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

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：焊接梯形鋼屋架設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)概況：屋架計(jì)算跨度：l0=21-2*0.15=20.7m跨中端部高度：本設(shè)計(jì)為無(wú)檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在21m軸線處的端部高度h0=1.99M，屋架的中部高度：h=3.04M。則屋架在20.7M處兩端高度為2.005M，屋架跨中起拱按l0/500考慮，取40mm。屋架尺寸及幾何形狀如下圖：21米跨屋架幾何尺寸三、荷載計(jì)算：屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，故取屋面活荷載0.7KN/M進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平投影面積分布的自重，按經(jīng)驗(yàn)公式gk=0.12+0.011lKN/M^2計(jì)算，跨度單位為M。荷載計(jì)算如下表（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載：F=（4.32135+2.1）*1.5*6=57.7952.84KN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載：F1=4.32135*1.5*6=38.8936.46KNF2=2.1*1.5*6=18.916.38KN（3）全跨屋架自重+半跨屋面自重+半跨屋面活載：F3=0.474*1.5*6=4.266KNF4=(1.89+0.98)*1.5*6=25.83KN其中，（1）（2）為使用節(jié)點(diǎn)荷載，（3）為施工階段荷載。四、內(nèi)力計(jì)算：上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下。由單位荷載作用下各桿的內(nèi)力值計(jì)算其內(nèi)力組合：五、桿件設(shè)計(jì)：（1）上弦桿：整個(gè)上弦桿采用等截面角鋼，按最大設(shè)計(jì)內(nèi)力的FG桿設(shè)計(jì)。N=-643.6KN，計(jì)算跨度l0x=l0=1.5M，l0y=3*l0=3*1.5M=4.5M。選擇兩不等肢角鋼，斷肢相并。腹桿最大內(nèi)力aB，N=-406.02KN，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚選用14mm。由于雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b類(lèi)截面。取λ=60。查表得，穩(wěn)定系數(shù)υ=0.807，則所需的截面面積為：A=N/(υf)=643.6*100/(0.807*215)=37092mm查表選取2L140*90*10角鋼?；剞D(zhuǎn)半徑ix=25.6mm，iy=68.4mm。A=4460mm。按所選角鋼驗(yàn)算如下：λx=l0x/ix=1500/25.6=58.6<60滿足。因?yàn)榇私孛鏋閱屋S對(duì)稱(chēng)截面構(gòu)件，繞對(duì)稱(chēng)軸應(yīng)取換算長(zhǎng)細(xì)比λy。b1/t=140/10=14<0.56*l0y/b1=0.56*4500/140=32.14,故可近似取λyz=λy=l0y/iy=4500/68.4=65.8<[λ]=150。滿足要求。由于λyz=λy>λx,故只需求υyz，查表得：υyz=0.776，N/(υyz*A)=643.6*1000/（0.776*4460）=185.96N/2mmmm<=""n=""p="">滿足要求。（2）下弦桿：整個(gè)上弦桿采用等截面角鋼，按最大設(shè)計(jì)內(nèi)力的FG桿設(shè)計(jì)。N=632.07KN，計(jì)算跨度l0x=l0=3M，l0y=20700/2=10350mm。所需截面面積：A=N/f=632.07*1000/215=2939.92mm選用2L100*80*10，采用斷肢相并，如圖：截面特征：ix=23.5mm，iy=48.5mm，A=3440mm。長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：λx=l0x/ix=3000/23.5=127.66<[λ]=350λy=l0y/iy=10350/48.5=213.4<[λ]=350由于b1/t=100/10=10<0.56*l0y/b1=0.56*10350/100=57.96,故可近似取λyz=λy=l0y/iy=10350/48.5=213.4<[λ]=350。滿足要求。（3）端斜桿：桿件軸力N=-406.02KN，計(jì)算長(zhǎng)度l0x=l0y=2530mm。因?yàn)閘0x=l0y，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，盡量保證l0x=l0y。A=N/f=406.02*1000/215=1888.472mm選用2L100*80*10，截面特征如下：ix=23.5mm，iy=48.5mm，A=3440mm。λx=l0x/ix=2530/23.5=107.66<[λ]=150λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<[λ]=150由于b1/t=100/10=10<0.56*l0y/b1=0.56*2530/100=14.17,故可近似取λyz=λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<[λ]=150。查表得，換算長(zhǎng)細(xì)比υyz=0.749，則N/(υyz*A)=406.02*1000/（0.749*3440）=157.6N/2mmmm<=""n=""p="">（4）腹桿設(shè)計(jì)：腹桿設(shè)計(jì)選材與斜桿類(lèi)似。桿件最大壓應(yīng)力取N=-406.02KN，最大拉應(yīng)力N=306.9KN。計(jì)算長(zhǎng)度l0x=l0y=2530mm。因?yàn)閘0x=l0y，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，盡量保證l0x=l0y。A=N/f=406.02*1000/215=1888.472mm選用2L100*80*10，截面特征如下：ix=23.5mm，iy=48.5mm，A=3440mm。λx=l0x/ix=2530/23.5=107.66<[λ]=150λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<[λ]=150由于b1/t=100/10=10<0.56*l0y/b1=0.56*2530/100=14.17,故可近似取λyz=λy=l0y/iy=2530/48.5=70.28<[λ]=150。查表得，換算長(zhǎng)細(xì)比υyz=0.749，則N/(υyz*A)=406.02*1000/（0.749*3440）=157.6N/2mmmm<=""n=""p="">σ=N/A=306.9*1000/3440=89.2N/2mmmm<=""n=""p="">（5）豎桿設(shè)計(jì)：桿件軸力為N=-52.84KN，計(jì)算長(zhǎng)度l0x=0.8*l=0.8*2802.25=2241.8mm。l0y=l=2802.25mm。由于桿件內(nèi)力較小，按λ=[λ]=150來(lái)選擇截面，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為：ix=l0x/[λ]=2241.8/150=14.95mmiy=l0y/[λ]=2802.25/150=18.68mm查表選擇2L62*5，所選截面特征如下：ix=19.4mm，iy=30.4mm，A=1228.6mm。截面驗(yàn)算：λx=l0x/ix=2241.8/19.4=115.56<[λ]=150λy=l0y/iy=2802.25/30.4=92.2<[λ]=150因?yàn)?，b1/t=63/5=10<0.56*l0y/b1=0.56*2802.25/63=25.8,故可近似取λyz=λy=l0y/iy=2802.25/30.4=92.2<[λ]=150。查表得，換算長(zhǎng)細(xì)比υyz=0.607，則N/(υyz*A)=52.84*1000/（0.607*1228.6）=70.85N/2mm<="">其它各桿件截面的選擇可參考上述設(shè)計(jì)計(jì)算。六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)步驟：由腹桿內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的尺寸，即hf和lw，然后根據(jù)lw的大小比例繪制出節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，最后驗(yàn)算下弦節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為：wff=160N/2mm。（1）下弦節(jié)點(diǎn)“c”設(shè)計(jì)：設(shè)“cB”桿肢背和肢尖焊縫hf分別為8mm和6mm，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背：lw=0.7*N/（2*he*wff）=0.7*306.9*1000/（2*0.7*8*160）=119.88mm，取120mm。肢尖：：lw=0.3*N/（2*he*wff）=0.3*306.9*1000/（2*0.7*3*160）=68.5mm，取70mm。設(shè)“cD”桿肢背和肢尖焊縫hf分別為8mm和6mm，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背：lw=0.7*N/（2*he*wff）=0.7*232.97*1000/（2*0.7*8*160）=91mm，取100mm。肢尖：：lw=0.3*N/（2*he*wff）=0.3*232.97*1000/（2*0.7*3*160）=52mm，取60mm。設(shè)“cb”桿焊縫尺寸為5mm。根據(jù)上面求的的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及支座和裝配等誤差，按比例繪制詳圖。從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：400mm*300mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為400mm，焊縫長(zhǎng)度為6mm。焊縫所受的內(nèi)力分左右兩個(gè)弦桿的內(nèi)力差：△N=514.87-216.64=298.23KN受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：fτ=0.75*298.23*1000/【2*0.7*6*（400-12）】=68.6N/2mm<="">（2）下弦節(jié)點(diǎn)“B”設(shè)計(jì)：對(duì)“Bb”桿和節(jié)點(diǎn)的焊縫尺寸與節(jié)點(diǎn)“b”相同。計(jì)算及驗(yàn)算方法如上。肢背和肢尖焊縫hf分別為8mm和6mm。肢背：lw=0.7*N/（2*he*wff）=0.7*306.9*1000/（2*0.7*8*160）=119.88mm，取120mm。肢尖：：lw=0.3*N/（2*he*wff）=0.3*306.9*1000/（2*0.7*3*160）=68.5mm，取70mm。對(duì)“aB”桿肢背和肢尖焊縫hf分別為8mm和6mm，內(nèi)力N=-406.02KN。則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背：lw=0.65*N/（2*he*wf）=0.65*406.02*1000/（2*0.7*8*160）=147.3mm，f取100mm。肢尖：：lw=0.35*N/（2*he*wf）=0.35*406.02*1000/（2*0.7*6*160）=105.7mm，f取60mm。根據(jù)上面求的的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及支座和裝配等誤差，按比例繪制詳圖。從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：400mm*300mm。上弦肢尖焊腳尺寸hf=8mm。上弦肢背焊腳尺寸為hf=6mm.承受的集中荷載P=52.84KN。上弦肢背焊縫處的的應(yīng)力為：σ=P/（2*0.7*hf*lw）=52.84*1000/【2*0.7*8*（400-12）】=16.2N/2mmmm<0.8*1.22*160=156N/2肢尖焊縫承擔(dān)的內(nèi)力差：△N=99.12KN，則fτ=99.12*1000/【2*0.7*8*（400-16）】=23.05N/2mm<=""屋脊節(jié)點(diǎn)“h=""（3）="">弦桿一般都采用同號(hào)角鋼，為了使拼接板角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角消除，可以靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。拼接角鋼與受壓上弦桿之間的角焊縫hf=10mm，則一條焊縫所需的焊縫長(zhǎng)度為：lw=634.6/（4*0.7*8*160）=177mm。取180mm。拼接角鋼長(zhǎng)度：ls=2*（lw+2*hf）=2*（180+2*8）=392mm。肢尖焊縫：hf=8mm，取節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為400mm。lw=300/2-2*8-2*8=118mm，取150mm。焊縫應(yīng)力：fτ=0.15*634.6*1000/（2*0.7*8*150）=56.67N/2mmfσ=6*0.15*634.6*1000*（90-21.2）/（2*0.7*8*150*150）=155.93N/2mm2)^/(^2fβσ）（τf+=22.1/22.1/93.155*93.15567.56*67.56+=139.81N/2mm<="">（4）下弦拼接節(jié)點(diǎn)算法與下弦節(jié)點(diǎn)“c”算法相同。根據(jù)上面求的的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及支座和裝配等誤差，按比例繪制詳圖。從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：400mm*300mm。上弦肢尖焊腳尺寸hf=8mm。上弦肢背焊腳尺寸為hf=6mm.承受的集中荷載P=52.84KN。上弦肢背焊縫處的的應(yīng)力為：σ=P/（2*0.7*hf*lw）=52.84*1000/【2*0.7*8*（400-12）】=16.2N/2mm<0.8*1.22*160=156N/2mm肢尖焊縫承擔(dān)的內(nèi)力差：△N=99.12KN，則fτ=99.12*1000/【2*0.7*8*（400-16）】=23.05N/2mm<=""支座節(jié)點(diǎn)“a=""（5）="">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(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為12mm。1、支座底板的計(jì)算：支座反力R=369.88KN。設(shè)支座底板采用200mm*300mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C30，fc=14.3N/2mm。支座底板下混凝土受壓強(qiáng)度驗(yàn)算：q=R/A=369.88*1000/（200*300）=6