鋼結構課程設計計算書

1、鋼結構課程設計計算書一、設計資料1、屋架形式為梯形鋼屋架；2、屋架鉸支于鋼筋混凝土柱頂，混凝土標號 C25；3、車間柱網布置：長度 60m；柱距 6m；跨度 L=24m；4、屋面材料為預應力大型面板（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）5、鋼材采用 Q235·BF鋼，焊條為 E43型，手工焊;二、屋架尺寸及尺寸的確定(1)根據車間長度、跨度及荷載情況，在屋架上下弦設置兩道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),中間各個屋架用系桿聯系，支撐，屋架平面布置見下圖1，圖1：（2）屋面材料為預應力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系

2、，平坡梯形鋼屋架。屋面坡度屋架計算跨度屋架端部高度?。??？缰懈叨龋骸Ｎ菁芨呖绫龋?。屋架跨中起拱取50 mm。為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹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3、 支撐布置根據車間長度、屋架跨度、荷載情況、屋架上弦設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。4、 荷載的計算屋面荷載標準值見表 1表1 荷載標準值荷載類型荷載名稱荷載標準值永久荷載預應力大型屋面板(水平)2.61kN/m2屋架及支撐重量0.25kN/m2

3、可變荷載坡屋面的屋面可變荷載（雪荷載）0.45kN/m2風荷載為吸力，不考慮。 各屋架滿跨與半跨內力系數見附圖2。1、荷載計算屋面荷載匯總如表 2所示：表2 屋面荷載匯總荷載類型荷載名稱荷載標準值永久荷載D總計2.86 kN/m2可變荷載雪荷載L0.45 kN/m22、荷載組合設計屋架時，應考慮以下三種組合：（1） 組合一：全跨永久荷載全跨可變荷載。根據荷載規(guī)范，具體有以下2種情況 所以組合一屋架上弦節(jié)點荷載為（2） 組合二：全跨屋架及支撐自重半跨屋面板重。全跨屋架及支撐自重：半跨屋面板重半跨屋面活荷載：5、 內力計算本設計采用數值法計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內力系數（單位節(jié)點力分別作

4、用于全跨、左半跨和右半跨），內力計算結果如表 3 所示。表3屋架桿件內力組合表：桿件名稱內力系數（F=1）內力組合值計算桿內力(kN)全跨左半跨右半跨第一種組合P×第二種組合P1×+ P2×P1×+ P2×上弦AB0000000BC-11.1-7.9-3.1-405.8-247.7-112.4-405.8CD-11.1-7.9-3.1-405.8-247.7-112.4-405.8DE-16.7-11.2-5.5-610.5-353.3-192.6-610.5EF-16.7-11.2-5.5-610.5-353.3-192.6-610.5FG-

5、18.4-11-7.3-672.7-351.5-247.2-672.7GH-18.4-11-7.3-672.7-351.5-247.2-672.7下弦ab6.14.5-1.6223140.6-31.4223bc14.4104.4526.4314.3156.4526.4cd17.811.36.4650.7358.6220.5650.7de17.38.78.7632.5284.2284.2632.5斜腹桿aB-9.7-7.1-2.6-351-222-95.1-351Bb7.352.2266.9157.478.4266.9bD-5.5-3.4-2.1-201.1-108.2-71.6-201.1Dc

6、3.61.81.8131.658.858.8131.6cF-2.2-0.51.7-80.4-19.143-80.4Fd0.8-0.7-1.529.2-17.9-40.529.2-40.5df1.23.1-1.943.990.1-50.990.1-50.9fH1.23.1-1.943.990.1-50.990.1-50.9Gf0000000豎桿Aa-0.5-0.50-18.3-15.2-1.1-18.3Cb-1-10-36.6-30.4-2.2-36.6Ec-1-10-36.6-30.4-2.2-36.6Gd-1.5-1.50-54.8-45.7-3.4-54.8He00000006、 桿件截面

7、計算及設計規(guī)定:桁架中的受壓桿件的容許長細比為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.(1).上弦桿整個上弦桿的截面相同，上弦桿GF,GH都有最大內力-672.7KN，GH中節(jié)間彎矩，所以按GH桿設計。上弦桿計算長度：在屋架平面內，計算長度系數為 1.0，計算長度：；在屋架平面外，計算長度系數為 1.0，計算長度：,選用兩個等肢角鋼比較適當。節(jié)間彎矩選用等肢2L180X12，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。相應的塑性系數

8、,查表得，1.平面內穩(wěn)定性驗算此處節(jié)間弦桿相當于規(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。上弦桿在彎矩作用平面內，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。用正彎矩：=對于這種T形截面壓彎桿，還應驗算截面的另一側，即=79.70-68.39=11.31N/mm<f=215N/mm用負彎矩：=95.11+64.12=159.23N/<f=215 N/平面內的穩(wěn)定可以得到保證。2.平面外穩(wěn)定性驗算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=150.5

9、8/b=9.7.,由其組成的雙角鋼截面換算長細比為；，查表得=0.795，關于梁的整體穩(wěn)定系數，現=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。用正彎矩： N/<f=215 N/。用負彎矩：N/<f=215 N/。平面外的穩(wěn)定性可以得到保證。3.強度驗算=147.6<215強度可以得到保證。(2)下弦桿整個下弦截面不變，按最大內力所在的桿cd計算。N=650.7KN.平面內計算長度，平面外的計算長度=3m所需截面積為選用兩個等肢角鋼比較適當。選用2A=cm,=3.05cm,=4.52cm，a取10mm=300

10、/3.05=98.36。=300/4.52=66.37 N/<f=215 N/,滿足要求。(3).腹桿計算在桁架平面內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.1.端斜桿Ba有最大軸壓力為-351KN,l=2128mm平面內計算長度，平面外的計算長度所需截面積為,選用兩個等肢角鋼比較適當。選用2L75*10A=28.2cm,=2.26cm,=3.53cm，a取12mm，支座節(jié)點板。平面內穩(wěn)定：=212.8/2.26=94.2,=0.595, N/<f=215 N/,滿足要求平面外的穩(wěn)定性：邊厚比b/t=75/10=7.5

11、<0.58l/b=17.1，=212.8/3.53=60.3。=62.3，查表得=0.795>.,所以滿足要求。2再分式斜桿Hd,該桿是由桿df和趕桿Hf組成，因所受內力相同，所以截面形式設計為相同且在節(jié)點處不斷開，設計值為90.1KN和-50.1KN.采用通長桿先按90.1KN設計：平面內計算長度，平面外的計算長度,選用兩個等肢角鋼比較適當。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：A=6.98cm,=1.38cm,=2.24cm，a取10mm強度驗算：剛度驗算：=201.6/1.38=152.6,=403.2/2.24=180，滿足豎桿Gd最大軸壓力為-54.8KN

12、平面內計算長度，平面外的計算長度,由于桿件內力較小，按選擇，需要的回轉半徑為：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,=2.43cm，a取10mm剛度驗算：，滿足。整體穩(wěn)定驗算：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：，滿足。零桿根據剛度條件選擇，為安裝支撐，采用等肢雙角鋼十字形截面，由于縱向風荷載作用。支撐桁架按壓桿考慮，允許長細比零桿Gf：,選用2L45×4，A6.98，零桿He：,選用2L50×4，A7.8，其余各桿件的截面設計過程不再一一列出，根據各桿的內力性質，現將計算結果分別列于表4

13、 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編號內力/kN計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數計算應力、上弦FG、GH-672.7301.5301.52L180×1284.45.597.7753.938.61500.8380.795159.23170.82下弦cd650.73003002L100×1038.63.054.5298.466.4350168.58腹桿aB-351212.8212.82L75×1028.22.263.5394.262.31500.5950.795209.2Bb266.92232232L90×62

14、1.22.794.0579.955.13500.689182.8bD-201.1245.7245.72L90×621.22.794.0588.160.71500.635149.4Dc131.62462462L90×621.22.794.0588.260.73500.63597.8cF-80.4269.9269.92L90×621.22.794.0596.766.61500.57765.7Fd29.2/-40.5270.8270.82L90×621.22.794.0597.166.91500.57533.1Hf90.1/-50.9201.6403.22L4

15、5×46.981.382.24152.6180350129.1fd90.1/-50.9201.6403.22L45×46.981.382.24152.6180350129.1Gf0183.3183.32L45×46.981.382.24132.881.8150豎桿Gd-54.81922402L50×47.81.542.43124.798.81500.413170.1He02162702L50×47.81.542.43140.388.9150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。七、節(jié)點

16、設計各桿件的計算內力、截面規(guī)格及形心距 y0匯總見表 7所示。表7 桿件信息匯總表桿件名稱計算內力（kN）截面規(guī)格y0(mm)上弦 桿-672.72L180×1248.9下弦桿650.72L100×1030.9斜腹桿aB-3512L75×1022.2Bb266.92L90×624.4bD-201.12L90×624.4Dc131.62L90×624.4cF-80.42L90×624.4Fd29.2/-40.52L90×624.4fH90.1/-50.92L45×412.6fd90.1/-50.92L45&

17、#215;412.6Gf02L45×412.6豎桿Gd-54.82L50×413.8He02L50×413.8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。采用E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。1 下弦節(jié)點“b”（1） 腹桿與節(jié)點的連接焊縫（a）“Bb”桿桿件軸力，截面為2L90×6，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內力分配系數分別為，。肢背焊縫焊腳尺寸取肢背所需焊縫長度:，取 肢尖焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度:取=75mm（b）“bD”桿桿件軸力，截面為2L90×6，節(jié)點板厚1

18、0mm，肢背和肢尖的內力分配系數分別為，。肢背焊縫焊腳尺寸取肢背所需焊縫長度:取 肢尖焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度:取=60mm(c)“bC”桿桿件軸力，截面為2L50×4，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內力分配系數分別為，。肢背焊縫焊腳尺寸取肢背所需焊縫長:，取=40mm 肢尖焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度:,取=40mm（2） 節(jié)點詳圖根據上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應有的間隙、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。2、 上弦節(jié)點“B”（1） 腹桿與節(jié)點的連接焊縫（a）“Bb”桿“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫

19、尺寸和節(jié)點“b”相同。（b）“aB”桿桿件軸力，截面為2L75×10，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內力分配系數分別為。肢背焊縫焊腳尺寸取肢背所需焊縫長度:，取 肢尖焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度:取=105mm(2) 根據上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，如圖 5所示，從而確定節(jié)點板尺寸為 560mm×360mm。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。3、 有工地拼接的下弦跨中節(jié)點“e”（1） 拼接角鋼設計連接角鋼取與下弦桿相同截面2L100×10，焊縫長度：，取=200mm

20、。拼接角鋼長度。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。（2）下弦桿與節(jié)點板的連接角焊縫 下弦桿與節(jié)點板連接焊縫的計算內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，肢背和肢尖的內力分配系數分別為，角焊縫強度設計值。肢背焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度 取 肢尖焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度取（3）“He”桿與節(jié)點板的連接角焊縫桿件軸力，截面為2L50×4，節(jié)點板厚10mm，按構造要求確定焊縫尺寸。肢背焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度取 肢尖焊縫焊腳尺寸取焊

21、縫長度?。?）節(jié)點詳圖根據上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(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明。4,屋脊節(jié)點“H”“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。拼接一側的焊縫長度可按弦桿內力計算。（1）拼接角鋼的截面和長度與“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，垂直肢截去=25mm，見圖7 所示。拼接角鋼與上弦桿共有條角焊縫，都位于角鋼的肢尖，承擔節(jié)點兩側弦桿中較小的內力設計值。上弦桿截面為2Ð180×12，焊腳尺寸取為所需的拼接角鋼總長度為取。（2）腹桿與節(jié)點板的連接焊縫（a）“Hf”桿桿件軸力，截面為2L45×4，節(jié)點板厚10mm，肢背和肢尖的內力分配系數分別為肢背焊縫焊腳尺寸取，角焊縫強度設計值。肢背焊縫焊腳尺寸取所需焊縫長度 取肢尖焊縫焊腳尺寸取所