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

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PAGEPAGE4九江學(xué)院一由設(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，車間內(nèi)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E43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2四荷載與內(nèi)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0.25KN/㎡預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.4KN/㎡鋼屋架和支撐自重0.12+0.011×24=0.384KN/㎡總計(jì)：2.784KN/㎡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)：1.2KN/㎡永久荷載設(shè)計(jì)值1.2×2.784KN/㎡=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組合二全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦荷載P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KNP2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN組合三全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷載需要回轉(zhuǎn)半徑=根據(jù)需要的,,查角鋼型鋼表，初選2L140×90×10，A=4460,=2.54cm,=6.81cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：<=150<=150由于/t=140/10=14>0.56×270/140=10.7則==54.1＜「λ」=150由于λx＞λyz＞λy，只需求出查軸心穩(wěn)定系數(shù)表=0.813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=735.15KN。計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度lox=6000mm。屋架平面外根據(jù)支撐布置，取loy=11850mm。計(jì)算需要凈截面面積==選用2L140×90×8(短肢相并)，見(jiàn)圖5：A=3660,=2.59cm,=6.73cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：取=(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)3.再分腹桿beC,計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度lox=屋架平面外根據(jù)支撐布置取選用2L908見(jiàn)圖6：圖6再分腹beCA=2788,=2.76cm,=4.09cm由于b/t=9/0.8=11.25=0.614所選截面合適。填板放兩塊，4.中豎桿Ic已知：N=5449KN中豎桿選用2L70×5的角鋼，并采用十字形截面，見(jiàn)圖7：圖7中豎桿Ic滿足要求。填板放五塊，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)算填板桿件名稱內(nèi)力設(shè)計(jì)值N(KN)(cm)選用截面A（cm）應(yīng)力塊上弦桿AI-749.29150.8301.6短肢相并44.62.566.7758.91500.813174.622L140×90×10下弦桿ac735.156001185短肢相并362.596.73231.7350/204.262L140×90×8Aa-23.47201.5201.5T型截面9.61.532.45131.71500.38-64.422L50×5da-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-60.29166.9416.4T型截面9.62.473.65117.71500.451-71.12Gg-41.982L80×6Ad36.5163.7163.7T型截面9.61.532.451071500.51174.412L50×5Bd-45.1995.495.4T型截面9.61.532.4562.41500.794-59.312L50×5De-45.19117117T型截面9.61.532.4576.51500.711-66.322L50×5Ee36.24208.6208.6T型截面9.61.532.451361500.361104.622L50×5Ef32.85189189T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13.742.163.24133.31500.373106.322L70×5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)值各桿件內(nèi)力由表二查得，最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于8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：肢背：取=160mm肢尖：取=100mm（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：肢背：取=80mm肢尖：取=60mm（3）斜桿Eb與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=90.38KN因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸焊縫長(zhǎng)度≥40mm取=60mm。（4）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)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：肢背：取=180mm肢尖：取=100mm（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）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：肢背：取=180mm肢尖：取=150mm（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：肢背：取=180mm肢尖：取=120mm（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：取=60mm上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)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：<（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)度可按弦桿內(nèi)力來(lái)計(jì)算。N=749.29KN設(shè)肢尖、肢背焊角尺寸為8mm，取=300mm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，按上弦桿內(nèi)力的15％計(jì)算:N=749.29×15％=112.4KN。設(shè)肢尖焊角尺寸為8mm，弦桿一側(cè)焊縫長(zhǎng)度為200mm。<(3)中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=54.40KN此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸焊縫長(zhǎng)度≥40mm取=60mm。(4)斜桿gc與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=32.54KN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(zhǎng)度≥40mm取=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：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞內(nèi)力N=735.15KN設(shè)肢尖、肢背焊角尺寸為8mm，則需焊縫長(zhǎng)度為：取=300mm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,其內(nèi)力按下弦桿內(nèi)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：肢背：取=80mm肢尖：取=60mm（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×sin38.9+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×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(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：滿足要求。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：式中地板下的平均應(yīng)力，兩邊支撐對(duì)角長(zhǎng)度，系數(shù)由決定，為兩邊支撐的焦點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離，由三角形面積關(guān)系得==0.50查表得=0.0602地板厚度取t=20mm(1)加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：偏安全地假定一個(gè)加勁肋的受力為支座反力的1/4，則焊縫受力：設(shè)肢焊縫尺寸為6mm，設(shè)所需焊縫長(zhǎng)度為170mm，則：所以加勁肋高度不小于170mm即可。(2)節(jié)點(diǎn)板加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算:設(shè)底板連接焊縫傳遞全部支座反力R=358.05K