鋼結構課程設計范例修復的

1、參考實例：鋼結構課程設計例題、設計資料某一單層單跨工業(yè)長房。廠房總長度為90m，柱距6m，跨度為21m。車間內(nèi)設有兩臺中級工作制橋式吊車。該地區(qū)冬季最低溫度為20。屋面采用1.5m×6.0m預應力大型屋面板，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。屋面活荷載標準值為0.6kN/，雪荷載標準值為0.75kN/，積灰荷載標準值為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400mm×400mm，所用混凝土強度等級為C20。根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì)，鋼材采用Q235AF，其設計強度f=215kN/,焊條采用E43型

2、，手工焊接。構件采用鋼板及熱軋鋼勁，構件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計算跨度：Lo=210002×150=20700mm，端部高度：h=2000mm（軸線處），h=2015mm（計算跨度處）。H=2000+1035=3035二、結構形式與布置屋架形式及幾何尺寸見圖1所示。 圖1 屋架形式及幾何尺寸三、荷載與內(nèi)力計算1.荷載計算荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。永久荷載標準值三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2 保溫層 1.0 KN/m2 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.3 KN/m2預

3、應力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式計算：0.351 KN/m2懸掛管道： 0.15 KN/m2總計 4.051kN/可變荷載標準值屋面活荷載標準值： 0.7KN/m2雪荷載標準值： 0.35KN/m2積灰荷載標準值： 0.9 KN/m2_ 總計 1.95KN/m2永久荷載設計值 1.2×4.051=4.8612 kN/（由可變荷載控制）可變荷載設計值 1.4×1.95=2.73kN/2.荷載組合設計屋架時，應考慮以下三種組合：組合一 全跨永久荷載+全跨可變荷載 屋架上弦節(jié)點荷載 P=(4.8612+2.73) ×1.5×6

4、=68.3208 kN組合二 全跨永久荷載+半跨可變荷載 屋架上弦節(jié)點荷載 =4.8612×1.5×6=43.7508kN =2.73×1.5×6=24.57 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)點荷載 =0.351×1.2×1.5×6=3.7908kN =(1.4×1.2+0.9×1.4) ×1.5×6=26.46kN3.內(nèi)力計算本設計采用程序計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對桿件計算主要起控制作

5、用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均勻鋪設面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。注：表內(nèi)負責表示壓力；正值表示拉力圖2.2.2 21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值四、桿件截面設計腹桿最大內(nèi)力，N=-524.7KN，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。1.上弦桿整個上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=-832.14KN計算長度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=150.7cm 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)間長度：=3000cm因為2，故截面宜選用兩

6、個不等肢角鋼，且短肢相并，見圖4 圖 4 上弦截面 設=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807需要截面積 =3326.30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 140908，A=3607.6， =2.59cm ， =6.80m。按所選角鋼進行驗算=58.2=150=44.1=150由于則：=150 由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，0.7825=291.5N/<310 N/ 所選截面合適。2 .下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=817.11kN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=3000mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置

7、取=10350mm計算需要凈截面面積=2636.9選用 2 L125807（短肢相并），見圖5。 圖 5 下弦截面A=2819.2， =4.02cm，=3.32cm。按所選角鋼進行截面驗算，?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點板邊緣距離大于100mm，則可不計截面削弱影響） =289.8N/<310N/ =74.63< =250 =311.7<=350 所選截面滿足要求。3. 端斜桿Ba已知N-524.70kN，253.0cm因為，故采用等肢角鋼，使選用角鋼2 L 10012,見圖6 圖 6 端斜桿BaA4560，3.03cm，4.64cm截面剛度和穩(wěn)定驗算= =83.5< =150

8、= =54.5< =150由于=14.730.6645173.16N/<310 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Bc已知N=396.94kN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=0.8×l=0.8×2613=2090.4mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=2613mm選用 2 L1006，見圖7。 圖 7 斜桿BcA=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =166.36 N/<310N/ =67.4< =350 =58.8<=350 所選截面滿足要求。填板放兩塊，

9、=87.4cm80=80×3.10=248cm其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結果見表2桿件名稱內(nèi)力設計值N（KN）計算長度（cm）選用截面截面積A（）回轉(zhuǎn)半徑（cm）計算應力（N/）填板(塊)上弦桿-832.14150.7300短肢相并2L140*90*836.082.596.858.21500.7825-29.472（3）下弦桿817.11300103.5短肢相并2L125*80*728.194.023.32311.7350/28.981（2）Aa-34.16199.0199.0T型截面2L50*517.61.532.531301500.3875.022Ba-524.702

10、53253 T型截面2L100*1245.63.034.6483.51500.6645-17.312Bc396.94209.04261.3T型截面2L100*623.863.104.4467.4350/16.642Cc-68.32183.2229T型截面2L75*617.62.313.53120.31500.6624-136.12Dc-301.29229.12286.4T型截面2L75*617.62.313.5399.18350/17.112De190.61229.12286.4T型截面2L75*617.62.313.5399.181502Ee-68.32207.2259T型截面2L75*61

11、7.62.313.5397.71500.5701-82.92Fe-107.26249.92312.4T型截面2L75*617.62.313.53108350/42.211Fg48.10249.92312.4T型截面2L75*617.62.313.531081500.763-75.71Gg-68.32231.2289T型截面2L75*617.62.313.53105.81500.5182-204.62GH77.99271.2339T型截面2L75*617.62.313.53113150/1.342五、節(jié)點設計用E50焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值 各桿件內(nèi)力由表2查得，最小焊縫長度不

12、應小于1. 下弦節(jié)點b見圖10 圖 10 下弦節(jié)點c（1） 斜桿Bc與節(jié)點的連接焊縫計算：N=396.94kN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長度為：肢背： +12=177.39mm，取200mm肢尖： +10=103.56mm，取120mm（2） 斜桿Dc與節(jié)點的連接焊縫計算：N=301.29kN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長度為肢背： +12=130.36，取150mm肢尖： +10=81.02，取100mm（3）豎桿Cc與節(jié)點板連接焊縫計算：N = -68.32kN因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長度40mm，取=60

13、mm（4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 N=280.11-665.44-385.33KN，設肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為：肢背： +12=163.37，取170mm肢尖： +12=87.68，取100mm（5）節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖11所示 圖 11 節(jié)點板b尺寸2 .上弦節(jié)點B 圖12 上弦節(jié)點B（1）斜桿Bc與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點c中Bc桿計算相同。（2）斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算，N=524.70kN。設肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10

14、mm和6mm。所需焊縫長度為肢背： +20=143.67，取150mm肢尖： +12=115.06，取130mm（3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算時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=68.3208N，焊腳尺寸為5mm所需槽焊縫長度為:+10=+10=58.80mm ,取=65mm上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 N=396.94-0.0396.94kN偏心距 e =90-20.469.6mm設肢尖焊腳尺寸

15、8mm，設需焊縫長度為480mm，則 （4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖13所示圖 13 節(jié)點板B尺寸3 .屋脊節(jié)點J見圖14圖14 屋脊節(jié)點J（1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。N=832.14KN，設肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為，取=400mm拼接角鋼長度取2400+50850mm（2）弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的1

16、5%計算。N=832.1415%124.82kN，設焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)焊縫長度為250 mm， （3）斜桿Hg與節(jié)點板連接焊縫的計算N=77.99KN，設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長度為：肢背：，取=60 mm肢尖：，取焊縫長度=40mm（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖15所示圖 15 節(jié)點板J尺寸4 .端部支座節(jié)點a圖18 支座節(jié)點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)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為14mm。支座底板計算：支座反力R=7P=68.32

17、087=478.24KN取加勁肋的寬度為80mm，考慮底板上開孔，按構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，則承壓面積為驗算柱頂混凝土的抗壓強度： (滿足)底板的厚度按支座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-底板下的平均應力， =7.98N/-兩邊支承對角線長， =-系數(shù)，由決定。為兩邊支承的焦點到對角線的垂直距離。由相似三角形的關系，得 =84.1mm=0.46，查表得0.0576M=0.05767.98166.412727底板厚度=18.84mm, 取t=20mm（2） 加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算：偏安全地假定一個加勁肋的受力為支座反力的1/4，則焊縫受力 設焊縫尺寸為6mm，焊縫長度210mm， 加勁肋高度不