鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)-跨度為24M的設(shè)計(jì)方案

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)-跨度為24M的設(shè)計(jì)方案目 錄1、設(shè)計(jì)資料11.1結(jié)構(gòu)形式11.2屋架形式及選材11.3荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)）12、支撐布置22.1桁架形式及幾何尺寸布置22.2桁架支撐布置如圖33、荷載計(jì)算44、內(nèi)力計(jì)算55、桿件設(shè)計(jì)75.1上弦桿75.2下弦桿85.3端斜桿aB95.4腹桿95.5 豎桿145.6其余各桿件的截面166、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)176.1下弦節(jié)點(diǎn)“c”176.2上弦節(jié)點(diǎn)“B”186.3屋脊節(jié)點(diǎn)“H”196.4支座節(jié)點(diǎn)“a”216.5下弦中央節(jié)點(diǎn)“h”23致謝24參考文獻(xiàn)24圖紙241、設(shè)計(jì)資料1.1、結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為24m，總長(zhǎng)90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.

2、56.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400400，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，屋面坡度為。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房?jī)?nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/30t（中級(jí)工作制），鍛錘為2臺(tái)5t。1.2、屋架形式及選材屋架跨度為24m，屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：設(shè)計(jì)方案采用Q345鋼，焊條為E50型。1.3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)） 永久荷載： 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 0.6KN/m2(按附表取) 一氈二油隔氣層

3、0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.3 KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.45 KN/m2屋架及支撐自重(按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算) 0.384 KN/m2 可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.35KN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 1.1 KN/m2(按附表取)2、支撐布置2.1桁架形式及幾何尺寸布置如下圖2.1、2.2、2.3所示 圖2.1 24米跨屋架幾何尺寸圖2.2 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖2.3 24米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2.2桁架支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房?jī)?nèi)有橋式吊車2臺(tái)

4、150/30t(中級(jí)工作制 )，鍛錘為2臺(tái)5t，布置下弦縱向水平支撐。桁架支撐布置圖符號(hào)說(shuō)明：SC上上弦支撐；XC下弦支撐；CC垂直支撐;GG剛性系桿；LG柔性系桿3、荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計(jì)算。沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載值：三氈四油防水層：1.0050.4=0.402 kN/m2 水泥砂漿找平層：1.0050.4=0.402 kN/m2保溫層：1.0050.6=0.603 kN/m2一氈二油隔氣層：1.0050.05=0.05025 kN/m2水泥砂漿找平層：1.0050.3=0.3

5、015 kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板：1.0051.45=1.4575 kN/m2屋架及支撐自重： 0.12+0.01124=0.384kN/m2共 3.6 kN/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（大于雪荷載）：0.8 kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 1.1 kN/m2共 1.9 kN/m2設(shè)計(jì)桁架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：3.1、全跨永久荷載+全跨可變荷載(按永久荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值：F=（1.353.6 +1.40.70.8+1.40.91.1）1.56=63.27 kN3.2、全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F1.1=1.353

6、.61.56=43.74 kN(按永久荷載為主的組合)F1.2=1.23.61.56=38.88 kN(按可變荷載為主的組合)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F1.3=1.03.61.56=32.4 kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載設(shè)計(jì)值：F2.1=1.4（0.70.8+0.91.1）1.56=19.53 KN(按永久荷載為主的組合)F2.2=1.4（0.8+0.91.1）1.56=22.554 KN(按可變荷載為主的組合)3.3、全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載(按可變荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F3 .1=1.20.3841.56=4.1472 kN對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F3 .2

7、=1.00.3841.56=3.456 kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)計(jì)值：F4=（1.21.45+1.40.8）1.56=25.74 kN3.1、3.2為使用階段荷載情況，3.3為施工階段荷載情況。荷載組合（1）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.1，荷載組合（2）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.2，荷載組合（3）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.3圖 4.1 荷載組合（1）圖 4.2 荷載組合（2） 圖 4.3 荷載組合4.34、內(nèi)力計(jì)算F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已經(jīng)給出。求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.1。表4.1 桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合計(jì)算桿件內(nèi)力/k

8、N全跨左半跨荷載第一種組合F第二種組合第三種組合左半跨右半跨F1.i+F2.iF1.i+F2.iF3.i+F4F3.i+F4上弦桿 AB000000000BC,CD-8.72-6.25-2.47-551.71-551.71DE,EF-13.53-9.04-4.49-856.04-856.04FG，GH-15.26-9.17-6.09-965.50-965.50HI-14.71-7.38-7.38-930.70-930.70下弦桿ac4.733.481.25299.27299.27ce11.538.03.53729.50729.50eg14.659.345.31926.91926.91gi15.

9、178.446.73959.81959.81斜腹桿aB-8.87-6.53-2.34-561.20-561.20Bc6.884.762.12435.30435.30cD-5.44-3.14-2.03-344.19-344.19De3.701.901.80234.10234.10eF-2.460.71-1.75-155.64-93.73(,)-147.07(,)9.77(,)-55.25(,)-155.649.77Fg1.11-0.451.5670.2339.76(,)83.74（,）-7.75（,）44.76（,）-7.7583.74gH0.021.55-1.531.2731.15(,)-33

10、.73(,)39.98(,)-39.31（,）-39.3139.98Hi-1.08-2.471.39-68.33-95.48(,)-20.09(,)-68.06（,）30.93（,）-95.4830.93豎桿Aa-0.500-0.5000.000-31.64-31.64Cc-1.000-1.0000.000-63.27-63.27Ee-1.000-1.0000.000-63.27-63.27Gg-1.000-1.0000.000-63.27-63.27Ii000.970021.8(F22)024.9724.975、桿件設(shè)計(jì)5.1上弦桿整個(gè)上弦架采用等截面，按FG、GH桿件之最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。

11、上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。阂?yàn)?，故截面宜采用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并（圖5.1）腹桿aB最大內(nèi)力=561.20kN，查表9.6.4，節(jié)點(diǎn)版厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度用14mm。設(shè)=60查附錄4得。需要截面積： 需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用， ，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于 ，只要求 ，查表得。所需截面合適5.2下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按gi桿最大設(shè)計(jì)值計(jì)算。，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得所需截面積： 根據(jù)所需截面積查表選用，不等肢角

12、鋼，短肢相并（圖5.2）。，考慮下弦有有221.5mm的栓孔削弱，下弦凈截面面積：所需截面適合。5.3端斜桿aB桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度。因?yàn)椋什捎貌坏冗吔卿?，長(zhǎng)肢相并，使。設(shè)=80，查附錄4得，需要的回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)需要的，查角鋼規(guī)格表，選用2L1409010，（圖5.3） ，。又所選截面合適。5.4腹桿5.4.1 Bc桿桿件軸力： 所需截面積： 桿件計(jì)算長(zhǎng)度： ，選用2L756等邊角鋼（圖5.4.1）， 滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。 滿足要求。 5.4.2 cD桿桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度： 設(shè)=100查附錄4得所需的 ，選用2L7510（圖5.4.2），由于，只求，查附錄4，得所選截面滿足。5.4.3 De桿桿

13、件軸力：所需截面積：桿計(jì)算長(zhǎng)度： 選用2L505等邊角鋼，（圖5.4.3），滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。所選截面滿足。5.4.4 eF桿，計(jì)算長(zhǎng)度：，設(shè)=100查附錄4得所需的選用2L755等邊角鋼（見(jiàn)圖5.4.4）， ，由于，只求，查附錄4，得，拉力：所選截面滿足。5.4.5 Fg桿計(jì)算長(zhǎng)度：內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，查型鋼表，選截面和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L635（圖5.4.5），由于，只求，查附錄4，得拉應(yīng)力： 所選截面滿足。5.4.6 gH桿，計(jì)算長(zhǎng)度：內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，查型鋼表，選截面和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L635（見(jiàn)圖5.4.6）， 由于，只求，

14、查附錄4，得拉應(yīng)力： 所選截面滿足。5.4.7 Hi桿，計(jì)算長(zhǎng)度：，內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：查型鋼表，選截面和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L635（見(jiàn)圖5.4.7），由于，只求，查附錄4，得，拉應(yīng)力： 所選截面滿足。5.5.1 豎桿Aa,Cc,Ee,Gg：Aa,Cc,Ee,Gg都受壓，各個(gè)豎桿采用同類截面，按Gg桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。，內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，查型鋼表，選截面和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L635（見(jiàn)圖5.5），由于，只求，查附錄4，得，所選截面滿足。5.5.2 豎桿Ii：（見(jiàn)圖5.5）按5.5.1所選截面驗(yàn)算：KN 所選截面滿足。5.6其余各桿件的

15、截面見(jiàn)表5.1表5.1 桿件截面選擇表?xiàng)U件計(jì)算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2計(jì)算長(zhǎng)度/cm回轉(zhuǎn)半徑/cm長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力/(N/mm2)名稱編號(hào)上弦FG，GH-965.50 2L20012512 75.824150.75301.63.579.6142.4463.821500.710179.34下弦eg959.8 2L1258010 39.42300.00600.003.986.1975.3796.93350273.29斜腹桿aB-561.20 2L140901044.522 253.5 253.5 4.47 3.74 56.71 75.32 150 0.620 203.31Bc

16、435.30 2L75617.59208.64260.82.313.5390.3273.88350247.47cD-344.19 2L751028.25228.72285.902.263.61101.2080.651500.430 283.34De234.10 2L5059.61228.72285.901.532.53149.49113.00350243.60eF-155.649.772L75514.82250.32312.902.323.50107.9094.891500.390269.28Fg-7.7583.74 2L63512.286249.52311.901.943.04128.621

17、05.751500.29468.16gH -39.31 33.98 2L63512.286271.2339.601.943.04139.80114.611500.255125.5Hi-95.4830.932L63512.286269.6337.01.943.04138.97113.781500.257302.39豎桿Aa-63.27 2L63512.286159.20199.001.943.0488.0665.461500.333154.65Cc-63.27 2L63512.286183.20229.001.943.0494.4375.331500.474108.64Ee-63.27 2L63

18、512.286207.20259.001.943.04106.8185.201500.396130.04Gg-63.27 2L63512.286231.2289.001.943.04119.1898.471500.336153.27Ii24.972L63512.286255.203191.943.04131.55104.9335024.976、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6.1下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖6.1）各類桿件的內(nèi)力由表4.1查得。這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)復(fù)桿的內(nèi)力計(jì)算與復(fù)桿與節(jié)點(diǎn)版連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)版的形狀與尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)版的連接焊縫。用E50型焊條角焊縫的抗拉、

19、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為34cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.2上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖6.2) 圖6.2 “B”節(jié)點(diǎn)板布置圖Bc桿（2L 756）與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同。即肢背，肢尖aB（2L1409010）桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算,

20、設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)板連接起來(lái)，槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為505mm。同書(shū)上節(jié)點(diǎn)荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時(shí)槽肯定是安全，可不必驗(yàn)算。肢尖焊縫驗(yàn)算如下：滿足要求。6.3屋脊節(jié)點(diǎn)“I”（圖6.3）弦桿一般都采用同號(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，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直

21、肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（一條焊縫）：拼接角鋼的長(zhǎng)度取。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為40cm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為，焊縫應(yīng)力為： 因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。 腹桿Hg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同。6.4支座節(jié)點(diǎn)“a”（圖6.4）

22、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取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)板的高度相等，厚度為14mm。6.4.1支座底板的計(jì)算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280180mm2=50400mm2。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中，為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)C25混凝土，底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：式中，為底板下的平均應(yīng)力：為兩支承邊之間的對(duì)角線長(zhǎng)度：為系數(shù)，由b1/a1查表8.4.1而定，b1為兩支承邊的相交點(diǎn)到對(duì)角線a1的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得：，查表8.4.1