華科鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(90分)

1、1 設(shè)計資料12 結(jié)構(gòu)形式和布置13 荷載計算24 內(nèi)力計算35 桿件設(shè)計45.1 .上弦桿45.2 .下弦桿45.3 端斜桿aB55.4 腹桿eg-gk55.5 腹桿BbbDDccFFddHHegI65.6 豎桿Ie86 節(jié)點設(shè)計9（ 1）下弦節(jié)點“b”9（ 2）下弦節(jié)點“c”10（ 3）下弦節(jié)點“d”10（ 4）下弦節(jié)點“e”10（ 5）上弦節(jié)點“B”1.1.（ 6）節(jié)點“g”1.1.（ 7）屋脊節(jié)點“K”1.1.（ 8）支座節(jié)點“a”127 填板設(shè)計131、設(shè)計資料某車間跨度為30m,廠房總長度102m,柱距6m,車間內(nèi)設(shè)有兩臺50/10t中級工作制軟鉤橋式吊車，地區(qū)計算溫度高于-20，

2、無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為18m；采用1.5）6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，II級防水，卷材屋面，桁架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為凝土強度等級為C25。屋架采用的鋼材及焊條為:屋面坡度i1/12，端部高度為1.98米。荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）：永久荷載：改性瀝青防水層20厚1:2.5水泥砂漿找平層150厚加氣混凝土保溫層預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）懸掛管道屋架和支撐自重為可變荷載基本風(fēng)壓：基本雪壓：（不與活荷載同時考慮）積灰荷載不上人屋面活荷載（可變荷載可按水平投影面積計算）桁架的計算跨度為：在30m軸線處端部高度：h0桁架的中間高度：h在29.

3、7m處的端部高度：h桁架的跨中起拱60mm（=L/500）查表得：拉桿容許長細(xì)比2、結(jié)構(gòu)形式和布置上柱截面尺寸為450X450mm,混Q235B鋼，焊條為E43型。0.4kN/m220.4kN/m20.9kN/m21.4kN/m20.10N/m20.120+0.011L)kN/m20.40kN/m20.5kN/m20.7kN/m20.7kN/m2桁架形式及幾何尺寸如圖所示。1.980m3.230m1.9925m350，壓桿容許長細(xì)比150。圖1桁架形式及幾何尺寸桁架支撐布置如圖2所示。圖2桁架支撐布置符號說明：SC-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

4、載計算沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以1/cos0122/121.0035換算成沿水平投影的分布荷載。屋架和支撐的自重按經(jīng)驗公式Pw0.120.011L計算（L為跨度，單位為m）。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載：改性瀝青防水層1.003520.4kN/m220.4014kN/m220厚1:2.5水泥砂漿找平層1.003520.4kN/m220.4014kN/m2150厚加氣混凝土保溫層1.003520.9kN/m220.9032kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.003521.4kN/m221.4049kN/m2懸掛管道屋架和支撐自重0.1200.01130kN/m0.1kN/m22_220.45kN

5、/m2共3.6609kN/m2標(biāo)準(zhǔn)可變荷載基本雪壓不與屋面活荷載同時考慮，由數(shù)據(jù)知，屋面活荷載大于基本雪壓，故取屋面活荷載計算?；撅L(fēng)壓：0.4kN/m2積灰荷載：0.7kN/m2不上人屋面活荷載：0.7kN/m2設(shè)計桁架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：7.1 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)點荷載設(shè)計值：7.2 全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：對結(jié)構(gòu)有利時：牛31.03.66091.5632.95kN半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值:7.3 全跨屋架與支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：半跨節(jié)點屋面板自重及活載設(shè)計值：

6、圖3桁架計算簡圖4、內(nèi)力計算由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計算出F1的桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)，內(nèi)力系數(shù)計算簡圖如圖所示：然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計算結(jié)果見表1。表1.桁架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)第一種組合FX第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力F3.i（D+F4X2）F3.i（D+F4X3）全跨左半跨右半跨F1.i+F2.i（WF1.i®+F2.iAB0000.0000000BC、CD-11.6-8.41-3.2-720.59-720.59DE、EF-18.95-13.06-5.89-1177.17-1177.17上弦FG、GH-22.71-14.63-8.09-1410.75-14

7、10.75HI-23.82-13.91-9.91-1479.70-1479.70IJ、JK-24.32-14.42-9.91-1510.76-1510.76ab6.434.751.68399.43399.43bc15.7411.144.6977.77977.77下弦cd21.1314.127.021312.601312.60de23.4714.4791457.961457.96ef22.811.411.41416.341416.34aB-11.47-8.48-2.99-712.52-712.52Bb9.166.472.69569.02569.02bD-7.75-5.12-2.62-481.43

8、-481.43Dc5.833.472.36362.16362.16斜腹cF-4.51-2.22-2.29-280.16-280.16桿Fd2.990.912.08185.74185.74-115.87dH-1.80.24-2.03-111.82-75.83-115.8732-1.54-57.3462L-1.54-28.86He0.56-1.31.8634.79-9.88857.7192-28.8647.2557.72eg1.373.62-2.2585.10133.0921.2593.32-48.321-48.32gK2.114.36-2.25131.07170.7654.16133.093-4

9、5.32-1170.76gI0.680.68042.2442.2445.03Ji.j:豎桿AaCb、EcGd、JgIeKf-0.5-1.06-1-1.50-0.5-1.04-1-1.5000000-31.06-65.85-62.12-93.180匕1!r上-31.06-65.85-62.12-93.1805、桿件設(shè)計7.4 上弦桿整個上弦桿采用等截面，按上弦桿中內(nèi)力最大值設(shè)計。N=1510.76kN=1510760N（壓力）上弦桿的計算長度：在桁架平面內(nèi)為節(jié)間軸線長度，lox=1505mm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取10y=3X505=4515mm截面選用兩個不等肢的角鋼，短肢

10、相并。設(shè)60,查表（課本P407，附錄4）得0.807。需要截面面積：lox1505mmloy4515mm、需要的回轉(zhuǎn)半徑：ixj25.08mm,iy-75.25mm6060根據(jù)計算所得的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表（課本附錄8）,選用2200X125X14,A=8773mm2,ix=35.44mm,iy=97.3mm,寬厚比為14.29,按所選角鋼進(jìn)行驗算：截面在x和y平面皆屬于b類，由于55.36>42.47,只求y即可。查表得y=0.840。所選截面符合要求。7.5 下弦桿整個下弦桿采用等截面，按下弦桿中內(nèi)力最大值設(shè)計。N=1457.96kN=1457960N（拉力）下弦桿的計算長度

11、：在桁架平面內(nèi)為節(jié)間軸線長度，2L200-X125M4lox=3000mm圖3下弦嘴而在桁架平面外,loy=14850mm需要截面面積：查角鋼規(guī)格表（課本附錄8）,選用2L200X125X14,A=8773mm2,ix=35.44mm,iy=97.3mm,按所選角鋼進(jìn)行驗算：考慮下弦有栓孔削弱，下弦凈截面面積取7000mm2計算所選截面符合要求。7.6 斜桿aB桿件軸力：計算長度loxloy254.7cm。因為loxl°y,故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ixiy選用2140X90M4,A=60.91cm2,ix=4.42cm,iy=3.89cm,b2/t=90/14=6.43。因為b

12、2/t=6.43<0.48loy/b2=0.482547mm/90mm=13.58所以因yzx,只求y0.7437,所需界面合適。7.7 腹桿eg-gk此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力：Ngk170.76kN,另一段Neg133.09kN最大壓力：Neg48.32kN,另一段Ngk45.32kN再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距：在桁架平面外的計算長度10y選用2L70X5,由附錄8得：A13.75cm,ix2.16cm,iy3.39cm,b/t70mm/5mm14因為所以查表得y0.3825拉應(yīng)力：所需截面合適。7.8 腹桿Bb、bD、Dc、cF、F

13、d、dH、He、glBb桿：拉力N Bb569.02kN , l0x 203.76cm,10y 254.7cm,xy1.25,選擇二等邊角鋼相 l0xAf569020N 2215N / mm22646.6mm ,選用 275M0,截面幾何特性:所需截面合適。bD桿:壓力 NbD 481.43kN ,l0x選用 2L90X10, 因為所以yz y(1所需截面合適。Dc桿:22A 2825mm >2646.6mmix=2.26cm , iy=3.69cm223.4cm ,l0y由附錄8得:_40.475b12 t210yl2792mm42.8mm279.2cm(10.4759042 mm27

14、922 mm2 102mm22_70.10y08 Bb桿費面)67.84 150拉力 Ndc 362.16N , I。* cx223.4cm,10y279.2cm,k1.25,選擇二等邊角鋼相并。10xA362160N21684.47mm2,選用275M0,截面幾何特性:fy215N/mmA2825mm2>1684.47mm2ix=2.26cm,iy=3.69cm所需截面合適。cF桿：壓力Ncf280.16kN,10x240.5cm,10y300.6cm選用2J90X10,由附錄8得:因為所以yzy(10.475b41oyt23006mm(142.8mm0.475904mm222_223

15、0062mm2102mm2)72.66150只求x0.637,所需截面合適。Fd桿:拉力NFd185.74kN,限240.5cm,l0y300.6cm,1.25,選擇二等邊角鋼相并。l0xNAfy185740N_,_一.2215N/mm863.9mm2,選用2匚50>5,截面幾何特性:所需截面合適。dH桿:壓力NdH115.87kN,1oxix=1.53cm,iy=2.61cm21-50x5I桿菽面2L£13曲桿截面2A961mm>863.9mm258cm,0322.5cm選用2J90>6,由附錄8得:因為所以yzy(10.475b4、3225mm小2-)(110y

16、t42.0mm0.475904mm232252mm262mm2)83.18150只求x0.605,所需截面合適。He桿:壓力NHe28.86kN,l0x258cm,l0y322.5cm,節(jié)點板厚度選用14mm.設(shè)80,查附錄4得0.688需要截面面積:需要的回轉(zhuǎn)半徑:根據(jù)計算所得的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表（課本附錄8）,選用2L90鄧，A=2127mm2,ix=27.9mm,iy=42.0mm,因為寬厚比b/t=15,按所選角鋼進(jìn)行驗算:所以0.475b4yzy(122-)10yt3225mm小0.475904mm2、r二(12_2-2_2)83.1842.0mm3225mm6mm?1_融6

17、因xyz,只求x0.605圖14He軒裁面拉應(yīng)力：所需截面合適。gI桿：拉力Ngi45.03kN,lOx176.32cm,10y220.4cm,k1.25,選擇二等邊角鋼相10x并。AN45030N2209.44mm2選用2匚50>5,截面幾何特性：fy215N/mmA961mm2>209.44mm2ix=1.53cm,iy=2.61cm所需截面合適。7.9 桿Ie所有豎桿采用等截面，按豎桿中內(nèi)力最大值設(shè)計。N=93.18kN=93180N（壓力）上弦桿的計算長度：lox=0.8l=0.8X3000mm=2400mm,loy=l=3000mm由于桿件內(nèi)力較小，按=150計算，所需的

18、回轉(zhuǎn)半徑為：根據(jù)計算所得的ix、iy查角鋼規(guī)格表（課本附錄8）,選用2J63X5,A=1229mm2,ix=19.4mm,iy=31.2mm,寬厚比b/t=12.6,按所選角鋼進(jìn)行驗算：截面在x和y平面皆屬于b類，由于123.7>99.4,只求x即可。查表得x=0.418。所選截面符合要求。所有桿件計算結(jié)果列于下表中：表2.桿件截面選擇表桿件名稱計算桿件內(nèi)力截面規(guī)格連接方式上弦AB02L200X125X14短肢相并BC、CD-720.59DE、EF-1177.17FG、GH-1410.75HI-1479.7IJ、JK-1510.76下弦ab399.432L200X125X14短肢相并bc

19、977.77cd1312.6de1457.96ef1416.34斜腹桿aB-712.522L140X90X14長肢相并bB569.022L75X10bD-481.432L90X10Dc362.162L75X10cF-280.162L90X10Fd185.742L50X5dH-115.872L90X6He57.722L90X6-28.86eg133.092匚70X5-48.32gK170.762匚70X5-45.32gI45.032L50X5豎桿Aa-31.062L63X5Cb、Ec-65.85Gd、Jg-62.12Ie-93.18Kf0十字形6、節(jié)點設(shè)計(1)下弦節(jié)點“b”圖17下弦節(jié)點“b”

20、用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值ffw160N/mm2。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫hf8m誼06mm,則所需的焊縫長度為：設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫分別為8mm和6mm,則所需的焊縫長度為：Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按照構(gòu)造確定，取hf5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有建徐以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為413mm498mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為49.8cm,hf=6mm0焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差N977.77kN399.43kN578.34kN,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。(2)下弦節(jié)

21、點“c”圖18下弦節(jié)點c用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值ffw160N/mm2。設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫hf8m誼口6mm,則所需的焊縫長度為：設(shè)“cF”桿的肢背和肢尖焊縫分別為8mm和6mm,則所需的焊縫長度為:Ec”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按照構(gòu)造確定，取hf5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有建徐以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為345mm412mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為41.2cm,hf=6mm0焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差N1312.6kN977.77kN334.83kN,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：焊縫強

22、度滿足要求。(3)下弦節(jié)點“d”1哽.7妹N圖19卞鄴那f fw 160N / mm2。設(shè)“Fd用E43型焊條角%的抗拉、抗壓不卜剪強度設(shè)計值桿的肢背和肢尖焊縫hf口6mm ,設(shè)“Hd”桿的肢背和肢尖焊縫觸心L 8Gd”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺廿根據(jù)上面求得的塌縫長度，并考慮小出節(jié)點詳圖，從而內(nèi)力差N焊縫強度希1457.96kNQ312.6kN；-010. 125乂14(4)下弦節(jié)點“ e”m之超構(gòu)造施定5mm oS-80印6mm,貝收皿垠縫長度為:沙建徐以及制隹曄配等詼差，按比例繪確定節(jié)點板尺寸為hf=66mm330mm。145.36kN ,受力較133圖20下弦節(jié)點e用E43型焊條角焊縫的抗拉

23、、抗壓和抗剪強度設(shè)計值ffw160N/mm2。設(shè)“He”桿的肢背和肢尖焊縫hf6mm?口6mm,則所需的焊縫長度為：設(shè)“eg”桿的肢背和肢尖焊縫分別為6mm和6mm,則所需的焊縫長度為:Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按照構(gòu)造確定，取hf5mm0根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有建徐以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為282mm393mm下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為33cm,hf=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差n1457.96kN1312.6kN145.36kN,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為:焊縫強度滿足要求。(5)上弦節(jié)點“B”設(shè)aB桿的肢尖和肢背

24、岸縫分別為、8mm和10mm不如所需的焊縫長度為 冬 凰根據(jù)求得的炸縫收度，并考慮”之如應(yīng)有的詡隙以及制作和裝配等誤差，按比例 、7產(chǎn)*尺寸與節(jié)點“ b”相同。720. 59kN繪出節(jié)點詳圖，為535mm。- 14于為：372mm><535mm。由于上弦板上需嫡置屋攵B-24Q8mm。用槽焊2 肆后但強度設(shè)計值要乘以造把上0.8的折減系數(shù)。上弦肢背槽思繼長度?上肢肢背槽焊縫才上肢肢尖角焊縫/應(yīng)力： 滿足要求。-(6)節(jié)點“g”'=369. 02kK圖22節(jié)點g用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值ffw160N/mm2。設(shè)“gI”桿的肢背和肢尖焊縫hf6mm?口6

25、mm,則所需的焊縫長度為：設(shè)“eg”桿的肢背和肢尖焊縫分別為6mm和6mm,則所需的焊縫長度為：Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按照構(gòu)造確定，取hf5mm0根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有建徐以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為183mm193mm。對于eg-gK桿，焊縫所受的力為左右兩桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：N170.76kN133.09kN37.67kN，該內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按照構(gòu)造確定，取hf5mmo(7)屋脊節(jié)點“K”圖22節(jié)點K弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，將角鋼的尖角削除，截去垂直肢的寬度為(t+hf+5mm)。設(shè)焊縫hf=1

26、0mm,則所需焊縫計算長度為：拼接角鋼的長度取700mm>2X337mm=674mm。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，取上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫為10mm,節(jié)點板長度取600mm,焊縫應(yīng)力：-260N /mm0.151510760N20.710mm(300mm30mm)m0.151510760N96mm62f2126.7N/mm20.710mm(300mm30mm)M2-2160N /mm/N、2/f、22、21126.7N/mm、2i'(f)(),(60N/mm)()119.9N/mm,f1.2211.22假設(shè)上弦與節(jié)點板之間的槽焊縫承受節(jié)點荷載，取焊縫長度為節(jié)點板長度的一

27、般，即300mm。上弦肢背槽焊縫長度為300mm。上肢肢尖焊縫取6mm。設(shè)gK桿的肢尖和肢背焊縫分別為6mm和8mm,則所需的焊縫長度為：由焊縫確定節(jié)點板的寬度為260mm,節(jié)點板尺寸為260mm>600mm。由于桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置螺栓孔方便工地拼接，屋脊節(jié)點左半邊的上弦、斜腹桿和豎桿有節(jié)點板連接用工廠焊接，而右邊的上弦、斜腹桿與節(jié)點板連接在工地焊接。(8)支座節(jié)點“a”圖23節(jié)點a為了方便施焊，下弦桿角鋼水平肢的地面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點的中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度為16mm。1)支座底板的計算支座反力：R10F621.2kN支座底板的平面尺寸采用280mmM00mm,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280mmx234mm=65520mm2。R 621200N 2A 65520mm2柱頂混凝土的抗壓強度：9.48N/mm2fc11.9N/mm2(C25混凝土)底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板的加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單