鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計姓 名學(xué) 號班級學(xué) 院指導(dǎo)教師時 間28班級： 學(xué)號： 姓名： 一、設(shè)計資料1、結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為24m，總長90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.56.0m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，混凝土強度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。2、 屋架形式及選材屋架形式、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： 鋼，焊條為型。3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計） 永久荷載： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防

2、水層 0.5 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.5 KN/m2 保溫層 0.5 KN/m2(按附表取) 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式計算： 0.384 KN/m2懸掛管道： 0.15 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： 1.2 KN/m2圖1.1 24米跨屋架幾何尺寸圖1.2 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值4、支撐布置二、荷載計算（水平投影面計）永久荷載： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.5 KN/m2 水泥砂漿

3、找平層 0.5 KN/m2 保溫層 0.5 KN/m2(按附表取) 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式計算： 0.384 KN/m2懸掛管道： 0.15 KN/m2小計 3.884KN/ 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： 1.2 KN/m21、積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面活荷載兩者中的較大者同時考慮，所以這里的可變荷載只考慮積灰荷載和屋面活荷載?？勺兒奢d效應(yīng)控制的組合設(shè)計值：1.23.884+1.41.2+1.40.70.7=7.0268K

4、N/m2永久荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計值：1.353.884+1.4（1.20.9+0.70.7）=7.4414KN/m2所以荷載組合設(shè)計值取7.4414 KN/m22、荷載組合設(shè)計屋架時僅考慮以下一種荷載組合：（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P=7.44141.56=66.9726kN四、內(nèi)力計算屋架在上述1種荷載組合作用下的計算簡圖1.2全跨滿載情況下的內(nèi)力計算結(jié)果見表1 內(nèi)力計算表 表1桿件名稱全跨全跨永久荷載+全跨可變荷載P=66.9726kN內(nèi)力組合N=P*系數(shù)系數(shù)上弦桿A-B00B-D-8.72-584.001D-F-13.53-906.139F-H-15.26-10

5、22H-I-14.71-985.167下弦桿a-c+4.73316.7804c-e+11.53772.1941e-g+14.56975.1211g-i+15.171015.974斜腹桿a-B-8.87-594.047B-c+6.88460.7715c-D-5.44-364.331D-e+3.70247.7986e-F-2.46-164.753F-g+1.1174.34g-H+0.021.34H-i-1.08-72.3304豎桿a-A-0.5-33.4863c-C-1.0-66.9726e-E-1.0-66.9726g-G-1.0-66.9726I-I1.94129.9268五、桿件截面設(shè)計1、

6、上弦桿截面計算上弦桿最大內(nèi)力，N=-1022KN由屋架節(jié)點板厚度參考表可知：支座節(jié)點板厚度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=150.8cm屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取=2150.8=301.6cmy因為，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并,截面類型為b類。如圖1所示。yxx12圖1 上弦截面設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用216010016，A =78.562c , ix = 2.77cm , iy =7.91cm,對于短肢相并的不等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。

7、由于，只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=1015.974KN（拉力）計算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計算需要凈截面面積選用216010010（短肢相并），見圖2所示，A =50.630c , ix =2.85cm , iy =7.78cm按所選角鋼進行截面驗算，取。 12xxyy圖2 下弦截面，所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算 斜桿a-BN =-594.047KN（壓力）l0x = l0y = l =253.5cm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積因為l0x = l0y，故采

8、用等肢角鋼。 選用211010，見圖3所示，截面類型為b類，A = 42.522 c , ix = 3.38cm , iy = 5.00cmxxyy12圖3 斜桿a-B截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表， 所選截面合適。 斜桿B-cN = 460.7715KN（拉力）l0x = 0.8l = 208.64cm, l0y = l =260.8cm計算需要凈截面面積選用21006，見圖4所示，A = 23.864 c , ix = 3.1 cm , iy = 4.51 cmxxyy12圖 4斜桿B-c截面驗算：，所選截面滿足要求。 斜桿c-

9、DN = -364.331（壓力） l0x = 0.8l = 228.72cm ，l0y = l =285.9mm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用21007，見圖5所示，截面類型為b類，A =27.592mm2 , ix =3.09cm , iy = 4.53cmxxyy12圖5斜桿c-D截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，=0.726 所選截面合適。斜桿D-e.N =247.7986KN（拉力），l0x = 0.8l = 228.72cm ，l0y = l =285.9mm計算需要凈截面面積選用2635，見圖6所示

10、，A =12.286 c , ix =1.94 cm , iy =3.04 cmxxyy12圖 6 斜桿D-e截面驗算：，所選截面滿足要求。斜桿e-FN =-164.753KN（壓力），l0x = 0.8l = 250.32cm ，l0y = l =312.9mm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用2806，見圖7所示，截面類型為b類，A =18.794c , ix = 2.47cm , iy = 3.73cmxxyy12圖7 斜桿e-F截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表， =0.549所選截面合適。斜桿F-gN = 7

11、4.34kN（拉力），l0x = 0.8l = 249.52cm, l0y = l =311.9 cm計算需要凈截面面積選用2635，見圖8所示，A = 12.286c , ix = 1.94 cm , iy = 3.04 cmxxyy12圖 8 斜桿F-g截面驗算：，所選截面滿足要求。斜桿g-HN =1.34 kN （拉力），l0x = 0.8l = 271.68cm, l0y = l =339.6cm選用2635，見圖9所示，A = 12.286c , ix = 1.94 cm , iy = 3.04 cmxxyy12圖9 斜桿g-H截面驗算：，所選截面滿足要求。斜桿H-iN =-72.3

12、304KN（壓力），l0x = 0.8l = 269.6cm ，l0y = l =337mm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用2635，見圖10所示，截面類型為b類，A = 12.286c , ix = 1.94 cm , iy = 3.04 cmxxyy12圖10 斜桿H-i截面, 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于，只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表， =0.349所選截面合適。4、豎桿截面計算邊豎桿a-AN = -33.4863kN (壓力)，,l0x=l0y =l=199.0cm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用2635，見圖11所示，

13、截面類型為b類，A = 12.286c ,ix = 1.94 cm ,iy = 3.04cm ， 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 xxyy12圖11:豎桿截面圖 桿c-CN = -66.9726kN (壓力)，l0x = 0.8l = 183.2cm,l0y =l=229.0cm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用2635，見圖11所示，截面類型為b類，A = 12.286c ,ix = 1.94 cm ,iy = 3.04cm， 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)

14、表，所選截面合適。 桿e-EN = -66.9726kN (壓力)，l0x=0.8l=207.2cm,l0y =l=259.0cm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用2635，見圖11所示，截面類型為b類，A = 12.286c ,ix = 1.94 cm ,iy = 3.04cm， 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 桿g-GN =-66.9726kN (壓力)，l0x=0.8l=231.2cm,l0y =l=289.0cm設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表計算需要凈截面面積選用2635，見圖11所示，截面類型為b類

15、，A = 12.286c ,ix = 1.94 cm ,iy = 3.04cm， 對于等肢角鋼，所以滿足長細(xì)比：小于的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。中豎桿i-IN = 129.9268kN (拉力)，l0x = 0.8l = 255.2cm,l0y =l=319.0cm選用2635，見圖12所示， A = 12.286c ,ix = 1.94 cm ,iy = 3.04cm驗算：， 所選截面合適。 圖12:豎桿截面圖屋架桿件一覽表桿件桿內(nèi)力kN計算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m）回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比容許長細(xì)比系數(shù)(N/m)loxloyix(mm) iy(mm)max

16、上弦-102215083016短肢相并2L160100167856227779.154.41500.838-155.2下弦1015.94730006000短肢相并2L16010010506328.577.8105.3350200.7斜腹桿a-B-594.04725352535 2L110104252.233.850.075.01500.72-194B-c460.77152086.426082L10062386.43145.167.3250193.1c-D-364.3312287.228592L10072759.230.945.3741500.726-181.9D-e247.79862287.2

17、28592L6351228.619.430.4117.9250201.7e-F-164.7532503.231292L806187942473731011500.549-159.7F-g74.342495.231192L6351228.619.430.4128.625060.5g-H1.342716.833902L6351228.619.430.41402501.1H-i-72.3304269633702L6351228.619.430.41391500.349-168.7豎桿a-A-33.4863199019902L6351228.619.430.4103.01500.536-52.7c-C

18、-66.9726183222902L6351228.619.430.494.41500.5916-92.1e-E-66.9726207225902L6351228.619.430.41071500.511-107g-G-66.9726231228902L6351228.619.430.4119.01500.442-123.3i-I129.9268255231902L6351228.619.430.4132150105.8六、節(jié)點設(shè)計重點設(shè)計“a”、“B”、“c”、“i”、“I”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設(shè)計類同。1、 一般節(jié)點（下弦節(jié)點c）：這類節(jié)點的設(shè)計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接

19、焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值160N/m，實際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。 （1）B-c桿的內(nèi)力N= 460.7715 kN，肢背和肢尖焊縫hf=7mm和hf=7mm，所需要的焊縫長度為： 肢背，取230mm肢尖，取110mm（2）c-D桿的內(nèi)力N= -364.331kN，肢背與肢尖的焊縫hf=8mm和hf=6mm，所需要的焊縫長度為： 肢背，取170mm肢尖，取100mm（3）豎桿Cc桿的內(nèi)力N=-66.9726kN kN，按兩面?zhèn)群缚p計算：肢背，取50mm肢尖，

20、取30mm根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間距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)點尺寸為420380。（4）下弦桿焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。肢背焊縫驗算，hf8 mm， 焊縫強度滿足要求。節(jié)點圖如下圖所示：下弦節(jié)點c各桿肢尖、肢背尺寸2上弦B節(jié)點：(1) a-B桿內(nèi)力肢背： hf= 10mm，肢尖：hf= 8mm肢背，取220mm肢尖，取120mm (2) c-B桿的內(nèi)力N= 460.7715kN，肢背和肢尖焊縫hf=7mm和hf=7mm，所需要的焊縫長度為： 肢背，取230mm肢尖，取120mm(3)考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背8mm

21、，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，P68.188kN，節(jié)點板尺寸為575420。肢背焊縫驗算：設(shè)肢尖焊縫=8mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響,肢尖焊縫驗算：e=100-54=46mm肢尖焊縫強度滿足要求。節(jié)點圖如下圖所示：上弦節(jié)點B各桿肢尖、肢背尺寸3、下弦跨中i節(jié)點設(shè)計弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為=t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。 （1）設(shè)焊縫高度hf = 9mm，連接角鋼取與下弦桿相同截面2160

22、10010, ;則=12+9+5=26mm；焊縫長度為： 連接角鋼長度取l=2270+15=555mm（b取15mm）取l=570mm;（2）H-i桿和的內(nèi)力N= -72.3304kN，肢背和肢尖焊縫hf=6mm和hf=5mm，所需要的焊縫長度為：肢背，取60mm肢尖，取40mm(3)I-i桿的內(nèi)力N= 129.9268kN，肢背和肢尖焊縫hf=8mm和hf=8mm，所需要的焊縫長度為：肢背，取50mm肢尖，取35mm由以上所求焊縫數(shù)據(jù)，結(jié)合實際情況，節(jié)點板大小為250250mm(4)驗算下弦桿與節(jié)點板的肢間，肢背的焊縫強度：肢背和肢尖焊縫hf=8mm由于N=0;所以采用進行驗算： 肢背：肢尖

23、：強度符合要求。節(jié)點圖如下圖所示：下弦跨中拼接節(jié)點i4、上弦跨中I節(jié)點設(shè)計（1）連接角鋼的計算弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為=t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。 設(shè)焊縫高度hf = 12mm，連接角鋼取與下弦桿相同截面216010016, N=-1022KN；=12+12+5=29mm焊縫長度為：連接角鋼長度取l=214.12+50=478.2mm（b取50mm）（2）I-i桿的內(nèi)力N= 129.9268kN，肢背和肢尖焊縫hf=8mm和hf=8mm，所需要的焊縫長度為：肢背，取50mm肢尖，取35mm（3）上弦桿與節(jié)點板連接焊計算：考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背8mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，,上弦桿受力N=1022；弦桿與節(jié)點板間的焊縫所承受的豎向力：上弦桿肢背需焊縫長度為： 由I-i桿和上弦桿集中力所求得的焊縫長度，設(shè)定節(jié)點板大小，節(jié)點板取25