鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)專業(yè)名稱年級(jí)班級(jí):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:道路與橋梁1*級(jí)*班* * * * *河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì)說明書（一）設(shè)計(jì)資料武漢某廠機(jī)器加工車間單跨廠房的鋼屋蓋，跨度30m，長(zhǎng)度180m，柱距6m,車間內(nèi)設(shè)有一臺(tái)30t中級(jí)工作制橋式吊車。采用1.5m 6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，泡沫混凝土保溫層，屋面坡度 i=l/10，屋架支承在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400mm 400mm，混凝土等級(jí)為C20。（二）鋼材和焊條的選用根據(jù)武漢地區(qū)的計(jì)算溫度和荷載性質(zhì)（靜荷載），按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，屋架鋼材選用Q235B， 要求保證屈服點(diǎn)和含碳量。焊條選用E43型，手工焊。（三）屋架形式

2、、尺寸能支撐布置由于1.5m 6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，故選用梯形屋架。-7 -屋架計(jì)算跨度:Lq = L - 300 = 29700mm屋架端部高度:跨中高度：屋架高跨比：H0 二 2000mmH =Ho=2000 29700 0.1 =3485 ： 3490mm2 2H 34901L0 - 29700 8.5為了使屋架節(jié)點(diǎn)受荷，配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間為3m的人字形式，僅在跨中，考慮到腹桿的適宜傾角，采用再分式桿系，屋架跨中起拱按L0/500計(jì)算為60mm，幾何尺寸如圖所示。1507850FD 150800082850 300030001507 H 15083

3、0000946S500033abcdef1501350L9X 1500= 13500 1屋架桿件的幾何長(zhǎng)度根據(jù)車間長(zhǎng)度、跨度及荷載隋況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐，因車間兩端為山墻, 故橫向水平支撐在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝時(shí)上弦的穩(wěn)定， 下弦平面內(nèi)的第一柱間也設(shè)置剛性系傳遞山墻的風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的同一柱間， 設(shè)置豎向支撐三道，分別設(shè)在屋架的兩端和跨中。屋脊節(jié)點(diǎn)用屋架支座處沿廠房設(shè)置通長(zhǎng)剛 性系桿，屋架下弦跨中設(shè)一道通長(zhǎng)柔性系桿（詳見下圖），凡與橫向支撐連接的屋架編號(hào)為GW.J-2，不與橫向支撐連接的屋架編號(hào)為GWJ-1。（四）荷載和內(nèi)力計(jì)算nHHOnHW

4、2-QW2.xxxx柔性桿系屋架上弦橫向水平支撐布置I -n-I -In-n屋蓋支撐布置圖1荷載計(jì)算（1）永久荷載預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土在型屋面板（包括灌縫）1.2 1.4 =1.68KN /m2防水層（三氈四油，上鋪小石子）20mm厚水泥砂漿找平層80mm泡沫混凝土保護(hù)層屋架和支撐自重永久荷載總設(shè)計(jì)值（2）可變荷載屋面活荷載21.2 0.4 = 0.48KN/m21.2 0.4 =0.48KN/m1.2 0.4 =0.48KN /m21.2 0.45 =0.54 KN / m2-3.66KN / m21.4 0.7 =0.98KN /m2可變荷載總設(shè)計(jì)值計(jì)算屋架時(shí)應(yīng)考慮下列三種情況:永久荷載

5、9;=0.98KN / m2R =3.66x1.5x6 = 32.94KN可變荷載P2 =0.98 1.5 6=8.82KN全跨永久荷載+全跨可變荷載節(jié)點(diǎn)荷載p = R + R =41.76KN全跨永久荷載+ （左）半跨可變荷載蔭=R+P2=41.76KN節(jié)點(diǎn)荷載P - P2 =32.94KN全跨屋架和支撐自重+ （左）半跨屋面板+ （左）半跨施工荷載（取等于屋面使用荷載）Pt= P31.68 0.98 1.5 6-28.8KN節(jié)點(diǎn)何載P3 =0.54 1.5 6 = 4.86KNP4 = (1.68 0.98) 1.5 6 = 23.94KN2內(nèi)力計(jì)算用圖解法分別先求出左半跨和右半跨單位節(jié)點(diǎn)

6、荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)JL和B ,者相加得到全跨單位節(jié)點(diǎn)荷載作用下內(nèi)力系數(shù)J，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載，得到相應(yīng)的內(nèi)力。屋架在上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿，內(nèi)力均達(dá)到最大，在第二種和第三種荷載組合作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號(hào)。因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計(jì)算，而在半跨荷載作用下僅需計(jì)算近跨中的斜腹桿內(nèi)力。計(jì)算結(jié)果列于下表1-1。名稱桿件編號(hào)P=1內(nèi)力組合備注左半跨右半跨余跨最大計(jì)算拉力最大計(jì)算壓力12345上弦AB0000BD-8.13-3.12-11.25-469.8DF-12.45-5.62-18.07-754.6FH-13

7、.80-7.26-21.42-894.5HI-13.00-9.24-22.24-928.7IK-13.45-9.24-22.69-947.5下弦ab+4.45+1.57+6.02+251.4bc+10.68+4.45+15.13+631.8cd+13.37+6.64+20.01+835.6de+13.54+8.43+21.97+917.5ef+10.54+ 10.54+21.08+880.3斜腹桿aB-8.32-2.93-11.25-469.8Bb+6.31+2.63+8.94+373.3bD-4.95-2.54-7.49-312.8Dc+3.27+2.25+5.52+230.2cF-2.04

8、-2.19-4.23-176.6Fd+0.74+1.96+2.70+ 112.8dH+0.44-1.92-1.48+3.34-59.28He-1.38+1.74+0.36+43.41-31.29eg+3.65-2.05+ 1.60+95.16-41.3gK+4.37-2.05+2.32+115.89-37.8lg+0.650+0.65+27.1豎腹桿Aa-0.500-0.5-20.88Cb-1.000-1.00-41.76Ec-1.000-1.00-41.76Gd-1.000-1.00-41.76Ie-1.500-1.50-62.64Jg-1.000-1.00-41.76Kf00000表1-1

9、屋架桿件計(jì)算內(nèi)力3桿件截面選擇(1 )上弦桿。整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N1(< =-947.5KN , lox = 150.8cm , l°y = 301.6cm -4ac (取等于兩塊屋面板寬)，截面宜選用兩個(gè)不等肢 角鋼，短肢相并根據(jù)腹桿的最大內(nèi)力 NaB =469.8KN，查表取節(jié)點(diǎn)t = 12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚 t =14mm。假定卑-60 -0.807A=N/ f -947500/ 0.87 215 =5065.5mm2 ix=l°x/' = 150.8/60 = 2.51cmiy=l0y/，= 301.6/60 = 5.02cm選用2L

10、 160 100 12短肢相并，如圖A = 60.2 cm2ix =2.82cm,iy = 7.82cm驗(yàn)算：.；”x = 150.8/ 2.82 = 53.5 ： 1，1 -150,y =301.6/7.82 = 38.6 ：丨 1 -150,x =0.844、二 N / A = 947500/(0.844 6020) = 186.5 ： f = 215N / mm2（2）下弦桿。整個(gè)下弦桿采用等截面，按 下弦桿的最大內(nèi)Nef -917.5KN計(jì)算I ox = 300cm, l0y = 1485cm。12|yL2L16QX1QQX12y力x所426mm,選2 L 140 90 10短肢相并（

11、如圖），xA = 44.5cm2 代=42.7cm2,二 2.56cm, i y =6.84cm,需要面積代=917500 /215-19 -x =300/ 2.56 = 117 ： I .1 - 350y =1485/6.84 =217- 350端斜桿Ba。NBa 二-469.8KN ,l0x 二 253.5cm選用2L 100 10 （如圖），其截面參數(shù):2A = 38.52cm , ix = 3.5cm,iy = 4.60cm,驗(yàn)算x =253.5/3.05 = 83.1 ： I 1-150,1 =0.618,y =253.5/4.60=55.1 ：丨-150，下弦桿截面2L160X10

12、0>10yytInI1rLs 9yxxy端斜桿截面N / A =469800/(0.618 3852) = 197.4N / mm2 ： f =215N/mm2(四)斜腹桿Kg-ge。此桿是再分式桁架的斜腹桿，在g節(jié)點(diǎn)處不斷開，兩段桿件內(nèi)力不同：最大拉力：Nkg -115.89KN, Nge -95.16KN最大壓力：Nkg -37.8KN , Nge -41.3KN在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度：l0x = 230.6cm,在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度按公式計(jì)算：l0y 斗(0.75 0.25恥)=461.1 (0.75 0.25 衛(wèi))=451cmyN141.3選用 2L 63 5A=12.28cm

13、2,ix =1.94cm,iy =3.03cm驗(yàn)算：x =230.6/1.94 =11 1-150,y =451/3.03 = 149 ： I 丨-150, y =0.311:二 N/ 2 = 41300/(0.311 1228)=108N/mm2 ： f =215N/mm2(5)豎桿 Ie。 NIe =62.64KN ,l0x =0.8 319 = 225.2cm, l0y = 319cm ,NIe =62.64KN ,內(nèi)力較小選用2L 63 52A = 12.28cm ,ix =1.94cm,i y = 3.03cm驗(yàn)算：x =255. 2 / 1f9 4 ： 1 32150y =3 1

14、9 / 3. =0311.0 5=x1=5 0,0. 37 8:二 N 廠 A= 6 2 6 4 0 / ( 0. 3 7 1 = 1 2 2 8 )冃 3 7. N nim2 1 5/yyJ7J7Gd截面Kg _ge, le 截面（六）豎桿Gd。NGd =-41.76KN,l°x =231.2cm,l°y =289cm,因?yàn)閮?nèi)力較小，可按丨I選擇，需要回轉(zhuǎn)半徑：ix二231.2 =i.54cm, iy二迢9 = 193cm，按ix、iy查型鋼表，選用 ，150150其截面參數(shù):A =9.6cm2,ix =1.53cm 1.54cm,iy =2.53cm 1.93cm。其余

15、各桿件的 截面選擇計(jì)算過程不一一列出，其計(jì)算過程見表1-2.表1-2屋架桿件截面選擇（節(jié)點(diǎn)板厚t=12）名稱桿件編號(hào)內(nèi)力KN計(jì)算長(zhǎng)度截面形式和規(guī)格截面面積cm回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì) 比/.穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力N / mm2loxloyixiy入X上弦IK-947.5150.8301.6L 160 X50.62.867.7853391500.842222100漢 10下弦de-917.53001485L 140 X44.52.566.841172173502029010斜aB-469.8253.5253.5L100 X831.33.084.5682561500.675222腹Bb+373.3208.

16、6260.8L 90 疋 621.22.794.137563350158桿bD-312.8229.5286.9l 90x621.22.794.1382701500.675218De+230.2228.7285.9l 63 =<512.31.943.0411894350168cF-176.0250.3312.9l 75 漢 514.82.333511232Fd+112.8249.5311.9l 50 漢 59.61.532.53163123350105dH-59.28271.6339.5l 63512.31.943.041401121500.345140He+43

17、.41270.8338.5l 63 江 512.31.943.041401121500.34574-31.29eK+115.9230.6451l 63 漢 512.31.943.041191491500.311108-41.3ig24.34166.3207.9l 50 x59.61.532.531098235025豎Aa-20.88199199l 50 況 59.61.532.53130791500.38756腹Cb-41.76183.2229l 50 漢 59.61.532.53120911500.437100桿Ec-41.76207.2259L 50 沃 509.61.532.531351

18、021500.365119Le-62.64255.2319l 63 乂 512.31.943.041321051500.378135Jg-41.76127.3159.5l 50 漢 59.61.532.5383631500.66765Kf0314.1314.1l 63x512.3Amin人max=24.5=1284.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(1) 下弦節(jié)點(diǎn)“ b”(如下圖)各桿內(nèi)力見表1-1。這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是先計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺 寸，然后按比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀，量出尺寸，然后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接 焊縫。下弦節(jié)點(diǎn)Bb桿的肢背和肢尖焊縫采用hf =8mm和6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為:肢背lwKN2 0

19、.7hfffw0.7 3733002 0.7 8 160=146mm，取150mm肢尖k2N2 0.7hfffw0.3 3733002 0.7 6 160= 83mm，取90mmDb桿的肢背和肢尖分別采用8mm和6mm，肢背2 0.7 hf ffW0.7 3128002 0.7 8 160=122mm，取 140mm肢尖lwk2N2 0.7 hff.0.3 3128002 0.7 6 160=70mm，取70mmCb桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，hf = 5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并按構(gòu)造要求留出間隙及裝配誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)繪出節(jié)點(diǎn)大樣圖， 確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為310mm 380mm

20、。KN2 0.7hflw下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為 380mm，hf = 6mm。焊縫所受的力為左 右兩下弦桿的內(nèi)力差:N =631.8 一251.4 =380.4KN，則肢背的應(yīng)力為：2 2123N / mm : 160N / mm2 0.7 6 (380-10)滿足強(qiáng)度要求。（2）上弦節(jié)點(diǎn)“ B'（如圖）上弦節(jié)點(diǎn)Bb桿與節(jié)點(diǎn)桿的連接焊縫尺寸和 B節(jié)點(diǎn)相同。Ba桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸按同樣的方法計(jì)算,N B a=469.8KN，肢背和肢尖焊縫分別采用hf =10mm和6mm。肢背KN2 0.7hf ffw07 469800147mm，取 150 mm2 0.7 10 160肢尖

21、lw二k2N2 0.7hf ffw0.3 469800105mm，取 110mm2 0.7 6 160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)肢背8mm，用塞縫連接，這是 hf £ -6mm，lw, I： =360-10 =350mm。承受集中力 P-41.76KN，則2w2f142N/mm : ff =160N/mm2乂0.7 乂6x350肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差 訕=469800 一0 =469800N ,偏心距 e =10 2.5 = 7.5cm偏心力矩 M =AN e = 469800 x 75 = 35235000 N mm , hf =10mm，則-DN4698002

22、 0.7 10 3502=85 N / mm6 352350002 0.7 10 3502= 123N / mm2i'123852 ()2 =132N/mm2 ： ff" =160N/mm2Y1.22滿足強(qiáng)度要求。（3）屋脊節(jié)點(diǎn)“ K'（圖）弦桿的拼接，一般都采用同號(hào)角鋼 作為拼接角鋼，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 將拼接角鋼削棱和切去肢的一部分，:=（t hf 5）mm。設(shè)焊縫 hf =8mm，拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按連接弦桿的最大內(nèi)力計(jì)算， “你=947.5KN，每條焊縫長(zhǎng)度為：屋脊節(jié)點(diǎn)947500264mm，取 270mm4 0.7 8 160 拼接角鋼總長(zhǎng) L = 2 270 20 = 560mm，取560mm，豎肢需切去卜：=10 8 5 =23mm，取代二25m m，并按上弦坡度熱彎計(jì)算屋脊處弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，取 hf =5m m,需要焊縫長(zhǎng)度：2N1 sin ：P8 0.7hf ffw2hf2 947500 sin5.7 - 417608漢0.7疋5勺60= 32.7 10 = 42.7mm故按構(gòu)造決定節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度。（4）支座節(jié)點(diǎn)“ a” （如圖）支座底板的計(jì)算支座