鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)例

1、<p>　　一．《梯形普通鋼屋架》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)實(shí)例</b></p><p>　　同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院土木工程系</p><p>　　TONGJI ZHEJIANG COLLEGE</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　

2、　課程名稱 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 梯形普通鋼屋架設(shè)計(jì)（ 組） </p><p>　　系 名 稱 土木工程_ ______ _</p><p>　　專 業(yè)_______ 土木工程 _____ __</p><

3、p>　　姓 名_______ _______ ___ </p><p>　　學(xué) 號________ _______ _ </p><p>　　指導(dǎo)教師_____ _ ____ ___ </p><p>　　日 期______ ___

4、 </p><p>　　鋼 屋 架 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 書</p><p><b>　　題目：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)某車間（有吊車、無天窗、無振動(dòng)設(shè)備）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　車間柱網(wǎng)布置圖（24m

5、5;90m ）</p><p>　　屋架支撐與鋼筋混凝土柱頂</p><p>　　屋面采用1.5×6m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板。（屋面板不考慮作為支撐用）</p><p>　　柱距6m，廠房跨度L=24m。</p><p><b>　　柱網(wǎng)布置</b></p><p>　　選用鋼材Q

6、235B，焊條E43型，手工焊。</p><p>　　圖1 柱網(wǎng)布置圖</p><p><b>　　屋架布置及幾何尺寸</b></p><p>　　圖2 屋架幾何尺寸</p><p>　　屋架計(jì)算跨度=24000-300=23700mm。</p><p>　　屋架在24m軸線處的端部高度

7、取H0=1990mm。</p><p>　　跨中高度H= 3190mm。</p><p><b>　　支撐布置</b></p><p>　　屋架支撐布置見圖3所示。</p><p><b>　　上弦橫向水平支撐</b></p><p><b>　　下弦橫向水平支撐&

8、lt;/b></p><p><b>　　垂直支撐</b></p><p>　　圖3 屋架支撐布置圖</p><p>　　說明：圖3中與橫向水平支撐連接的屋架編號為GWJ-2，山墻的端屋架編號為GWJ-3，其他屋架編號均為GWJ-1。</p><p><b>　　荷載計(jì)算及內(nèi)力計(jì)算</b>&

9、lt;/p><p><b>　　荷載計(jì)算匯總表</b></p><p>　　注：非輕型屋蓋不考慮風(fēng)荷載的作用。</p><p>　　永久荷載和可變荷載引起的屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：</p><p><b>　　使用階段</b></p><p>　　P(恒)=4.54×1

10、.5×6=40.86 kN</p><p>　　P(活)=1.96×1.5×6=17.64 kN</p><p><b>　　施工階段</b></p><p>　　P’(恒)=0.46×1.5×6=4.14 kN</p><p>　　P’(活)=(1.68+1.96)&#

11、215;1.5×6=32.76 kN</p><p><b>　　荷載組合</b></p><p>　　設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)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>　　全跨屋架與支撐+半跨屋面板+半

12、跨屋面活荷載</p><p>　　以上1），2）為使用階段荷載組合;3）為施工階段荷載組合。</p><p>　　內(nèi)力計(jì)算 圖4</p><p>　　該設(shè)計(jì)采用內(nèi)力系數(shù)法計(jì)算了屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)(如圖4所示)，并列于表1。根據(jù)算得的節(jié)

13、點(diǎn)荷載和桿力系數(shù)，利用表1進(jìn)行桿件的內(nèi)力計(jì)算組合并求出各桿的最不利內(nèi)力，計(jì)算過程和結(jié)果如表1。</p><p>　　表1 桿力組合表 </p><p>　　圖4 上弦左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)</p><p><b>　　桿件截面設(shè)計(jì)&l

14、t;/b></p><p><b>　　上弦桿截面計(jì)算</b></p><p>　　整個(gè)上弦桿不改變截面，取上弦最大設(shè)計(jì)桿力（FH桿）計(jì)算。N =892.71kN（壓力），，。根據(jù)腹桿最大設(shè)計(jì)桿力，查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》，取中間節(jié)點(diǎn)板厚度t=12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度t=14mm。</p><p>　　因?yàn)椋式孛嬉诉x用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢

15、相并。如圖5所示。</p><p><b>　　圖5上弦截面</b></p><p>　　設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表</p><p><b>　　需要截面積</b></p><p><b>　　需要回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　根據(jù)需要的AS

16、、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2∟，AS= 52.800c㎡ , ix = 2.54 cm , iy = 6.88cm(節(jié)點(diǎn)板厚12mm)。</p><p><b>　　按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算</b></p><p>　　，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，，故 滿足要求。</p><p>　　驗(yàn)算對稱軸y的穩(wěn)定承載力。<

17、/p><p>　　因，換算長細(xì)比，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，，故 ，滿足要求。</p><p>　　墊板每節(jié)間放置一塊（滿足范圍內(nèi)不少于兩塊），墊板間距=150.8/2=75.4cm<40i (i=4.44cm)。</p><p><b>　　下弦桿截面計(jì)算</b></p><p>　　下弦亦不改變截面，采用最大

18、設(shè)計(jì)桿力(gi桿)計(jì)算，N=887.45kN（拉力），，，需要的凈截面面積為</p><p><b>　　圖6 下弦截面</b></p><p>　　選用2∟（短肢相連），,, (節(jié)點(diǎn)板厚12mm)。</p><p>　　驗(yàn)算：在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，將位于de桿連接支撐的螺栓孔包在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)，且使栓孔中心到節(jié)點(diǎn)板端邊緣距離不小于100mm，故截面驗(yàn)算中不

19、考慮栓孔對截面的削弱，按毛截面驗(yàn)算（）：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　墊板每節(jié)間放一塊，=150cm<80i (i=4.47cm)。</p><p><b>　　端斜桿截面計(jì)算</b></p><p>　　選取aB桿，N =518.90kN（壓力）, ，

20、</p><p>　　設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表</p><p><b>　　需要截面積</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　，，，選用長肢相并，查型鋼表，選用2∟， ， ，</p><p><b>　　圖7 端斜桿截面

21、</b></p><p><b>　　驗(yàn)算： </b></p><p><b>　　因，，換算長細(xì)比</b></p><p>　　查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，，故滿足要求。</p><p>　　墊板每節(jié)間放置兩塊，=253.5/3cm=84.5 cm <40i (i=2.59cm)

22、。</p><p><b>　　斜腹桿截面計(jì)算</b></p><p><b>　　Bc桿</b></p><p>　　N=402.48KN(拉力)， ，，</p><p><b>　　需要的凈截面積</b></p><p>　　選用2∟（等肢相并），，

23、 ， ，</p><p><b>　　圖8 斜腹桿截面</b></p><p><b>　　驗(yàn)算： </b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　　墊板每節(jié)間放置一塊，=260.8/2cm=130.4cm <80i (i=2.14cm)。<

24、;/p><p><b>　　gH桿</b></p><p>　　情況一：N=50.86KN（拉力） 情況二：N =50.04kN（壓力）</p><p><b>　　按受壓桿設(shè)計(jì)時(shí)</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　

25、設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表</p><p><b>　　需要截面積</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　選用2∟（等肢相并），， ， </p><p><b>　

26、　壓桿驗(yàn)算： </b></p><p>　　因，，換算長細(xì) 比 </p><p>　　查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，，故滿足要求。</p><p><b>　　拉桿驗(yàn)算： </b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>

27、　　墊板每節(jié)間放置三塊，=339.6/4cm=84.9cm <40i (i=2.33cm)。</p><p><b>　　豎桿</b></p><p><b>　　Aa桿</b></p><p>　　N=-29.25 kN（壓力），， </p><p>　　設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表<

28、;/p><p><b>　　需要截面積</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　選用2∟（等肢相并），， ，</p><p><b>　　圖9 豎桿截面</b>

29、;</p><p><b>　　驗(yàn)算： </b></p><p><b>　　因，，</b></p><p><b>　　換算長細(xì)比 </b></p><p>　　查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系，</p><p><b>　　故滿足要求。</

30、b></p><p>　　墊板每節(jié)間放置三塊，=199/4cm=49.8 cm <40i (i=1.55cm)。</p><p><b>　　Gg桿</b></p><p>　　N=-58.50 kN（壓力）, ，。</p><p>　　設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表</p><p>

31、<b>　　需要截面積</b></p><p><b>　　回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　選用2∟（等肢相并），， ，</p><p><b>　　驗(yàn)算： </b></p><p>

32、　　因，，換算長細(xì) 比 </p><p>　　查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，，故滿足要求。</p><p>　　墊板每節(jié)間放置三塊，=231.2/4cm=57.8 cm <40i (i=1.73cm)。</p><p>　　其余各桿的截面選擇見表2。</p><p>　　表2

33、 屋架桿件截面選擇表</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　各腹桿桿端焊縫尺寸</b></p><p>　　計(jì)算公式： （角鋼肢背所需焊縫長度） </p><p>　　（角鋼肢尖所需焊縫長度） </p><p>　　例如腹桿aB，設(shè)

34、計(jì)桿力N=-436.35kN，設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸各為hf1=8mm，hf2=6mm。因aB桿系不等邊，角鋼以長肢相連，故K1=0.65，K2=0.35。則</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　，取</b></p><p>　　其它腹桿所需焊縫長度的計(jì)算結(jié)果見表3。未列入表中的腹桿均因桿

35、力很小，可按構(gòu)造取，。</p><p>　　表3 腹桿桿端焊縫尺寸</p><p><b>　　下弦節(jié)點(diǎn)“c”</b></p><p>　　按表3所列Bc、cD桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸（如圖10）。由圖中量出下弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長度為360mm，設(shè)焊角尺寸hf=6

36、mm，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差ΔN= Nce-Nac = 674.51-276.71 = 397.8kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度：</p><p>　　滿足要求。肢尖的焊縫應(yīng)力更小，定能滿足要求。豎桿bC下端應(yīng)伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點(diǎn)板滿焊。</p><p>　　圖10 下弦節(jié)點(diǎn)“c”</p><p><b>　　上弦節(jié)點(diǎn)“B”

37、</b></p><p>　　按表4所列腹桿Ba、Bc所需焊縫長度，確定節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸，如圖11所示。量得上弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長度為415mm，設(shè)hf=6mm，因節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)上弦肢背8mm，所以強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要乘以0.8的折減系數(shù)，節(jié)點(diǎn)集中荷載P= 40.86+17.64 = 58.5 (kN)，弦桿內(nèi)力差ΔN= NBD = 510.12 kN。忽略P對焊縫的偏心并視其與上弦垂直，則上弦肢背的焊縫應(yīng)力為:&

38、lt;/p><p>　　滿足要求。由于肢尖焊縫的hf=6mm，故應(yīng)力更小，定能滿足要求，不必驗(yàn)算。</p><p>　　圖11 上弦節(jié)點(diǎn)“B”</p><p>　　下弦中央拼接節(jié)點(diǎn)“i”</p><p><b>　　拼接角鋼計(jì)算</b></p><p>　　因節(jié)點(diǎn)兩側(cè)下弦桿力相等，故用一側(cè)桿力Ngi

39、= 887.45 kN計(jì)算。拼接角鋼采用與下弦桿相同的截面2∟，設(shè)與下弦的焊縫的焊腳尺寸hf=8mm，豎直肢應(yīng)切去Δ=t+hf+5(mm)=10+8+5=23(mm)，節(jié)點(diǎn)一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計(jì)算長度為</p><p>　　拼接角鋼需要的長度為</p><p>　　為保證拼接節(jié)點(diǎn)處的剛度取，：L=600mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算<

40、;/p><p>　　下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按0.15Nef計(jì)算。取焊腳尺寸hf=6mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長度l1、l2分別為</p><p>　　在圖12中，節(jié)點(diǎn)板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，從圖中量得每條肢背焊縫長度為125 mm，每條肢尖焊縫長度為125mm，滿足要求。</p><p>　　圖12 下弦中央拼接節(jié)點(diǎn)“i”</p>

41、;<p><b>　　屋脊節(jié)點(diǎn)“I”</b></p><p><b>　　拼接角鋼計(jì)算</b></p><p>　　拼接角鋼采用與上弦相同的截面2∟。設(shè)兩者間的焊腳尺寸hf=8mm，豎直肢應(yīng)切去Δ=t+hf+5(mm)=12+8+5=25(mm)。按上弦桿力NHI=861.42 kN計(jì)算拼接角鋼與上線的焊縫，節(jié)點(diǎn)每側(cè)每條焊縫需計(jì)算長

42、度為</p><p><b>　　拼接角鋼所需長度</b></p><p>　　為保證拼接節(jié)點(diǎn)處的剛度，取L=600mm。</p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫計(jì)算</p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板間在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點(diǎn)荷載P與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力。近似地取sinα = tanα =0.1，該合力的數(shù)值為&

43、lt;/p><p>　　2Nsinα - P= 2×861.42×0.1 – 58.5= 113.78(kN)</p><p>　　設(shè)焊腳尺寸hf=6mm，每條焊縫所需長度為</p><p>　　由圖13量得的焊縫長度為125mm。</p><p>　　圖13 屋脊節(jié)點(diǎn)“I”</p><p><

44、b>　　支座節(jié)點(diǎn)“a”</b></p><p><b>　　底板計(jì)算</b></p><p>　　底板承受屋架的支座反力R=8P=468 kN，柱采用C25，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=11.9N/mm²。底板需凈面積An為</p><p>　　錨栓直徑采用d=25mm，錨栓孔布置見圖14，栓孔面積為</p

45、><p><b>　　底板需總面積為</b></p><p>　　按構(gòu)造要求底板面積取為A=280×280=78400（mm²）>As，滿足要求。</p><p>　　底板承受的實(shí)際均布反力</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板和加筋肋將底板分層四塊相同的兩相鄰邊支承板，它們的對角線長度a1及內(nèi)角頂點(diǎn)到對角線

46、的距離b1分別為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　b1/a1=0.5，由此查表得β=0.058，兩相鄰邊支承板單位板寬的最大彎矩為</p><p><b>　　所需底板厚度為</b></p><p><b>　?。ㄈ=21mm）</b></p

47、><p>　　實(shí)取底板尺寸為 280×280×21。</p><p>　　加筋肋與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算</p><p>　　焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點(diǎn)板高度。由圖14量得焊縫長度為525mm，計(jì)算長度lw= 525-12-15=498（mm）(設(shè)焊腳尺寸hf=6mm)，每塊加勁肋近似地按承受R/4計(jì)算，R/4作用點(diǎn)到焊縫的距離為e=（140-10

48、-15）/2+15=72.5（mm）。則焊縫所受剪力V及彎矩M為</p><p><b>　　焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　加筋肋和節(jié)點(diǎn)板與底板的焊縫計(jì)算</p><p>　　上述零件與底板連接焊縫的總計(jì)算長度為（圖14）（設(shè)hf=8mm）

49、</p><p><b>　　所需焊腳尺寸為</b></p><p>　　hf尚應(yīng)滿足角焊縫的構(gòu)造要求：hf,min== =6.9(mm)，hf,min=1.2t=1.2×12=14.4（mm），實(shí)取hf=8mm。</p><p>　　其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳見施工圖</p><p>　　圖14 支座節(jié)點(diǎn)“a”<

50、/p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)板計(jì)算</b></p><p>　　節(jié)點(diǎn)板在受壓腹桿的壓力作用下的計(jì)算</p><p>　　所有無豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，受壓腹桿桿端中點(diǎn)至弦桿的凈距離c與節(jié)點(diǎn)板厚度t之比，均小于或等于。所有與豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，c/t均小于或等于，因而節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定均能保證。</p><p>　　所有節(jié)點(diǎn)板在拉桿的拉力

51、作用下，也都滿足教材式（7.42）的要求，因而節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度均能保證。</p><p>　　此外，節(jié)點(diǎn)板邊緣與腹桿軸線間的夾角均大于15°，斜腹桿與弦桿的夾角均在30°～60°之間，節(jié)點(diǎn)板的自由邊長度與厚度之比均小于，都滿足構(gòu)造要求，節(jié)點(diǎn)板均安全可靠。</p><p><b>　　屋架施工圖</b></p><p>