鋼結構計算書

PAGEPAGE1鋼屋架設計計算一、設計資料屋面采用梯形鋼屋架、預應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應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。永久荷載設計值：1.2×3.714=4.457kN/m2可變荷載設計值：1.4×0.7=0.98kN/m22、荷載組合設計屋架時，應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生的節(jié)點荷載：取屋面可能出現的活載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、內力計算按力學求解器計算桿件內力，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力均應計算，而在半跨荷載作用下，僅需計算近跨中的斜腹桿內力，取其中不利內力（正、負最大值）作為屋架的依據。具體計算見圖屋架各桿內力組合見表。全跨荷載布置圖全跨荷載內力圖左半跨荷載布置圖左半跨荷載內力圖右半跨荷載布置圖右半跨荷載內力圖內力計算表表1桿件名稱桿內力系數全跨永久荷載+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、桿件截面設計1、上弦桿截面計算整個上弦桿采用同一截面，按最大內力計算N=-688.25kN（壓力），查《鋼結構設計手冊》，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取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據支撐和內力變化取因為，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，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表需要截面積需要回轉半徑根據需要的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，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內力計算，N=680.67kN（拉力）計算長度屋架平面內取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據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，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，

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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，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，

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所選截面合適。

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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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所選截面合適。

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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，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，

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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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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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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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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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桿件桿內力kN計算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m㎡）回轉半徑長細比容許長細比系數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)點設計

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

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1．下弦2節(jié)點

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這類節(jié)點的設計步驟是：先根據腹桿的內力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw。然后根據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、抗壓和抗剪強度設計值＝160N/m㎡，實際所需的焊腳尺寸可由構造確定。

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（1）11-2桿的內力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桿的內力N=-47.92KN，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構造確定取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力計算。

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設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，應按上弦內力的15%計算，設肢尖焊縫hf=8mm，節(jié)點板長度為470mm，節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為lw=470/2-5-10=220mm，焊縫應力為：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此桿內力較小，焊縫尺寸可按構造確定，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)點設計

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（1）下弦接頭設于跨中節(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造設計。

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

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設肢背、肢尖焊肢尺寸為8mm，弦桿一側需焊縫長度為肢背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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按構造要求采用底板面積為a×b=2