鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計報告

WordWord資料設(shè)計資料：北京地區(qū)某金工車間。采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架。廠房長度為72m，跨度為27m,柱距6m,廠房高度為15.7m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50kN中級工作制吊車，計算溫度高于-20℃。采用三氈四油，上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找平層，厚泡沫混凝土保溫層，1.5m*6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載0.3kN/m2,屋面活荷載0.3kN/m2,雪荷載為0.4kN/m2,風荷載為0.45kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm*400mm，混凝土標號為C20。要求設(shè)計鋼屋架并繪制施工圖。鋼材及焊條鋼材選用結(jié)構(gòu)的重要性對于重型工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層或超高層民用建筑結(jié)構(gòu)和重級工作制吊車梁等都是重要的一級結(jié)構(gòu)。荷載的性質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受的為靜力荷載連接方法為焊接類型,結(jié)構(gòu)不可避免地會產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形及各種焊接缺陷,有導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋或脆性斷裂的危險。工作環(huán)境計算溫度高于-20℃。綜上：結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受的為靜力荷載在＞-20℃,焊接結(jié)構(gòu)，選擇Q235B焊條選用對Q235B型鋼焊件用E43系列型焊條。鋼屋架的外形和幾何尺寸屋架外形選用梯形屋架、平行弦?guī)缀纬叽纾?）屋架計算跨度i=i-2義150=27000-2*150=26700mm0（2）屋架的高跨比H/l應(yīng)在經(jīng)濟范圍內(nèi)，選擇尸1/10。（3）腹桿體系采用節(jié)間為3m的人字形式（4）屋架跨中起拱取￡刈/50027m軸線處兩端高度h’取1990mm廁屋架26.7m處，兩端高度取h=h0 0 0i02012.36m。屋架跨中起拱高度f按1/500考慮，取53.4mm。屋架的支撐布置圖表1屋架單跨尺寸圖表2XG3XG3XG3XG3XG2XG3XG9XG3XG3XG3CC1XG2XG2XG2XG2CC4XG2XG2XG2XG2XG2CC12-2600060006000600060006000600060006000600060006000圖表1屋架單跨尺寸圖表2XG3XG3XG3XG3XG2XG3XG9XG3XG3XG3CC1XG2XG2XG2XG2CC4XG2XG2XG2XG2XG2CC12-2600060006000600060006000600060006000600060006000450045DO45DO450045004500圖表3屋架上弦支撐構(gòu)件圖表4屋架下弦支撐構(gòu)件荷載計算屋面荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較大的雪荷載與積灰荷載同時考慮。則活荷載0.4kN/m2進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重(包括支撐)按經(jīng)驗公式g=(0.12+0.0111)kN/m2計算，跨度單位為米(m)。k荷載計算表標準值設(shè)計值*N/m")(kN/mA2)荷載名稱原值*1.2*1.35*1.4*1.4*0.7預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.681.89三氈四油防水層0.40.480.54找平層0.40.480.54泡沫混凝土保溫層0.10.120.135找平層0.50.60.675屋架和支撐自重0.41370.496440.558495永久荷載總和3.21373.856444.338495屋面活荷載0.40.560.392積灰荷載(永久控制時乘1.00.30.420.42可變荷載總和0.70.980.812因為，3.85444+0.98<4.338495+0.812,所以永久荷載起到控制作用，設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合。1、全跨永久荷載+全跨可變荷載F=(4.338+0.812)x1.5x6=46.35446kN則全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：F=4.338x1.5x6=39.04646kN1半跨節(jié)點可變荷載：F=0.812x1.5x6=7.308kN

2全跨屋架(包括支撐)自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重：F=0.558x1.5x6=5.026455kN3半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載F=(1.89+0.392)x1.5x6=20.538kN

4內(nèi)力計算

圖表6全跨內(nèi)力圖圖表8右跨內(nèi)力圖圖表7左跨內(nèi)力圖根據(jù)sap84計算屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表如下:桿件名稱內(nèi)力系數(shù)第一種組合F*(1)第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力(kN)全跨⑴左半跨⑵右半跨⑶F1*(1)+F2*(2)F1*(1)+F2*(3)F3*(1)+F4*(2)F3*(1)+F4*(3)最大拉力最大壓力上弦AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC/CD-9.98-7.50-3.10-462.62-444.49-412.34-204.20-65.75-444.49DE/EF/FG-16.39-11.90-5.63-759.75-726.94-681.12-326.79-198.01-726.94GH/HI/IJ-19.17-12.40-8.48-888.61-839.14-810.49-351.03-270.52-839.14下弦ab5.364.121.56248.55239.48220.79111.5759.0559.05bc13.319.784.42616.98591.21551.99267.85157.62616.98157.62cd18.2412.197.59845.51801.29767.65342.04247.50845.51

de17.819.909.90825.57767.79767.79292.91292.91825.57-10.-7.7-2.-466-414.6-449.aB07394.79-449.698-209.38-111.00697.95.82.6367.328.9367Bb32459352.173159.3994.08.59-6.4-4.4-2.-300-253.0-285.bD8455.38-285.472-123.76-84.94474.62.82.2213.196.0213斜Dc01523200.15680.8369.33.23-3.5-1.3-2.-162-157.3-157.腹桿cf1077.70-146.520-44.24-74.5330fG-2.7-0.4-2.-125-109.01-125.6-23.64-70.46-125.0977.167670.70.71.833.399.Gd244857.0199.9618.8241.41961.12.9-2.53.766.-39.3dg6120766.5629.2265.60-39.355651.93.6-2.88.0216-35.6gJ05207216.71-11.7184.51-35.63.713

fE0.730.730.0033.8433.8428.5018.663.6733.84fF-1.00-1.000.00-46.35-46.35-39.05-25.56-5.03-46.35gH0.670.670.0031.0631.0626.1617.133.3731.06gI-1.00-1.000.00-46.35-39.05-39.05-25.56-5.03-39.05豎桿Aa-0.50-0.500.00-23.18-23.18-19.52-12.78-2.51-23.18bC-1.00-1.000.00-46.35-46.35-39.05-25.56-5.03-46.35cE-1.50-1.500.00-69.53-58.57-58.57-38.35-7.54-58.57dH-1.50-1.500.00-69.53-58.57-58.57-38.35-7.54-58.57eJ0.010.080.080.460.980.981.691.691.69六、桿件設(shè)計1、上弦桿GH/HI/IJ整個上弦桿采用等截面，按GH/HI/IJ桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計，即N=-888.61kN上弦桿長度：在屋架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度，即l=l=150.8cm0x0在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起剛性系桿作用，根據(jù)支持布置和內(nèi)力變化情況，取/為支撐點間的距離，即0yl=3xl=452.4cm

0y 0x根據(jù)腹桿的最大內(nèi)力n=-463.54kN，查表2.8得屋架節(jié)點板厚度為aBt=12mm。屋架支座厚度t=14mm。假定X=60，P=0.807A=JL …①.f= 888610=4723.5mm2(0.875x215)l、一石=2.513cml7唬=7.54cm選用2L160x100x12短肢相并，A=60.2cm2,i=2.82cm,i=8.76cmxy驗算，九=L '=-°xxi=150.8/2.82=53.48＜鼠］=150,yi=452.4/8.76=34.43＜鼠］=15xy0。①=0.808,xo=N/①A=88610/(0.808*6020)=182.69n/m2<f=215n/m2下弦桿de整個下弦桿采用等截面，按下弦桿的最大應(yīng)力Ned=-845.51kN計算。/ 285cm,7=300000-2x150=29700/2=14850mml= 7l ，0x 0y 2則所需截面積為A=N=845510/215=3932.60mm2=39.32cm2f選用2L140x90x10短肢相接， A=44.5cm2>39.32cm2,i=2.56cm,i=6.84cmxy九二-0xxi=300/2.56=117<350

xl入=-0Xyi=1485/6.84=217<350y端斜桿aBNaB=-466.79kNl二l=253.5cm,選用2L100x10,A=44.6cm2,i=2.56,i=6.840x0y x y驗算：九二-0xxi=253.5/3.08=83.11<150,xl入=0yyi=253.5/4.56=55.11<150y9=0.681x

o=N餌A=466790/(0.662*4460)=182.67N/mm2<219N/mm2。腹斜桿dg-gJ此桿為再分式桁架腹桿，在g節(jié)點處不斷開，兩段內(nèi)力不同:最大拉力：Ndg=66.56kN NgJ=100.86kN最大壓力：Ndg=39.35kN NgJ=35.63kN在桁架平面內(nèi)l0x=224.9cm。在平面外，則按公式rl在桁架平面內(nèi)l0x=224.9cm。在平面外，則按公式rl=l0.75+0.250y1計算：l=/0.75+0.250y1NrNjrl=449.80.75+0.250y35.63)39.35,=337.35cm選用2L63X6,A=11.44cm2,i=1.93cm,i=3.06。驗算；=工=224.9/1.93=116.53<150

ix入=1=337.35/3.06=110.25<150

yiy9=0.386

yo=N=39350/(0.386*1144)=89.12N/mm2<215N/mm2m9A豎桿dHN=-58.57kN,l

dH l0x=0.8*304=243.2cm,N=-58.57kN,l

dH l0x0y2L63X52L63X5,A=12.28cm2,i=1.94cm，xy驗算；九=1=243.2/1.94=125.36<150

xix入=2=400.11/3.04=100<150yiy①=0.413xo=N=58570/(0.413*1228)=115.48N/mm2<215N/mm2m①A豎桿aANA=-23.18kN,因為是支座堅桿，所以l=l=201.24cm,因為內(nèi)力較小，aA l0xl0y=所以按總選取。貝ki=i=201.24/150=1.34cm,按其查表，2L45x6,xyA=10.16cm2,i=1.36,i=2.36xy其他各桿的截面設(shè)計：名稱桿件編號內(nèi)力(kN)計算長度(cm)截面形式和規(guī)格2*截面面積cm2回轉(zhuǎn)半徑cm長細比容許長細比(八)穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力N/mm2loxloyixiy八x八y上GH/-888150.301.2L160*160.2.8.53.434.41500.8182.弦HI/IJ.61806000*12208276830869下de845.285.14852L140*944.2.6.111.217.3501189.弦5100.000*10605684331158

斜腹桿aB-466.79253.5253.52L100*1038.63.054.683.1155.111500.662182.67Bb367.59208.64260.802L90*621.202.794.1374.7863.153501173.39bD-300.38229.52286.902L100*623.803.104.5174.0463.611500.726173.84Dc213.23228.72285.902L70*513.742.163.31105.8986.373501155.19cG-162.70208.70313.052L90*621.202.794.1374.8075.801500.72106.59Gd41.56260.08325.102L63*512.281.943.04134.06106.94350133.84dJ100.86224.90337.352L63*614.581.933.06116.53110.251500.44560.65-39.35fE33.84150.64188.302L50*59.601.532.5398.4674.43350135.25gH31.06162.16202.702L50*59.601.532.53105.9980.12350132.35

豎桿Aa-23.18201.24201.242L45*610.161.372.36146.8985.271500.32769.76bC-46.35183.20229.002L63*510.161.372.36133.7297.031500.373122.32cE-69.53207.20259.002L63*512.281.943.04106.8085.201500.516109.73dH-69.53243.20304.002L63*512.281.943.04125.36100.001500.413137.10eJ1.69267.20334.002L63*512.281.943.04137.73109.871500.3563.87fF-46.35103.60129.502L45*610.161.372.3675.6254.871500.71763.63gI-46.35121.60152.002L45*610.161.372.3688.7664.411500.63372.08七、節(jié)點設(shè)計下弦節(jié)點b的設(shè)計由腹桿內(nèi)力計算腹桿內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸，即h和f/，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ww節(jié)點板的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值fw=160MPa。f設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫勺=8mm和6mm,則所需的焊縫長度為(按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算)肢背：l'=0.7N=0.7*367590/(2*0.7*8*160)=143.59,取150mmw2hfwff肢尖：l〃=0.3N=0.3*367590/(2*0.7*6*160)=82.05,取90mmw2hfwff設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫g=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為肢背：l'=0.7N=0.7*300380/(2*0.7*8*160)=117.33,取120mmw2hfwff肢尖：n=0.3N=0.3*300380/(2*0.7*6*160)=67.05,取90mm2hfwff

圖表9下弦桿節(jié)點b“Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取h=5mm。根據(jù)上f面求得的的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例給出節(jié)點詳圖(如圖表9)，從而確定節(jié)點板尺寸為350mm*445mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為44.5cm，h=6mm。焊縫所受的力為左右兩下f弦桿的內(nèi)力差為an=616.98-248.55=368.43kN,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為t=0.75*368430/(2*0.7*6*(445-12))=70.91MPa<160MPaf該焊縫滿足強度要求。上弦節(jié)點B的設(shè)計“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同?！癮B”桿節(jié)點板的

焊縫尺寸按上述同樣方法計算得N=-466.79kNaB設(shè)“。B”桿的肢背和肢尖焊縫h=10mm和6mm,則所需的焊縫長度f為。l'=0.7N=0.7*466790/(2*0.7*10*160)=145.87mm，W150mm-2hfwffl〃=0.3N=0.7*466790/(2*0.7*6*160)=104.19mm，取120mmw2hfwff為了方便在上弦擱置大型屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進肢背8mm，用塞焊縫連接，此時，圖表10上弦B節(jié)點設(shè)計圖用塞焊縫連接，此時，圖表10上弦B節(jié)點設(shè)計圖h2、節(jié)點板厚度=t*0.5=12*0.5=6mmWordWord資料WordWord資料l'=1"=1-2hf=460-10=450mm。承受的集中力為P=46.35kNowwT二P= 46350 =12.26N/mm2Vfw=160kN/mm2f2義0.7義h義12x0.7x6x450 ffw肢尖焊縫承擔的弦桿內(nèi)力差，nn=462620-0=462620上帥偏心距e=10-3=7cm,則偏心彎矩為M=Nxe=462620*72=33308457.18N/mm2,設(shè)h=8mm,則ANANT= f2x0.7xh1fw—462620—=89.79N/mm2Vfw=160N/mm22x0.7x8x460 fM33308457.18x6-8433o=——= =84.33N/mm2Vfw=160N/mm2fW 2x0.7x8x4602 fwl|0f-1+T21,8433丫+89.792=113.32N/mm2Vfw=160N/mm2\l[BJf敢1.22J %滿足要求。上弦跨中拼接點J的設(shè)計弦桿的拼接，采用拼接角鋼。為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被連接的弦桿和便于施焊。需將拼接角鋼削棱切肢。設(shè)焊縫高度為h=8mm,fA=(t+h+5)=12+8+5=25mm。拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接弦桿的最大內(nèi)f力計算，N「-888.61kN,每條焊縫按以下算法：1=N= 888610 =247.94mm,取250mmw4x0.7hfw4x0.7x8x160ff拼接角鋼總長度L=2*lw+20=520mm 。A=(t+h+5)=12+8+5=25mm,按上弦坡度熱彎。f計算屋脊處弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，取人=5mm,則需要的焊縫長f度為：2Nsina—P=2義888610義sin6?！?6350—3112mml= .攻8x0.7hfw8義0.7義5*160ff按圖布置節(jié)點板長度。圖表11上弦中跨節(jié)點設(shè)計圖下弦跨中拼接點e的設(shè)計將拼接角鋼削棱切肢。設(shè)焊縫高度為h=8mm，fA=(t+h+5)=12+8+5=25mm。拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接弦桿的最大內(nèi)f力計算，Ned=-845.51kN，每條焊縫按以下算法：l=N= 845510 =235.91mm，取240mmw4x0.7hfw4x0.7x8x160

ff拼接角鋼總長度L=2*lw+50=530mm,A=(t+h+5)=12+8+5=25mm。f弦桿較大內(nèi)力為Ned=-845.51kN，則根據(jù)弦桿與節(jié)點連接一側(cè)的焊縫強

度按正式計算肢背焊縫0.15KNIw= 1——max2x度按正式計算肢背焊縫0.15KNIw= 1——max2x0.7hfwff=0.15x0.7x845510=79.27mm2x0.7x5x160取85mm。肢尖焊縫0.15KN,=0.15x0.3x845510=33.97mm,lW= 2max取40mm。2x0.7hfw2x0.7x5x160ff節(jié)點板長度：L=85*2+50=220mm,取300。如下圖布置:圖表12下弦中跨節(jié)點設(shè)計圖支座節(jié)點a的設(shè)計為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取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14