鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書鋼結(jié)構(gòu)梯形屋架課程設(shè)計(jì)

1、 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 目錄 、設(shè)計(jì)資料2二 屋架形式，尺寸及支撐布置2三、荷載與內(nèi)力計(jì)算41.荷載計(jì)算42.內(nèi)力計(jì)算4四、桿件截面設(shè)計(jì)61.上弦桿62.下弦桿73.端斜桿ba84.斜桿bb95.再分腹桿c1g106.中豎桿je11五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)121. 下弦節(jié)點(diǎn)b132 .上弦節(jié)點(diǎn)b143 .屋脊節(jié)點(diǎn)k154 .下弦跨中節(jié)點(diǎn)e165 .端部支座節(jié)點(diǎn)a17鋼結(jié)構(gòu)梯形屋架課程設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)資料已知條件：天津某廠金工車間，梯形鋼屋架跨度27m，長(zhǎng)度180m，柱距6m。該車間內(nèi)設(shè)有一臺(tái)30t中級(jí)工作制橋式吊車。采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，冬季最低溫為-20度，采用80mm厚泡沫

2、混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7 kn/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3 kn/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.35 kn/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm×400 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為c20。鋼材采用q235b級(jí)，焊條采用e43型。二 屋架形式，尺寸及支撐布置屋架的計(jì)算跨度：lo=270002×150=26700mm端部高度：h=2000mm（軸線處），h=2015mm（計(jì)算跨度處）跨中高度：屋架的高跨比：屋架形式及幾何尺寸見圖1所示。 屋架支撐布置見圖2所示。 符號(hào)說(shuō)明：gwj-（鋼屋架）；sc-（上弦支撐）：xc-（下弦支撐

3、）； 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。 1.永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 防水層（三氈四油，上鋪小石子） kn/找平層（20mm厚水泥砂漿） kn/保溫層（80mm厚泡沫混凝土） kn/預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 kn/ 屋架和支撐自重 總計(jì) 3.72 kn/可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面活荷載 kn/ 總計(jì) 0.98 kn/ 2.荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種組合： 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載： f=(3.72+0.98) ×1.5×6=42

4、.3 kn 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載： f1=3.72×1.5×6=33.48 kn 半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載： f2=0.98×1.5×6=8.82 kn 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點(diǎn)屋架及支撐自重： f3 =0.54×1.5×6=4.86kn半跨大型屋面板重及活荷載： f4=(1.68+0.98) ×1.5×6= 23.94kn2.內(nèi)力計(jì)算用圖解法分別先求出左半跨和右半跨單位荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)，二者相加得到全跨單位荷載作用下節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力系數(shù)，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷

5、載，得到相應(yīng)的內(nèi)力。屋架在上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿，豎桿和靠近兩端的斜腹桿，內(nèi)力均達(dá)到最大。在第二種和第三種荷載組合作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號(hào)。因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計(jì)算，而在半跨荷載作用下僅需計(jì)算近跨中的斜腹桿內(nèi)力。計(jì)算結(jié)果列下表。 表1-屋架桿件的計(jì)算內(nèi)力注：表內(nèi)負(fù)責(zé)表示壓力；正值表示拉力四、桿件截面設(shè)計(jì)腹桿最大內(nèi)力，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考可知：支座節(jié)點(diǎn)板厚度取t=14mm；其余節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取t=12mm。1.上弦桿腹桿最大內(nèi)力，n=-472.07kn，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

6、。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=-851.92kn計(jì)算長(zhǎng)度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(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：=300cm因?yàn)?，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并，見圖4圖 4 上弦截面要截面積 =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 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 <215

7、 mpa 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=891.68kn計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長(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=選用 2 l1409014（短肢相并），見圖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)板邊緣距離大于100mm，則可不計(jì)截面削弱影響） n/<215 n/ =179.3< =250 =192.6<=350 所選截面滿足要求。3. 端斜桿ba已知n-472.07kn，253.9cm因?yàn)?，故采用等肢角鋼，?/p>

8、選用角鋼2 l 10012,見圖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=14.730.6624<215 n/ 所選截面滿足要求。填板放兩塊，=84.6 cm40=40×3.03=121.2 cm4. 斜桿bb已知n=379.01kn計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=2622mm選用 2 l1006，見圖7。 圖 7 斜桿bba=2386， =3.10cm，=4.44cm。 n/

9、<215 n/ =67.7< =350 =59.1<=350 所選截面滿足要求。填板放兩塊，=87.4cm80=80×3.10=248cm5. 再分腹桿c1g=-192.89kn， =-159.01kn，=4174 mm計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396.33mm選用 2 l1006，見圖8。 圖 8 再分腹桿c1g 圖 9 中豎桿je a=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =53.9<

10、=350 =99<=350 由于=25.50.5182n/<215 n/所選截面滿足要求填板放兩塊，=109.9cm40=40×3.10=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，見圖9a=17.6, cm,=103.6< =150 所選截面滿足要求填板放五塊，=60.3cm40=40×2.45=98cm其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見表2表二五、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 mpa各桿件內(nèi)力由表1查得 1. 下弦節(jié)點(diǎn)b見圖10 圖 10 下弦

11、節(jié)點(diǎn)b（1） 斜桿bb與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：n=379.01kn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200mm肢尖：，取125mm（2） 斜桿db與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：n=314.71kn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170mm肢尖：，取110mm（3）豎桿cb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：n = 42.3kn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=631.96-250.84381.12kn，設(shè)肢尖與肢背的焊腳尺寸為6m

12、m，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背： ，取250mm肢尖：，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。如圖所示2 .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=472.07kn。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：，取200mm肢尖： ，取150mm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，

13、而假定集中荷載p與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得， 上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為440mm，承受集中力p=42.3kn, 則mpa<0.8mpa上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 偏心距 e =110-25.984.1mm設(shè)需焊縫長(zhǎng)度為440mm，則（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖所示節(jié)點(diǎn)板b尺寸3 .屋脊節(jié)點(diǎn)j （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=851.92kn，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為1

14、0mm，則需焊縫長(zhǎng)度為，取=450mm拼接角鋼長(zhǎng)度取2450+50950mm（2) 斜桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算：設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，n=101.51kn,所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：，取=70mm肢尖：，取焊縫長(zhǎng)度=40mm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，按比例繪出接點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為500mm×240mm。(3) 弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：取節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為500mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為 220 mm。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，并考慮此力

15、產(chǎn)生的彎矩設(shè)焊腳尺寸為10mm。 （4）斜桿j2與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm（5）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖所示節(jié)點(diǎn)板k尺寸4 .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，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長(zhǎng)度為 ，取=404+16=420mm拼接角鋼長(zhǎng)度2420+20=860mm（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，取 =50mm（3）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖所示 節(jié)點(diǎn)板f尺寸5 .端部支座節(jié)點(diǎn)a圖11 支座節(jié)點(diǎn)

16、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110mm，考慮底板上開孔，錨栓直徑取d=25mm，錨栓孔直徑為60mm，則所需底板面積：按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力。則承壓面積： 驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：底板的厚度按支座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，每塊板為兩邊支承而另兩塊相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為 式中-底板下的平均應(yīng)力， =9.2n/-兩邊支承對(duì)角線長(zhǎng)， =-系數(shù)，由決定。為兩邊支承的焦點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離。由相似三角形