鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

PAGEPAGE27參考實(shí)例：鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)例題－、設(shè)計(jì)資料某一單層單跨工業(yè)長房。廠房總長度為120m，柱距6m，跨度為27m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺中級工作制橋式吊車。該地區(qū)冬季最低溫度為－20℃。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。上鋪120mm厚泡沫混凝土保溫層和三氈四油防水層等。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6kN/㎡，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.75kN/㎡，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/㎡。屋架采用梯形鋼屋架，其兩端鉸支于鋼勁混凝土柱上。柱頭截面為400mm×400mm，所用混凝土強(qiáng)度等級為C20。根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì)，鋼材采用Q235―A―F，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度f=215kN/㎡,焊條采用E43型，手工焊接。構(gòu)件采用鋼板及熱軋鋼勁，構(gòu)件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計(jì)算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（軸線處），h=2015mm（計(jì)算跨度處）。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸見圖1所示。圖1屋架形式及幾何尺寸屋架支撐布置見圖2所示。符號說明：GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）；CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿）圖2屋架支撐布置圖三、荷載與內(nèi)力計(jì)算1.荷載計(jì)算荷載與雪荷載不會同時(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)值放水層（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（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡鋼屋架和支撐自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道設(shè)備自重0.10kN/㎡總計(jì)3.387kN/㎡可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載0.75kN/㎡積灰荷載0.50kN/㎡總計(jì)1.25kN/㎡永久荷載設(shè)計(jì)值1.2×3.387=4.0644kN/㎡（由可變荷載控制）可變荷載設(shè)計(jì)值1.4×1.25=1.75kN/㎡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節(jié)點(diǎn)荷載P=(4.0644+1.75)×1.5×6=52.3296kN組合二全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載=4.0644×1.5×6=36.59kN=1.75×1.5×6=15.75kN組合三全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載=0.417×1.2×1.5×6=4.5kN=(1.4×1.2+0.75×1.4)×1.5×6=24.57kN3.內(nèi)力計(jì)算本設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對桿件計(jì)算主要起控制作用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均勻鋪設(shè)面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。注：表內(nèi)負(fù)責(zé)表示壓力；正值表示拉力圖3屋架接點(diǎn)圖四、桿件截面設(shè)計(jì)腹桿最大內(nèi)力，N=-619.16KN，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考可知：支座節(jié)點(diǎn)板剛度取14mm；其余節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取12mm。1.上弦桿整個(gè)上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=-1117.37KN計(jì)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，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)間長度：=3000cm因?yàn)?≈，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并，見圖4圖4上弦截面設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807需要截面積===6440需要回轉(zhuǎn)半徑==2.51cm==5.00cm根據(jù)需要的、、查角鋼型鋼表，初選2L16010014，A=6940，=2.80cm，=7.86m。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算===52.9＜[λ]=150===38＜[λ]=150由于則：＜[λ]=150由于，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，＝0.8384=192N/<215N/所選截面合適。2.下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=1169.52kN計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長度=4500mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取=13350mm計(jì)算需要凈截面面積==5439.6選用2L1409014（短肢相并），見圖5。圖5下弦截面A=6940，=2.51cm，=6.93cm。按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點(diǎn)板邊緣距離大于100mm，則可不計(jì)截面削弱影響）=191.7N/<215N/==179.3<[]=250=192.6<[]=350所選截面滿足要求。3.端斜桿Ba已知N＝-619.16kN，＝＝253.9cm因?yàn)椋?，故采用等肢角鋼，使＝選用角鋼2L10012,見圖6圖6端斜桿BaA＝4560，＝3.03cm，＝4.64cm截面剛度和穩(wěn)定驗(yàn)算==83.8<[]=150==54.7<[]=150由于=14.730.6624205N/<215N/所選截面滿足要求。填板放兩塊，=84.6cm＜40=40×3.03=121.2cm4.斜桿Bb已知N=497.1kN計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長度=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取=2622mm選用2L1006，見圖7。圖7斜桿BbA=2386，=3.10cm，=4.44cm。=208.34N/<215N/==67.7<[]=350=59.1<[]=350所選截面滿足要求。填板放兩塊，=87.4cm＜80=80×3.10=248cm5.再分腹桿c1G=-252.991kN，=-208.6kN，=4174mm計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長度=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396mm選用2L10066，見圖8。圖8再分腹腹桿c1G圖9中豎桿JeA=2386，=3.100cm，=4.44cmm。==53.9<[]=3500=99<[]=3550由于=25.50.5182204.6N/<2215N//所選截面滿滿足要求填板放兩塊，=1109.9ccm＜40=40××3.10==124cmm6.中豎桿Je已知N＝0，＝0.9335＝3301.5ccm中間豎桿選用2L756的角鋼，并并采用十字形形截面，見圖圖9A=17.6,ccm,=103.6<[[]=1550所所選截面滿足足要求填板放五塊，=660.3cmm＜40=40××2.45==98cm其余各桿件截面選選擇過程不一一一列出，計(jì)計(jì)算結(jié)果見表表2桿件名稱內(nèi)力設(shè)計(jì)值N（KN）計(jì)算長度（cm）選用截面截面積A（）回轉(zhuǎn)半徑（cm）[λ]計(jì)算應(yīng)力（N/）填板(塊)上弦桿-1117.377150.8300短肢相并2L1660*1000*1469.42.807.8653.91500.8384-1922（3）下弦桿1169.54501335短肢相并2L1440*90*14612.516.93179.3350/191.71（2）Aa-27.74201.5201.5T型截面2L50**517.61.532.53131.71500.3795-41.52Ba-619.16253.9253.9T型截面2L1000*1245.63.034.6483.81500.6624-2052Bb497.1209.76262.2T型截面2L1000*623.863.104.4467.7350/208.32Cb-55.48184230T型截面2L50**59.61.532.53120.31500.6624-136.12Db-412.77229.84287.3T型截面2L1000*1245.63.034.4675.91500.7146-125.72Dc304.03229.84287.3T型截面2L75**617.62.313.5399.5350/172.72Ec-83.22208260T型截面2L75**617.62.313.5397.71500.5701-82.92E140.50151.2189T型截面2L50**59.61.532.5398.8350/42.211F1-55.48104130T型截面2L50**59.61.532.53681500.763-75.71c1-252.99166.96439.6T型截面2L1000*623.863.104.44105.81500.5182-204.62G1-208.6Gd2.36261.2326.5T型截面2L75**617.62.313.53113150/1.342-138.052500.475-165.72Hd0.00244305T型截面2L75**617.62.313.531051500.5230.002H20.00162.8203.5T型截面2L50**59.61.532.53106.41500.5140.002I20.00137.25152.5T型截面2L50**59.61.532.5379.71500.6880.001J2-d2164.55179.92449.8T型截面2L75**617.62.313.53129.6350/93.52-2.881500.688-4.22Je0.00301.5301.5十字型截面2L775*617.6=2.91=2.91103.6150/0.002五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用E43焊條時(shí)，角角焊縫的抗拉拉、抗壓和抗抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值各桿件內(nèi)力由表22查得，最小小焊縫長度不不應(yīng)小于下弦節(jié)點(diǎn)b見圖110圖10下弦節(jié)點(diǎn)b（1）斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫縫計(jì)算：N=497.1kkN設(shè)肢背與肢尖的焊焊角尺寸分別別為6mm和5mm。所需焊縫縫長度為：肢背：+12==285.66mm，?。?70mmm肢尖：+10==158mmm，取＝170mmm斜桿Db與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫縫計(jì)算：N=412.777kN設(shè)肢背與肢尖的焊焊角尺寸分別別為6mm和5mm。所需焊縫縫長度為肢背：+12==216.77，?。?50mmm肢尖：+10==132.88，?。?50mmm（3）豎桿Cb與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板連接焊縫縫計(jì)算：N=555.48kkN因其內(nèi)力很小，焊焊縫尺寸可按按構(gòu)造確定，取取焊腳尺寸==5mm焊縫長度40mmm，取=60mmm（4）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板板連接焊縫計(jì)計(jì)算：焊縫受受力為左右下下弦桿的內(nèi)力力差△N=1828.887-3299＝499.887KN，設(shè)肢尖與與肢背的焊腳腳尺寸為6mm，所需焊縫縫長度為：肢背：+12==260，?。?00mmm肢尖：+12==136，取＝150mmm（5）節(jié)點(diǎn)板尺寸：根根據(jù)以上求得得的焊縫長度度，并考慮桿桿件之間應(yīng)有有的間隙和制制作裝配等誤誤差，按比列列作出構(gòu)造詳詳圖，從而定定出節(jié)點(diǎn)尺寸寸。如圖11所示圖11節(jié)點(diǎn)板板b尺寸2.上弦節(jié)點(diǎn)BB圖12上弦節(jié)節(jié)點(diǎn)B（1）斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板連接焊縫縫計(jì)算，與下下弦節(jié)點(diǎn)b中Bb桿計(jì)算相同同。（2）斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板連接焊縫縫計(jì)算，N=6199.16kNN。設(shè)肢背與與肢尖的的焊腳尺寸分分別為10mm和6mm。所需焊縫縫長度為肢背：+20==184.227，?。?00mmm肢尖：+12==165.66，取＝180mmm（3）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板板連接焊縫計(jì)計(jì)算：為了便便于在上弦上上擱置大型屋屋面板，上弦弦節(jié)點(diǎn)板的上上邊緣可縮進(jìn)進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫縫將上弦角鋼鋼和節(jié)點(diǎn)板連連接起來。槽槽焊縫可按兩兩條焊縫計(jì)算算，計(jì)算時(shí)可可略去屋架上上弦坡度的影影響，而假定定集中荷載P與上弦垂直直。假定集中荷載P由由槽焊縫承受受，P=55..3296kkN，焊腳尺寸寸為5mm所需槽焊縫長度為為:+10=+10==59.511mm,取=65mmm上弦桿尖焊縫受力力為左右上弦弦桿的內(nèi)力差差△N=6199.38-00.0＝619.338kN偏心距e=100--24.3＝75.7mmm設(shè)肢尖焊腳尺寸88mm，設(shè)需焊縫縫長度為480mm，則（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方方法同前，如如圖13所示圖13節(jié)點(diǎn)板板B尺寸3.屋脊節(jié)點(diǎn)JJ見圖14圖14屋脊脊節(jié)點(diǎn)J弦桿與拼接角鋼連連接焊縫計(jì)算算：弦桿一般般用與上弦桿桿同號角鋼進(jìn)進(jìn)行拼接，為為使拼接角鋼鋼與弦桿之間間能夠密合，并并便于施焊，需需將拼接角鋼鋼進(jìn)行切肢、切切棱。拼接角角鋼的這部分分削弱可以靠靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)補(bǔ)償。拼接一一側(cè)的焊縫長長度可按弦桿桿內(nèi)力計(jì)算。N=1117.337KN，設(shè)肢尖、肢肢背焊腳尺寸寸為8mm，則需焊縫縫長度為，取=375mmm拼接角鋼長度取22375+550＝800mmm（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板的的連接焊縫計(jì)計(jì)算：上弦肢肢背與節(jié)點(diǎn)板板用槽焊縫，假假定承受節(jié)點(diǎn)點(diǎn)荷載上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板板用角焊縫，按按上弦桿內(nèi)力力的15%計(jì)算。N=11117.37115%＝1167..6kN，設(shè)焊腳尺尺寸為8mm，弦桿一側(cè)側(cè)焊縫長度為為250mmm，（3）中豎桿與節(jié)點(diǎn)板板的連接焊縫縫計(jì)算：N=0kN此桿內(nèi)力很小，焊焊縫尺寸可按按構(gòu)造確定，取取焊腳尺寸==5mm焊縫長度40mmm，取=60mmm（4）斜桿J2與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板連接焊縫縫的計(jì)算N=164.555KN，設(shè)肢背與肢肢尖的焊角尺尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫縫長度為：肢背：，取=1000mm肢尖：，取焊縫長長度=60mmm（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方方法同前，如如圖15所示圖15節(jié)點(diǎn)板板J尺寸4.下弦跨中節(jié)節(jié)點(diǎn)e見圖16圖16下弦跨跨中節(jié)點(diǎn)e（1）弦桿與拼接角鋼鋼連接焊縫計(jì)計(jì)算：拼接角角鋼與下弦桿桿截面相同，傳傳遞內(nèi)力N=10112.51kkN設(shè)肢尖、肢背焊腳腳尺寸為8mm，則需焊縫縫長度為，取=300mmm拼接角鋼長度不小小于2300+112=6122mm（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板連連接焊縫計(jì)算算：按下弦桿桿內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢背、肢尖焊腳腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)側(cè)需焊縫長度度為肢背：，取=900mm肢尖：，按構(gòu)造要要求，取焊縫縫長度48mmm，取=60mm（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方方法同前，如如圖17所示圖17節(jié)點(diǎn)板板e(cuò)尺寸5.端部支座節(jié)節(jié)點(diǎn)a圖18支座節(jié)點(diǎn)點(diǎn)a（1）為便于施焊，下下弦角鋼水平平肢的底面與與支座底板的的距離一般不不小于下弦伸伸出肢的寬度度，故可取為為160mm。在節(jié)點(diǎn)中中心線上設(shè)置置加勁肋，加加勁肋的高度度與節(jié)點(diǎn)板的的高度相同，厚厚度同端部節(jié)節(jié)點(diǎn)板