鋼結構設計課程設計--24m跨廠房普通鋼屋架設計

1、<p><b>　　鋼結構課程設計</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　班 級： 土木1103班</p><p>　　學 號： </p><p>　　指導老師： </p><p>　　完成時間： 2014 - 2 -

2、21 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設計資料1</b></p><p>　　二、結構形式及支撐布置2</p><p><b>　　三、荷載計算4</b></p><p><b>　　四、內力計

3、算5</b></p><p><b>　　五、桿件設計6</b></p><p><b>　　六、節(jié)點設計10</b></p><p><b>　　七、參考資料17</b></p><p><b>　　八、附表一18</b></

4、p><p><b>　　九、附表二19</b></p><p><b>　　一、設計資料</b></p><p>　　某車間跨度為24m，廠房總長度102m，柱距6m，車間內設有兩臺50/10t中級工作制軟鉤橋式吊車，地區(qū)計算溫度高于-20℃，無侵蝕性介質，地震設防烈度為6度，屋架下弦標高為18m；采用1.5×6

5、m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，Ⅱ級防水，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，上柱截面尺寸為400×400mm，混凝土強度等級為C25，屋架采用的鋼材為Q345B鋼，焊條為E50型。</p><p><b>　　屋架形式</b></p><p><b>　　荷載（標準值）</b></p><p>

6、;<b>　　永久荷載：</b></p><p>　　改性瀝青防水層0.4kN/m2</p><p>　　20厚1:2.5水泥砂漿找平層 0.4kN/m2</p><p>　　80厚泡沫混凝土保溫層 0.6kN/m2</p><p>　　預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫）

7、1.5kN/m2</p><p>　　屋架和支撐自重為 （0.120+0.011L）kN/m2</p><p><b>　　可變荷載</b></p><p>　　基本風壓： 0.35kN/m2</p><p>　　基本雪壓：（不與活荷載同時考慮） 0.5kN/m2&l

8、t;/p><p>　　積灰荷載 0.5kN/m2</p><p>　　不上人屋面活荷載 0.7kN/m2</p><p>　?。勺兒奢d可按水平投影計算）</p><p>　　二、結構形式及支撐布）</p><p>　　桁架的形式及幾何尺寸如下圖2.1所示</p>&l

9、t;p>　　桁架支撐布置如圖2.2所示</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：柔性系桿</p><p><b>　　三、荷載計算</b></p><p>　　屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋

10、面活荷載計算。由于風荷載為0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考慮風荷載的影響。沿屋面分布的永久荷載乘以1/cos#=1.005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）按經驗公式（=0.12+0.011跨度）計算，跨度單位為m。</p><p><b>　　標準永久荷載：</b></p><p>　　改性瀝青防水層

11、 1.005x0.4=0.402kN/m2</p><p>　　20厚1:2.5水泥砂漿找平層 1.005x 0.4=0.402kN/m2</p><p>　　80厚泡沫混凝土保溫層 1.005x 0.6x0.8=0.4824kN/m2</p><p>　　預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.005x 1.4=1.406k

12、N/m2</p><p>　　屋架和支撐自重為 0.120+0.011x24=0.384kN/m2</p><p>　　_____________________________</p><p>　　共 3.328kN/m2</p><p><b>　　標準可變荷載：</b></p>

13、<p>　　屋面活荷載 0.7kN/m2</p><p>　　積灰荷載 0.5kN/m2</p><p>　　_____________________________</p><p>　　共 1.2kN/m2</p><p>　

14、　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（按永久荷載效應控制的組合）</p><p>　　全跨節(jié)點荷載設計值

15、：</p><p>　　F=1.35*3.328+1.4*0.7*0.7+1.4*0.9*0.5=5.809</p><p>　?。?）全跨永久荷載+半跨可變荷載</p><p>　　全跨永久荷載設計值：</p><p><b>　　對結構不利時：</b></p><p>　　F1,2=1.35*

16、3.328*1.5*6=40.43（按永久荷載效應控制的組合）</p><p>　　F1,2=1.2*3.328*1.5*6=35.94（按可變荷載效應控制的組合）</p><p>　　對結構有利時：F1,3=1.0*3.328*1.5*6=29.95</p><p>　　半跨可變荷載設計值：</p><p>　　F2,1=1.4*(0.7*

17、0.7+0.9*0.5)*9=11.84</p><p>　　F2,2=14.49</p><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（按可變荷載效應控制的組合）</p><p>　　全跨節(jié)點桁架自重設計值：</p><p>　　對結構不利時：F3,1=1.2*0.384*9=4.147 </p>&

18、lt;p>　　對結構有利時：F3,2=1.0*0.384*9=3.456</p><p>　　半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值：</p><p>　　F3,3=1.2*1.5+1.4*0.7=2.78</p><p><b>　　四、內力計算</b></p><p>　　荷載組合（1）計算簡圖如圖4.1，荷載組合（

19、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><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的桁架各桿件的內力系數(shù)（F=1作用于全跨、走半跨和右</p><p>

20、;　　半跨）。然后求出各種荷載情況下的內力進行組合，計算結果見附表1</p><p><b>　　五、桿件設計</b></p><p><b>　?。?）上弦桿</b></p><p>　　整個上弦桿采用等截面，按FG、GH桿件的最大設計內力設計。</p><p>　　N=788.27kN=7882

21、70N</p><p><b>　　上弦桿計算長度：</b></p><p>　　在桁架平面內，為節(jié)間軸線長度：</p><p>　　在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內力變化情況，?。?lt;/p><p>　　因為=3，故宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　腹桿最大內力N=470.35k

22、N節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度用12mm</p><p>　　設=60，選用角鋼，為b類截面，查表得。</p><p><b>　　需要截面積：</b></p><p><b>　　需要的回轉半徑：</b></p><p>　　根據(jù)需要的A、、查角鋼規(guī)格表，選用2∟140×90&

23、#215;10，，=2.85cm，=7.70cm，，按所選角鋼進行驗算：</p><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=0.8

24、06。</p><p><b>　　＜</b></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，按最大內力設計值設計。</p><p><b>

25、　　N=779070N</b></p><p>　　平面內的計算程度和平面外的計算長度分別為：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　所需截面面積：</b></p><p>　　選用2∟，，=2.56cm，=6.77cm，由于，故用不等肢角鋼短肢相并<

26、/p><p><b>　　＜</b></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

27、></p><p>　　桿件軸力： N=470.35kN=470350N</p><p>　　計算長度，因為，故采用不等值角鋼長肢相并。使設=60，查表得。</p><p>　　選用2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：</p><p><b>　　∵＜</b></p>

28、<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=0.683。</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b

29、></p><p><b>　　（4）腹桿He</b></p><p>　　最大拉力： 21.46kN</p><p>　　最大壓力： 97.75kN</p><p>　　按最大壓力進行計算，設計計算值為97.75kN。</p><p>　　由于節(jié)

30、點板的嵌固作用，桁架平面內的計算長度取，節(jié)點板在桁架平面外的剛度很小，故桁架平面外的計算長度仍取節(jié)間距離，即。</p><p><b>　　設=60，查表得</b></p><p><b>　　，，選用等肢角鋼，</b></p><p>　　2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：</p><p><

31、b>　?。?</b></p><p><b>　　∵＜</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　?。?</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

32、><p><b>　　＜</b></p><p>　　由于腹桿壓力大于拉力，故可不比驗算拉應力。</p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　?。?）腹桿Bb</b></p><p>　　腹桿拉力設計值為

33、 N=357.85kN</p><p>　　選用2∟組成梯形截面，，，，按所選截面進行驗算：</p><p>　　平面內的計算長度和平面外的計算長度分別為，，</p><p><b>　　＜ ，＜ </b></p><p><b>　　＞</b></p><p><b

34、>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　　(6)豎桿Ie</b></p><p>　　豎桿拉力設計值： N=144.39kN </p><p>　　選用2∟組成十字形截面，，，，按所選截面進行驗算：</p><p>　　平面內的計算長度和平面外的計算長度分別為，，&l

35、t;/p><p><b>　?。?，＜ </b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><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

36、成的梯形截面，腹桿Fc選用2∟組成的梯形截面。經驗算，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)點設計</b></p><p>　?。?）下弦節(jié)點“b”</p><p>　　有E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓、和抗剪強度設計值。設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則

37、所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背：，加后取16cm</p><p>　　肢尖： ，加后取10cm</p><p>　　設“Db”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：，加后取14cm</p><p>　　肢尖： ，加后取7cm</p><p>　

38、　“Cb”桿的內力很小，只需要按構造確定焊縫，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310mm400mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點板的連接的焊縫長度為400mm，。焊縫所受的左右兩下弦桿的內力差為，肢背的力最大，取肢背進行計算，則肢背處的焊縫應力為：</p><p

39、><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p><b>　?。?）上弦節(jié)點B</b></p><p>　　“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“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

40、縫長度為：</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，選擇節(jié)點板尺寸為295mm480mm。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

41、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力差。</p><p>　　槽焊縫的計算焊角尺寸為 ，=8mm</p><p>　　由節(jié)點板的長度確定槽焊縫的長度為480mm，</p><p>　　上弦肢尖角焊縫的剪應力為：</p><p>　　故焊縫強度滿足要求。</p><p>　?。?）下弦節(jié)點“

42、c”</p><p>　　設“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“Fc”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：，加后取8cm</p><p

43、>　　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”桿的內力很小，只需要按構造確定焊縫，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力差為，受力較大的肢背處的剪應力為：</p><p><b>　?。?lt;/b><

44、/p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　?。?）下弦節(jié)點“d”</p><p>　　設“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：</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

45、取6cm</p><p>　　設“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><p>　　“Cb”桿的內力為52890N，。</p><p>　　肢背：&

46、lt;，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，可只按構造確定其焊角尺寸為。</p><p>　　（5）下弦節(jié)點“e”</p><p>　　腹桿“eH”計算內力為97.75kN，，肢背的焊縫長度為：</p><p><b>　　

47、，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>　　計算內力為0.15779.07kN=116.86kN，，焊縫長度為270，焊縫肢背的剪應力為：＜，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&g

48、t;<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40cm。</p><p>　?。?）上弦節(jié)點“C”、“E”、“G”。</p><

49、;p>　　由于節(jié)點處左右弦桿的內力值相等，且豎桿的內力設計值相同，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)點已經確定。</p><p>　　節(jié)點“D”：桿“Db” </p><p><b>　　桿“Dc” </b></p&

50、gt;<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></p><p>　　節(jié)點“D”、“F”、“H”所選擇的連接板尺寸分別為：230mm335mm，2

51、20mm255mm，235mm245mm。</p><p>　?。?）屋脊節(jié)點“I”</p><p>　　采用與上弦角鋼相同鋼號的角鋼進行拼接，截取的垂直肢的寬度為：，其中取8mm，接頭一邊的焊縫長度按弦桿的內力計算。一條焊縫所需的焊縫長度為：，拼接角鋼的長度取500mm>2209.6mm+48mm+152=481.2mm，合適。</p><p>　　根據(jù)腹桿

52、的內力，取節(jié)點板尺寸為200mm450mm，上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，計算長度為450mm-2x15mm-4，=5mm，故計算長度為3800mm，節(jié)點荷載為52.89kN，焊縫承受的剪應力：</p><p><b>　　＜，滿足。</b></p><p>　　上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫的內力計算值為上弦內力的15%，設肢尖的焊縫=8mm，節(jié)點板的長度為

53、200mm，則節(jié)點一側弦桿的計算長度為：</p><p><b>　　，焊縫應力為：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　（8）支座節(jié)點“a”</p><p>　　腹桿“aB”的焊縫尺寸同節(jié)點“B”肢背：，肢尖：</p><p>　　。節(jié)點板的

54、厚度為12cm，所確定的節(jié)點板尺寸如圖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 ，經驗算焊縫滿足要求。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)點中心線上設置加勁肋，加勁肋與節(jié)點板的高度相等，厚度為12mm。</p><p><b>　　支座底板的計算</b></p><p>　　支座反力： R=8F=8

55、52.89kN=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>33849.6mm²，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算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，

56、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。底板下的平均應力為：</p><p>　　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=18mm。</b><

57、/p><p>　?、诩觿爬吲c節(jié)點板的焊接焊縫計算。</p><p>　　計算簡圖如圖6.8.3</p><p>　　假定一個加勁肋承受的力為支座反力的1/4，即加勁肋的計算內力為，則焊縫的內力為 </p><p>　　設焊縫，焊縫的計算長度為：</p><p><b>　　，則焊縫的應力：</b>&

58、lt;/p><p><b>　?。?，滿足。</b></p><p>　　節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算。</p><p>　　設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)點板傳遞的力為R/2=211560N。</p><p>　　設節(jié)點板與焊縫的焊腳尺寸，則焊縫的計算長度我為：</p>

59、;<p><b>　　節(jié)點板的應力：</b></p><p><b>　　強度滿足。</b></p><p>　　加勁肋焊腳尺寸每塊加勁肋與地板的連接焊縫長度為：</p><p>　　加勁肋焊縫的應力為：</p><p><b>　　強度滿足。</b></p