21m跨度鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(完整版)(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄1.0 設(shè)計資料11.1 結(jié)構(gòu)形式與布置21.1.1 桁架形式及幾何尺寸21.1.2 屋架支撐布置21.2 荷載計算41.2.1屋面活荷載選擇41.2.2屋架和支撐自重計算41.2.3荷載組合41.3 桿件設(shè)計及內(nèi)力計算61.3.1 屋架計算簡圖61.3.2 桿件內(nèi)力計算和桿件內(nèi)力表61.3.3 桿件設(shè)計7(1)上弦桿7(2)下弦桿8(3)腹桿9(4)豎桿11(5)屋架桿件截面選擇表111.4 節(jié)點設(shè)計121.4.1 下弦節(jié)點“c”121.4.2 上弦節(jié)點“B”131.4.3 上弦節(jié)點“D”141.4.4 下弦節(jié)點“e”151.4.5 上弦節(jié)點“F”161.4.

2、6 下弦節(jié)點“g”171.4.7 屋脊節(jié)點“H”181.4.8豎桿與上弦節(jié)點“C,E,G”191.4.9支座節(jié)點“A”191.4.10支座節(jié)點“a”21參考文獻(xiàn)22致謝22附錄221.0 設(shè)計資料某廠房總長度90m，跨度21m，縱向柱距6m。1.結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。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，設(shè)計基本地震加速度為0.1g，二類場地。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. 屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載P=

3、1.0作用下桿件的內(nèi)力）如圖1.11及下圖所示。 21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載無檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以KN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7KN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值值根據(jù)不同學(xué)號按附表取。施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載取0.6 KN/m2。屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.

4、4KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4KN/m2 保溫層 0.35KN/m2 一氈二油隔氣層 0.05KN/m2 水泥砂漿找平層 0.3KN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45KN/m2桿件名稱內(nèi)力系數(shù)F=1組合一組合二組合三桿件內(nèi)力（KN）全跨(1)左半跨(2)右半跨(3)F*(1)F1*(1)+F2*(2)F1*(1)+F2*(3)F3*(1)+F4*(2)F3*(1)+F4*(3)上弦AB000000000BC CD-7.472-5.31-2.162-431.732-396.319-344.754-158.728-83.365-431.732DE EF-11.262-7.339-3.923

5、-650.718-586.460-530.506-223.334-141.555-650.718FG GH-12.18-6.861-5.319-703.760-616.635-591.377-215.774-178.858-703.760下弦ac4.13.011.09236.898219.044187.59489.40243.438236.898ce9.7446.6633.081563.008512.542453.868200.729114.976563.008eg11.9627.3264.636691.164615.227571.164225.984161.585691.164gh11.76

6、85.8845.884679.955583.575583.575190.642190.642679.955斜腹桿aB-7.684-5.641-2.043-443.982-410.517-351.582-167.549-81.413-443.982Bc5.8083.961.848335.586305.316270.721119.37068.809335.586cD-4.409-2.633-1.776-254.752-225.661-211.623-81.684-61.168-254.752De2.7921.2221.57161.322135.605141.30541.06549.396161.3

7、22eF-1.572-0.047-1.525-90.830-65.851-90.060-7.775-43.158-90.830Fg0.328-1.0391.36718.952-3.44035.971-23.48634.11335.971gH0.7131.913-1.241.19760.8539.86248.813-25.71260.853豎干Aa-0.5-0.50-28.890-28.890-20.700-14.085-2.115-28.890Cc-1-10-57.780-57.780-41.400-28.170-4.230-57.780Ee-1-10-57.780-57.780-41.400

8、-28.170-4.230-57.780Gg-1-10-57.780-57.780-41.400-28.170-4.230-57.780表1-2 屋架構(gòu)建內(nèi)力組合表注：表中F=57.78KN，F(xiàn)1=41.4KN，F(xiàn)2=16.38，F(xiàn)3=4.23KN，F(xiàn)4=23.94KN3.桿件設(shè)計1) 上弦桿整個上弦采用等截面，按FG,GH桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計，即N=-703.76KN上弦桿計算長度： 在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度，即L0x=l0=1.5075m 在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)布置和內(nèi)力變化情況，取lOy為支撐點間的距離，即L0y=2*1.5075

9、= 3.015 m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并，如圖1.17所示 圖1.17 上弦截面腹桿最大內(nèi)力N=-446.901KN，查表知，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm。 設(shè)=60，查軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表 =0.807則需要截面積為=/(0.807*215)=4056.1mm2需要回轉(zhuǎn)半徑：ix=l0x/=1507.5/60= 25.125mm2iy= l0y/=3015/60=50.25mm2根據(jù)需要的, ix , iy查角鋼型鋼表，初選2 L140×90×10，肢背間距a=10mm，則A=4452，ix =2.56

10、cm，iy =6.77cm。按所選角鋼進(jìn)行驗算：x= l0x/ix=1507.5/25.6=58.9<=150y= l0y/iy=3015/50.25=60<=150則滿足長細(xì)比<=150的要求。 由于y >x，只需求y。查表y=0.807，則N/(XA)= /(0.807*4452)=195.9<215N/mm2所選截面合適。2).下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算N=691.164KN。計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度 lox=3000mm。屋架平面外根據(jù)支撐布置，取 loy=20700/2=10350mm。所需的凈截面面積=/215=3214.

11、7mm2=32.15cm2 選用2L140×90×8(短肢相并)，見圖1.18： 圖1.18 下弦截面查表得：A=3608mm2=36.08cm2>32.15cm2，ix =2.59cm，iy =6.73cm.x= lox/ix=300/2.59=115.8<350y= loy/iy=1035/6.73=153.8<3503)腹杠l 桿aB桿件軸力： N=-443.982KN=-N計算長度： lox =loy=2530mm因為lox =loy，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ixiy。選用2L140×90×10，肢背間距a=10mm，則A

12、=44.52cm2，ix =4.47cm，iy =3.74cm.x= lox/ix=253/4.47=56.6y= loy/iy=253/3.74=67.6因y >x，只需求y。查表y=0.7654，則=N/(XA)= /(0.7654*4452)=130.3 N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿Bc桿件軸力： N=335.586KN=N計算長度： lox =loy=2613mm選用2L100×7，肢背間距8mm，則A=27.60cm2，=3.09cm，=4.39cm.x= lox/ix=261.3/3.09=84.6<150y= loy/iy=261

13、.3/4.39=59.5<150因x >y，只需求x。查表x = 0.6574，則=N/(XA)= /(0.6574*2760)=185.0N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿cD桿件軸力： N=254.792KN計算長度： lox =loy=2864mm選用2L100×6，肢背間距a=8mm，則A=23.87cm2，=3.10cm，=4.37cm. x= lox/ix=286.4/3.10=92.4<150y= loy/iy=286.4/4.37=65.5<150因x >y，只需求x。查表x =0.6052，則=N/(XA)=/(0

14、.6052 *2387)=176.4N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿De桿件軸力： N=161.322KN計算長度： lox =loy=2864mm選用2L90×6，肢背間距a=8mm，則A=21.28cm2，=2.79cm，=3.98cm.x= lox/ix=286.4/2.79=102.7<150y= loy/iy=286.4/3.98=72.0<150因x >y，只需求x。查表x = 0.5378，則=N/(XA)=/( 0.5378*2128)=141.0N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿eF桿件軸力： N=-9

15、0.830KN計算長度： lox =loy=3124mm選用2L70×6，肢背間距a=8mm，則A=16.32cm2，=2.15cm，=3.18cm. x= lox/ix=312.4/2.15=145.3<150y= loy/iy=312.4/3.18=98.2<150因x >y，只需求x。查表x = 0.3248，則=N/(XA)=90830/( 0.3248*1632)=171.4N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿Fg桿件軸力： N=35.971KN計算長度： lox =loy=3124mm選用2L50×5，肢背間距a=8mm，則

16、A=9.61cm2，=1.53cm，=2.38cm. x= lox/ix=312.4/1.53=204.2<150y= loy/iy=312.4/2.38=131.3<150因x >y，只需求x。查表x =0.1796，則=N/(XA)=35971/(0.1796*961)=208.4N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿gH桿件軸力： N=60.853KN計算長度： lox =loy=3390mm選用2L70×5，肢背間距a=8mm，則A=13.75cm2，=2.16cm，=3.16cm. x= lox/ix=339/2.16=157.0<

17、150y= loy/iy=339/3.16=107.3<150因x >y，只需求x。查表x =0.285，則=N/(XA)=60853/(0.285*1375)=155.3N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。4)豎桿u 桿Aa桿件軸力： N=-28.890KN計算長度： lox =0.8l=0.8*1990=1592mm，loy=1990mm選用2L50×5，肢背間距a=8mm，則A=9.61cm2，=1.53cm，=2.38cm. x= lox/ix=159.2/1.53=104.1<150y= loy/iy=199.0/2.38=83.6<1

18、50因x >y，只需求x。查表x =0.5284，則=N/(XA)=28890/(0.5284*961)=56.9N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。u 桿Cc、Ee、Gg這三根桿件受力相同而且較小，以最不利桿件Gg（長度最大）確定斷面。由于受力較小，可按長細(xì)比選擇截面。桿件軸力： N=-57.780KN計算長度： lox =0.8l=0.8*2890=2312mm，loy=2890mm ix = lox/ =231.2/150=1.54cm iy = loy/ =289.0/150=1.93cm選用2L63×5，肢背間距a=8mm，則A=12.29cm2，=1.

19、94cm>1.54cm，=2.89cm>1.93cm.x= lox/ix=231.2/1.94=119.2<150y= loy/iy=289.0/2.89=100<150因x >y，只需求x。查表x =0.441，則=N/(XA)=57780/(0.441*1229)=106.6N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。5)由于該屋架為對稱結(jié)構(gòu)，且荷載為對稱荷載，故其他各桿截面設(shè)計由以上計算結(jié)果即可得到，詳見表1-3表1-3 屋架桿件截面選擇表1.4 節(jié)點設(shè)計用E43焊條時，角焊縫的抗拉，抗壓和抗剪強度設(shè)計值各桿件內(nèi)力由表1-2查得，最小焊縫長度不應(yīng)小于8

20、和40mm。1下弦節(jié)點c，見圖1.19 圖 1.19(1)斜桿Bc與節(jié)點的連接焊縫計算：N=335.586KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm，所需焊縫長度為：肢背： 用150mm；肢尖： 用100mm(2)斜桿cD與節(jié)點的連接焊縫計算：N=126.66KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm，所需焊縫長度為：肢背： 用120mm；肢尖： 用80mm(3)cC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸(4)根據(jù)求的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙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410mm*335mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為410mm，hf

21、=6mm。焊縫所受的力為節(jié)點b左右兩下弦桿的內(nèi)力差N=563.008-236.898=326.11KN。受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。2上弦節(jié)點B，見圖1.20圖1.20(1)Bc桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點c相同。(2)斜桿aB與節(jié)點的連接焊縫計算：N=-443.982KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為10mm和6mm，所需焊縫長度為（按不等肢角鋼短肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：肢背： 用160mm；肢尖： 用120mm為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣的上肢背可縮進(jìn)8mm，用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8

22、的折減系數(shù)。計算時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。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得hf=節(jié)點板厚度/2=12/2=6mm，hf=10mm上弦與節(jié)點板間焊縫長度為380mm，則(0.75*)2+(*1.22)22*0.7*6*(380-12)=105.0 N/mm2<上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為：(0.25*)2+(*1.22)22*0.7*10*(380-12)=21.4N/mm2<160N/mm2則節(jié)點板滿足要求3上弦節(jié)點D，見圖1.21 圖 1.21(1) Dc桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點c相同。(2)斜桿De與節(jié)點的連接焊縫計算：N=161.322KN設(shè)肢背

23、與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm，所需焊縫長度為：肢背： 用90mm；肢尖： 用60mm(3)根據(jù)求的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙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310mm*260mm。經(jīng)按照(2)中節(jié)點B驗算方法驗算知，滿足要求。4下弦節(jié)點e，見圖1.22 圖 1.22(1) eD桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點D相同。(2)斜桿eF與節(jié)點的連接焊縫計算：N=90.830KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm，所需焊縫長度為：肢背： 用60mm；肢尖： 用40mm(3)eE桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸(4)根據(jù)求的焊縫長度，并考慮桿件

24、之間應(yīng)有的間隙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320mm*250mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為320mm，hf=6mm。焊縫所受的力為節(jié)點e左右兩下弦桿的內(nèi)力差N=691.164 -563.008 =128.156KN。受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。5上弦節(jié)點F，見圖1.23 圖 1.23(1) Fe桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點e相同。(2)斜桿Fg與節(jié)點的連接焊縫計算：N=35.971KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm，所需焊縫長度為：肢背： 用40mm；肢尖： 用30mm(3)根據(jù)求的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等

25、誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為220mm*210mm。經(jīng)按照(2)中節(jié)點B驗算方法驗算知，滿足要求。6下弦節(jié)點g，見圖1.24 圖 1.24(1) gF桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點F相同。(2)斜桿gH與節(jié)點的連接焊縫計算：N=60.853KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm，所需焊縫長度為：肢背： 用60mm；肢尖： 用40mm(3)gG桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸(4)根據(jù)求的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙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250mm*270mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為250mm，hf=6mm。焊

26、縫所受的力為節(jié)點g左右兩下弦桿的內(nèi)力差N=60.853 -35.971 =24.882KN。受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。7屋脊節(jié)點H，見圖1.25 圖 1.25(1)弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進(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以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力來計算。N=703.76KN設(shè)肢尖、肢背焊角尺寸為8mm， 取=230mm拼接角鋼長度取 2×230+50=510mm。(2)上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15計算:N=703

27、.76×15=105.6KN。設(shè)肢尖焊角尺寸為8mm，取節(jié)點板長度為500mm，則弦桿一側(cè)焊縫長度為500/2-10-20=220mm，焊縫應(yīng)力為2+(1.22)2=91.9MPa<160MPa驗算可知，強度滿足要求(3)斜桿gH與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=60.853KN 此桿內(nèi)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，焊縫長度40mm 取=60mm。8豎桿與上弦節(jié)點C,E,G，見圖1.26圖1.26由于這三個桿的軸力相等且較小，焊縫尺寸均可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸hf=5mm，焊縫長度40mm 取=60mm。9支座節(jié)點A，見圖1.27為了便于施

28、焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的長度，故可取160mm，在節(jié)點板中心線左側(cè)設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為12mm。(1)支座底板計算： 支座反力：R=57.78*103*(8-1)=N加勁肋的寬度為80mm，考慮底板上開孔，按構(gòu)造需求取地板尺寸為240mm×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：驗算柱頂混凝土的抗壓強度：=R/An=/41280=9.8N/mm2<fc=12.5N/mm2式中 fc-混凝土強度設(shè)計值，對C25混凝土，fc=12.5N/mm2則混凝土抗壓強度滿足要求。圖1.27(2)底板的厚度按支座反力作用下的彎矩計算、節(jié)點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：式中 -底板下的平均應(yīng)力， =9.8N/mm2-兩邊支撐對角長度， -系數(shù)