鋼筋結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、.一 由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可知 ：廠房總長(zhǎng)為120m，柱距 6m，跨度為24m，屋架端部高度為2m，車間設(shè)有兩臺(tái)中級(jí)工作制吊車，該地區(qū)冬季最低溫度為- 22。暫不考慮地震設(shè)防。屋面采用 1.5m×6.0m 預(yù)應(yīng)力大型屋面板， 屋面坡度為 i=1:10 。卷材防水層面 （上鋪 120mm 泡沫混凝土保溫層和三氈四油防水層） 。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.7KN/ ，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.4KN/ ，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.5KN/ 。屋架采用梯形鋼屋架，鋼屋架簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20.二 選材：根據(jù)該地區(qū)溫度及荷載性質(zhì)，鋼材采用Q235-C。其設(shè)計(jì)強(qiáng)度為215KN/ , 焊條采用E4

2、3型，手工焊接，構(gòu)件采用鋼板及熱軋鋼筋，構(gòu)件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計(jì)算跨度 L。 =24000- 2×150=23700，端部高度： h=2000mm(軸線處 ) ， h=2150( 計(jì)算跨度處 ) 。三 結(jié)構(gòu)形式與布置 ：屋架形式及幾何尺寸見(jiàn)圖1 所示：圖 1屋架支撐布置見(jiàn)圖2 所示：.圖 2四 荷載與力計(jì)算 ：1荷載計(jì)算：活荷載于雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計(jì)算。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：防水層（三氈四油上鋪小石子）0.35KN/找平層（ 20mm厚水泥砂漿）0.02 ×20=0.40KN/保溫層（ 40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋

3、面板1.4 KN/鋼屋架和支撐自重0.12+0.011 ×24=0.384 KN/總計(jì)： 2.784 KN/ 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：雪荷載屋面活荷載（取兩者較大值）0.7KN/積灰荷載0.5KN/風(fēng)載為吸力，起卸載作用，一般不予考慮?？傆?jì)： 1.2 KN/ 永久荷載設(shè)計(jì)值1.2 × 2.784 KN/ =3.3408KN/可變荷載設(shè)計(jì)值1.4 × 1.2KN/ =1.68KN/2荷載組合：設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮以下三種組合：組合一全跨永久荷載 +全跨可變荷載屋架上弦荷載P=(3.3408KN/ +1.68KN/ ) ×1.5 × 6=45.1872KN組合

4、二全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦荷載P =3.3408KN/ × 1.5 ×6= 30.07KN1.P2=1.68KN/ × 1.5 ×6=1 5.12KN組合三全跨屋架及支撐自重 +半跨大型屋面板自重 +半跨屋面活荷載屋架上弦荷載 P 3=0.384KN/ × 1.2 ×1.5 ×6= 4.15KNP4=(1.4 × 1.2+0.7 ×1.4) ×1.5 ×6= 23.94KN3, 力計(jì)算：首先求出桿件力系數(shù)，即單位荷載作用下的桿件力，荷載布置如圖3 所示。計(jì)算力系數(shù)的全跨荷載計(jì)

5、算力系數(shù)的半跨荷載圖 3經(jīng)計(jì)算得表一，表一列出了各個(gè)桿件的力系數(shù)和桿件力值，由表中的三種組合可見(jiàn)：組合一，對(duì)桿件計(jì)算起主要控制作用；組合三可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生力變號(hào)，在施工過(guò)程中，在屋架兩側(cè)對(duì)稱均勻鋪設(shè)面板則可避免力變號(hào)。表一桿件全跨 1左半跨 2P*1P1*1+ P 2*2P3 *1+ P 4*2計(jì)算力名稱（ KN）ABC-0.669-0.671-30.2302-30.2773-18.8293-30.27上CDEF-14.905-9.588-673.5152-593.1639-291.3925-673.51弦GHI-16.582-7.832-749.2942-617.0406-256.

6、3134-749.29下ab9.1046.19411.3843367.35185.97411.38弦bc16.2699.735.1506626.695285.2028735.15Aa-1.-1.-45.2265-46-28.7642-23.47da-11.791-7.956-532.8022-474.85-239.3993-532.8eb6.4893.494292.95247.9535110.5757292.95腹Eb-2-2-90.3744-90.38-56.18-90.38桿fb-2.803-0.181-126.66-87.0229-15.9656-126.66gc-0.331-2.461

7、-14.957-47.09-60.29-60.29Ic1.2060.46554.495843.295216.13754.49.Ad0.8070.80936.466136.498622.716536.5Bd-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Cd-10.841-7.096-489.8746-433.2804-214.8684-489.87Ce7.2164.221326.0708280.8066130.9971326.07De-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Ee0.8020.80236.240136.242422.528236.24Ef0.727

8、0.72732.851132.853120.421432.85Ff-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Gf-20.621-90.37441.0895-54.6628-90.37Gg0.321-1.80914.5051-17.7996-41.9753-41.98Hg-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Ig0.720.7232.534932.536820.224832.54注：表負(fù)值表示壓力，正值表示拉力五 桿件截面設(shè)計(jì) ：腹桿最大力 N=-489.87KN ，由屋架節(jié)點(diǎn)板后參考可知： 支座節(jié)點(diǎn)板厚可取 12mm，其余節(jié)點(diǎn)厚和墊板厚度均取 10mm。

9、1. 上弦桿整個(gè)上弦桿采用同一截面，按最大力計(jì)算N=-749.29KN 。計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面取節(jié)點(diǎn)軸線長(zhǎng)度l ox =150.8cm。屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度 l oy=2l ox =267cm, 故截面宜選用兩個(gè)不等肢的角鋼，且短肢相并，見(jiàn)圖4：圖 4上弦截面設(shè) =60，查軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表=0.807需要截面積 A*=N= 749.291034219 mm2. f0.807215.需要回轉(zhuǎn)半徑 i x= l ox150825.1mm60l oy301650.3mm需要回轉(zhuǎn)半徑 i y =60根據(jù)需要的 A*, i x , iy 查

10、角鋼型鋼表，初選2L140× 90× 10， A=4460 mm2, i x =2.54cm,i y =6.81cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：lox150.8x58.9 < =150i x2.56loy301.6 =150yi y44.5 <6.77由于 b1 /t=140/10=14>0.56 ×270/140=10.7則 yzb1(1l 02yt 214301.6212=54.1 =1503.7) =3.71144t52.7b14152.7由于 x yz y ，只需求出 minx 查軸心穩(wěn)定系數(shù)表x =0.813N749.29103206.6 N

11、 mm2215 N mm2x A0.8134460所選截面合適。2. 下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大力計(jì)算N=735.15KN。計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度l ox =6000mm。屋架平面外根據(jù)支撐布置，取l oy =11850mm。計(jì)算需要凈截面面積 A* = N=735.151033419.3 mm2. f215選用 2L140× 90× 8( 短肢相并 ) ，見(jiàn)圖5：.A=3660 mm2 , i x =2.59cm, i y =6.73cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：取An = A( 若螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣距離大于100mm，則不計(jì)截面削弱影響 )N 73

12、5.15 10322An204.2 N mm215 N mm3600lox600250xi x231.72.59loy1185350yi y176.16.733. 再分腹桿 beCN1N eb292.95kN , N 2N Ce326.07 kN , l13772mm計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度l ox =0.8l 0.8 18861508.8mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取loy l1 0.75 0.25 N137720.75 0.25 292.953583mmN2326.07選用 2L908 見(jiàn)圖 6：圖 6 再分腹 beCA=2788 mm2 , i x =2.76cm, i y =4

13、.09cm.lox150.88150x54.7i x2.76yloy358.387.6150i y4.09由于 b/t=9/0.8=11.250.58358.3 9 23.10.475b487.610.4759490.9yzy12t 20.8loy358.322minx =0.614N326.07103190.5N mm2215 N mm2所選截面合適。x A0.6142788填板放兩塊， l a75.5cm 40ix402.76 cm110.4cm4. 中豎桿 Ic已知： N=5449KNl 00.9l0.932002880mm中豎桿選用 2L70×5 的角鋼，并采用十字形截面，見(jiàn)

14、圖7：圖 7 中豎桿 IcA1376mm2 , ix02.16cmlox288150xi x133.32.16.滿足要求。填板放五塊，la 57.6cm40ix 402.16cm 86.4 cm其余各桿截面選擇過(guò)程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表二:計(jì)算長(zhǎng)度截面積回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算填板桿件力設(shè)計(jì)值選用截面應(yīng)力名稱N(KN)(cm)A（ cm）塊上弦桿-749.29150.8301.6短肢相并44.62.566.7758.91500.813174.62AI2L140×90×10下弦桿735.156001185短肢相并362.596.73231.7350/204.26ac2L140×

15、;90×8-23.47201.5201.5T 型截面9.61.532.45131.71500.38-64.42Aa2L50×5da-532.8154.6367T 型截面38.523.054.5281.21500.68-203.52Dc-489.872L100×10be292.95150.88388.3T 型截面27.882.764.0990.91500.614190.52Ce326.072L90×8bf-126.66166.9313.7T 型截面18.82.473.6590.61500.584-115.42Gf-90.372L80×6cg-60

16、.29166.9416.4T 型截面9.62.473.65117.71500.451-71.12Gg-41.982L80×636.5163.7163.7T 型截面9.61.532.451071500.51174.41Ad2L50×5-45.1995.495.4T 型截面9.61.532.4562.41500.794-59.31Bd2L50×5-45.19117117T 型截面9.61.532.4576.51500.711-66.32De2L50×536.24208.6208.6T 型截面9.61.532.451361500.361104.62Ee2L50

17、×5Ef32.85189189T 型截面9.61.532.45123.51500.41981.812L50×5Ff-45.19117117T 型截面9.61.532.4576.51500.711-66.322L50×5Hg-45.19144144T 型截面9.61.532.4594.11500.594-79.222L50×5Ig32.54230.5230.5T 型截面13.742.163.24106.71500.51346.222L70×5Ic54.49288288T 型截面13.742.163.24133.31500.373106.322L7

18、0 × 5.表 2六 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用 E43 焊條時(shí)，角焊縫的抗拉，抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f fw160N / mm2各桿件力由表二查得，最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于8 h f 和 40mm。1. 下弦節(jié)點(diǎn) b 見(jiàn)圖 8圖 8 下弦節(jié)點(diǎn) b(1) 斜桿 eb 與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=292.95KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和 5mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：k1N2292.95103肢背： lw2hf312157.3mm取 l w =160mm0.7hf f fw20.7 62160k1N1292.95103肢尖： lw2hf310133.7mm取 l w =100mm0.7hf f fw20

19、.7 52160（2）斜桿 fb 與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=126.66KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和 5mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：k1N2126.66103肢背： lw2hf312 74.8mm 取 l w =80mm20.7hf f fw20.7 6160.k1N1126.66103肢尖： lw2hf310 47.7mm 取 l w =60mmw20.7 520.7hf f f160（3）斜桿 Eb 與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=90.38KN因其力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸h f5mm焊縫長(zhǎng)度 l w 40mm 取l w =60mm。（ 4）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：焊縫

20、受力為左右下弦桿的力差 N=735.15-411.38=323.77KN;設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：k1N2323.77103肢背： lw2hf312172.6mm取 l w =180mm0.7hf f fw20.7 62160k1N1323.7710 3肢尖： lw2hf31292.3mm取 l w =100mm0.7hf f fw20.7 62160（5）節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比例做出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸，如圖9 所示：.圖 9節(jié)點(diǎn)板 b 尺寸2. 上弦節(jié)點(diǎn)C 見(jiàn)圖 10圖 10 上弦節(jié)點(diǎn) C（ 1）

21、斜桿 Cd 與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算：N=4878.87KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和 5mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：k1N2487.87103肢背： lw2hf320165.2mm 取 l w =180mm0.7hf f fw20.7 102160k1N1487.87103肢尖： lw2hf312133mm 取 l w =150mm0.7hf f fw20.7 62160（2）斜桿 Ce 與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算：N=3236.07KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為10mm和 6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：k1N2326.07103肢背： lw2hf312 173.7mm 取 l w =180mm0

22、.7hf f fw20.7 62160.k1N1326.07103肢尖： lw2hf310 107mm 取 l w =120mmw20.7 520.7hf f f160（ 3）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣的上肢背可縮進(jìn) 8mm，用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P 與上弦垂直。假定集中荷載P 由槽焊縫承受，P=45.1872KN，焊角尺寸為5mm。所需槽焊縫長(zhǎng)度為：l wPf fw2hf453mm取 l w =60mm20.7hf2 0.75160

23、上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的力差：N=673.51-30.27=643.24KN設(shè)肢尖焊角尺寸為8mm，設(shè)所需焊縫長(zhǎng)度為400mm，則：220.75643.24103220.75 Np 245.19 2 1.22<20.7hf lw2 0.78400 10110.4N mm20.8 f fw0.8160128 N mm2（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：如圖11 所示：圖 11節(jié)點(diǎn)板 C尺寸3. 屋脊節(jié)點(diǎn)I 見(jiàn)圖 12.圖 12 屋脊節(jié)點(diǎn) I(1) 弦桿與角鋼連接焊縫計(jì)算：弦桿一般用與上弦桿同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，便于施焊，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。 拼接角鋼的這部分削弱可

24、以靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿力來(lái)計(jì)算。N=749.29KN設(shè)肢尖、肢背焊角尺寸為8mm，l wN2hf749.2910340.7hf f fw40.7816 225.1mm 取 l w =300mm160拼接角鋼長(zhǎng)度取2×300+50=650mm。(2) 弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板用角焊縫，按上弦桿力的15計(jì)算 :N=749.2 9×15 =112.4KN。設(shè)肢尖焊角尺寸為8mm，弦桿一側(cè)焊縫長(zhǎng)度為200mm。0.75 N2p 220.75112.41032245.19 2 1.2220.7hf

25、lw2 0.7820045.1N mm216< 0.8 f fw0.8 160128 N mm2(3) 中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=54.40KN此桿力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸h f5mm.焊縫長(zhǎng)度 l w 40mm 取l w =60mm。(4)斜桿 gc 與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=32.54KN此桿力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和 5mm，焊縫長(zhǎng)度 l w 40mm 取l w =60mm。(5)節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖13 所示：圖13節(jié)點(diǎn)板I尺寸4.下弦跨中節(jié)點(diǎn)c 見(jiàn)圖 14.圖 14下弦跨中節(jié)點(diǎn) c（1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：拼

26、接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞力N=735.15KN設(shè)肢尖、肢背焊角尺寸為8mm，則需焊縫長(zhǎng)度為：l wN2hf735.1510340.7hf f fw40.7816 221.1mm 取 l w =300mm160拼接角鋼長(zhǎng)度取2×300+20=620mm。（ 2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算 , 其力按下弦桿力的 15計(jì)算 : N=735.15 ×15 =110.3KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸為6mm，弦桿一側(cè)所需焊縫長(zhǎng)度為：k1N2110.3103肢背： lw31266.7mm取 l w =80mm0.7hf f fw2hf0.7 622160k2 N1110.3103肢尖：

27、lw31239.4mm取 l w =60mm0.7hf f fw2hf0.7 622160（3）節(jié)點(diǎn)板尺寸，如圖15 所示：.圖 15節(jié)點(diǎn)板 c 尺寸5. 端部支座節(jié)點(diǎn) a 見(jiàn)圖 16：加筋肋加筋肋節(jié)點(diǎn)板底板圖16 節(jié)點(diǎn)A(1) 為了便于施焊，下弦角鋼水平肢的地面與支座地板的距離一般不小于下弦伸出肢的長(zhǎng)度，故可取 160mm，在節(jié)點(diǎn)板中心線左側(cè)設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相同，厚度同端部節(jié)點(diǎn)板為 12mm。支座底板計(jì)算：支座反力： R=532.8 ×sin 38.9+23.47=358.05KN 。取加勁肋的寬度為80mm，考慮底板上開(kāi)孔，按構(gòu)造需求取地板尺寸為240mm&

28、#215;360 偏安全地取有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為：A 240( 2 180 12)41280 mm2n驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：R358.05 1038.7 N mm2fc 9.6 N mm2滿足要求。An41280地板的厚度按支座反力作用下的彎矩計(jì)算、 節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分為四塊， 每塊板為兩邊支撐而另兩邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：M22.式中-地板下的平均應(yīng)力，8.7 N mm22 -兩邊支撐對(duì)角長(zhǎng)度，(120 12 / 2) 2802139.3mm-系數(shù) 由 b2 /2 決定， b2 為兩邊支撐的焦點(diǎn)到對(duì)角線2 的垂直距離， 由三角形面積1208068.9mm關(guān)系得 b2 =139.3b2 / 2 =0.50 查表得=0.0602M0.06028.7139.3210162.9N mm地板厚度6Mf6