1、陜西廣播課程設計課程名稱：鋼結構分校（工站）：專業(yè)：指導老師：學號：學生姓名：1 、設計資料12 、結構形式及布置13 、荷載計33.1 永久荷載設計值33.2 可變荷載設計值33.3 荷載組合 34、 內(nèi)力計35、 截面選擇45.1 上弦桿截面選擇45.2 下弦桿截面選擇45.3 腹桿截面選擇56 節(jié)點設計96.1 下弦節(jié)點設計96.2 上弦節(jié)點設計147 、附圖1、設計資料2.1某車間，長240m,跨度27m，柱距6m,車間內(nèi)無吊車、無天窗、無振動設 備。采用梯形鋼屋架，1.5X 6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板(1.4 kN/m2),二氈 三油加綠豆沙防水層(0.4 kN/m2), 20m

2、m厚水泥砂漿找平層(0.4 kN/m2),卷材屋 面，屋面坡度i=1/10,屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級C20, 上柱截面400X 400mm。鋼材選用Q235B,焊條采用E43型。屋面活荷載標準值0.70 kN/m2。2.2屋架計算跨度I。=27 0 .烏 2 6n 7 ()2.3跨中及端部高度：設計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，端部高度h0 = 1990mm 中部高度 h = 3325mm (為 l0 / 8.0 )。2、結構形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖所示:圖2-1梯形鋼屋架形式和幾何尺寸圖根據(jù)廠房長度(240m>60m跨度及荷載情況，設置五道上、下弦橫向水平支

3、撐 因柱網(wǎng)采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格 與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿， 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置了柔性系桿，以 傳遞山墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設一道垂直支 撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖下圖所示：圖2-2屋架上弦支撐布置圖圖2-2屋架下弦支撐布置圖圖2-3屋架垂直支撐布置圖3、荷載計算3.1永久荷載設計值預應力鋼筋混凝土大型屋面板:1.2 1.4=1.68kN/m二氈三油防水層及找平層(20mm):1.2 0.4 1.2 0.4 =0.96kN/m支撐重量

4、:1.2 0.07 =0.084kN /m屋面活荷載:3.2可變荷載設計值1.4 0.7 = 0.98kN/m3.3荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點荷載為：F = (1.68 0.96 0.084) 0.981 1.5 6 =33.336kN4、內(nèi)力計算考慮全跨靜荷載和半跨活荷載的組合，在單位力作用下各屋架桿件的內(nèi)力圖如下:圖4-1單位力作用下各屋架桿件的內(nèi)力圖當F=33.336 kN時，各屋架桿件的內(nèi)力圖如下:圖4-2 F作用下各屋架桿件的內(nèi)力圖5、截面選擇腹桿最大內(nèi)力為-251.4kN，選用節(jié)點板厚度為t=8mm。5.1上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，按最大內(nèi)力計算：

5、Nmax 二-387.4kN，h = 150.8cm，l°y=300.0cm（ h 取兩塊屋面板寬度）。選用兩個等肢角鋼 2口00 8， A=31.28cm2，ix = 3.08cm,iy = 4.41cm150.83.08= 50.0 ：丨.= 1501 oy3004.41-68. I- =150x 二 0.866 =0.780（ b 類）雙角鋼T型截面繞對稱軸（y軸）應按彎扭屈曲計算長細比 上100.8-12.5 Y0.58l°yb0.58 30010= 17.4=68.040.475 103002 0.82二 73.6 >,0.475b41亠1l2 t2Vl0y

6、t故由max - yz =73.6，按 b 類查表得：y =0.729截面驗算：3N387.4 103222 = 169.89N /mm : f =215N /mm A 0.729 31.28 10大型屋面板與上弦焊牢，起縱橫向水平支撐作用，上弦桿其他節(jié)間的長細比和穩(wěn)定 驗算均未超過上述值。填板每個節(jié)間放一塊（滿足l1范圍內(nèi)不少于兩塊），la =75.4cm Y 40i =40 3.08 =123.2cm5.2下弦桿截面選擇下弦桿也采用相同截面，按最大內(nèi)力計算：Nmax =383.4kN ， l0x = 300cm，=450cm選擇兩個不等肢角鋼2L90 8，A = 27.88cm2，ix =

7、 2.76cm， iy = 4.02cm3002.76= 108.7 ：丨.=350*=需=111亠"3503383.4 10327.88 102=137.5N/mm2 : 215N /mm25.3腹桿截面選擇截面幾何特性：A = 12.29cm2， ix = 1.94cm， i y = 2.89cm選用兩個等肢角鋼2L63 5,組成T型截面=102 ： 150， -0.5421991.94桿件 A-a: N = -16.67kN , I* =丨 °y = 199cm截面驗算：16.67 102 二 25.03N / mm2 ： f = 215N / mm2minA 0.5

8、42 12.29 102= 68.9 : 150， -0.758桿件 B-a: N =251.4kN，lOx =%= 251.8cm1992.89截面幾何特性：A = 22.22cm2， ix = 3.20cm， iy = 2.58cm選用兩個不等肢角鋼2L100 63 7，長肢相并= 79.1 ： 150 , -0.693，251.83.2251 8V"50，-0.567截面驗算：N251.4 102 =199.5N / mm2 =： 215N / mm2minA 0.567 22.22 102 桿件 B-b: N =182.3kN，lox = 0.8l =0.8 260.1 =

9、208.1cm，lo 260.1cm所需截面：“”器論斶2選用兩個等肢角鋼2L50 5，組成T形截面截面特性： 代=9.61cm28.48cm2 , ix = 1.53cm , i2.38cm、 208.1 、 260.1/x136.6 ： 350 ,；y109.8 ： 3501.53y 2.38 桿件 C-b: N 二-33.3kN , lox =0.81 =0.8 227.5 =182cm, l°y 二 227.5cm選用兩個等肢角鋼250 5，組成T形截面。截面幾何特性：2A = 9.61cm , ix = 1.53cm , iy = 2.38cm182x =119.7 ： 1

10、50，:x =0.4381.53227 5962:150, y=0.580y 2.38y截面驗算：N 二33.3 103 2 ®1N/mm2：215N/mm2'minA 0.438 9.61 102截面幾何特性：2A = 14.82cm , ix = 2.32cm , iy = 3.36cm選用兩個等肢角鋼270 5,組成T形型截面X = 0.566 桿件 D-b: N =139.0kN，lox =0.8l =0.8 285.1 = 228.1cm，lo285.1cm=2281 =98.3 ： 150285.13.362.32截面驗算：139.0 10廠165.7N/mm2

11、： f =215N/mm2min A 0.566 14.82 102= 85.2 ： 150， -0.652桿件 D-c: N = 86.0kN，lox = 0.8l = 0.8 285. 228.1cm，% = 285.1cm所需截面:N86.0 2400mm215選用兩個等肢角鋼2L50 5,組成T型截面截面幾何特性:2 2A = 9.6cm 4cm , ix = 1.94cm , iy = 2.89cm8.1285.1,x117.6： 350,y98.7 ： 3501.94y 2.89桿件E-c:N _ -50kN , I。 = 0.8| = 0.8 257.5 = 206cm , lo

12、y = 257.5cm采用兩個等肢角鋼250 5,組成T形截面截面幾何特性：2A = 9.61cm , ix = 1.53cm , iy = 2.38cmx 206 =134.6 ： 150 , I =0.364x 1.53257 5y108.8 ： 150 , -0.5012.38截面驗算：N50.0 103222 -142.9N/mm2 ： f -215N / mm2 minA 0.364 9.61 102桿件E-f及H-g:內(nèi)力N小于桿件D-c，桿長I同樣小于桿件D-c, 故采用兩個等肢角鋼2L50 5,組成T形截面時，可滿足受力要求。桿件F-f及I-g :內(nèi)力N小于桿件E-c，桿長I同

13、樣小于桿件E-c， 故采用兩個等肢角鋼250 5，組成T形截面時，可滿足受力要求。桿件 G-f 及 f-c : Nmax = 33.3kN，lo 207.8cm，l°y = 207.8cm選用兩個等肢角鋼2L50 5,組成T形截面截面特性：2A = 9.61cm , ix = 1.53cm , iy = 2.38cm207 8x135.8 ： 150, x =0.3881.53.=87.3 : 150 , J =0.665y 2.38截面驗算：N33.3 103222 =89.3N/mm : f =215N/mm minA 0.388 9.61 102桿件 J-g 及 g-d : N

14、max =129.7kN，lox = 223.9cm， l°y = 223.9cmN 129.72所需截面：A6.03cmf 215選用兩個等肢角鋼2L63 5,組成T形截面截面特性： 代=12.29cm2 60.32cm2 , ix = 1.94cm , iy = 2.89cma 223.9 一廠,“a a 223.9 ”廠 “cx115.4 350, y77.5 3501.94y 2.89桿件J-e :選用2L63 5,中央豎桿采用十字形截面，其斜截面計算長度l0 =0.9 332.5=299.3cm各桿件截面選擇結果列表如下表5-1 :表5-1屋架桿件截面選擇表桿件名稱桿件號內(nèi)

15、力設計值 N (kN)計算長度(cm)所選截面截面面2 積(cm)長細比容許長細比入計算應力(N/mm)l 0xl 0y入x入y上弦桿H-I-387.4150.83002 / 100 X831.285073.6150169.9下弦桿c-d383.43004502 / 90 X 827.88108.7111.9350137.5腹桿A-a-16.671991992 / 63 X 512.291026915025B-a-251.4251.8251.82 / 100 X63 X 722.2279.198.1150199.5B-b182.3208.1260.12 / 50 X 59.61136.6109

16、.8350189.7C-b-33.3182227.52 / 50 X 59.61119.796.215079.1D-b-139228.1285.12 / 75 X 514.8298.385.2150165.7D-c86228.1285.12 / 50 X 59.61117.698.735089.5E-c-50206257.52 / 50 X 59.61134.6108.8150142.9E-f24.3150.6188.32 / 50 X 59.6198.479.135025.3H-g23162.1202.62 / 50 X 59.61105.985.135023.9F-f-33.3103128

17、.82 / 50 X 59.6167.351.115054.7I-g-33.3121151.32 / 50 X 59.6179.154.115069.4G-f-33.3207.8207.82 / 50 X 59.61135.887.315080.36f-c-6.3207.8207.82 / 50 X 59.61135.887.315016.07J-g129.7223.9223.92 / 63 X 512.29115.477.5350105.5g-d105223.9223.92 / 63 X 512.2996.948.635085.4J-e0299.32 / 63 X 512.29171.411

18、5.135006、節(jié)點設計各節(jié)點的節(jié)點板厚一律取8mm各桿內(nèi)力如圖4-2所示。6.1下弦節(jié)點設計（圖6-1）6.1.1 下弦節(jié)點b設計首先，計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點板形狀和尺寸， 最后驗算下弦與節(jié)點板的連接焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強度設計值：w2f f = 160N / mm設桿B-b的肢背和肢尖焊縫分別是hf =6mm和hf = 5mm，則所需焊縫長度為:2/3 182.3 103肢背：扁2 6 =102.4mm，取 110mm2 沃 0.7 沃 61603肢尖：lw23 182.3 10 2 5 = 54.3mm，取 80mm2x0.7x5x160設桿D-

19、b和肢尖焊縫分別是hf =6mm和hf = 5mm，則所需焊縫長度為肢背:l w132/3 139 102 0.7 6 1602 6 = 81mm取 100mm肢尖：3心叮3J3； 100 2 5 .4mm 取 80mmC-b桿內(nèi)力較小，焊縫按構造采用。根據(jù)上述腹桿焊縫長度，并考慮桿件之間應留有間隙，按比例繪出節(jié)點大樣圖 從而確定節(jié)點板尺寸為315 275 8mm。 其次驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫，內(nèi)力差圖6-1下弦節(jié)點圖N 二 NbcNab =314.3 139.7 =174.6kN。實際節(jié)點板長度是31.5 cm，下弦與節(jié)點板連接的角焊縫計算長度l w =31.52 0.5 = 30.5c

20、m采用hf =5mm，肢背焊縫應力為：=54.8N / mm ： ffw = 160N / mm* 22/3 174.6 103I =2 x 0.7 x5 x 305焊縫強度滿足要求。6.1.2 下弦節(jié)點c的設計 設節(jié)點所有焊縫為hf -5mm，所需焊縫長度如下:桿D-c內(nèi)力 N =86.0kN肢背:l w12/3 86 103肢尖:l w231/ 3 86 102 0.7 5 1602 5 二 34.7 mm桿E-c內(nèi)力N = -50kN肢背:l w12/3 50 1032 0.7 5 1602 5 = 39.9mm肢尖:l w21/ 3 86 1032 5 二 25.0mm2 0.7 5

21、160桿f-c內(nèi)力N 一33.3kN肢背:l w132/3 33.3 1032 5=29.9mm2 0.7 5 160肢尖:l w21/ 3 86 1032 5 二 20.0mm2 0.7 5 160所有焊縫均按構造（節(jié)點板尺寸）確定，焊縫長度均需大于60mm下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為32cm,焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差N = 383.4-314.3 = 69.1kN下弦與節(jié)點板連接的角焊縫計算長度lw=32 -2 0.5 =31cm采用hf =5mm，所受較大的肢背處焊縫應力為:32/3 69.1 103w221.3N / mm ：=160N / mm22 0.7 5 310焊縫強度

22、滿足要求。6.1.3 下弦節(jié)點d的設計設節(jié)點所有焊縫為hf =5mm，所需焊縫長度如下:肢背：2/3乂28勺03lw12 5 二 26.8mm2 0.7 5 1603肢尖：I w21/ 3 28 102 0.7 5 1602 5=18.3mm桿g-d內(nèi)力 N -86.0kN肢背：3,2/3005x10” cli2 5 二 72.8mm2 0.7 5 160肢尖：3,1/ 3x105 x10lw22 5 = 41.4mm2 0.7 5 160桿H-d內(nèi)力N二巧OkN肢背：32/3 漢 50 漢 103lw12 5 = 39.9mm2 0.7 5 160肢尖：31/ 3漢86匯103lw22 5

23、= 25.0mm2 0.7 5 160桿 G-d 內(nèi)力 N 二-28kN除g-d桿肢背外，所有焊縫均按構造（節(jié)點板尺寸）確定，焊縫長度均需大于60mm 下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為32cm,焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差N =383.4-298.5 = 84.9kN下弦與節(jié)點板連接的角焊縫計算長度lw =32 -2 0.5 = 31cm32/3 84.9 102 0.7 5 310采用hf =5mm，所受較大的肢背處焊縫應力為:= 26.2N / mm ：=160N / mm2焊縫強度滿足要求。下弦節(jié)點e的設計下弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于 施焊，需

24、將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般hf =t+hf +5mm），拼接角鋼這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設焊縫hf =6mm,則所需一條焊縫計算長度為3=111.0mm298.5 104 0.7 6 160拼接角鋼的長度取 400mm .111.0 2 = 222.1mm屋架分成兩個運輸單元，設置工地焊縫長度拼接，左半邊的弦桿和腹桿與節(jié)點板連 接用工廠焊縫，而右半邊的弦桿與腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫。中間豎桿跟左半 邊在工廠焊牢再出廠，為便于工地拼接，在拼接的角鋼與右半邊斜桿上，設置螺栓 孔:： 21.5。作為安裝施焊前的定位之用。下弦桿與節(jié)

25、點板之間用hf =5mm焊縫滿焊。豎桿J-e的內(nèi)力均很小，肢背與肢尖焊縫hf =5mm ,施焊長度均可按構造采用，至 少60mm采用390X290x 8mm所有焊縫均滿焊，焊縫長度均大于所需長度。6.1.5支座節(jié)點a設計為了便于施焊，下弦板與支座底板的距離取130mm在節(jié)點中心設置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點板高度相等。 支座底板計算支座反力：R=9F=9 33.336 =300.0kN混凝土強度C20, fc =9.6N/mm2，所需底板凈面積:300 1039.62=31250mm錨栓直徑取d =25mm,錨栓直徑取50mm，則所需底板毛面積:3 1452A=A A0 =312.52 4 53

26、72.13cm4按構造要求采用底板面積為2 2a b=28 28 = 784cm372.13cm ，墊板采用-100 100 20，孔徑26mm.實際底板凈面積為：3 14 漢 52人=784 -2 4 5724.4cm4底板實際應力:3300 102724.4 1022二 4.14 N / mmb =13.3 134 = 9.43cm18.9ai=?89 心，查表得1 = 0.056，則M Jlqa? =0.056 4.14 1892 =8282N mm所需底板厚度：t = . 6M77 = 一 6 8282/215 =15mm 取 20mm故底板尺寸為-280 280 20 加勁肋與節(jié)點板

27、的連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板的鏈接焊縫計算與牛腿焊縫相似，假定一個加勁肋的受力為屋架支1座反力的四分之一，即：V 300 =75kN，彎矩：M =75 6.65 = 498.8kN cm。4加勁肋高度、厚度取與中間節(jié)點板相同(即-495x140X2 )。采用hf =5mm,驗算焊縫應力:3= 22.2N / mm275"02 0.7 5 (495 -12)= 18.3N / mm26 498.8 1042 0.7 5 (495-12)222.22=26.8N / mm2 ： ffw = 160N / mm2 節(jié)點板，加勁肋與底板的連接焊縫計算11設焊縫傳遞全部支座反力R=300kN其

28、中每塊加勁肋各傳-R = - x 300 = 75kN，節(jié)4 41 1點板傳R 300=105.7kN2 2節(jié)點板與底板的連接焊縫lw =2 (280 -10) =540mm ,所需焊腳尺寸為hf 二R/20.7 口wf150 1030.7 540 160二 2.48mm采用hf =5mm每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為：llw =(140 20 10)220mm，所需焊腳尺寸為 hf R/4 w75103.04mm 取hf = 5mmf0.7Uwffw 0.7漢220漢160 下弦桿與支座斜桿和豎桿焊縫計算下弦桿a-b內(nèi)力N =139.7kN，肢背和肢尖焊縫均為hf = 6mm，則所需焊縫長

29、度為:肢背：3,2/3x139.7x10“廠lw12 6= 81.6mm2漢0.7漢6漢160肢尖：3,1/ 3x139.7x10 丄q “。lw22 6 = 46.8mm2 況0.7 x6 x160斜桿B-a內(nèi)力N =251.4kN肢背和肢尖焊縫均為hf = 6mm，則所需焊縫長度為:肢背：3,2/3x251.4x10c rclw12 6 = 137.3mm2漢0.7漢6漢160肢尖：3,1/3x251.4x10lw22 6 = 71.7mm2汽0.7漢6漢160豎桿A-a內(nèi)力N = -16.67kN，肢背和肢尖焊縫均為hf =5mm,則所需焊縫長度為:肢背：3,2/3 匯 16.67 漢

30、10 丄 ccclw12 5 二 20.0mm2況0.7匯5;<160肢尖：I w21/ 3 16.67 1032 0.7 5 1602 5 二 15.0mm根據(jù)節(jié)點板尺寸所確定的焊縫長度均大于所需焊縫長度，全部焊縫滿焊。6.2上弦節(jié)點設計（圖6-2）6.2.1 上弦節(jié)點B設計為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽鋼作為兩條焊縫計算，這時，強度設計值應乘以 0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，且假定集中荷載F與上弦垂直。圖6-2上弦節(jié)點圖也N =242.0kN，上弦肢背槽焊縫的hf =4mm，節(jié)點板的長度為435mm其應力為:(N)2(0.5Q)220.7hfilwiJ/3域242 燈032 +(0.5漢33.3"03)22 匯 0.7 漢 4 漢(435 10)上弦肢尖角焊縫的應力為:(2 ：N)2(0.5