肢相并2L160100146941.82878.653.91500.838-171.61下弦989.555830006000短肢相并2L16010010506328.577.8150.3350195.45斜腹桿a-B-579.599925352535 2L125104874.638.555.965.81500.775-153.16B-c448.79002086.426082L10

16、062386.43145.167.3250188.06c-D-354.85722287.228592L10083127.830.845.674.31500.724-156.70D-e241.35512287.228592L8061879.424.737.392.6250128.42e-F-160.46852503.231292L9082788.827.641.790.71500.616-93.41F-g72.40652495.231192L7551759.423.135.3108.025041.15g-H1.30462716.833902L6351228.619.430.41402501.06

17、H-i-70.4496269633702L9082788.827.641.797.71500.571-44.24豎桿a-A-32.6156199019902L63102331.418.831.5105.91500.517-27.06c-C-65.2311183222902L63102331.418.831.597.51500.572-48.91e-E-65.2311207225902L63102331.418.831.5110.21500.492-56.87g-G-65.2311231228902L63102331.418.831.5123.01500.421-66.46i-I126.5483

18、255231902L63102331.428.9828.9888.115054.28六、節(jié)點設計重點設計“a”、“B”、“c”、“i”、“I”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設計類同。1、 一般節(jié)點（下弦節(jié)點c）：這類節(jié)點的設計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值160N/m，實際所需的焊腳尺寸可由構造確定。 本結構采用手工焊： 滿足和（1）B-c桿的內(nèi)力N= 448.7900 kN，肢背和肢尖焊縫和，所需要的焊縫長度為： 肢背，取240mm

19、肢尖，取120mm 均滿足，滿足和（2）c-D桿的內(nèi)力N= -354.8572kN，肢背與肢尖的焊縫和，所需要的焊縫長度為： 肢背，取170mm肢尖，取100mm 均滿足，滿足和（3）豎桿C-c桿的內(nèi)力N= -65.2311 kN，肢背與肢尖的焊縫和，按兩面?zhèn)群缚p計算：肢背，取70mm肢尖，取50mm根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間距以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點尺寸為420380。（4）下弦桿焊縫驗算 下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。 肢背焊縫驗算， 焊縫強度滿足要求。節(jié)點圖如下圖所示：下弦節(jié)點c各桿肢尖、肢背尺寸2上弦B節(jié)點：(1) a-B桿

20、內(nèi)力肢背： ，肢尖：肢背，取220mm肢尖，取120mm均滿足，滿足和(2) c-B桿的內(nèi)力N= 448.7900kN，肢背和肢尖焊縫和，所需要的焊縫長度為： 肢背，取240mm肢尖，取120mm均滿足，滿足和(3) 考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背8mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，P65.2311kN，節(jié)點板尺寸為575420。肢背焊縫驗算：設肢尖焊縫=8mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響,肢尖焊縫驗算：肢尖焊縫強度滿足要求。節(jié)點圖如下圖所示：上弦節(jié)點B各桿肢尖、肢背尺寸3、下弦跨中i節(jié)點設計弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于

21、施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為=t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。 （1） 設焊縫高度，連接角鋼取與下弦桿相同截面216010010, ;則=12+9+5=26mm；焊縫長度為： 連接角鋼長度取l=2263.43+15=541.85mm（b取15mm）取l=570mm;（2）H-i桿和的內(nèi)力N= -70.4496kN，肢背和肢尖焊縫和，所需要的焊縫長度為：肢背，取60mm肢尖，滿足和,取40mm(3)I-i桿的內(nèi)力N= 126.5483kN，肢背和肢尖焊縫和，所需要的焊縫長度為：肢背，和,取70mm

22、肢尖，和,取70mm由以上所求焊縫數(shù)據(jù)，結合實際情況，節(jié)點板大小為250250mm(4)驗算下弦桿與節(jié)點板的肢間，肢背的焊縫強度：肢背和肢尖焊縫由于N=0;所以采用進行驗算： 肢背：肢尖：強度符合要求。節(jié)點圖如下圖所示：下弦跨中拼接節(jié)點i4、上弦跨中I節(jié)點設計（1）連接角鋼的計算弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為=t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。 設焊縫高度，連接角鋼取與下弦桿相同截面216010014, N=-959.5495KN

23、；=12+12+5=29mm焊縫長度為：連接角鋼長度取l=202.492+50=454.98mm（b取50mm）（2）I-i桿的內(nèi)力N= 126.5483kN，肢背和肢尖焊縫和，所需要的焊縫長度為：肢背，和取50mm肢尖，和取50mm（3）上弦桿與節(jié)點板連接焊計算：考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背8mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，,上弦桿受力N=959.5495KN；弦桿與節(jié)點板間的焊縫所承受的豎向力：上弦桿肢背需焊縫長度為： 由I-i桿和上弦桿集中力所求得的焊縫長度，設定節(jié)點板大小，節(jié)點板取250180mm設肢尖焊縫=8mm，假定集中荷載P與上弦垂直，P65.2311kN，忽略屋

24、架上弦坡度影響。因為N=0；所以采用進行肢尖焊縫驗算： 肢尖焊縫強度滿足要求。節(jié)點圖如下圖所示：上弦跨中拼接節(jié)點I5、下弦支座a節(jié)點設計（1） 底板計算底板承受屋架的支座反力R=865.2311=521.8488KN,柱采用C30混凝土的軸心抗壓強度設計值=14.3N/mm，底板需要的凈截面積： 螺栓直徑采用d=20mm,螺栓孔布置見圖。底板尺寸取250250mm 板底實際承受的均布反力： 節(jié)點板與加筋肋將底板分成四塊相同的兩相鄰邊支承板，取節(jié)點板與加勁肋的厚度相同，則它們的對角線長度及內(nèi)角頂點到對角線的距離的比值：/=0.5, 查表得=0.058。底板抗壓強度,兩相鄰邊支承板單位寬的最大彎矩為： 所需的板底厚度 ，取t=23mm(2)節(jié)點板與弦桿之間的焊縫計算1) a-B桿內(nèi)力肢背:，肢尖：肢背，取220mm肢尖，取130mm均滿足，滿足和