27鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計例題

1、 梯形鋼屋架設(shè)計 北京地區(qū)某金工車間，采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架?？缍葹?7m，柱距6m，廠房高度為15.7m，長度為156m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50kN中級工作制吊車，計算溫度高于-20。采用三氈四油，上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找平層，厚泡沫混凝土保溫層，1.5m6m 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載為0.4kN/，屋面活荷載為0.4kN/，雪荷載為0.4kN/，風(fēng)荷載為0.45 kN/。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，柱截面為400mm400mm，混凝土標號為C20。設(shè)計荷載標準值見表表1 根據(jù)北京地區(qū)的計算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用Q235沸 E43型，手工焊。1 架。

2、屋面坡度i 1/10。l2150270002150。屋架計算跨度l0屋架端部高度?。篐mm。0l H i 200026700/20.133353350mm跨中高度：H屋架高跨比：。020H 1。l 8.00屋架跨中起拱l(fā)/50054mm,取50mm。f為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m水平尺寸為3.0m1 所示。圖 5.5m開間內(nèi)布置上下弦橫2桿，其中：上弦屋脊節(jié)點處及屋架支座出的系桿為剛性系桿（圖 栓采用C 級，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。3 0.4kN/ m2g0.0112L單位為m,荷載計算結(jié)果見表1。表1荷 載 計 算 表m2）設(shè)計屋架時應(yīng)考慮以下三種荷載

3、組合情況：6.1.全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：4F (3.861.12)1.56 44.82kN6.2.全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：F 6kN1半跨節(jié)點可變荷載：F 6kN26.3.全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載:全跨節(jié)點屋架自重：F 6kN3半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：F 6kN46.1、6.2為使用節(jié)點荷載情況，6.3為施工階段荷載情況。 由圖解法或數(shù)解法解得作用于全跨、2。表2組合F113224400000000 5 000000000000000桿00桿件設(shè)計8.1 上弦桿整個上弦采用等截面，按 HI、IJ 桿件的最大

4、設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。N-859.2kN上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度l l mmox0在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)6支撐布置和內(nèi)力變化情況，取l 為支撐點間的距離，即l 150721508 4522mmoy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。腹桿最大內(nèi)力 N-450.4kN，查表得，中間節(jié)點板厚度選用 12mm，支座節(jié)點板厚度選用 14mm。（由雙角鋼組成的 T 型和十字形，查Q235 鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得設(shè)截面均屬于 b N 859.2103A 4952.02f 0.807l 15084522li 25.

5、1,i 75.4mm需要的回轉(zhuǎn)半徑：oyox 60 60 xy根據(jù)需要 A、i 、i 查角鋼規(guī)格表，選用 2L16010010，肢背間距 a12mm，則 Axyi cm i 7.78 cm250.6cm ，xy按所選角鋼進行驗算：ll 4522 52.9， 58.1oyi i 77.8xyxy 150滿足長細比的要求。由于 ，只需求 ，查表 0.818，則yxyyN 859.2103MPa 207.6MP 215MPaa A 0.818 5060y所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖78.2 下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的 cd 桿計算。N=817.5kNl mm l l 267

6、00/213350mm，oxoy0所需截面積為（因跨中有通長系桿）:N 817.53A 38.0222f選用 2L16010010，因l l ,故用不等肢角鋼，短肢相并。oy0 xA50.62，cmi cm i 7.78 cmxyll 1335 157.9， 171.6350oyi 2.85i 7.78xyxyN 817500 161.6MPa215MPa，所以滿足要求。A 5060下弦截面如圖：圖8.3 斜桿按端斜桿 aB 最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。N 450.4l l 2530mm桿件軸力：計算長度：oxoy因為l l ，故采用等肢角鋼，使i i。選用 2L10010。則:xyi m i mA38

7、.52cm，2，xy8ll 25302530 83.0， 55.0oyi i 46.0 xyxy ，只需求 。查表 0.668，則:由于yxxxN175.0MPa 215MPa，故所選截面合適。 A 0.668 x端斜桿截面如圖：圖8.4 腹桿腹桿 cf-fG 在 f 節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。N 156.9kN N 120.6kN,cffG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：l mm，oxN120.6156.9l l (0.750.25 ) (0.750.25) 3932.62N0y11選用 2L11010，查角鋼規(guī)格表得m i i 5.00c

8、mA45.522，xyl20l3932.650.0 115.9150， 78.65150oxoyi 19.4ixyxy ，只需求 。查表 0.458，則:由于yxxxNa a A y再分腹桿截面如圖：9圖8.5 豎桿 HdN 67.2 l 0.8l0.830502440mm l 3050mm，oxoy由于桿件內(nèi)力較小，按 150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為ll i i， ox xyi 和i 較上述計算的i 和i 2Lxyxym i i 3.04cmA12.29，2xyll 3050 125.8 100.3150，oyi i 30.4xyxy ，只需求 。查表 0.406，則:由于yxxxN134.7

9、MPa 215MPa A 0.406 x豎桿截面如圖：圖其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表 3。10表3屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表lii/yycmxxHgAaCbEcFfHdIg63563563563563563563566.966.375.785.542.8100.350.2-22.4-44.8-67.2-44.8-67.2-44.8125.862.9122152.512.291.943.0411節(jié)點設(shè)計采用E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值f。wf9.1下弦節(jié)點“b”設(shè) bB 桿的肢背和肢尖焊縫 h 8mm6mm，所需焊縫長度為：fK N120.7h ff110328l

10、12h 2826104.79肢背l ：1fwfK N220.7h f10326l 22h 肢尖l ：2fwf 2fl lmm取，。12設(shè) bD桿的肢背和肢尖焊縫 h 8mm6mm，所需焊縫長度為：fK N120.7h ff110328l 12h 282687.52肢背l ：1fwfK N220.7h ff 210326l 22h 肢尖l ：2fwfl lmm取，。12bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取h 5mm。f根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點詳圖（見圖280340mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為 340mm，h 5mm，焊縫承受節(jié)點

11、左、右弦桿的內(nèi)力差NN-N 596.6-240.2bcabf356.4kN。驗算肢背焊縫的強度：K N0.65356.4103100.3N /mm 160mm22120.7h l 20.75 34025ffw12圖9.2 上弦節(jié)點“B”斜桿 Bb b 中 Bb Ba 與節(jié)點板連接焊縫計算：N=-450.4kN。設(shè) “aB”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為 10mm 和 6mm。所需焊縫長度為K N120.7h ff11032l 12h 226129.29肢背l ：1fwfK N210326160l 22h 肢尖l ：20.7h fw2ff 2fl l mm取，。12為了便于在上弦上擱置大型屋面板

12、，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背 8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8 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)力由下面計算得到：11h 節(jié)點板厚實度 12 6mm,h 6。22f1f 213肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力kN ，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載kN44.8 。上N F弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm，則0.6577.211.920.76(46012)f20.76(46012)f11.9( ) 77.2 77.8MPa 160MPa2 2（ ） f221.22ff節(jié)點如圖:圖

13、9.3屋脊節(jié)點“J”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(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。N=-859.2kN。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長度為14859200l 10 249.7mm l mm,取40.78160ww拼接角鋼長度取 6002260=520mm應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫h 10mm,節(jié)點板長度為500mm，節(jié)點一側(cè)弦桿f焊縫的計算長度為l /210mm。w焊縫應(yīng)力為：0.15859200 41.8MPaNf20.71022060.15859

14、20078.1MPa160MPaMf20.710220211.9( ) 41.8 160MPa2 2（ ） 22f1.22ff節(jié)點形式如圖:圖9.4下弦跨中節(jié)點“e”15跨中起拱 2L16010010，h 8mm，焊縫長度：f798200Nl 16 222.7mm，取l =300mm。40.7h f40.78160wwwff拼接角鋼長度l2610。15%計算。N798.215%119.7設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為0.65119.7103肢背：l 1269.9mm l，取 =90mm20.76160110.35119.71020.761603l w212 43.2mm，按

15、構(gòu)造要求，取焊縫長度肢尖ll 50mm，取 =60mmw2w2節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸。0.65798200105.0MPa f 160MPaw20.7660012）f焊縫強度滿足要求。節(jié)點形式如圖:16圖9.5 端部支座節(jié)點“a” （1）支座底板的計算RN支座反力：設(shè)支座底板的平面尺寸采用280mm400mm，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 655202。驗算柱頂混凝土的抗壓強度：R 7.29 f 9.6Acn式中： f 混凝土強度設(shè)計值，對 C20 混凝土， f 9.6MPa。cc支座底板的厚度按屋架反力作用下的

16、彎矩計算，節(jié)點板和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，每塊板的單位寬度的最大彎矩為： M a222式中： 底板下的平均應(yīng)力，即 =8.49MPa 。兩邊支承之間的對角線長度，即 ) 172.6aa22222b /a2系數(shù)，由查表確定。2217b2a為兩邊支承的相交點到對角線 的垂直距離。由此得：284.8bb 284.8, 2172.6a172.62查表得 0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：2 0.05468.49172.62 13809.63N mmM a2 22底板厚度：6M613809.63t mmf215，取t22mm所以底板尺寸為28023422mm。

17、（2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點板高度。由節(jié)點圖得焊縫長度為 440mm，計算長度lhR/4計算，wfR/4作用點到焊縫的距離為e（140-8）/266 mm。則焊縫所受剪力V及彎矩M為：R 44820V 11.21kN,M Ve44.82662958.1kNmm44焊縫強度驗算22 20.7h l1.2220.7h l2f wf w 22 20.784131.2220.78413 27.99N/mmf2wf滿足要求。（3）節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力RN，其中每塊加勁肋各傳N，節(jié)18 22410N點板傳遞。節(jié)點板與底板的連接焊縫長度 l 2(280 ，所需焊腳尺寸為wR/2