鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書

1、<p>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書</p><p><b>　　一、設(shè)計資料</b></p><p>　　1、屋架形式為梯形鋼屋架；</p><p>　　2、屋架鉸支于鋼筋混凝土柱頂，混凝土標(biāo)號 C25；</p><p>　　3、車間柱網(wǎng)布置：長度 60m；柱距 6m；跨度 L=24m；</p>&

2、lt;p>　　4、屋面材料為預(yù)應(yīng)力大型面板（1.5*6m，屋面板需保證與上弦3個點焊牢，故上弦平面外計 算長度為3米）</p><p>　　5、鋼材采用 Q235·BF 鋼，焊條為 E43型，手工焊;</p><p>　　二、屋架尺寸及尺寸的確定</p><p>　　(1)根據(jù)車間長度、跨度及荷載情況，在屋架上下弦設(shè)置兩道橫向水平

3、支撐及垂直支撐和系桿,使屋蓋成為空間剛度很大的穩(wěn)定系統(tǒng),中間各個屋架用系桿聯(lián)系，支撐，屋架平面布置見下圖1，</p><p><b>　　圖1：</b></p><p>　?。?）屋面材料為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，平坡梯形鋼屋架。屋面坡度</p><p><b>　　屋架計算跨度</b></p>

4、;<p><b>　　屋架端部高度?。?。</b></p><p><b>　　跨中高度：。</b></p><p><b>　　屋架高跨比：。</b></p><p>　　屋架跨中起拱取50 mm。</p><p>　　為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹

5、桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，左半跨如圖所示，左右對稱，左端部間距150mm屋架幾何尺寸如圖 2所示</p><p><b>　　支撐布置</b></p><p>　　根據(jù)車間長度、屋架跨度、荷載情況、屋架上弦設(shè)置橫向水平支撐及垂直支撐和系桿,使屋蓋成為空間剛度很大的穩(wěn)定系統(tǒng),見圖1。</p><

6、;p><b>　　荷載的計算</b></p><p>　　屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表 1</p><p><b>　　表1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值</b></p><p>　　風(fēng)荷載為吸力，不考慮。</p><p>　　各屋架滿跨與半跨內(nèi)力系數(shù)見附圖2。</p><p><b>

7、　　1、荷載計算 </b></p><p>　　屋面荷載匯總 如表 2 所示： </p><p><b>　　表2 屋面荷載匯總</b></p><p><b>　　2、荷載組合</b></p><p>　　設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合：</p><p>　　組

8、合一：全跨永久荷載＋全跨可變荷載。根據(jù)荷載規(guī)范，具體有以下2 種情況</p><p>　　所以組合一屋架上弦節(jié)點荷載為</p><p>　　組合二：全跨屋架及支撐自重＋半跨屋面板重。</p><p>　　全跨屋架及支撐自重：</p><p>　　半跨屋面板重＋半跨屋面活荷載：</p><p><b>　　內(nèi)力

9、計算</b></p><p>　　本設(shè)計采用數(shù)值法計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)（單位節(jié)點力分別作用于全跨、左半跨和右半跨），內(nèi)力計算結(jié)果如表 3 所示。</p><p>　　表3屋架桿件內(nèi)力組合表：</p><p><b>　　桿件截面計算及設(shè)計</b></p><p>　　規(guī)定:桁架中的受壓桿

10、件的容許長細比為150，受拉桿件的容許長細比為350.可知腹桿最大內(nèi)力為-354.6KN，查表得支座節(jié)點板厚度為12mm,中間節(jié)點板厚度為10mm.</p><p><b>　　(1).上弦桿</b></p><p>　　整個上弦桿的截面相同，上弦桿GF,GH都有最大內(nèi)力-672.7KN，GH中節(jié)間彎矩，所以按GH桿設(shè)計。</p><p>&l

11、t;b>　　上弦桿計算長度：</b></p><p>　　在屋架平面內(nèi)，計算長度系數(shù)為 1.0，計算長度：</p><p><b>　??；</b></p><p>　　在屋架平面外，計算長度系數(shù)為 1.0，計算長度：</p><p><b>　　, </b></p>

12、<p>　　選用兩個等肢角鋼比較適當(dāng)。節(jié)間彎矩選用等肢2L180X12，</p><p>　　已知A=2x42.2=84.4cm.受壓最大纖維的截面抵抗矩以及i=5.59cm,i=7.77cm.取a=10mm。相應(yīng)的塑性系數(shù)</p><p><b>　　,查表得，</b></p><p>　　1.平面內(nèi)穩(wěn)定性驗算</p>

13、<p>　　此處節(jié)間弦桿相當(dāng)于規(guī)范中兩端支承的桿件，其上作用的有端彎矩和橫向荷載并為異號曲率的情況，故取等效彎矩系數(shù)。</p><p>　　上弦桿在彎矩作用平面內(nèi)，節(jié)間正彎矩和支座負彎矩都是最大彎矩，所以分別用最大正彎矩和最大負彎矩進行穩(wěn)定性的驗算。</p><p><b>　　用正彎矩：</b></p><p>　　=對于這種T形

14、截面壓彎桿，還應(yīng)驗算截面的另一側(cè)，即</p><p>　　=79.70-68.39=11.31N/mm<f=215N/mm</p><p><b>　　用負彎矩：</b></p><p>　　=95.11+64.12=159.23N/<f=215 N/</p><p>　　平面內(nèi)的穩(wěn)定可以得到保證。</

15、p><p>　　2.平面外穩(wěn)定性驗算</p><p>　　已知平面外的計算長度=301.5cm，<150,等邊角鋼的邊厚比b/t=180/12=150.58/b=9.7.,由其組成的雙角鋼截面換算長細比為；，查表得=0.795，關(guān)于梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，現(xiàn)=38.6<120,故在正負彎矩作用下分別取=1-0.0017=0.934 和=1-0.0005=0.981。</p>

16、<p><b>　　用正彎矩：</b></p><p>　　N/<f=215 N/。</p><p><b>　　用負彎矩：</b></p><p>　　N/<f=215 N/。</p><p>　　平面外的穩(wěn)定性可以得到保證。</p><p><

17、;b>　　3.強度驗算</b></p><p><b>　　=147.6<</b></p><p><b>　　215</b></p><p><b>　　強度可以得到保證。</b></p><p><b>　　(2)下弦桿</b>

18、</p><p>　　整個下弦截面不變，按最大內(nèi)力所在的桿cd計算。N=650.7KN.</p><p>　　平面內(nèi)計算長度，平面外的計算長度=3m</p><p>　　所需截面積為選用兩個等肢角鋼比較適當(dāng)。選用2</p><p>　　A=cm,=3.05cm, =4.52cm，a取10mm</p><p>　　=30

19、0/3.05=98.36。=300/4.52=66.37</p><p>　　N/<f=215 N/,滿足要求。</p><p><b>　　(3).腹桿計算</b></p><p>　　在桁架平面內(nèi)支座斜桿和支座豎桿的計算長度為l,其他腹桿為0.8l.在桁架平面外支座斜桿和支座豎桿為l,其他腹桿為L..</p><p

20、>　　1.端斜桿Ba有最大軸壓力為-351KN,l=2128mm</p><p>　　平面內(nèi)計算長度，平面外的計算長度</p><p><b>　　所需截面積為</b></p><p>　　,選用兩個等肢角鋼比較適當(dāng)。選用2L75*10</p><p>　　A=28.2cm,=2.26cm, =3.53cm，a取1

21、2mm，支座節(jié)點板。</p><p>　　平面內(nèi)穩(wěn)定：=212.8/2.26=94.2,=0.595, N/<f=215 N/,滿足要求</p><p>　　平面外的穩(wěn)定性：邊厚比b/t=75/10=7.5<0.58l/b=17.1，=212.8/3.53=60.3</p><p>　　。=62.3，查表得=0.795>.,所以滿足要求。<

22、/p><p>　　2再分式斜桿Hd,該桿是由桿df和趕桿Hf組成，因所受內(nèi)力相同，所以截面形式設(shè)計為相同且在節(jié)點處不斷開，設(shè)計值為90.1KN和-50.1KN.采用通長桿先按90.1KN設(shè)計：</p><p>　　平面內(nèi)計算長度，平面外的計算長度</p><p>　　,選用兩個等肢角鋼比較適當(dāng)。因為所需面積過小，按最小規(guī)定截面選用,查角鋼規(guī)格表得：</p>

23、<p>　　A=6.98cm,=1.38cm, =2.24cm，a取10mm</p><p><b>　　①強度驗算：</b></p><p><b>　?、趧偠闰炈悖?lt;/b></p><p>　　=201.6/1.38=152.6,=403.2/2.24=180，滿足</p><p>

24、<b>　?、蓉Q桿Gd</b></p><p>　　最大軸壓力為-54.8KN</p><p>　　平面內(nèi)計算長度，平面外的計算長度,</p><p>　　由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：</p><p>　　查型鋼表，選擇截面的和較上述計算的和略大些，所以選用，其幾何特性為：A=7.8cm,=1.54cm,

25、 =2.43cm，a取10mm</p><p><b>　?、賱偠闰炈悖?lt;/b></p><p><b>　　，滿足。</b></p><p><b>　?、谡w穩(wěn)定驗算：</b></p><p>　　由于對x軸，y軸均屬于b類截面，又有所以只需要求，查表的則：</p&g

26、t;<p><b>　　，滿足。</b></p><p>　?、闪銞U根據(jù)剛度條件選擇，為安裝支撐，采用等肢雙角鋼十字形截面，由于縱向風(fēng)荷載作用。支撐桁架按壓桿考慮，允許長細比</p><p><b>　　①零桿Gf：</b></p><p>　　,選用2L45×4，</p><p

27、><b>　　A＝6.98，，</b></p><p><b>　?、诹銞UHe：</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　,選用2L50×4，</p><p><b>　　A＝7.8，，</b></p>

28、;<p>　　其余各桿件的截面設(shè)計過程不再一一列出，根據(jù)各桿的內(nèi)力性質(zhì)，現(xiàn)將計算結(jié)果分別列于</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表</p><p>　　注：帶*號的截面為短肢相并不等邊雙角鋼截面，不帶*號的為長肢相并不等邊雙角鋼截面或等邊雙角鋼截面。</p>

29、<p><b>　　七、節(jié)點設(shè)計</b></p><p>　　各桿件的計算內(nèi)力、截面規(guī)格及形心距 y0 匯總見表 7 所示。</p><p>　　表7 桿件信息匯總表</p><p>　　注：帶*號的截面為短肢相并不等邊雙角鋼截面，不帶*號的為長肢相并不等邊雙角鋼截面或等邊雙角鋼截面。</p><p>　　采

30、用E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值。</p><p><b>　　下弦節(jié)點“b”</b></p><p>　　腹桿與節(jié)點的連接焊縫</p><p><b>　　（a）“Bb”桿</b></p><p>　　桿件軸力，截面為2L90×6，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分

31、配系數(shù)分別為，。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p>　　肢背所需焊縫長度:，取</p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度:</b></p><p><b&

32、gt;　　取=75mm</b></p><p><b>　?。╞）“bD”桿</b></p><p>　　桿件軸力，截面為2L90×6，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p>　　肢背所需焊縫

33、長度:取</p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度:</b></p><p><b>　　取=60mm</b></p><p><b>　　(c)“bC”桿</b></p><p&

34、gt;　　桿件軸力，截面為2L50×4，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　肢背所需焊縫長:</b></p><p><b>　　，取=40mm</b></p><p&g

35、t;<b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度:</b></p><p><b>　　,取=40mm</b></p><p><b>　　節(jié)點詳圖</b></p><p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之

36、間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，如圖 4 所示，從而確定節(jié)點板尺寸為 340mm×270mm。</p><p><b>　　上弦節(jié)點“B”</b></p><p>　　腹桿與節(jié)點的連接焊縫</p><p><b>　　（a）“Bb”桿</b></p><p>　　“Bb

37、”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。</p><p><b>　?。╞）“aB”桿</b></p><p>　　桿件軸力，截面為2L75×10，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p>　　肢背所需焊縫長

38、度:，取</p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度:</b></p><p><b>　　取=105mm</b></p><p>　　(2) 根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例

39、繪出節(jié)點詳圖，如圖 5 所示，從而確定節(jié)點板尺寸為 560mm×360mm。</p><p>　　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10mm。</p><p>　　有工地拼接的下弦跨中節(jié)點“e”</p><p>　　（1） 拼接角鋼設(shè)計</p><p>　　連接角鋼取與下弦桿相同截面2L100×

40、;10，，焊縫長度：，取=200mm。</p><p><b>　　拼接角鋼長度。</b></p><p>　　為了使拼接角鋼與原來的角鋼相緊貼，并便于施焊，需切去直角邊棱，切肢（t為角鋼厚度）。因切割而對拼接角鋼截面的削弱考慮由節(jié)點板補償而不計。</p><p>　?。?）下弦桿與節(jié)點板的連接角焊縫 </p><p>

41、　　下弦桿與節(jié)點板連接焊縫的計算內(nèi)力取和兩者中的較大值，“e”節(jié)點處，下弦桿截面為2L100×10，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，角焊縫強度設(shè)計值。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　

42、取</b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　?。?）“He”桿與節(jié)點板的連接角焊縫</p><p>　　桿件軸

43、力，截面為2L50×4，節(jié)點板厚10mm，按構(gòu)造要求確定焊縫尺寸。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度取</b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　

44、　焊縫長度取</b></p><p><b>　?。?）節(jié)點詳圖</b></p><p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按</p><p>　　比例繪出節(jié)點詳圖，如圖6 所示。圖中，屋架右半邊運輸單元上的構(gòu)件必須在工地裝配后才</p><p>　　能與節(jié)點板焊接

45、，已以工地焊縫代號標(biāo)明。</p><p><b>　　4,屋脊節(jié)點“H”</b></p><p>　　“H”節(jié)點與一般上弦節(jié)點的區(qū)別在于節(jié)點處弦桿中斷而需對弦桿進行拼接。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。</p&g

46、t;<p>　　（1）拼接角鋼的截面和長度</p><p>　　與“e”節(jié)點類似，拼接角鋼采用上弦桿同號角鋼，頂部截去棱角，寬度為，垂</p><p>　　直肢截去=25mm，見圖7 所示。</p><p>　　拼接角鋼與上弦桿共有條角焊縫，都位于角鋼的肢尖，承擔(dān)節(jié)點兩側(cè)弦桿中較小的內(nèi)</p><p>　　力設(shè)計值。上弦桿截面為

47、2?180×12，焊腳尺寸取為</p><p>　　所需的拼接角鋼總長度為</p><p><b>　　取。</b></p><p>　　（2）腹桿與節(jié)點板的連接焊縫</p><p><b>　?。╝）“Hf”桿</b></p><p>　　桿件軸力，截面為2L45

48、×4，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為肢背焊縫焊腳尺寸取，角焊縫強度設(shè)計值。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b&

49、gt;　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　（b）“He”桿</b></p><p>　　“He”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“e”相同。</p>

50、;<p><b>　?。?）節(jié)點詳圖</b></p><p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，如圖所示。圖中，屋架右半邊運輸單元上的構(gòu)件必須在工地裝配后才能與節(jié)點板焊接，已以工地焊縫代號標(biāo)明。</p><p><b>　　5,支座節(jié)點“a”</b></p>

51、<p>　　為便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距不小于水平肢的邊長，且不小</p><p>　　于，取。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板相同，厚度都</p><p><b>　　為12mm。</b></p><p>　　（1）支座底板的尺寸</p><p>　?。╝）底板的平面尺

52、寸</p><p>　　支座反力，錨栓直徑，錨栓孔直徑，底板的平面尺寸采用，C25 混凝土強度設(shè)計值。僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，驗算柱頂混凝土的抗壓強度：</p><p><b>　　，滿足</b></p><p><b>　?。╞）底板的厚度</b></p><p>　　節(jié)點板和加勁肋

53、將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，所受</p><p>　　應(yīng)力，兩支承邊之間的對角線長度以及支承邊交點到對角線的距離分別為</p><p>　　，查附表可得，則單位寬度的最大彎矩為</p><p><b>　　底板厚度為</b></p><p><b>　?。?）節(jié)點板的尺寸</

54、b></p><p>　　（a）腹桿與節(jié)點板的連接焊縫</p><p><b>　　“Aa”桿</b></p><p>　　桿件軸力，截面為，節(jié)點板厚，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，角焊縫強度設(shè)計值。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p&

55、gt;<b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取。</b><

56、/p><p><b>　　“aB”桿</b></p><p>　　“aB”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“B”相同。</p><p>　　（b）下弦與節(jié)點板的連接焊縫</p><p>　　“ab”桿在節(jié)點板處斷開，其焊縫尺寸的計算與腹桿相同。桿件軸力，截面為，節(jié)點板厚，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，角焊縫強度設(shè)計值。</

57、p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>