1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)班 級： * 姓 名： * 學(xué) 號： * 指導(dǎo)老師： * 2011年 * 月 *日 目錄一 設(shè)計(jì)資料 8.（3）二 結(jié)構(gòu)形式與布置.（3）三 荷載計(jì)算.（4）四 內(nèi)力計(jì)算.（5）五 桿件設(shè)計(jì).（6）.六 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).（14）一、設(shè)計(jì)資料1、題號*的已知條件：梯形鋼屋架跨度27m，長度96m，柱距6m。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50 kn中級工作制吊車，軌頂標(biāo)高為8.000 m。冬季最低溫度為20，地震設(shè)計(jì)烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g。采用1.5m6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i1/16。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7 kn/m2，雪荷

2、載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3 kn/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 kn/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm400 mm，混凝土標(biāo)號為c20。鋼材采用q235b級，焊條采用e43型。2、屋架計(jì)算跨度：lo=27-20.15=26.7m。3、跨中及端部高度：本次設(shè)計(jì)為無檁體系屋蓋，采用緩坡梯形屋架，取屋架在27m軸線處的端部高度ho=2000mm，屋架的中間高度h=2844mm，屋架在26.7m處，兩端高度為ho= 2005m。屋架跨中起拱按lo/500考慮，取53mm。 二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架型式及幾何尺寸如圖1-1所示。 圖1-1梯形屋架的形狀和幾何尺寸根據(jù)廠房長度（96m60m）、跨

3、度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在上弦平面設(shè)置了剛性系桿與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖1-2所示。 垂直支撐1-1 垂直支撐2-2 桁架上弦支撐布置圖 桁架下弦支撐布置圖 圖1-2 梯形屋架支撐布置三、荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計(jì)算時，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。因此，取屋面活荷載0.7 kn/m2進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平

4、投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式gk=(0.12+0.011l)kn/m2計(jì)算。荷載計(jì)算見表1-3：設(shè)計(jì)屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合，在組合時，偏于安全不考慮屋面活荷載的組合值系數(shù)。表1-3 荷載計(jì)算荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kn/m2）設(shè)計(jì)值（kn/m2） 永久荷載預(yù)應(yīng)力混泥土大型屋面板1.41.41.35=1.89三氈四油防水層0.40.41.35=0.54找平層（厚20mm）0.0220=0.40.41.35=0.54100mm厚泡沫混凝土保溫層0.16=0.60.61.35=0.81屋架和支撐自重0.12+0.01127=0.4170.4171.35=0.563管道荷載0.10. 11

5、.35=0.135永久荷載總和3.1974.316可變荷載屋面活荷載0.70.71.4=0.98可變荷載總和0.70.98全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載+全跨可變荷載。全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及全跨可變荷載為f=(4.316+0.98) 1.56=47.664 kn（1） 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載+半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載。全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載為 f1=4.3161.56=39.844 kn半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載為 f2=0.981.56=8.82kn（2） 全跨節(jié)點(diǎn)屋架（包括支撐）自重+半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重+半跨屋面活荷載。全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重為 f3=0.5631.56=5.067 kn半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載為 f4=（1.89+0.7）

6、1.56= 23.31kn上面的計(jì)算中，（1）、（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。四、內(nèi)力計(jì)算 屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡圖如圖1-4所示。 （a） （b） （c） 圖1-4 屋架計(jì)算簡圖由圖解法或數(shù)解法得f=1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（f=1作用于全跨、左半跨），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)果如表1-5所示。五、桿件設(shè)計(jì)1.上弦桿。整個上弦桿采用等截面，按（21）、（22）桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即n=-1019.066kn。上弦桿計(jì)算長度計(jì)算如下。 在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度，即 lox=l0=1.503cm 在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且

7、認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取loy為支撐點(diǎn)間的距離，即 loy=31.503=4.509m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并，如1-6圖所示。（注：腹桿最大內(nèi)力n=-482.369kn，中間板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板選用12mm。）設(shè)=60，鋼材采用q235，查附表12-2穩(wěn)定系數(shù)表，可得=0.807（由雙角鋼組 2l160x100 x12 圖1-6 上弦桿截面表1-5成的t形和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積為 mm需要的回轉(zhuǎn)半徑為 根據(jù)需要的a、ix、iy查附錄14、附錄15，選用 2l160x100 x12

8、，肢背間距a=10mm則由附錄14查的ix =28.2mm；由附錄15查的a=6011mm2，iy=77.5mm。 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 由于，由查附表12-2得，則 mpa4693.93mm2,ix=2.846cm,iy=7.7cm。 2l16010010 圖1-7 下弦桿截面按所選的角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：=350 =350因此，所選截面合適。3.端斜桿（31）。桿件軸力為n=482.369kn，計(jì)算長度l0x=l0y=2496mm。因?yàn)閘0x=l0y，故采用不等邊角鋼，長肢相并，使ixiy。選用2l1258010，如圖1-8所示。則查附錄14、附錄15可得a=3942mm2，ix=3.98cm，i

9、y=3.31cm。 2l1258010 圖1-8 端斜桿截面按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 因，則由查附表12-2得，則 mpa215mpa因此，所選截面合適。4.腹桿（40）。最大拉力：n=9.101kn 最大壓力：n=-61.715kn 計(jì)算長度l0x=0.8l=0.83056=2444.8mm，l0y=3056mm 選用2l634，如圖1-9所示，查附錄13可得a=996mm2，ix=1.96cm，iy=2.94cm。 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 因，則由查附表12-2得，則 mpa215mpa因此，所選截面合適。 2l634 圖1-9 腹桿截面 5.豎桿（42）。桿件軸力為：n=-47.664kn 計(jì)

10、算長度l0x=0.8l=0.82750=2200mm，l0y=2750mm 選用2l564，如圖1-10所示，查附錄13可得a=878mm2，ix=1.73cm，iy=2.67cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 因，則由查附表12-2得，則 mpa215mpa因此，所選截面合適。 2l564 圖1-10 豎桿截面在此，其他各桿件的截面選擇計(jì)算過程不再一一列出，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表1-11。 表1-11 表1-11 表1-11六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)“4”（見圖1-12）。各桿件的內(nèi)力由表1-5查的。 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)l=lw+2hf的大小按比例

11、繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。采用e43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw=160mpa。 設(shè)“(38)”桿的肢背焊縫hf1= 10 mm，肢尖焊縫hf2= 6 mm，（最好根據(jù)構(gòu)造要求選定焊角尺寸），肢背的焊縫長度為114mm，肢尖的焊縫長度為100mm（均為滿焊）。則驗(yàn)算如下：肢背：=0.7n/2helw=0.7126310/20.710（114-20）=67.186mpa160mpa 故滿足要求。肢尖：=0.3n/2helw=0.3126310/20.76（100-12）=11.6mpa160mpa 故滿足要求。 由于（39）（40）桿的內(nèi)力很小

12、，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf= 4 mm。 根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為325mm265mm。 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為 325mm（滿焊），hf= 6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差 n= 1009.195 913.314= 96.6kn，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為 =0.75n/2helw=0.7596600/20.76（325-12）=28.28mpa160mpa 故滿足要求。因此，焊縫強(qiáng)度滿足要求。 該節(jié)點(diǎn)如圖1-12所示。 圖1-12 下弦節(jié)點(diǎn)“4”（2）上弦節(jié)點(diǎn)“22”（見圖1-13）。

13、“（38）”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“4”相同。“（37）”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸計(jì)算同上。 設(shè)“(37)”桿的肢背焊縫hf1= 14mm，肢尖焊縫hf2= 6 mm，（最好根據(jù)構(gòu)造要求選定焊角尺寸），肢背的焊縫長度為155mm，肢尖的焊縫長度為156mm（均為滿焊）。則驗(yàn)算如下：肢背：=0.7n/2helw=0.7193740/20.714（155-28）=54.48mpa160mpa 故滿足要求。肢尖：=0.3n/2helw=0.3193740/20.76（1156-12）=48mpa160mpa 故滿足要求。設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)板的尺寸為310mm295mm為了便于在上弦桿上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊

14、緣可以縮進(jìn)上肢背 8 mm。采用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時可以略去屋架上弦坡度的影響，并考慮到p對槽焊縫長度中點(diǎn)的偏心距較小，所以略去由此偏心引起的彎矩。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力不用驗(yàn)算。 肢尖焊縫承受弦桿內(nèi)力差n=982.789816.36= 166.43 kn，偏心距e= 100-25=75mm，偏心力矩m=ne=166.430.075= 12.78knm，按構(gòu)造要求取肢尖hf2= 6mm，則上弦桿肢尖角焊縫的剪應(yīng)力為 f=166430/（0.726298）=66.5mpa由偏心力矩引起的正應(yīng)力為 f=6m/2h

15、elw2=612780000/（20.762982）=102.8mpa則焊縫強(qiáng)度為 160mpa所以滿足強(qiáng)度要求。該節(jié)點(diǎn)如圖1-13所示。 圖1-13 上弦節(jié)點(diǎn)“22”（3）屋脊節(jié)點(diǎn)“30”（見圖1-14 ）。弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，病便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板開補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。 設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫hf= 10mm。焊縫計(jì)算長度為（一條焊縫） lw=1019066/（40.710160）=227.5mm 拼接角鋼的長度ls=

16、2（lw+2he）+弦桿桿端空隙，拼接角鋼長度取520mm 上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，焊縫驗(yàn)算方法與節(jié)點(diǎn)“22”處槽焊縫驗(yàn)算方法類似，此處驗(yàn)算過程略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，并考慮此內(nèi)力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫hf= 10mm ，取節(jié)點(diǎn)長度為 400mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為 lw=400/2-10-20=170mm焊縫應(yīng)力為 f=0.151019066/（0.7210170）=64.2mpa f=6m/2helw2=60（20.7101702）=170mpa 160mpa因此，焊縫強(qiáng)度滿足要求。 該節(jié)點(diǎn)如圖1-

17、14所示。因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩個運(yùn)輸單元，在屋脊 節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦桿、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦桿、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。 腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算方法與以上幾個節(jié)點(diǎn)相同，在此不再贅述。 圖1-14 屋脊節(jié)點(diǎn)“30”(4)支座節(jié)點(diǎn)“1”見圖1- 15 。下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取100mm。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，厚度去 14 mm。1）支座底板的計(jì)算。支座反力為r=428899n。支座底板的平面尺寸采用280mm400mm，如果僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓

18、面積為280mm360mm=100800mm2。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度為 =r/an=428899/100800=4.25mpac=12.5mpa式中c混凝土抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值，對c25混凝土，c=12.5mpa。 支座底板的厚度按屋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為四塊，每塊板為兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為 mmax=2qa22 式中 q底板下的平均應(yīng)力，即q= 4.25mpaa2兩邊支承之間的對角線長度，即a2=2系數(shù)，有b2/a2查表確定，b2為兩邊支承的相交點(diǎn)到對角線a2的垂直距離。由此得 b2=133173/218.2=105.4mm b2/a2=0.483查表得2=0.0532，則單位寬度的最大彎矩為mmax=2qa22=0.05324.25218.22=10764.9n.mm 底板厚度為 故取t=20mm2）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算。加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接計(jì)算與牛腿焊縫相似，見圖1-16。 圖1-16 加勁肋計(jì)算簡圖偏于安全地假定一個加勁肋的受力為屋架支座反力的1/4，即 428899/4=107224.75n，則焊縫內(nèi)力為 v=107224.75 m=107244.7565=6969610n.mm設(shè)焊縫焊腳hf= 6mm ，焊縫計(jì)算長度 lw=640-20-12=608mm，則焊縫應(yīng)力為160