鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計--24m跨廠房普通鋼屋架設(shè)計

1、<p><b>　　一、設(shè)計資料1</b></p><p>　　二、結(jié)構(gòu)形式及支撐布置2</p><p><b>　　三、荷載計算4</b></p><p><b>　　四、內(nèi)力計算5</b></p><p><b>　　五、桿件設(shè)計6</b

2、></p><p><b>　　六、節(jié)點設(shè)計10</b></p><p><b>　　七、參考資料17</b></p><p><b>　　八、附表一18</b></p><p><b>　　九、附表二19</b></p>&l

3、t;p><b>　　一、設(shè)計資料</b></p><p>　　某車間跨度為，屋架間距6m，屋面采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板。20mm 厚水混砂漿找平層，三氈四油防水層，屋面坡度1/10。屋架兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土C30，屋架跨度、保溫層荷載標準值和屋面積灰荷載標準值按指定的數(shù)據(jù)進行計算。</p><p>　　柱距6m

4、,梯形鋼屋架跨度</p><p>　　屋架采用的鋼材及焊條為：Q235鋼，焊條為E43型，手工焊。</p><p>　　梯形鋼屋架荷載標準值（水平投影面計）</p><p><b>　　永久荷載：</b></p><p>　　三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4</p><p>　　20m

5、m厚水泥砂漿找平層 0.4</p><p>　　保溫層 0.5</p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4</p><p>　　屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q ??0.12 ??0.011L計算：</p><p>　　q = 0.12 + 0

6、.011×21=0.351</p><p>　　懸掛管道： 0.15 </p><p>　　永久荷載總和：0.4×2＋1.4+0.5+0.351+0.15=3.201</p><p><b>　　可變荷載：</b></p><p>　　屋面

7、活荷載標準值： 0.7</p><p>　　雪荷載標準值： 0.35</p><p>　　積灰荷載標準值： 0.8</p><p>　　由于屋面活荷載與屋面雪荷載不同時考慮，屋面活荷載比屋面雪荷載大，取較大值，這里下面計算只要考慮屋面活荷載。</p><p><b>　　二

8、、節(jié)點荷載計算</b></p><p>　?、偃缥菝嬗谰煤奢d作用下</p><p>　?、谌缈勺兒奢d作用下</p><p>　　③當基本組合由可變荷載效應(yīng)控制時，上弦節(jié)點荷載設(shè)計值為</p><p>　　當基本組合由永久荷載效應(yīng)控制時，上弦節(jié)點荷載設(shè)計值為：</p><p>　　由上可知，本工程屋面荷載

9、組合由永久荷載效應(yīng)控制，節(jié)點集中力設(shè)計值取P=54.14kN。</p><p>　?、芪菁芄?jié)點荷載計算，計算屋架時應(yīng)考慮下列三種荷載組合情況：</p><p>　　全跨永久荷載+全跨可變荷載；</p><p>　　全跨永久荷載+（左）半跨可變荷載；</p><p>　　屋架和支撐自重+（左）半跨屋面板重+（左）半跨施工荷載</p>

10、<p><b>　　設(shè)： </b></p><p>　　---由永久荷載換算得的節(jié)點集中荷載；</p><p>　　---由可變荷載換算得的節(jié)點集中荷載；</p><p>　　---由部分永久荷載（屋架及支撐自重）換算得的節(jié)點集中荷載；</p><p>　　---由部分永久荷載（屋面板重）和可變荷載（屋面活

11、荷載）換算得 </p><p><b>　　的節(jié)點集中荷載。</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　(施工時無積灰荷載）</p><p><b>　　內(nèi)力計算。</b></p><p>　　用圖解法活結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器先求出全

12、跨和半跨單位節(jié)點荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)，然后乘以實際的節(jié)點荷載。屋架在上述第一種荷載組合的作用下，屋架的弦桿，豎桿和靠近兩端的斜腹桿，內(nèi)力均達到最大，在第二種和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達到或發(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靠近跨中的斜腹桿內(nèi)力。計算結(jié)果列于下表：</p><p>　　二、結(jié)構(gòu)形式及支撐布置</p><p>

13、;　　桁架的形式及幾何尺寸如下圖2.1所示</p><p>　　圖2.1 桁架形式及幾何尺寸</p><p>　　桁架支撐布置如圖2.2所示</p><p>　　圖2.2 桁架支撐布置</p><p>　　符號說明：SC：上弦支撐； XC：下弦支撐； CC：垂直支撐</p><p>　　GG：剛性系桿； LG：柔性系

14、桿</p><p><b>　　三、荷載計算</b></p><p><b>　　四、內(nèi)力計算</b></p><p>　　荷載組合（1）計算簡圖如圖4.1，荷載組合（2）計算簡圖如圖4.2，荷載組合（3）計算簡圖如圖4.3.</p><p>　　圖 4.1 荷載組合（1）</p>

15、<p>　　圖 4.2 荷載組合（2）</p><p>　　圖 4.3 荷載組合4.3</p><p>　　由電算先解得F=1的桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、走半跨和右</p><p>　　半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見附表1</p><p><b>　　五、桿件設(shè)計</b

16、></p><p><b>　　桿件截面選擇：</b></p><p>　　弦桿和腹桿均采用雙角鋼組成的T形截面：按腹桿的最大內(nèi)力=-416.07KN,查表的選中間節(jié)點板厚度為10mm，支座節(jié)點板厚度為12mm。</p><p><b>　?。?）上弦桿</b></p><p>　　整個上弦桿

17、采用等截面，按DE桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。</p><p><b>　　=-659.4kN</b></p><p><b>　　上弦桿計算長度：</b></p><p>　　在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：</p><p>　　，(取兩塊屋面板寬度）</p><p>　　因為=

18、2，故宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　設(shè)=50，選用角鋼，為b類截面，查表得。</p><p><b>　　需要截面積：</b></p><p><b>　　，查表得：</b></p><p>　　根據(jù)需要的A、、查角鋼規(guī)格表，選用2∟，，=2.26cm，=6.11cm，，按所

19、選角鋼進行驗算：</p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　?。?</b></p><p><b>　　∵<</b></p><p>　　∴ 取 </p><p>　　截面和界面都為b類截面，由于＞，只需要求。

20、查表的=0.773。</p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　　（2）下弦桿</b></p><p>　　整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力設(shè)計值設(shè)計。</p><p>　　平面內(nèi)的計算程度和平面外的計算長度分別為：</p><p>&

21、lt;b>　　，</b></p><p><b>　　所需截面面積：</b></p><p>　　選用2∟，短肢相拼，，（設(shè)連接支撐的螺栓孔位于節(jié)點板內(nèi)的距離）=2.29cm，=6.07cm，</p><p><b>　　＜</b></p><p><b>　?。?lt;

22、/b></p><p><b>　　截面驗算 ＜</b></p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p><b>　　（3）腹桿驗算:</b></p><p><b>　　1）、腹桿Pa</b></p><

23、p>　　桿件軸力： </p><p>　　計算長度，因為，故采用不等值角鋼長肢相并。</p><p>　　選用2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：</p><p><b>　　＜ </b></p><p><b>　?。?</b></p>&l

24、t;p><b>　　∵＜</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　＜ </p><p>　　截面和界面都為b類截面，由于＞，只需要求。查表的=0.649。</p><p><b>　?。?lt;/b><

25、/p><p><b>　　2）、腹桿Pb</b></p><p>　　桿件軸力： </p><p><b>　　計算長度，</b></p><p>　　選用2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：</p><p><b>　　＜ ， ＜ &

26、lt;/b></p><p>　?。?，故所選截面合適。</p><p>　　一般按全跨永久荷載和全跨可變荷載計算。對跨中的部分斜腹桿因半跨荷載可能產(chǎn)生的內(nèi)力變號，采取將圖中的（Dd桿、Wc桿、WD桿、Ed桿）均按壓桿控制其長細比，故不必考慮半跨荷載作用的組合，只計算全跨滿載時的桿件內(nèi)力。</p><p><b>　　3）腹桿Dd</b>&

27、lt;/p><p>　　桿件軸力： </p><p><b>　　計算長度，</b></p><p>　　選用2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：</p><p><b>　?。?， ＜ </b></p><p>　　查表可知=0.441，<

28、;/p><p><b>　?。迹?lt;/b></p><p>　?。ǜ鶕?jù)計算，按第二組荷載作用時，,按第三組荷載作用時，壓力雖有所增加，但經(jīng)驗算后均符合要求，且其值很小，故按長細比選用其截面即可。）</p><p><b>　　4）腹桿Wc：，</b></p><p><b>　　計算長度，<

29、;/b></p><p>　　同理，亦按壓桿容許長細比進行控制。選用2∟，</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　＜ ， ＜ </b></p><p>　　根據(jù)計算，按第二組荷載作用時，,按第三組荷載作用時，壓力雖有所增加，但經(jīng)驗算后均符合要求，且其值很小，故所選

30、用的2∟可滿足要求。</p><p><b>　　5)腹桿WD：，</b></p><p><b>　　計算長度，</b></p><p>　　同理，亦按壓桿容許長細比進行控制。選用2∟，</p><p><b>　　，</b></p><p><

31、b>　　＜ ， ＜ </b></p><p>　　根據(jù)計算，按第二組荷載作用時，,按第三組荷載作用時，壓力雖有所增加，但經(jīng)驗算后均符合要求，且其值很小，故所選用的2∟可滿足要求。</p><p><b>　　6)腹桿Ed：，</b></p><p><b>　　計算長度，</b></p>&

32、lt;p>　　同理，亦按壓桿容許長細比進行控制。選用2∟，</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　?。?， ＜ </b></p><p>　　根據(jù)計算，按第二組荷載作用時，,按第三組荷載作用時，壓力雖有所增加，但經(jīng)驗算后均符合要求，且其值很小，故所選用的2∟可滿足要求。</p>

33、<p><b>　　六、節(jié)點設(shè)計</b></p><p>　?。?）下弦節(jié)點“b”（見圖1.1）。這類節(jié)點的設(shè)計是先計算腹桿和節(jié)點板的鏈接焊縫尺寸，然后按比例繪制出節(jié)點板的形狀，量出尺寸，然后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，計算中用到的各桿的內(nèi)力見附表。</p><p>　　角焊縫的抗拉、抗壓、和抗剪強度設(shè)計值。</p><p>　

34、　設(shè)“Pb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背：，取150mm。</p><p>　　肢尖： ，取90mm。</p><p>　　設(shè)“Qb”桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背：，取110mm。</p><p>　　肢尖： ，取70mm。</p

35、><p>　　“Bb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸只需要按構(gòu)造確定焊縫，取。</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙以及制作和裝備等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為310mm380mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點板的連接的焊縫長度為380mm，。焊縫所受的左右兩下弦桿的內(nèi)力差為，肢背的力最大，取肢背進行計算，則肢背處的焊縫應(yīng)

36、力為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　（2）上弦節(jié)點“P”（見圖1.2）。Pb桿與節(jié)點板的連接焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。Pb桿與節(jié)點板的連接焊縫尺寸按同樣方法計算，,</p><p>　　“Pb”桿的肢背和肢尖的焊

37、縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背： ， 取150mm。</p><p>　　肢尖： ， 取110mm</p><p>　　考慮焊縫長度，同時為了在上弦擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm，用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。驗算上弦桿的焊縫：</p><p>　　忽略桁架上弦坡度的影響，假定集中荷載F與上弦

38、桿垂直。上弦肢背承受集中荷載，肢尖承受左右弦桿的內(nèi)力差。槽焊縫的計算焊角尺寸為 ，由節(jié)點板的長度確定槽焊縫的長度為。承受集中力P=54.14KN。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差，偏心距e=80-25=55mm，</p><p><b>　　偏心彎矩，，則</b><

39、/p><p>　　故焊縫強度滿足要求。</p><p>　?。?）下弦節(jié)點“c”</p><p>　　設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背：，加后取11cm</p><p>　　肢尖： ，加后取6cm</p><p>　　設(shè)“Fc”桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為

40、，所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背：，加后取8cm</p><p>　　肢尖： ，由于焊縫計算長度不得小于和40mm，肢尖焊縫長度取6cm。</p><p>　　“Cb”桿的內(nèi)力很小，只需要按構(gòu)造確定焊縫，取。</p><p>　　節(jié)點板取265mm315mm，取，下弦桿與節(jié)點板的焊縫長度為315mm，焊縫受左右弦桿的內(nèi)力差為，受

41、力較大的肢背處的剪應(yīng)力為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　（4）下弦節(jié)點“d”</p><p>　　設(shè)“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背：<，計

42、算長度取48mm，加后取7cm</p><p>　　肢尖： <，計算長度取48mm，加后取6cm</p><p>　　設(shè)“Hd”桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背： <，計算長度取48mm，加后取7cm</p><p>　　肢尖： <，計算長度取48mm，加后取6cm。</p&

43、gt;<p>　　“Cb”桿的內(nèi)力為52890N，。</p><p>　　肢背：<，焊縫長度取6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊縫長度取6cm。</p><p>　　節(jié)點板取255mm285mm，由于d點左右兩端的拉力值相差不大，可只按構(gòu)造確定其焊角尺寸為。</p><p>　　（5）下弦節(jié)點“e”</p><p>　　腹

44、桿“eH”計算內(nèi)力為97.75kN，，肢背的焊縫長度為：</p><p><b>　　，加后取7cm</b></p><p>　　肢尖：<48mm，取焊縫長度為6cm。節(jié)點板取325mm270mm。驗算下弦節(jié)點板的焊縫。</p><p>　　計算內(nèi)力為0.15779.07kN=116.86kN，，焊縫長度為270，焊縫肢背的剪應(yīng)力為：＜，

45、肢尖受力較小，不必驗算。故焊縫合適。</p><p>　　豎桿“eI”焊縫計算：</p><p>　　拉力為144.39kN，取，考慮起弧和滅弧，焊縫長度取7cm，肢尖受力較小，按構(gòu)造確定焊縫長度為6cm。</p><p>　　下弦拼接角鋼的總長度為采用與上弦統(tǒng)一鋼號的角鋼進行拼接，垂直肢截取寬度為</p><p>　　拼接角鋼的總長度取40

46、cm。</p><p>　?。?）上弦節(jié)點“C”、“E”、“G”。</p><p>　　由于節(jié)點處左右弦桿的內(nèi)力值相等，且豎桿的內(nèi)力設(shè)計值相同，故采用相同的節(jié)點板。焊腳尺寸取6mm，焊縫長度取6cm。連接板的尺寸如上圖6.5.1</p><p>　　上弦點“D”，“F”、“H”焊縫尺寸根據(jù)下弦節(jié)點已經(jīng)確定。</p><p>　　節(jié)點“D”：桿

47、“Db” </p><p><b>　　桿“Dc” </b></p><p>　　節(jié)點“F”：桿“Fc” </p><p><b>　　桿“Fd” </b></p><p>　　節(jié)點“H”：桿“Hd” </p><p><b>　　桿“He” </b>&

48、lt;/p><p>　　節(jié)點“D”、“F”、“H”所選擇的連接板尺寸分別為：230mm335mm，220mm255mm，235mm245mm。</p><p>　?。?）屋脊節(jié)點“E”</p><p>　　弦桿的拼接，一般都采用與上弦角鋼相同鋼號的角鋼進行拼接，為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被連接的弦桿和便于施焊，需將拼接角鋼削棱和切去肢的一部分，：，其中取8mm，拼接角

49、鋼與弦桿的連接焊縫按被連接弦桿的最大內(nèi)力計算，每條焊縫長度按該式計算：，取200mm。</p><p>　　拼接角鋼總長，取L為460mm。豎肢需切去并按上弦坡度熱彎。</p><p>　　計算屋脊處弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，取=5mm，需要焊縫長度按公式計算：</p><p>　　按構(gòu)造要求決定節(jié)點板的長度。</p><p>　?。?）支座節(jié)

50、點“a”</p><p>　　腹桿“Pa”的焊縫尺寸同節(jié)點“P”肢背：，肢尖：，節(jié)點板的厚度為12cm，所確定的節(jié)點板尺寸（如圖1.3），</p><p><b>　　支座底板的計算</b></p><p>　　支座反力： R=7P=754.14kN=379.0kN</p><p>　　支座底板按構(gòu)造要求取用280

51、mm390mm。錨栓采用2M24，并用圖示U行缺口。柱采用的C20混凝土。若僅考慮有加勁肋部分的底板作為有效面積（見附圖），則底板承受均布反力為</p><p>　　底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，每塊為兩相鄰邊支撐而另兩邊自由的板。</p><p><b>　　根據(jù)圖示確定</b></p><p>　　，/

52、=78/172=0.453,查表得的值為0.051。每塊板的單位寬度的最大彎矩為：</p><p><b>　　底板厚度：</b></p><p><b>　　，取t=20mm。</b></p><p>　　底板尺寸為390mm280mm20mm。</p><p>　　②加勁肋與節(jié)點板的焊接焊縫計算

53、。</p><p>　　一個加勁肋的連接焊縫所承受的偏心荷載，偏于安全取屋架支座反力的1/4，即加勁肋的計算內(nèi)力為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　設(shè)焊縫，焊縫的計算長度為：，則焊縫的應(yīng)力：</p><p><b>　?。?，滿足。</b></p><

54、p>　　節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算。</p><p>　　設(shè)焊縫傳遞全部的支座反力，R=379.0KN，</p><p>　　，取。則焊縫的計算長度為：</p><p>　　取810mm。（其中t是節(jié)點板厚，c是加勁肋切角寬度）</p><p><b>　　節(jié)點板的應(yīng)力：</b></p>&l

55、t;p>　　強度滿足。（其余節(jié)點略）</p><p>　　8）屋架施工圖見附圖所示。</p><p><b>　　七、參考資料</b></p><p>　　1、張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理.高等教育出版社，2004版。</p><p>　　2、王國凡.鋼結(jié)構(gòu)連接方法及工藝.化學(xué)工業(yè)出版社,2005版。</p>