鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)--24m跨廠房普通鋼屋架設(shè)計(jì) (2)

1、<p>　　某車間跨度為24m，廠房總長(zhǎng)度90m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)300/50kN中級(jí)工作制吊車（參見平面圖、剖面圖），工作溫度高于-20℃，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為12.5m；采用1.5×6 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，Ⅱ級(jí)防水，卷材屋面，屋架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸為400×400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，屋架采用的鋼材為Q23

2、5B鋼，焊條為E43型。</p><p><b>　　屋架形式</b></p><p><b>　　荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）</b></p><p><b>　　永久荷載：</b></p><p>　　改性瀝青防水層0.35kN/m2</p><p>

3、;　　20厚1:2.5水泥砂漿找平層 0.4kN/m2</p><p>　　100厚泡沫混凝土保溫層 0.6kN/m2</p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.4kN/m2</p><p>　　屋架和支撐自重為 （0.120+0.011L）kN/m2</p><p><

4、;b>　　可變荷載</b></p><p>　　基本風(fēng)壓： 0.35kN/m2</p><p>　　基本雪壓：（不與活荷載同時(shí)考慮） 0.45kN/m2</p><p>　　積灰荷載 0.75kN/m2</p><p>　　不上人屋面活荷載 0.7kN/

5、m2</p><p>　　二、結(jié)構(gòu)形式及支撐布置</p><p>　　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>　　符號(hào)說(shuō)明：SC：上弦支撐； XC：下弦支撐； CC：垂直支撐</p><p

6、>　　GG：剛性系桿； LG：柔性系桿</p><p>　　圖2.2 桁架支撐布置</p><p><b>　　三、荷載計(jì)算</b></p><p>　　屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計(jì)算。由于風(fēng)荷載為0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考慮風(fēng)荷載的影響。沿屋面分布的永久荷載乘

7、以換算為沿水平投影面分布的荷載。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式（=0.12+0.011跨度）計(jì)算，跨度單位為m。</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)永久荷載：</b></p><p>　　改性瀝青防水層 1.004x0.35=0.351kN/m2</p><p>　　20厚1:2.5水泥砂漿找平層

8、 1.004x 0.4=0.402kN/m2</p><p>　　100厚泡沫混凝土保溫層1.004x 0.6=0.602kN/m2</p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.004x 1.4=1.406kN/m2</p><p>　　屋架和支撐自重為 0.120+0.011x24=0.384kN/m2<

9、/p><p>　　_____________________________</p><p>　　共 3.145kN/m2</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)可變荷載：</b></p><p>　　屋面活荷載 0.7kN/m2</p><p>　　

10、積灰荷載 0.75kN/m2</p><p>　　_____________________________</p><p>　　共 1.45kN/m2</p><p>　　考慮以下三種荷載組合</p><p>　　全跨永久荷載+全跨可變荷載</p><p>　　全跨永久

11、荷載+半跨可變荷載</p><p>　　全跨桁架、天窗架和支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載</p><p>　?。?）全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載效應(yīng)控制的組合）</p><p>　　全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：</p><p>　?。?）全跨永久荷載+半跨可變荷載</p><p>　　全跨永久荷載設(shè)計(jì)值：&

12、lt;/p><p><b>　　對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：</b></p><p>　?。ò从谰煤奢d效應(yīng)控制的組合）</p><p>　　（按可變荷載效應(yīng)控制的組合）</p><p><b>　　對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：</b></p><p>　　半跨可變荷載設(shè)計(jì)值：</p><

13、p>　?。?）全跨桁架包括支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載效應(yīng)控制的組合）</p><p>　　全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值：</p><p><b>　　對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：</b></p><p><b>　　對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：</b></p><p>　　半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)

14、計(jì)值：</p><p><b>　　四、內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　荷載組合（1）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.1，荷載組合（2）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.2，荷載組合（3）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.3.</p><p>　　圖 4.1 荷載組合（1）</p><p>　　圖 4.2 荷載組合（2）</p><p>

15、;　　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(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見附表1</p><p><b>　　五、桿件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?）上弦桿<

16、/b></p><p>　　整個(gè)上弦桿采用等截面，按FG、GH桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。</p><p>　　N=788.27kN=788270N</p><p><b>　　上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：</b></p><p>　　在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：</p><p>　　在桁架平面外，根據(jù)支

17、撐布置和內(nèi)力變化情況，?。?lt;/p><p>　　因?yàn)?3，故宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　腹桿最大內(nèi)力N=470.35kN節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度用12mm</p><p>　　設(shè)=60，選用角鋼，為b類截面，查表得。</p><p><b>　　需要截面積：</b></p&g

18、t;<p><b>　　需要的回轉(zhuǎn)半徑：</b></p><p>　　根據(jù)需要的A、、查角鋼規(guī)格表，選用2∟，，=2.85cm，=7.70cm，，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：</p><p><b>　　∵＞</b></p><p><b>　　∴ </b></p>

19、<p>　?。?</p><p>　　截面和界面都為b類截面，由于＞，只需要求。查表的=0.806。</p><p><b>　　＜</b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　?。?）下弦桿</b>

20、;</p><p>　　整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　N=779070N</b></p><p>　　平面內(nèi)的計(jì)算程度和平面外的計(jì)算長(zhǎng)度分別為：，</p><p><b>　　所需截面面積：</b></p><p>　　選用2∟，

21、，=2.56cm，=6.77cm，由于，故用不等肢角鋼短肢相并,＜</p><p>　　考慮到下弦有的栓孔削弱，下弦凈截面面積：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p><b>　　（3）端斜桿aB</b>&l

22、t;/p><p>　　桿件軸力： N=470.35kN=470350N</p><p>　　計(jì)算長(zhǎng)度，因?yàn)椋什捎貌坏戎到卿撻L(zhǎng)肢相并。使設(shè)=60，查表得。</p><p>　　選用2∟，，，，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：</p><p><b>　　∵＜</b></p><p>　　∴＜

23、 </p><p>　　截面和界面都為b類截面，由于＞，只需要求。查表的=0.683。</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　?。?）腹桿He</b></p><p>

24、　　最大拉力: 21.46kN</p><p>　　最大壓力：97.75kN</p><p>　　按最大壓力進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算值為97.75kN。</p><p>　　由于節(jié)點(diǎn)板的嵌固作用，桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取，節(jié)點(diǎn)板在桁架平面外的剛度很小，故桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度仍取節(jié)間距離，即。</p><p><b>　　設(shè)=60，查表得&l

25、t;/b></p><p><b>　　，，選用等肢角鋼，</b></p><p>　　2∟，，，，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：</p><p><b>　　＜ </b></p><p><b>　　∵＜</b></p><p><b>　　∴＜

26、 </b></p><p>　　截面和界面都為b類截面，由于＞，只需要求。查表的=0.433。</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　由于腹桿壓力大于拉力，故可不比驗(yàn)算拉應(yīng)力。</p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><

27、p><b>　?。?）腹桿Bb</b></p><p>　　腹桿拉力設(shè)計(jì)值為 N=357.85kN</p><p>　　選用2∟組成梯形截面，，，，按所選截面進(jìn)行驗(yàn)算：</p><p>　　平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度和平面外的計(jì)算長(zhǎng)度分別為，，</p><p><b>　?。?，＜ </b

28、></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　　(6)豎桿Ie</b></p><p>　　豎桿拉力設(shè)計(jì)值： N=144.39kN </p><p>　

29、　選用2∟組成十字形截面，，，，按所選截面進(jìn)行驗(yàn)算：</p><p>　　平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度和平面外的計(jì)算長(zhǎng)度分別為，，</p><p><b>　?。?，＜ </b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p>

30、;<p>　　其他腹桿：豎桿Aa、Cb、Ec、Gd選用2∟組成的十字形截面，腹桿Db選用2∟短肢相并，腹桿Dc、Fd、Hd選用2∟組成的梯形截面，腹桿Fc選用2∟組成的梯形截面。經(jīng)驗(yàn)算，所選截面都能滿足要求。</p><p>　　各桿件的截面的選擇見附表2</p><p><b>　　六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（1

31、）下弦節(jié)點(diǎn)“b”</p><p>　　有E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓、和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p>　　肢背：，加后取16cm</p><p>　　肢尖： ，加后取10cm</p><p>　　設(shè)“Db”桿的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p

32、>　　肢背：，加后取14cm</p><p>　　肢尖： ，加后取7cm</p><p>　　“Cb”桿的內(nèi)力很小，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(zhǎng)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(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為310mm400mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接

33、的焊縫長(zhǎng)度為400mm，。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(jìn)行計(jì)算，則肢背處的焊縫應(yīng)力為：</p><p><b>　　＜</b></p><p><b>　　焊縫強(qiáng)度滿足要求。</b></p><p><b>　?。?）上弦節(jié)點(diǎn)B</b></p><p>

34、;　　“Bb”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“b”相同。</p><p>　　“Ba”桿的肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p>　　肢背： ，加后取16cm</p><p>　　肢尖： ，加后取11cm</p><p>　　考慮焊縫長(zhǎng)度，同時(shí)為了在上弦擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，選擇節(jié)點(diǎn)板尺寸為295

35、mm480mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。驗(yàn)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。</p><p>　　槽焊縫的計(jì)算焊角尺寸為 ，=8mm</p><p>　　由節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度確定槽焊縫的長(zhǎng)度為480mm，</p><p>　　上弦肢尖

36、角焊縫的剪應(yīng)力為：</p><p>　　故焊縫強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　?。?）下弦節(jié)點(diǎn)“c”</p><p>　　設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p>　　肢背：，加后取11cm</p><p>　　肢尖： ，加后取6cm</p><p>　　設(shè)“Fc”桿

37、的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p>　　肢背：，加后取8cm</p><p>　　肢尖： ，由于焊縫計(jì)算長(zhǎng)度不得小于和40mm，肢尖焊縫長(zhǎng)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(diǎn)板取265mm315mm，取，下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長(zhǎng)度為315mm，焊

38、縫受左右弦桿的內(nèi)力差為，受力較大的肢背處的剪應(yīng)力為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　焊縫強(qiáng)度滿足要求。</b></p><p>　?。?）下弦節(jié)點(diǎn)“d”</p><p>　　設(shè)“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p&g

39、t;　　肢背：<，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加后取7cm</p><p>　　肢尖： <，計(jì)算長(zhǎng)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(zhǎng)度為：</p><p>　　肢背： <，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加后取7cm</p><p>　　肢尖： <，計(jì)算長(zhǎng)度取48mm，加

40、后取6cm。</p><p>　　“Cb”桿的內(nèi)力為52890N，。</p><p>　　肢背：<，焊縫長(zhǎng)度取6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊縫長(zhǎng)度取6cm。</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板取255mm285mm，由于d點(diǎn)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>　?。?）下弦節(jié)點(diǎn)“e”</p>

41、<p>　　腹桿“eH”計(jì)算內(nèi)力為97.75kN，，肢背的焊縫長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　，加后取7cm</b></p><p>　　肢尖：<48mm，取焊縫長(zhǎng)度為6cm。節(jié)點(diǎn)板取325mm270mm。驗(yàn)算下弦節(jié)點(diǎn)板的焊縫。</p><p>　　計(jì)算內(nèi)力為0.15779.07kN=116.86kN，，焊縫長(zhǎng)度為270

42、，焊縫肢背的剪應(yīng)力為：＜，肢尖受力較小，不必驗(yàn)算。故焊縫合適。</p><p>　　豎桿“eI”焊縫計(jì)算：</p><p>　　拉力為144.39kN，取，考慮起弧和滅弧，焊縫長(zhǎng)度取7cm，肢尖受力較小，按構(gòu)造確定焊縫長(zhǎng)度為6cm。</p><p>　　下弦拼接角鋼的總長(zhǎng)度為采用與上弦統(tǒng)一鋼號(hào)的角鋼進(jìn)行拼接，垂直肢截取寬度為</p><p>

43、　　拼接角鋼的總長(zhǎng)度取40cm。</p><p>　?。?）上弦節(jié)點(diǎn)“C”、“E”、“G”。</p><p>　　由于節(jié)點(diǎn)處左右弦桿的內(nèi)力值相等，且豎桿的內(nèi)力設(shè)計(jì)值相同，故采用相同的節(jié)點(diǎn)板。焊腳尺寸取6mm，焊縫長(zhǎng)度取6cm。連接板的尺寸如上圖6.5.1</p><p>　　上弦點(diǎn)“D”，“F”、“H”焊縫尺寸根據(jù)下弦節(jié)點(diǎn)已經(jīng)確定。</p><p

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

45、” </b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)“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(diǎn)“I”</p><p>　　采用與上弦角鋼相同鋼號(hào)的角鋼進(jìn)行拼接，截取的垂直肢的寬度為：，其中取8mm，接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿的內(nèi)力計(jì)算。一條焊縫所需的焊縫長(zhǎng)度為：，

46、拼接角鋼的長(zhǎng)度取500mm>2209.6mm+48mm+152=481.2mm，合適。</p><p>　　根據(jù)腹桿的內(nèi)力，取節(jié)點(diǎn)板尺寸為200mm450mm，上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，計(jì)算長(zhǎng)度為450mm-2x15mm-4，=5mm，故計(jì)算長(zhǎng)度為3800mm，節(jié)點(diǎn)荷載為52.89kN，焊縫承受的剪應(yīng)力：</p><p><b>　?。?，滿足。</b&

47、gt;</p><p>　　上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的內(nèi)力計(jì)算值為上弦內(nèi)力的15%，設(shè)肢尖的焊縫=8mm，節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為200mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　，焊縫應(yīng)力為：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?。?）支座節(jié)點(diǎn)“a”&l

48、t;/p><p>　　腹桿“aB”的焊縫尺寸同節(jié)點(diǎn)“B”肢背：，肢尖：</p><p>　　。節(jié)點(diǎn)板的厚度為12cm，所確定的節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖6.8.1，下弦桿焊腳尺寸為肢背：，肢尖：，豎桿焊腳尺寸肢背和肢尖均為 ，經(jīng)驗(yàn)算焊縫滿足要求。為了便于施焊，下弦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，加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為12mm。</p>&l

49、t;p><b>　　支座底板的計(jì)算</b></p><p>　　支座反力： R=8F=852.89kN=423.12kN</p><p>　　支座所需的凈截面為：</p><p>　　選擇的支座底板的尺寸如圖6.8.2。僅考慮有加勁肋的部分承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm²>33849.6mm

50、²，故底板的面積合適。</p><p>　　底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)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>　　根據(jù)底板尺寸確定 ，/=0.474查表得的值為0.054。底板下的平均應(yīng)力為：</p><p>　　每塊板的單位寬度的最大彎矩為：</p><p><b&g

51、t;　　底板厚度：</b></p><p><b>　　取t=18mm。</b></p><p>　?、诩觿爬吲c節(jié)點(diǎn)板的焊接焊縫計(jì)算。</p><p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6.8.3</p><p>　　假定一個(gè)加勁肋承受的力為支座反力的1/4，即加勁肋的計(jì)算內(nèi)力為，則焊縫的內(nèi)力為 </p>&l

52、t;p>　　設(shè)焊縫，焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　，則焊縫的應(yīng)力：</b></p><p><b>　?。?，滿足。</b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算。</p><p>　　設(shè)焊縫傳遞全部的支座反力，每塊加勁肋各傳力為R/4=105780N，節(jié)點(diǎn)板

53、傳遞的力為R/2=211560N。</p><p>　　設(shè)節(jié)點(diǎn)板與焊縫的焊腳尺寸，則焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度我為：</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)板的應(yīng)力：</b></p><p><b>　　強(qiáng)度滿足。</b></p><p>　　加勁肋焊腳尺寸每塊加勁肋與地板的連接焊縫長(zhǎng)度為：</p>&

54、lt;p>　　加勁肋焊縫的應(yīng)力為：</p><p><b>　　強(qiáng)度滿足。</b></p><p><b>　　七、參考資料</b></p><p>　　1、張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.高等教育出版社，2004版。</p><p>　　2、王國(guó)凡.鋼結(jié)構(gòu)連接方法及工藝.化學(xué)工業(yè)出版社,2005版。