鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)27

．設(shè)計(jì)資料某廠(chǎng)房總長(zhǎng)度90m，跨度根據(jù)不同的學(xué)號(hào)從附表中取，跨度L=24?？v向柱距6m。鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C,無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠(chǎng)房?jī)?nèi)橋式吊車(chē)為2臺(tái)150/301（中級(jí)工作制），鋼材選用Q235，焊條E43,手工焊。二．屋架形式和幾何尺寸確定屋架的計(jì)算跨度、端部高度、跨中高度、起拱高度。配合屋面板1.5m的寬度，為使屋架上弦只受節(jié)點(diǎn)荷載，腹桿體系采用節(jié)間為3m的人字形式屋面板采用1.5X6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用，，故采用屋檁體系，梯形屋架，屋架計(jì)算跨度應(yīng)取l=1-2*150=24000-300=23700mm，取屋架端部高度H。=1990mm.為使屋架上弦只受節(jié)點(diǎn)荷載，腹桿體系采用節(jié)間為3m的人字形式，屋面板傳來(lái)的荷載，正好作用在節(jié)點(diǎn)上，使之傳力更好。屋架跨中起拱1/500，可取50mm.屋面坡度i=1/10幾何尺寸如下圖所示：0055700刃70991500x8=1200070055700刃70991500x8=120007955705拱三．支撐布置由于房屋長(zhǎng)度為90m,故在房屋兩端第二開(kāi)間及跨中開(kāi)間設(shè)置上、下弦橫向水平支撐和垂直支撐。其他屋架則在垂直支撐處分別于上、下弦設(shè)置三道系桿，其中屋脊和兩支座處為剛性,其余三道為柔性系桿如下圖。

四．荷載和內(nèi)力計(jì)算①荷載資料：永久荷載包括屋架和支撐自重、大型屋面板自重、保溫層、防水層、找平層等自重；可變荷載包括屋面活荷、雪荷載，取兩者之間的大值，風(fēng)荷載及積灰荷載不考慮。屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L=0.384KN/m2，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)值為S=0.35KN/m2,0施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載=1.2KN/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 0.4KN/m20.4KN/m20.4KN/m2保溫層 0.65 KN/m2（按分組附表取）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/m23.584KN/m23.584KN/m20.7KN/m21.2KN/m2屋面活荷載（大于雪荷載）屋面積灰荷載②荷載組合：使用階段：全跨永久荷載＋全跨可變荷載全跨永久荷載＋半跨可變荷載荷載組合按全跨永久荷載和全跨可變荷載并根據(jù)式（3.18）和式（3.19）計(jì)算。在本題中設(shè)計(jì)時(shí)，將跨度中央每側(cè)各兩根斜腹桿均按壓桿控制其長(zhǎng)細(xì)比，不必考慮半跨荷載作用情況，只計(jì)算全跨滿(mǎn)載時(shí)的桿件內(nèi)力。按照可變荷載效應(yīng)控制的組合計(jì)算：其中，取永久荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)r=1.2；屋q面活荷載或雪荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)r=1.4，屋面積灰荷載積灰荷載，r=1.4,屮=0.9；Q Q2 2則節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值為按照永久荷載效應(yīng)控制的組合計(jì)算：其中，永久荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)r=1.35；q

F= 1.35x3.634+1.4x0.7x0.7+1.4x0.9x1.2)x1.5x6=64KNd屋面活荷載或雪荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)七=1.4;組合系數(shù)屮1=0.7;積灰荷載r=1.4,屮=0.9；則節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值為Q2 2F=(1.35x3.634+1.4x0.7x0.7+1.4x0.9x1.2)x1.5x6=64KNd故應(yīng)取節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值F=64KN③內(nèi)力計(jì)算〔不考慮起拱〕：本設(shè)計(jì)采用圖解法計(jì)算內(nèi)力。應(yīng)用圖解法求得單位荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點(diǎn)的各桿內(nèi)力，即內(nèi)力系數(shù)，然后可求出當(dāng)荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點(diǎn)時(shí)的桿件內(nèi)力，并求出荷載組合下的桿件內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力〔正、負(fù)最大值〕作為設(shè)計(jì)屋架的依據(jù)。1.01.0▼c5.01.0Id__-13.5OIL1.0Ye1.015.26+1111.0+0/1.0Th___1.01.0▼c5.01.0Id__-13.5OIL1.0Ye1.015.26+1111.0+0/1.0Th___:ZS-14?711.0-14.71+11.5314.6515.17(8-?/+15.17a c e g I24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值T—IT—Ic_-2609FooD1.01.01.01.01.0"IHGF.172丄H'-7.38l.TD一4oc_T—IT—Ic_-2609FooD1.01.01.01.01.0"IHGF.172丄H'-7.38l.TD一4oc_OT—I*T5.o-Ii24米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值五、桿件截面設(shè)計(jì)1、上弦桿

整個(gè)上弦采用等截面，按fh桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即N=-976.64KN計(jì)算Q345-C鋼f=345N/mm2,Lox=150.8cm,Loy=301.6cm;屋架平面內(nèi)（取節(jié)間軸線(xiàn)長(zhǎng)度）：L=L=1508mmox0屋架平面外（取支撐節(jié)點(diǎn)間距離）：L=2x1508=3016mmoy選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并,整體穩(wěn)定系數(shù)e按b類(lèi)設(shè)X=50，查Q235鋼穩(wěn)定系數(shù)表，可得申=0.856N976.64x103則需要的截面面積：A= = =33.07cm2①xf0.856x345x102需要的回轉(zhuǎn)半徑：i=L/X=150.8/50=3.016cm，i=L/X=301.6/50=6.032mmxox yoy根據(jù)需要（A、i、i）查角鋼規(guī)格表，選用「廠(chǎng)140X90X8，肢背間距a=8mm,xy，X=ox=x150.8=42.36,3.56A，X=ox=x150.8=42.36,3.56301.6=45.35，均滿(mǎn)足：長(zhǎng)細(xì)比<[X]=1506.65查表申=0.813y，則：查表申=0.813y，則：b976.64x103=332N/mm2<345N/mm2①xA0.813x36.08x102滿(mǎn)足）2、下弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按最大設(shè)計(jì)內(nèi)力桿件的內(nèi)力值設(shè)計(jì)，即N=970.88KN，計(jì)算，屋架平面內(nèi)（取節(jié)間軸線(xiàn)長(zhǎng)度）：L=L=3000mmox0屋架平面外（取支撐節(jié)點(diǎn)間距離）：L=24000/2-150=11850mmoy選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并（如圖所示），整體穩(wěn)定系數(shù)e按b類(lèi)N=970.88KN,因跨中有通長(zhǎng)系桿，所以所需截面面積：970.88x970.88x103=28.84cm2345345x102根據(jù)需要（A）查角鋼規(guī)格表，選用」140X90X8，肢背間距a=8mm，A根據(jù)需要（A）查角鋼規(guī)格表，選用」140X90X8，肢背間距a=8mm，A=36.08cm2,i=3.56cm,i=6.65cm.)=ox=3000=84.3<[X]=350,入35.6l-°yiy11850=178.266.5<[l]=350970.88x103o=y=269N/mm2<345N/mm236.08x102滿(mǎn)足）3、端斜桿滿(mǎn)足）3、端斜桿aB桿1)1)桿件軸力：N=567.68KN2)上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：2)上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：L=L=L=253.5cm0yox3)截面選擇???L=L,3)截面選擇???L=L,.選用兩個(gè)不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并（如圖所示），使i-i。ox0yxy選用「廠(chǎng)125X80X8選用「廠(chǎng)125X80X8，肢背間距a=12mm,A=3198mm2，i=40.1mm,i=32.7mm，x4)截面驗(yàn)算4)截面驗(yàn)算253.5253.5=126.6<[九]=150,40.1L—0TiL—0Tiy253.5=88.332.7<[九]=150,查表申=0.703，則：查表申=0.703，則：o567.68x103=252N/mm2<345N/mm20.703x3198故所選截面合適故所選截面合適4、Be桿（1）桿件軸力：最大拉力：N=440.32KN2）計(jì)算長(zhǎng)度L=3127mm0屋架平面內(nèi)：L=4、Be桿（1）桿件軸力：最大拉力：N=440.32KN2）計(jì)算長(zhǎng)度L=3127mm0屋架平面內(nèi)：L=0.8L=0.8x260.8=208.6cmox0屋架平面外：L=L=260.8cmoy0（3）截面選擇選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并,整體穩(wěn)定系數(shù)e按b類(lèi)選用2l70X6,(A=2x&16=16.32cm2,i=2.15cm,i=3.26cm,)xy(4)截面驗(yàn)算.L 208.6 +口九=~ox= =97<［九］=150，滿(mǎn)足xi 2.15xL 260.8九=~0y= =80<［九］=150，滿(mǎn)足yi 3.26yN440.32x103b= = =269.8N/mm2<345N/mm2A16.32x102（滿(mǎn)足）5?Fg桿（1）桿件軸力：最大拉力：N=+71.04KN2）計(jì)算長(zhǎng)度L=311.9cm0屋架平面內(nèi)：L=0.8L=0.8x311.9=249.52cmox 0屋架平面外：L=L=311.9cmoy0（3）截面選擇選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并,整體穩(wěn)定系數(shù)e按b類(lèi)選用2l50X5,(A=2x5.42=10.84cm2,i=1.72cm,i=2.69cm,)xy(4)截面驗(yàn)算L 249.52入=~ox= =145.1<［入］=150，滿(mǎn)足TOC\o"1-5"\h\zxi 1.72x,L 311.9 , +口九=-0y= =115.9<［九］=150，滿(mǎn)足yi 2.69y按壓桿的容許長(zhǎng)細(xì)比選用截面即可滿(mǎn)足要求gH桿(1)桿件軸力：最大拉力：N=+1.28KN(2)計(jì)算長(zhǎng)度L=339.6cm0屋架平面內(nèi)：L=0.8L=0.8x339.6=271.7cmox 0屋架平面外：L=L=339.6cmoy0(3)截面選擇選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并，整體穩(wěn)定系數(shù)①按b類(lèi)選用2^63X5,(A=2x6.14=12.28cm2，i=1.94cm，i=2.97cm，)xy(4)截面驗(yàn)算TOC\o"1-5"\h\zL 271.7九=~ox= =141.1<［九］=150，滿(mǎn)足xi 1.94xL 339.6九=-i°y= =114.3<［九］=150，滿(mǎn)足yi 2.97y按壓桿的容許長(zhǎng)細(xì)比選用截面即可滿(mǎn)足要求Hi桿(1)桿件軸力：最大拉力：N=-69.12KN（A（A=2x6.14=12.28cm2,A=2x6.14=12.28cm2，2）計(jì)算長(zhǎng)度L=338.4cm0屋架平面內(nèi)：L=0.8L=0.8x338.4=270.7cmox0屋架平面外：L=L=338.4cmoy0（3）截面選擇由于壓力很小亦按容許長(zhǎng)細(xì)比選用2匚63X5,i=1.94cm,i=2.97cm,）xy（4）截面驗(yàn)算L 270.7入=―ox= =139.5<［入］=150，滿(mǎn)足xi 1.94xL338.4九=-0^= =113.9<［九］=150，滿(mǎn)足yi2.97y豎桿n桿1）桿件軸力：最大拉力：n=+131.1KN2）計(jì)算長(zhǎng)度L=0.9l=0.9x319=287.1cm03）截面選擇由于壓力很小亦按容許長(zhǎng)細(xì)比選用2匚63X5,i=1.94cm,i=2.97cm，）xy（4）截面驗(yàn)算L 287..1入=-o^= =117.2<［入］=350，滿(mǎn)足x0 i2.45xN131.1x103b= = =86.1N/mm2<f=345N/mm2，滿(mǎn)足A12.28x102n9、豎桿Gg桿

（1）桿件內(nèi)力：N=-64KN,2）上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)：L=0.8L=231.2cmox0屋架平面外：L=L=289cmoy0（3）截面選擇選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并（如圖所示），整體穩(wěn)定系數(shù)①按b類(lèi)因桿件內(nèi)力較小，取X=［九］=150，oxi=L/[X]=231.2/150=1.54cmoxxi=L/X=289/150=1.93cmoy根據(jù)需要（A根據(jù)需要（A、ii）查角鋼規(guī)格表，選用2廠(chǎng)56X5,yA=1084A=1084mm2，i=17.2mm，i=26.9mm，x4）截面驗(yàn)算X=0XxixX=yL—0Ti

y2312=134.4X=0XxixX=yL—0Ti

y2312=134.417.2<[X]=150，迥=108.626.9<[X]=150，查表申=0.366，則:64x103=161.4N/mm2<345N/mm29A0.366x1083y故所選截面合適六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1）屋脊節(jié)點(diǎn)2豎桿Ii桿端焊縫按構(gòu)造取hf和Lw為5mm和80mm,上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，角鋼肢背采用塞焊縫，并假定只承受屋面板傳來(lái)的集中荷載，一般不做技術(shù)。角鋼肢尖焊縫應(yīng)取上弦內(nèi)力N的15%進(jìn)行計(jì)算，即△N=0.15N=0.15X941.44=141.216KN即厶N(yùn)=0.15X2436.9=65.5KN，其產(chǎn)生的偏心彎矩M=ANe=141.216X1000X70=9885120現(xiàn)取節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖設(shè)肢尖焊腳尺寸hf2=6mm.則焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw2=200-2X6-5=183mm。其肢尖焊縫強(qiáng)度:6M)2+6M)2+(2x0.7hl)2f2w26x98851201.22x2x0.7x6x98851201.22x2x0.7x6x1832)2+(141.216x1022x0.7x6x183)291.86N/mm2<fw=200Nf/mm2拼肢需切為拼肢需切為屋脊節(jié)點(diǎn)I上弦桿起拱后坡度為1/9.6。拼接角鋼才用與上弦相同截面，熱彎成型。拼接角鋼一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度按弦桿所受內(nèi)力計(jì)算。設(shè)角焊縫焊腳尺寸hf=t-2=10-2=8mm,則接頭一側(cè)需要的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw,N 941.14x103lw'= = =210.0mmmm,4x0.7hflw4x0.7x8x200f拼接角鋼的總長(zhǎng)度： L=2(lw+2hf)+a=2X(210+2X8)+(10+2X1/9.6X90)=480.75mmL=500mm。接角鋼豎去的高度△=t+hf+5=10+8+5=23mm 取4=25mm則豎肢余留高度為65mm。下弦拼接節(jié)點(diǎn)拼接角鋼采用與下弦相同截面。拼接角鋼一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度按與桿件等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。設(shè)角焊縫焊腳尺寸hf=t-2=8-2=6mm,則接頭一側(cè)需要的焊縫長(zhǎng)度為Af36.08x102x345l= = =370.5mmw4x0.7hflw4x0.7x8x200f拼接的角鋼的總長(zhǎng)度為l=2(l+2h)+a=2x(370.5+2x6)+10=775mmwf取l=800mm.下弦節(jié)點(diǎn)支座節(jié)點(diǎn)根據(jù)端斜桿和下弦桿桿端焊縫，節(jié)點(diǎn)板采用-380X12X440。為便于施焊，去底板上表面至下弦軸線(xiàn)的距離為160mm。且在支座中線(xiàn)處設(shè)加勁肋-90X10,高度與節(jié)點(diǎn)板相同,亦為440mm。

支動(dòng)處連接①底板計(jì)算支座反力R=8F=8x54=512KN根據(jù)構(gòu)造需要，取底板尺寸為280mmX380mm。錨栓采用2M24,并用U型缺口。柱采用的C30混泥土fcc=14.3n/ 2。作用于底板的壓力為‘mm厶Rp= =