課程設(shè)計(jì)—鋼結(jié)構(gòu)電大

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)姓名學(xué)校專業(yè)梯形屋架設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)資料梯形屋架，建筑跨度為18m，端部高度為1.99m,跨中高度為2.89m,屋架坡 度i=1/10,屋架間距為 6m，屋架兩端支撐在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400mm< 400mm，混凝土采用C20。屋架上、下弦布置有水平支撐和豎向支撐 (如圖1-1所示)。屋面采用1.5 >6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠巖 (r 350kg/m3 )的保溫層，三氈四油鋪綠豆沙防水層，20mm厚水泥砂漿找平 層，屋面雪荷載為0.30kN/m2，鋼材采用3號(hào)鋼。n.UC fk25030003®n s! i JvUuBL12設(shè)計(jì)

2、要求2.1屋面雪荷載取值：按分組序號(hào)，取用設(shè)計(jì)資料屋面雪荷載+0.1 X分組序號(hào)（比如第1組，屋面雪荷載取值為：0.30kN/m2+0.1 X = 0.40kN/m2，以此類推）。2.2設(shè)計(jì)中，應(yīng)繪制出必要的節(jié)點(diǎn)詳圖等圖紙。2.3其他條件與設(shè)計(jì)資料相同。3荷載計(jì)算3.1永久荷載預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板：21.2 1.41.68kN/m三氈四油防水層及及找平層（20mm）:21.2 0.760.912kN/m120mn厚泡沫混凝土保溫層：21.2 0.420.504kN/m屋架自重和支撐自重按經(jīng)驗(yàn)公式（跨度l=18m）2Pw1.2 1.1l1.2 1.1 18 32kg/m21.2 0.320

3、.384kN/m23.2可變荷載屋面雪荷載：1.4 0.55 0.77kN/m23.3荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載為：F (1.68 0.9120.5040.384)0.771.5 638.25kN4內(nèi)力計(jì)算桁架桿件的內(nèi)力，在單位力作用下用圖解法求得表4-1桿件軸線單位荷載內(nèi)力F何載內(nèi)力(kN)上B-135700C-1508-6.223-238.030弦D-1507-6.223-238.030桿E-1508-8.996-344.097F-1507-8.996-344.097G-1508-9.105-348.266下-O2850+3.479+133.072弦-O300

4、0+7.961+304.508桿-O3000+9.270+354.578-2530-6.502-248.702斜-2613+4.586+175.415-2864+3.381-129.323桿-3124+ 1.884+72.063-3124-0.690-26.393-3124-0.463-17.710A-1990-0.500-19.125豎-2290-1.000-38.250桿-2590-1.000-38.250-2890+0.812+31.0595截面選擇5.1上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，以最大軸力G-桿來選擇：Nmax 348.266kN在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度lox 150.8cm，屋

5、架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度loy 301.5cm 選用兩個(gè)不等肢角鋼2L100 80 6，長(zhǎng)肢水平。截面幾何特性（長(zhǎng)肢水平雙角鋼組成T形截面，節(jié)點(diǎn)板根據(jù)腹桿最大內(nèi)力選用板 厚 8mm）:2A 21.274cm ix 2.40cm,iy 4.61cmxl oxix150.862.8150x 0.79222.40yl oy150.865.4150y 0.778yiy4.61截面驗(yàn)算:N3482662210.4N/mmf 215N /mmmin A0.778 2127.4大型屋面板與上弦焊牢，起縱橫向水平支撐作用，上弦桿其他節(jié)間的長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn) 定驗(yàn)算均未超過上述值。5.2下弦桿截面選擇下弦桿也采用相同截面，以

6、最大軸力-0桿來選擇：Nmax 354.578kN在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度：lox 300cm，屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：loy 300cm所需截面面積為：An f 譽(yù)1649.4mm2選擇兩個(gè)不等肢角鋼2 9056 6,長(zhǎng)肢水平21截面幾何特點(diǎn)： A 17.114cm216.494cm2ix 1.58cm iy4.42cm3001.58189.9350 y3004.4267.9350另兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的下弦桿內(nèi)力較小，但loy 600cm，故須驗(yàn)算其屋架平面外的長(zhǎng)細(xì)比:6004.42135.73505.3支座豎桿截面選擇計(jì)算長(zhǎng)度：lox loy 199cm，米用兩個(gè)等肢角鋼2 63 5，組成T型截面桿軸力

7、：N 19.125kN截面幾何特性:2A 12.286cm ix 1.94cm iy2.89cm1991.94102150，0.5421992.8968.9 150，0.758截面驗(yàn)算:Nmin028.6紗紳航2215N /mm5.4支座斜桿截面選擇桿軸力：N 248.702kN計(jì)算長(zhǎng)度：lox loy 253cm采用兩個(gè)不等肢角鋼2 100 63 7,長(zhǎng)肢相拼3.20cm i253253x3.279.1150 x 0.693 y截面驗(yàn)算：N248702minA 0.567 2222.2截面幾何特性： A 22.222cm2 ix/2.58cm98.1150 y 0.5672.58197.42

8、15N /mm25.5斜桿截面選擇桿軸力：N 175.415kN計(jì)算長(zhǎng)度：lox 0.810.8 261.3209cml°y 261.3cm所需截面:AnN 1754152152815.88cm選用兩個(gè)等肢角鋼2 50 5，組成T形截面截面特性：An 9.606cm2209136.6 350 y1.538.1071cm2 ix1.53cm iy2.38cm沁 109.82.383505.6豎桿截面選擇桿軸力：N 38.250kN計(jì)算長(zhǎng)度：lox 0.8l0.8ox229183.2cml oy229cm采用兩個(gè)等肢角鋼2 50 5，組成T形截面。截面幾何特性：A 9.606cm2 ix

9、183.2119.7150 x 0.4381.531.53cm iy2292.38cm96.2 cm150 y 0.580截面驗(yàn)算：3825090.91215N /mm2min A 0.438 960.6xy2.385.7斜桿截面選擇桿軸力：N 129.323kN計(jì)算長(zhǎng)度：Iox0.8I0.8 286.4229.1cm I°y 286.4cm采用兩個(gè)等肢角鋼2 75 5，組成T形型截面截面幾何特性：A229.12.3398.3229.606cm3.352cm ix 1.53cm i y86.4y85.23.362.38cm150x 0.566150 y 0.652截面驗(yàn)算:12932

10、3min A2154.1 N /mm0.566 1482.42215N /mm5.8斜桿截面選擇截面幾何特性： A 9.606cm2229.1149.73501.5323.352cm ix 1.53cm i y286.4y 2.38120.3 3502.38cm桿軸力：N72.063kN計(jì)算長(zhǎng)度：lox0.8l0.8 286.4229.1cm loy 286.4cm所需截面：AnN720632335.2mmf215采用兩個(gè)等肢角鋼250 5，組成T形型截面5.9豎桿截面選擇桿軸力：N 38.250kN計(jì)算長(zhǎng)度：lox 0.8l0.8 259ox207.2cml oy259cm采用兩個(gè)等肢角鋼2

11、 50 5，組成T形截面截面幾何特性：A29.606cm23.352cm207.2x1.53135.4150 x0.364ix259 y 2.381.53cm i y108.81502.38cmy 0.501截面驗(yàn)算:38250min A0.364 960.6109.4N / mm2215N /mm25.10斜桿截面選擇桿軸力：N 26.393kN計(jì)算長(zhǎng)度：l°x 0.8l 0.8 312.4 249.9cm l® 312.4cm采用兩個(gè)等肢角鋼2 63 5，組成T形截面截面幾何特性：A249.91.94128.8212.286cm ix150 x 0.3931.94cm

12、iy 2.89cm312.42.89108.11500.504截面驗(yàn)算:2215N / mmN2639354.7N/mm2min A 0.393 1228.65.11斜桿截面選擇桿軸力：N 17.710kN計(jì)算長(zhǎng)度：Iox0.8l0.8 312.4249.9cm l°y 312.4cm采用兩個(gè)等肢角鋼2 63 5，組成T形截面截面幾何特性：A249.91.94128.812.286cm2ix 1.94cmiy2.89cm150 x 0.393 y 312.42.89108.1 150y 0.504截面驗(yàn)算:17710min A236.7N /mm0.393 1228.6215N /

13、mm5.12豎桿截面選擇桿軸力：N 31.059kN計(jì)算長(zhǎng)度：lox 0.8l0.8 289231.2cm loy 289cm采用兩個(gè)等肢角鋼2 63 5，組成T形截面截面幾何特性:2A 12.286cmix 1.94cm iy 2.89cm231.21.94119.23502891003502.89截面驗(yàn)算:N 31059A 1228.6225.3N / mm22215N / mm各桿件截面選擇結(jié)果列表如下表5-1桿件計(jì)算內(nèi)力（kN）截面規(guī)格截面面積/ 2（cm ）計(jì)算長(zhǎng)度（cm）迴轉(zhuǎn)（cm）半徑長(zhǎng)細(xì)比容許 長(zhǎng)細(xì) 比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力N/mn2名稱編號(hào)上炫桿Fg-gh-735.399125*104

14、8.746150.7301.53.855.5239.254.61500.833181.1下炫桿gi729.964100*80*1034.3343003002.354.78127.6662.76350/212.6腹桿Aa-23.22445*35.3181901901.402.30135.782.61500.362120.6腹桿aB-418.025100*831.2762442443.084.5679.353.61500.692193.1腹桿Be322.57680*315.824202.25252382.463.6381.56906350203.9腹桿Cc-46.44745*46.97217421

15、81.382.24126.97.51500.403165.3.8.57腹桿cD-253.41675*823.012222772.283.0597.379.21500.572192.4.0.579腹桿De170.92645*58.5842222771.372.26162.122.350199.1.0.5086節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)板厚一律取8mm6.1下弦節(jié)點(diǎn)i設(shè)計(jì)首先，計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸，最后驗(yàn)算下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fwf 160N / mm2設(shè)桿的肢背和肢尖焊縫分別是hf 6mm和hf 5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度

16、為：/0.7N0.7 175415肢冃：lvw91.4mm 取 110mm2hef2 0.7 6 160/0.7N0.7 175415肢尖：lww50.0mm 取 80mm2hef2 0.7 5 160設(shè)桿的肢背和肢尖焊縫分別是hf 6mm和hf 5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為肢背：l/0.7N0.7 12932367.4mm取 100mmw2heffw2 0.7 6 160肢尖：10.7N0.7 12932334.6mm取 80mmw2heffw2 0.7 5 160設(shè)桿的肢背和肢尖焊縫均為h f5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為肢背：|/0.7N0.7 3825023.9mm取 165mmw2heffw2

17、 0.7 5 160肢尖：10.7N0.7 3825010.2 mm取 165mmw2heffw2 0.7 5 160根據(jù)上述腹桿焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)留有間隙，按比例繪出節(jié)點(diǎn)大樣圖 從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為385 275 8mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為 385mm hf 5mm，焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差 N 304.508 133.072 171.436kN所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為:fw 160N/mm20.75 N0.7 171436“2f45.7N /mm2helw 2 0.7 5 (385 10)6.2下弦節(jié)點(diǎn)j的設(shè)計(jì)桿-N設(shè)節(jié)點(diǎn)所有焊縫為hf 5mm,所需焊縫長(zhǎng)度如下

18、:w0.7 N0.7 720632hef20.75 16010.3N0.372063w2heffw20.75 160N38.250kNl /0.7 N0.738250w2heffw20.75 16010.3N0.338250w2heffw20.75 160N26.393kNl /0.7 N0.726393w2heffw20.75 16010.3N0.326393w2heffw20.75 16072.063kN45.0mm19.3mm23.9mm10.2 mm16.5mm7.1mm肢背:肢尖:桿-肢背:肢尖:桿-肢背:肢尖:所有焊縫均按構(gòu)造（節(jié)點(diǎn)板尺寸）確定，焊縫長(zhǎng)度均需大于60mm下弦與節(jié)點(diǎn)板

19、連接的焊縫長(zhǎng)度為 320mm hf 5mm，焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差N 354.578 304.508 50.07kN所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為:0.75 N2helw0.7 500702 0.7 5 (320 10)217.3N/mmw2f f 160 N / mm焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.3下弦節(jié)點(diǎn)k的設(shè)計(jì)下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 肢的一部分寬度（一般hf t hf 5mm），拼接角鋼這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(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hf 6mm，則所需一條焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為3

20、545784 0.7 6 160131.9mm拼接角鋼的長(zhǎng)度取 400mm>1319 2=263.8mm屋架分成兩個(gè)運(yùn)輸單元，設(shè)置工地焊縫長(zhǎng)度拼接，左半邊的弦桿和腹桿與節(jié)點(diǎn)板 連接用工廠焊縫，而右半邊的弦桿與腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工地焊縫。中間豎桿跟左半邊在工廠焊牢再出廠，為便于工地拼接，在拼接的角鋼與右半邊斜桿上，設(shè) 置螺栓孔 21.5。作為安裝施焊前的定位之用。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間用hf 5mm焊縫滿焊。斜桿-和豎桿-的內(nèi)力均很小，肢背與肢尖焊縫 hf 5mm,施焊長(zhǎng)度均可按構(gòu)造采用，至少60mm采用390 X 290 x 8mm所有焊縫均滿焊，焊縫長(zhǎng)度均 大于所需長(zhǎng)度。6.4支座節(jié)點(diǎn)h設(shè)

21、計(jì)為了便于施焊，下弦焊與支座底板的距離取130mm在節(jié)點(diǎn)中心設(shè)置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等。6.4.1支座底板計(jì)算支座反力：R 6F 6 38.25 229.5kN支座底板的平面尺寸取401 280112280mm2，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則實(shí)承面積為：280 110 30800mm2驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度:RAn2295003080027.45N /mm210N /mm式中fc鋼筋混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。底板的厚度按屋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4塊。每 塊板是兩相鄰為固定支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度最大彎矩為：M2qa1式中

22、q 底板所受的均布反力，q 229500 7.45N / mm2An 308001 兩支承之間的對(duì)角線長(zhǎng)度，1. (146 5)2 802 162mm系數(shù)，由查課本表5-6確定，d為兩支承邊的相交點(diǎn)到對(duì)角線1的 垂線距離，由相似三角形的關(guān)系得：b1 80 141 69.6mm1620.047b1 /a1 69.6/162 0.43查表 5-5 得M qa"0.047 7.45 16229189N /mm底板厚度：t 6M/f 6 9189/215 16mm 取 20mm6.4.2加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的鏈接焊縫計(jì)算與牛腿焊縫相似，假定一個(gè)加勁肋的受力為屋架1支座反

23、力的四分之一，即：丄229.500 57.375kN4焊縫受剪力V 57.375kN，彎矩：M 57.375 402295kN m，設(shè)焊縫hf5mm，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw 391 10 381mm焊縫應(yīng)力為:VN2hel w6M2lWhef 1.22573752 0.7 5 38121.5N21.526 2295000213.62 0.7 5 3812,124.3 462.324.22N/mm2w2f f 160N / mm6.4.3節(jié)點(diǎn)板，加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算 設(shè)焊縫傳遞全部支座反力R=229.5kN,其中每塊加1111勁肋各傳丄R 丄229.5 57.375kN，節(jié)點(diǎn)板傳丄R - 229

24、.5 114.75kN4422節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫lw2 (280 10)540mm，所需焊腳尺寸為hfR/20.7 lwffw0.7 540 160 1.90mm 采用 hf 5mm每塊加勁肋與底板的連接焊縫長(zhǎng)度為:lw (80 20 10) 2 100mm，所需焊腳尺寸為hfR/40.7 lwffw573750.7 100 1605.12mm 取 hf6mm6.4.4下弦桿與支座斜桿和豎桿焊縫計(jì)算下弦桿N 133.072kN肢背和肢尖焊縫均為hf 6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背:l/w0.75N2heffw0.75 1330722 0.7 5 16074.3mm肢尖:l/w弟 °

25、;25 13307224.8mm2hef2 0.7 5 160 支座斜桿 N 248.702kN 肢背焊縫長(zhǎng)度為hf 6mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度為hf 5mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背:1/w0.75N2heffw0.75 1330722 0.7 6 16074.3mm肢尖:1w響 °25 13307224.8mm2heff 2 0.7 5 160支座豎桿 N 19.125kN肢背和肢尖焊縫均為hf 5mm ,則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背:肢尖：lw°.3Nw°3 191255.12mm2hef2 0.7 5 1601/w0.7N2heffw0.7 191252 0.7 5 1

26、6011.95mm根據(jù)節(jié)點(diǎn)板尺寸所確定的焊縫長(zhǎng)度均大于所需焊縫長(zhǎng)度，全部焊縫滿焊。6.4.5上弦節(jié)點(diǎn)b設(shè)計(jì)為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背 8mm用塞焊縫把 上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽鋼作為兩條焊縫計(jì)算，這時(shí)，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)可略去屋架上弦坡度的影響，且假定集中荷載 F與上弦 垂直（圖）上弦肢背槽鋼焊縫的hf 4mm，節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為435mm其應(yīng)力為:N2) 2(0.5F)22helJ.0.752380362(0.5238250)20.7 4(43510)上弦肢間角焊縫的應(yīng)力為:75.440.8ff 128N /mmk2(NN2) 22(0.5F)2helw，.0.252380362(0.538250)220.7 4(43510)26.26160N /mm腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫已在下弦節(jié)點(diǎn)中計(jì)算， 可不必再計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板尺寸就是根 據(jù)腹桿焊縫長(zhǎng)度按比例繪制確定。上弦為了便于擱置屋面板，在角鋼再肢間設(shè)置 肋板。6.4.6上