鋼結(jié)構(gòu)計算書

PAGEPAGE1鋼屋架設(shè)計計算一、設(shè)計資料屋面采用梯形鋼屋架、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板。鋼屋架兩端支撐于鋼筋混凝土柱上（砼等級C20）。鋼屋架材料為Q235鋼，焊條采用E43型，手工焊接。該廠房橫向跨度為24m，房屋長度為240m，柱距（屋架間距）為6m，房屋檐口高為2.0m，屋面坡度為1/12二、屋架布置及幾何尺寸屋架幾何尺寸圖屋架計算跨度=24000-300=23屋架端部高度H0=20二、支撐布置三、荷載計算荷載永久荷載預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板（包括嵌縫）1500N/m2=1.5KN/m2屋架自重（120+11×24）=0.384KN/m2防水層380N/m2=0.38KN/m2找平層2cm厚400N/m2=0.40KN/m2保溫層970N/m2=0.97KN/m2支撐自重80N/m2=0.08KN/m2小計∑3.714KN/m2可變荷載活載700N/m2=0.70KN/m2以上荷載計算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。永久荷載設(shè)計值：1.2×3.714=4.457kN/m2可變荷載設(shè)計值：1.4×0.7=0.98kN/m22、荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P1=4.457×1.5×6=40.11kNP2=0.98×1.5×6=8.82kN全跨屋架與支撐+半跨屋面板+半跨屋面活荷載全跨屋架和支撐自重產(chǎn)生的節(jié)點荷載：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN作用于半跨的屋面板及活載產(chǎn)生的節(jié)點荷載：取屋面可能出現(xiàn)的活載P4=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN以上1），2）為使用階段荷載組合;3）為施工階段荷載組合。四、內(nèi)力計算按力學(xué)求解器計算桿件內(nèi)力，然后乘以實際的節(jié)點荷載，屋架要上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿內(nèi)力均達到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達到最大或發(fā)生變號，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計算，而在半跨荷載作用下，僅需計算近跨中的斜腹桿內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計算見圖屋架各桿內(nèi)力組合見表。全跨荷載布置圖全跨荷載內(nèi)力圖左半跨荷載布置圖左半跨荷載內(nèi)力圖右半跨荷載布置圖右半跨荷載內(nèi)力圖內(nèi)力計算表表1桿件名稱桿內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載P=48.93kNN=P×③全跨永久荷載+半跨可變荷載P1=40.11kNP2=8.82kNN左=P1×③+P2×①N右=P1×③+P2×②全跨屋架支撐+半跨屋面板+半跨可變荷載P3=5.01kNP4=25.02kNN左=P3×③+P4×①N右=P3×③+P4×②計算內(nèi)力KNP=1在左半跨在右半跨全跨①②③上弦桿10-11000000011-13-6.35-2.51-8.86-424.57-393.55-346.13-253.62-132.50-393.5513-15-9.35-4.65-14.00-670.88-613.42-555.38-379.18-230.94-613.4215-17-9.62-6.39-16.01-767.20-688.25-648.36-399.80-297.92-688.2517-18-7.84-7.84-15.68-751.39-654.53-654.53-341.67-341.67-654.53下弦桿1-23.511.254.76228.10212.65184.74139.3668.08212.652-38.223.6211.84567.37522.64465.83330.54185.45522.643-49.755.5415.29732.70664.25612.25399.56266.78664.254-58.927.1216.04768.64680.67658.44377.90321.13680.67斜腹桿1-11-6.54-2.35-8.89-426.01-396.97-345.22-259.79-127.64-396.9711-24.892.177.06338.32311.50277.91196.73110.94311.502-13-3.54-2.09-5.63-269.79-243.97-226.06-145.54-99.81-243.9713-32.061.893.95189.28165.93163.8488.7583.90165.933-15-0.86-1.83-2.69-128.90-106.30-118.28-43.82-73.91-118.2815-4-0.321.671.3564.6944.0668.39-1.9760.8068.39-1.974-171.441.63-0.19-9.1011.0313.3744.2750.2750.2717-5-2.401.50-0.90-43.13-61.65-13.49-81.1141.89-81.11豎桿1-10-0.500-0.50-23.96-23.96-17.78-21.79-3.01-23.962-12-1.000-1.00-47.92-47.92-35.57-37.56-6.02-47.923-14-1.000-1.00-47.92-47.92-35.57-37.56-6.02-47.924-16-1.000-1.00-47.92-47.92-35.57-37.56-6.02-47.925-180.800.801.6076.6747.0347.0334.8634.8547.03五、桿件截面設(shè)計1、上弦桿截面計算整個上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算N=-688.25kN（壓力），查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》，節(jié)點板厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度選用14mm。計算長度屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取因為，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所示。yyyxx12圖1上弦截面設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑根據(jù)需要的A、ix、iy，查角鋼型鋼表，選用2∟，A=50.6c㎡,ix=2.85cm,i按所選角鋼進行驗算，滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=680.67kN（拉力）計算長度屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計算需要凈截面面積選用2∟160×100×10（短肢相并），見圖2所示，A=50.60c㎡,ix=2.85cm,i按所選角鋼進行截面驗算，取。1212xxyy圖2下弦截面所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算①斜桿1-11N=-396.97kN(壓力)，l0x=l0y=l=251.因為l0x=l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix=iy選用2∟140×90×10，見圖3所示，A=44.6c㎡,ix=2.56cm,xxxyy12圖3斜桿1-11截面屬于b類截面屬于b類截面滿足長細比：的要求。

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由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，

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所選截面合適。

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②斜桿11-2

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N=311.50kN（拉力），l0x=0.8l=208.1cm,l0y計算需要凈截面面積

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選用2∟63×8，見圖4所示，A=19.02c㎡,ix=1.90cm,ixxxxyy12圖4斜桿11-2截面

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驗算：

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所選截面滿足要求。

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eq\o\ac(○,3)斜桿2-13

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N=-243.97kN(壓力)，l0x=2247mml0y=l=2809選用2∟80×7，見圖5所示，A=21.72mm2,ix=2.46cm,iy=xxxxyy12圖5斜桿2-13截面

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屬于b類截面

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屬于b類截面

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滿足長細比：的要求。

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由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，

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eq\o\ac(○,4)斜桿13-3

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.N=165.93kN（拉力），l0x=0.8l=224.7cm,l0y計算需要凈截面面積

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選用2∟56×5，見圖6所示，A=10.82c㎡,ix=1.72cm,ixxxxyy12圖6斜桿13-3截面

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驗算：

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eq\o\ac(○,5)斜桿3-15

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N=-118.28kN(壓力)，l0x=241.8cml0y=l=選用2∟80×7，見圖7所示，A=21.72c㎡,ix=2.46cm,iy=xxxxyy12圖7斜桿3-15截面

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屬于b類截面

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屬于b類截面

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滿足長細比：的要求。

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由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，

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eq\o\ac(○,6)斜桿15-4

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N=68.39kN（拉力），l0x=0.8l=2418mm,l0y=l=計算需要凈截面面積

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選用2∟56×5，見圖8所示，A=10.82c㎡,ix=1.72cm,iyxxxxyy12圖8斜桿15-4截面

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驗算：

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eq\o\ac(○,7)斜桿4-17

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N=50.27kN（拉力），l0x=259.5cml0y=l=324.3c

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選用2∟56×5，見圖9所示，A=10.82c㎡,ix=1.724xxxxyy12圖9斜桿4-17截面

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eq\o\ac(○,8)斜桿17-5

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N=-81.11kN(壓力)，l0x=259.5cml0y=l=324.3cm選用2∟63×6，見圖10所示，A=14.58c㎡,ix=1.93cm,iy=xxxxyy12圖10斜桿17-5截面

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驗算

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由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，

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所選截面合適。

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4、豎桿截面計算

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eq\o\ac(○,1)邊豎桿1-10

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N=-23.96kN(壓力)，,l0x=l0y=l=201.25cm選用2∟63×10，，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=屬于b類截面

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屬于b類截面

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滿足長細比：的要求。

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由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，

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eq\o\ac(○,2)豎桿2-12

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N=-47.92kN(壓力)，,l0x=1800mml0y=2250選用2∟63×10，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=屬于b類截面

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屬于b類截面

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滿足長細比：的要求。

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eq\o\ac(○,3)豎桿3-14

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N=-47.92kN(壓力)，l0x=2000mml0y=2500mm選用2∟63×10，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=屬于b類截面

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屬于b類截面

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滿足長細比：的要求。

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由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，

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eq\o\ac(○,4)豎桿4-16

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N=-47.92kN(壓力),l0x=2200mml0y=2750mm選用2∟63×10，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=屬于b類截面

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屬于b類截面

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滿足長細比：的要求。

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eq\o\ac(○,5)豎桿5-18

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N=47.03kN(拉力)，l0x=2400mml0y=3000mm

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選用2∟63×10，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=

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滿足長細比：的要求。

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中豎桿截面圖

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屋架桿件一覽表

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桿件桿內(nèi)力kN計算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m㎡）回轉(zhuǎn)半徑長細比容許長細比系數(shù)φminσ(N/m㎡)loxloyix(mm)iy(mm)λmax上弦-688.2515053010┛┗短肢相并2L160×100×10506028.577.8531500.842162下弦680.6730006000┛┗短肢相并2L160×100×10506028.577.8105350—135斜腹桿1-11-396.9725162516┛┗長肢相并2L140×90×10446025.668.4981500.568-15711-2311.5020812601┛┗2L63×8190219.031.0110350—1642-13-243.9722472809┛┗2L80×7217224.637.5911500.614-18313-3165.9322472809┛┗2L56×5108217.227.7131350—1533-15-118.2824183023┛┗2L80×7217224.637.5981500.568-15315-468.3924183023┛┗2L56×5108217.227.7141350—634-1750.2725953243┛┗2L56×5108217.227.7151350—4717-5-81.1125953243┛┗2L63×6145819.330.61351500.365-152豎桿1-10-23.962012.52012.5十字形2L63×10233218.830.71061500.517-202-12-47.9218002250十字形2L63×10233218.830.7961500.581-353-14-47.9220002500十字形2L63×10233218.830.71061500.517-404-16-47.9222002750十字形2L63×10233218.830.71171500.453-455-1847.0324003000十字形2L63×10233218.830.7128350—-51六、節(jié)點設(shè)計

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重點設(shè)計“1”、“2”、“11”、“18”“5”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設(shè)計類同。

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1．下弦2節(jié)點

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這類節(jié)點的設(shè)計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。

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選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值＝160N/m㎡，實際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。

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（1）11-2桿的內(nèi)力N=311.5KN，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=6mm，所需要的焊縫長度為：

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肢背，取150肢尖，取80mm（2）2-13桿的內(nèi)力N=243.97KN，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=6mm，所需要的焊縫長度為：

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肢背，取100肢尖，取60mm豎桿2-12桿的內(nèi)力N=-47.92KN，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定取hf=8mm。所需要的焊縫長度為：

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因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。

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肢背，取40mm

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肢尖，取40mm

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（4）下弦桿焊縫驗算

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下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。

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ΔN＝522.64－212.65＝309.99kN

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肢背焊縫驗算，hf＝8mm，τf＝＝13N/mm2＜160N/mm2焊縫強度滿足要求。

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根據(jù)節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為310×360，節(jié)點圖如下圖所示。

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下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸

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桿件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)11-26147mm670mm取82-13690mm取618mm取613-35114mm取555mm取3-15674mm取638mm取15-4553mm取528mm4-17638mm623mm取17-5654mm630mm2．上弦11節(jié)點：

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11-2桿節(jié)點板連接的焊縫計算與下弦節(jié)點2中11-2桿計算相同。

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1-11桿N＝-396.97kN，采用三面圍焊，設(shè)肢背和肢尖hf=8mm，

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因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。

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lw1＝＋16＝144，取lw1＝150mm

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lw2＝＋16＝78，取lw2＝80m

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上弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸

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桿件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)1-118144mm取878mm取8011-26174mm取682mm取902-136139mm取666mm取7013-35114mm取120555mm取3-15674mm取638mm取615-4553mm取60528mm取4-17638mm取623mm取617-5654mm取630mm取考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背7mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，P＝47.92kN。

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節(jié)點板尺寸為285417設(shè)肢尖焊縫=5mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。

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肢背焊縫驗算：

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肢尖焊縫驗算：

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節(jié)點圖如下圖所示。

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3、屋脊18節(jié)點

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（1）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。

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設(shè)5-18桿與節(jié)點板的焊縫尺寸為：肢背hf=8mm，lw1=(0.65×47.03×103)/（2×0.7×8×160）+16=33mm，取lw1=肢尖hf=8mm，lw2=（0.35×47.03×103）/（2×0.7×8×160）+16=25mm。取lw2=40mm設(shè)焊縫高度hf=8mm，則所需要焊縫計算長度為：lw=（654.53×103）/（4×0.7×8×160）+16=199mm。取lw=210mm。拼接角鋼長度600mm＞2×210=420（2）上弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算，設(shè)肢尖焊縫hf=8mm，節(jié)點板長度為470mm，節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為lw=470/2-5-10=220mm，焊縫應(yīng)力為：τfN=（0.15×654.53×103）/（2×0.7×8×220）=40N/mm2，σfM=（0.15×654.53×103×55×6）/（2×0.7×8×2202）=60N/mm2，==63.4kN/mm2＜160kN/mm2

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中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=47.03KN此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫尺寸hf=8mm，焊縫長度lw>50mm，

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4、下弦跨中5節(jié)點設(shè)計

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（1）下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2∟160×100×10，焊縫高度hf=8mm，焊縫長度為：

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lw=（680.67×103）/（4×0.7×8×160）+16=206mm，取lw=210連接角鋼長度lw=2×210+10=430mm，取lw=43下弦桿與節(jié)點板，斜桿與節(jié)點板之間的連接焊縫按構(gòu)造設(shè)計。

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（2）弦桿與節(jié)點板連接焊計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。N=680.67×15%=102KN

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設(shè)肢背、肢尖焊肢尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背lw=（0.75×102×103）/（2×0.7×8×160）+16=59mm，取80mm肢尖lw=（0.25×102×103）/（2×0.7×8×160）+16=30mm。取腹桿與節(jié)點板連接焊縫的計算方法與以上幾個節(jié)點相同，節(jié)點圖如下圖所示。

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支座1節(jié)點

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為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋。加勁肋取460×80×12mm，節(jié)點取460×380×14mm的鋼板。

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（1）支座底板的計算

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支座反力RA=RB=479.2KN

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按構(gòu)造要求采用底板面積為a×b=2