鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計30m跨度

1、一、 設(shè)計資料（1）某車間跨度為30m，廠房總長度102m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺50/10t中級工作制軟鉤橋式吊車，地區(qū)計算溫度高于-20，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為18m；采用1.5×6 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，級防水，卷材屋面，桁架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為450×450mm，混凝土強度等級為C25，屋架采用的鋼材及焊條為：鋼材采用Q345鋼，焊條為E50型。（2）屋架計算跨度 L。=30000-2×150=29700 (3)跨中及端部高度：本設(shè)計為無檁屋蓋體系，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m 軸

2、線處的端部高度h=2000mm，屋架的中部高度h=3500mm.2、 結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架桿件的幾何尺寸如圖1所示 圖1 屋架支撐布置見圖2所示： 圖2三、荷載與內(nèi)力計算1、荷載計算永久荷載：改性瀝青防水層0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂漿找平層0.4kN/m2150厚加氣混凝土保溫層0.9kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.4kN/m2懸掛管道 0.10N/m2屋架和支撐自重為 0.120+0.011x30=0.45kN/m2 總和 3.65kN/m2可變荷載基本風(fēng)壓： 0.40 kN/m2基本雪壓：（不與活荷載同時考慮）0.5kN/m2積灰荷載0.7kN/m2不上人屋面活

3、荷載0.7kN/m2總和 1.4kN/m2永久荷載設(shè)計值 1.2×3.65KN/=4.38KN/可變荷載設(shè)計值 1.4×1.4KN/=1.96KN/屋面坡度不大，對荷載影響小，未予考慮。風(fēng)荷載對屋面為吸力，重屋蓋可不考慮。2荷載組合：設(shè)計屋架時應(yīng)考慮以下三種組合：組合一 全跨永久荷載+全跨可變荷載 屋架上弦荷載P=(4.38KN/+1.96KN/) ×1.5×6=57.06KN組合二 全跨永久荷載+半跨可變荷載 屋架上弦荷載P1=4.38KN/×1.5×6=39.42KN P2=1.96KN/×1.5×6=17.6

4、4KN組合三 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷載屋架上弦荷載 P3=0.45KN/×1.2×1.5×6=4.86KNP4=(1.4×1.2+0.7×1.4)×1.5×6=23.94KN四、 內(nèi)力計算用圖解法或數(shù)解法皆可算出屋架桿件在全跨荷載作用下的內(nèi)力，如表4.1 所示。桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）桿件內(nèi)力桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）桿件內(nèi)力上弦AB00斜腹桿aB-15.34-580.402BC, CD-15.35-580.905Bb8.82442.12DE, EF-18.19-9140975bD-7.55-

5、379.755FG, GH -21.53-1082.96Dc5.36271.112HI-22.36-1124.71cF-4.22-212.755IJ, JK-22.73-1143.32Fd2.62131.775下弦ab6.33318.333dH-1.51-75.963bc15.36772.608He0.2914.588cd20.211016.566eg1.5376.99de22.131112.635gK2.17108.654ef21.241067.868gI0.5124.645豎桿Aa-0.56-27.665豎桿Jg-0.90-42.755Cb, Ec-1.01-50.3Ie-1.43-71.

6、426Gd-0.97-49.294Kf0.031.002五、 桿件設(shè)計腹桿最大內(nèi)力為580.4kN，選用中間節(jié)點板厚度為=12mm，支座節(jié)點板厚度為14mm。5.1 上弦桿整個上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計算。上弦IJ、JK 桿件的內(nèi)力最大,即N= -1160.8KN，屋架平面內(nèi)取節(jié)點軸線長度 lox=150.8cm，上弦橫向水平支撐的節(jié)點長度loy=300cm根據(jù)屋架上弦桿平面內(nèi)和平面外計算長度關(guān)系，采用等穩(wěn)定性原則，上弦截面選用兩個不等邊角鋼，短肢相并。假定長細(xì)比=60，查附錄表4.2，可得穩(wěn)定系數(shù)=0.807（由雙角鋼組成的T 形和十字形截面均屬于b 類），則截面幾何特性為=1160.8*

7、1000/(215*0.807)=6690.3 根據(jù)截面幾何特性查角鋼規(guī)格表，選用2160×100×14，肢背間距a=12mm，則按所選角鋼進(jìn)行驗算滿足長細(xì)比小于等于=150 的要求。 =N/A=119.30MP<215MP故所選截面合適。填板在每個節(jié)間放一塊，則填板間距滿足要求。5.2 下弦桿整個下弦采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的桿de 計算，即N=1112.6kN.de 桿平面內(nèi)的計算長度 lox=300cm；平面外的計算長度取縱向水平支撐點與系桿或系桿與系桿間的距離loy=29700/2=1485cm下弦桿是拉桿，則所需截面面積為因 loxloy，故用不等邊角鋼

8、，短肢相并，選用2140×90×12，此時按所選角鋼進(jìn)行驗算5.3 端斜桿aB桿件軸力N=580.4KN,計算長度lox=loy=2535mm,因為lox=loy，故采用不等邊角鋼，長肢相并，使，選用2140×90×10，則=N/A=181.75MP<215MP5.4 腹桿eg 和gk兩桿在g 節(jié)點處不斷開，采用連續(xù)桿件。桿件軸力=108.65kN， =76.96kN，內(nèi)力不大。如果考慮半跨荷載組合，則該腹桿受壓，因此按受壓長細(xì)比控制截面。再分式桁架中的斜腹桿平面內(nèi)計算長度取節(jié)點中心間距l(xiāng)ox=230.6cm；平面外計算長度近似取為loy=461.

9、1cm.選用等邊角鋼組成的雙角鋼270×5，則5.5 豎桿Ie桿件軸力N=-71.43kN， lox=0.8×319=255.2cm，loy =319cm內(nèi)力較小，按=150選擇截面，需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計算值略大。選用263×5，其幾何特性為六、 節(jié)點設(shè)計6.1 下弦節(jié)點b設(shè)計步驟：由腹桿內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸；然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和尺寸；最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。先算腹桿與節(jié)點板的連接焊縫：用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值200N/1）Bb 桿設(shè)Bb 桿的肢背和肢尖焊縫為8mm 和6mm

10、（注釋：這里肢背焊縫焊腳尺寸大于肢尖焊縫焊腳尺寸，主要是因為肢背焊縫承擔(dān)的力較大），則所需焊縫長度（考慮起滅弧缺陷）為147.875mm取150mm,87.9mm,取90mm2）bD 桿設(shè)bD 桿的肢背和肢尖焊縫為8mm 和6mm，則所需焊縫長度（考慮起滅弧缺陷）為129.6mm,取130mm86.6mm,取90mm3）Cb 桿Cb 桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取4）根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為360mm×445mm。下弦節(jié)點板連接的焊縫長度為44.5cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差受力

11、較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為弦桿的焊縫強度滿足要求。6.2 上弦節(jié)點BBb 桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點b 相同。aB 桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算。1） aB 桿N=-580.4kN設(shè)aB 桿的肢背和肢尖焊縫焊腳尺寸為10mm 和6mm，則所需的焊縫長度（考慮起滅弧缺陷）為158.9mm,取160mm126mm,取130mm2） 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫進(jìn)行計算，焊縫強度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去桁架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P 與上弦垂直，節(jié)點集中荷載P=50.3kN 由

12、槽焊縫單獨承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受。肢背焊腳尺寸肢尖焊腳尺寸根據(jù)畫出的節(jié)點詳圖（參考課本P208 圖7.51）確定上弦與節(jié)點板間的焊縫長度為460mm.上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差6.3 屋脊節(jié)點K弦桿一般采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠緊密結(jié)合，并便于施焊，需將拼接角鋼.的尖角（棱角）削除，且截去垂直肢的一部分長度（一般為拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。1） 拼接計算設(shè)焊縫為10mm，則接頭一側(cè)的連接焊縫總長度為拼接角鋼的長度取700mm>2×275.2=550.4mm2） 弦桿

13、與節(jié)點板連接焊縫的計算上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，由于節(jié)點荷載較小，驗算可以省略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按照上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫=8mm，節(jié)點板長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊縫。腹板與節(jié)點板連接焊縫計算方法與以上幾個節(jié)點相同。6.4 支座節(jié)點A為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面至支座底板頂面的距離不宜小于下弦角鋼水平肢寬度和130mm。本設(shè)計中取160mm. 在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為14mm.支座節(jié)點桿端焊縫采用相鄰節(jié)點板上同一桿件的焊縫長度，按構(gòu)造要求選擇節(jié)點板尺寸。1） 支座底板的計算錨栓直徑取d=25mm，錨栓孔直徑為50mm，則所需底板毛面積支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支撐而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為 其中，底