鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模板

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生班級(jí)： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 5、34任務(wù)參數(shù)：序號(hào)一6序號(hào)二F設(shè)計(jì)時(shí)間：2009 年二_月18日至2009年5月 24日

T T TT附圖目錄設(shè)計(jì)資料屋架形式及幾何尺寸支撐布置荷載荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算荷載組合內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合桿件選擇上弦桿下弦桿一般腹桿節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板或弦桿腹板的連接焊縫的計(jì)算一般節(jié)點(diǎn)計(jì)算拼接節(jié)點(diǎn)計(jì)算支座節(jié)點(diǎn)計(jì)算參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)資料某屋蓋結(jié)構(gòu)擬采用鋼結(jié)構(gòu)，擬建建筑頂層平面如附圖。屋架跨度30m，長42m。根據(jù)甲方要求確定采用平行弦鋼桁架，屋面坡度為i=1/10，屋架間距為6m,屋架與鋼筋混凝土柱頂鉸接。屋面材料采用彩色夾芯板，工字型檁條，檁距5m（水平投影距離），地面粗糙度類別為B類，二級(jí)建筑，不考慮積灰荷載及地震作用?；撅L(fēng)壓w=0.50kN/m2，基本雪壓s二0.45kN/m2，。屋架鋼材采用Q235B，焊條采用E4300型，焊接工藝采用手工焊。屋架形式及幾何尺寸平行弦屋架結(jié)構(gòu)布置圖及剖面圖如圖2—1.檁條支撐于屋架上弦節(jié)點(diǎn)。均為節(jié)點(diǎn)荷載。經(jīng)計(jì)算可知，屋架坡角（上弦與水平面之間的夾角）為a=arctan10=5o42'38"，檁距為5.02m。水平投影間距為5m。(?50001505000幾何尺寸（O）內(nèi)力（KN）5000(?50001505000幾何尺寸（O）內(nèi)力（KN）500050005Q00圖2-1屋架形式及幾何尺寸圖支撐布置依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2001，支撐布置見圖3-1,上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端及伸縮縫處第一開間內(nèi)，并在相應(yīng)開間屋架跨中設(shè)置豎向支撐，在其余開間屋架下弦跨中設(shè)置一通長水平系桿，上弦橫向水平支撐在節(jié)點(diǎn)處設(shè)通常系桿。故上弦桿在屋架平面外的計(jì)算長度等于橫向水平支撐的節(jié)距；下弦桿在屋架平面外的計(jì)算長度為屋架跨度的一半。豎向支撐圖3-1屋架上弦支撐圖荷載荷載計(jì)算1）永久荷載：（恒荷載）：（對(duì)水平面頭影）彩色夾芯板0.155彩色夾芯板0.15510=0.151kN/m2檁條自重 0.10kN/m2屋架及支撐 0.30kN/昭合計(jì) 0.551kN/m2（2）可變荷載（活荷載）：（對(duì)水平面投影）1） 屋面均布活荷載 0.30kN/m22） 雪荷載基本荷載：s=0.45kNf 。據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2001）,o /m2由于5。42'38〃兀25。,卩二1.0。雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值s=卩s=0.45kN/，雪荷載r k r0 /m2不與屋面活荷載同時(shí)考慮，僅考慮兩者中較大者的作用。另據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2001）可知，不考慮全跨積雪不均勻分布情況。3）風(fēng)荷載基本風(fēng)壓為0.45kN/m2,但考慮到建筑物較低沒有超過20m,且屋面坡度小于30度，因此可不考慮風(fēng)荷載的效應(yīng)。由檁條傳給屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載見圖4-1圖4-1圖4-1屋架荷載圖荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算由可變荷載控制的組合：1）恒荷載設(shè)計(jì)值分項(xiàng)系數(shù)為1.2，故恒荷載上弦節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)值為：x0.551x5x6二19.84kN2）活荷載設(shè)計(jì)值分項(xiàng)系數(shù)為1.4，故活荷載上弦節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)值為：x0.45x5x6二18.9kN荷載組合按上所述，此結(jié)構(gòu)不考慮風(fēng)荷載，荷載規(guī)范規(guī)定屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而取用其中較大者，由于在上述荷載取用過程中雪荷載大于活荷載，因此，在荷載最不利組合過程中僅考慮以下兩種情況：1、恒載+全跨雪載2、恒載+半跨雪載內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合具體計(jì)算結(jié)果及組合結(jié)果見表5—1：（受拉符號(hào)為正，受壓符號(hào)為負(fù)）由于實(shí)際情況存在風(fēng)荷載，考慮這種效應(yīng)可能是拉桿變?yōu)閴簵U，我們通過控制所有拉桿的長細(xì)比不超過250。桿件編號(hào)見表5-1圖5-1桿件編號(hào)圖

桿件單項(xiàng)荷載內(nèi)力（設(shè)計(jì)值）內(nèi)力組合不利組合恒載活載全跨全跨恒+全恒+全上弦桿4-63.31-59.36-47.49-122.67-110.8-122.677-162-154.33-118.71-316.33-280.71-316.3311-211.85-201.81-142.46-413.66-354.31-413.6617-211.85-201.81-118.71-413.66-330.56-413.6621-162-154.33-71.23-316.33-233.23-316.3325-63.31-59.36-23.74-122.67-87.05-122.67下弦桿20000006124.62118.7194.97243.33219.59243.3310199.39189.94142.46389.33341.85389.3314224.31213.69142.46438366.77437.9516224.31213.69142.46438366.77437.9520199.39189.9494.97389.33294.36389.3324124.62118.7147.49243.33172.11243.3328000000腹桿1000000375.6872.0957.68147.77133.36147.775-83.41-79.46-63.57-162.87-146.98-162.87845.4143.2628.8488.6774.2588.679-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.731215.1414.42029.5615.1429.5613-16.68-15.890-32.57-16.68-32.571544.6442.5328.3587.1772.9987.1718-16.68-15.89-31.78-32.57-48.46-32.571915.1414.4228.8429.5643.9829.5622-50.05-47.68-31.78-97.73-81.83-97.732345.4143.2628.8488.6774.2588.6726-83.41-79.46-31.78-162.87-115.19-162.872975.6872.0928.34147.77104.02147.7727000000表5—1荷載組合表6桿件截面選擇6.1上弦桿考慮到施工及經(jīng)濟(jì)的要求，上弦桿只采用一種截面，因此在上弦桿設(shè)計(jì)中，需要找到控制桿件。有上述組合結(jié)果可得到最大軸力值為N=N=-413.66kN ,6桿件截面選擇6.1上弦桿考慮到施工及經(jīng)濟(jì)的要求，上弦桿只采用一種截面，因此在上弦桿設(shè)計(jì)中，需要找到控制桿件。有上述組合結(jié)果可得到最大軸力值為N=N=-413.66kN ,l=l=5020mm711oxoy選用TM170x250x9x14截面面積： A=50.76cm2回轉(zhuǎn)半徑重心：長細(xì)比：i=4.48cmi=6.00cmxyz-3.09cm0九—-ox— —112.05兀R]-150xi4.48x九-.-J02-83.67兀k]=150yi6.00y九yzy+九2)+z其中：oot*-2oot*-22丿=(3.09-0.7)2-5.71cm2i2-e2+i2+i2-5.71+4.482+62-61.78cm2ooxyI--fbt3-125x1(17-1.4)x0.93+25x1.43]=79.97t3ii3i-1I-0+1wr/[79.97]:25.7丿=61.78x50.76I-0+1wr/[79.97]:25.7丿=61.78x50.76-1007.8九yz3.672+1007.8)+6.672+1007.8(5.71)1— x83.672x1007.81 61.78丿-4x12二84.31<X二112.05x由九查申=二84.31<X二112.05x由九查申=0.481xxNG二 pAx413.62x1030.481x50.76x102/mm2 /mm2上弦截面符合要求，且經(jīng)濟(jì)性較好。下弦桿考慮到施工及經(jīng)濟(jì)的要求，下弦桿也不改變截面。下弦桿主要承擔(dān)拉力因此，只驗(yàn)算剛度和強(qiáng)度即可。下弦桿最大內(nèi)力N =437.95kN,l=502cm,l=1500cmmax ox oy實(shí)際所需截面積和特性：215A=N=467.95x1000=2036.98mm22151韋=篇=2.008cml1500i>汩= =6.00cmy優(yōu)」2504379504609=95.02選用：TW125x250x9x14A=46.09cm2,i=2.99cm,i=6.294379504609=95.02九=-ox= =167.89兀k]=250xi2.99x九=2=^22=238兀k]=250yi6.29y下弦桿符合要求，且經(jīng)濟(jì)性較好。一般腹桿考慮到施工方便及經(jīng)濟(jì)性，腹桿的截面形式不宜太多也不宜太少，因此截面取三種形式，具體分組如下：3、5、26、29桿為一組，8、9、15、22、23桿為一組，12、13、18、19桿為一組。故腹桿共取三種截面。對(duì)于3、29桿為支座斜桿，但其承受拉力，故可不單獨(dú)驗(yàn)算。（1）對(duì)3、5、26、29桿，最大內(nèi)力為162.86kN（壓）截面采用T型鋼，型號(hào)為:

TM97x150x6x9l二0.8x3.36二2.688m,l二3.36moxoy截面積： A=19.88cm2回轉(zhuǎn)半徑：i=2.50cmi-3.57cmxy重心：z-1.78cm0al 268.8—ch長細(xì)比：九—— —107.52兀LX」—150xi 2.50xX-仁-迺-94.12兀k」=150yi3.57yXyzy+九2Xyzy+九2)+z12其中：t)其中：t)z一亠o2丿2=(1.78-0.45)2-1.77cm2i2-e2+i2+i2-1.77+2.52+i2-e2+i2+i2-1.77+2.52+3.572-20.76cm2-125xb.7-0.9)x0.63+15x0.93」=4.92cm43o oxt1「-k￡bt33 iii-1-0r /[4.92]丿/:25.7丿-20.76x+w712-2155Xyz^4.122+2155)+:?4.122+2155< 1.77)h—4x1— x94.122x21551 20.76丿12——104.23<X—107.52x由X查申—0.508xxNG pNG pA

x162.86x1030.508x19.88x102-161.63N/mm2兀f-215N/mm2（2）、對(duì)8、9、15、22、23桿最大軸力為：97.71kN（壓）。截面采用T型鋼，型號(hào)為TW75x150x7x10，l=0.8x3.36=2.688m,l=3.36mox oy截面積：A=20.28cm2回轉(zhuǎn)半徑：截面積：A=20.28cm2回轉(zhuǎn)半徑：i=1.81cmi=3.73cmxy重心：z=1.37cm0長細(xì)比：=J=2688=148.5兀L]=150長細(xì)比：1.81=2=I36=90.08兀BL150i3.73y九yzC+九2)+ 血2+九2)—4x1九yzyzAlyz \其中：e2ot)

z一亠o2丿2=(1.37—0.5“=0.76cm2ie2ot)

z一亠o2丿2=(1.37—0.5“=0.76cm2i2=e2+i2+i2=0.76+1.812+3.732=17.95cm2=125xb.5—1.0)x0.73+15x1.03L6.60cm43ooxt+「=k￡bt33 iii=1=0wY /[6.60]丿/:25.7丿x20.28=1415.8九yz60.082+1415.8)+”0.082+1415.8)—4x(0.76)1—x90.082x1415.81 17.95丿12=90.48<X=148.5x查p=0.31597.71x97.71x103=152.952兀f=152.952兀f=2152G=—pA0.315x20.28x102x

（3）、對(duì)12、13、18、19桿最大軸力為：32.57kN（壓）。截面采用T型鋼，型號(hào)為:TM74x100x6x9l二0.8x3.36二2.688m,l二3.36moxoy截面積： A=13.63cm2重心：z-1.55cm0長細(xì)比：九_(tái)-ox重心：z-1.55cm0長細(xì)比：九_(tái)-ox— —137.85兀!k]_150xi 1.95x九—?—336—143兀DJ—150yi 2.35y回轉(zhuǎn)半徑： i=1.95cmi-2.35cmxy+九2)+九yz1yz其中：e2oe2oz一亠o2丿2_(1.55-0.45)2-1.21cm2oox「-k￡bt33 i ii_1-0九oox「-k￡bt33 i ii_1-0九yz九2z_10.54x13.63/+1/}/25.7十Wl2丿w/_i2A<25.7丿(8.69\_424.862+424.86)+_1=逅2+424.86〉-4x[1-竺](10.54丿x1432x424.86i2-e2+i2+i2-0.76+1.952+2.352-10.54cm2-125x￡.4-0.9)x0.63+10x09L8.69cm43-143.17<X-143y由九查9-0.333yz32.57x103-0.333x13.63x102—71.762冗八2152屋架桿件截面選用表：桿件名稱桿件號(hào)內(nèi)力設(shè)計(jì)值N(kN)計(jì)算長度(m)選用截面截面積A(cm2)桿件受力類型長細(xì)比計(jì)算應(yīng)力(N/mm2)容許長細(xì)比loxloy九x九y上弦桿11-413.665.025.02TM170x250x9x1450.76壓112.0583.67169150下弦桿14437.955.0215TW125x250x9x1446.09拉167.8923895.02250腹3147.772.6883.36TM97x150x6x919.88拉107.5294.1274.33250桿5-162.872.6883.36TM97x150x6x919.88壓107.5294.12161.63150888.672.6883.36TW75x150x7x1020.28拉148.590.0843.722509-97.932.6883.36TW75x150x7x1020.28壓148.590.08152.951501229.562.6883.36TM74x100x6x913.63拉137.8514321.6925013-32.572.6883.36TM74x100x6x913.63壓137.8514371.761501587.172.6883.36TW75x150x7x1020.28拉148.590.0842.982507節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算7.1腹桿與節(jié)點(diǎn)板或弦桿腹板的連接焊縫的計(jì)算1、腹桿與弦桿的連接方式是先將腹桿的腹板切下一定長度，然后將弦桿的腹板部分插入到腹桿被切除部分，內(nèi)力由腹桿腹板與弦桿腹板的對(duì)接焊縫及腹桿翼緣與弦桿腹板的四條角焊縫共同承擔(dān)（見圖7-1）。由于對(duì)接焊縫的施工等級(jí)為二級(jí)，其抗拉抗壓設(shè)計(jì)值同母材強(qiáng)度值，故無需驗(yàn)算。只需驗(yàn)算四條角焊縫即可。圖7-1一般節(jié)點(diǎn)圖2、 考慮到實(shí)際軸力較小，依次軸力算得的焊縫長度較小，為保證平面外剛度，采用等強(qiáng)度法來確定焊縫長度。3、 設(shè)腹桿翼緣截面積為S，所承受軸力為N，求解過程如下：11N二fxS11l= N——w 4x0.7hfwl=l+2hw且焊角尺寸應(yīng)滿足構(gòu)造要求，即：l>8hand40mm。wf一般節(jié)點(diǎn)計(jì)算1、節(jié)點(diǎn)編號(hào)見圖7-2

N=1350x215=2902501焊角尺寸hf二6mm2焊角尺寸hf二6mm2flw=0.7x4x16x160=107.9mm 施工時(shí)取120mm由計(jì)算結(jié)果可知，本設(shè)計(jì)中不需要節(jié)點(diǎn)板。其他節(jié)點(diǎn)計(jì)算過程相同，故列表如才.且滿足剛度強(qiáng)度要求。其他節(jié)點(diǎn)計(jì)算過程相同，計(jì)算結(jié)果如表7-1.與上弦連接與下弦連接桿件號(hào)焊角尺寸焊縫長度焊角尺寸焊縫長度3、5、26、296mm120mm6mm120mm8、9、15、22、237mm120mm7mm120mm12、13、18、195mm120mm5mm120mm表7-1焊縫表拼接節(jié)點(diǎn)計(jì)算1、上弦拼接節(jié)點(diǎn)上弦拼接節(jié)點(diǎn)尺寸及構(gòu)造（見圖7-3）圖7-3上弦拼接節(jié)點(diǎn)圖上弦拼接節(jié)點(diǎn)采用水平蓋板和豎向拼接板與弦桿共同組成。水平蓋板尺寸為：寬290mm,厚為14mm；豎向拼接板尺寸為：寬100mm,厚9mm,分別與弦桿上翼緣、腹板等強(qiáng)度連接。上翼緣蓋板設(shè)計(jì)承受的軸向力為：N二250x14x215二753kN焊縫設(shè)計(jì)：（h二12mm）貝呱753x10753x103= =281mm2x0.7x12x160lw水平蓋板長度：L二2x281+2x170x0.1+10二606mm施工時(shí)取為：610mm。腹板焊縫驗(yàn)算腹板豎版設(shè)計(jì)承受軸力為：N=（170-14）x9x215二302kN2焊縫設(shè)計(jì)：（h=8mm）貝^f302x103 =169mm2x0.7x8x160豎板內(nèi)側(cè)不進(jìn)行焊接,選用豎板長度為L=500mm,其端部采用斜切。這樣豎板的端部及下側(cè)焊縫已超出所需焊縫長度。上弦拼接節(jié)點(diǎn)豎板尺寸及構(gòu)造（見圖7-4）

1"in口1"in口圖7-4上下拼接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖對(duì)于屋脊節(jié)點(diǎn)，由與拼接蓋板的影響腹桿與上弦的連接需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)板，由7.2中計(jì)算得數(shù)據(jù)可確定節(jié)點(diǎn)板。（見圖7-4）圖得數(shù)據(jù)可確定節(jié)點(diǎn)板。（見圖7-4）圖7-4上弦拼接節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板圖2、下弦拼接節(jié)點(diǎn)下弦拼接節(jié)點(diǎn)尺寸及構(gòu)造圖（7-5）下弦拼接節(jié)點(diǎn)采用與上弦相同的結(jié)構(gòu)，水平蓋板和豎向拼接板與弦桿共同組成。水平蓋板尺寸為：寬290mm,厚為14mm；豎向拼接板尺寸為：寬70mm,厚9mm,分別與弦桿上翼緣、腹板等強(qiáng)度連接。上翼緣蓋板設(shè)計(jì)承受的軸向力為：N1二250%14%215二753kN焊縫設(shè)計(jì)：(h=12mm焊縫設(shè)計(jì)：(h=12mm)貝歸753%1032%0.7%12%160=281mm水平蓋板長度：L二2x281+2x170x0.1+10二606mm施工時(shí)取為：610mm。腹板焊縫驗(yàn)算腹板豎版設(shè)計(jì)承受軸力為：N=(125-14)x9x215二214.785kN2焊縫設(shè)計(jì)：h焊縫設(shè)計(jì)：h=7mm）則214.785x103=137mm2x0.7x7x160豎板內(nèi)側(cè)不進(jìn)行焊接，選用豎板長度為L=500mm,其端部采用斜切。這樣豎板的端部及下側(cè)焊縫已超出所需焊縫長度。上弦豎板構(gòu)造圖7-6圖上弦豎板構(gòu)造圖7-6圖7-6上弦拼接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造下弦拼接節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板構(gòu)造圖(圖7-7)=□0ran圖7-7下弦拼接節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板構(gòu)造圖支座節(jié)點(diǎn)計(jì)算1、支座節(jié)點(diǎn)支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖7-8

寸LOP寸LOP、-ru圖7-8支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖支座節(jié)點(diǎn)板如上圖所示，與上弦連接采用二級(jí)對(duì)接焊縫，其強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度故不需要驗(yàn)算。節(jié)點(diǎn)板輪廓尺寸有構(gòu)造要求確定，不許對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。2、支座底板計(jì)算：支座底板構(gòu)造如圖7-9r.sli"!-1宀r.sli"!-1宀圖7-9支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖支座錨栓直徑為24mm,錨栓孔徑為50mm,底板支反力R=116.21kN116.21x103f二10Nmm2則底板所需凈面積： A”=——10——=116.21cm2考慮錨栓孔的削弱，所需面積3.14x52A