1、HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算書姓 名：XX學(xué) 號(hào)：U2009158XX專業(yè)班級(jí)：土木工程0905班 指導(dǎo)老師：張卉完成時(shí)間：2012年2月18日第一部分鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)資料及依據(jù)根據(jù)學(xué)號(hào)U200915851及次序14得已知條件：某車間跨度為 24m,廠房總 長(zhǎng)度102m，柱距6m,車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)50/10t中級(jí)工作制軟鉤橋式吊車，地區(qū) 計(jì)算溫度高于-20C,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18m； 米用1.5 >6 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，U級(jí)防水，卷材屋面，桁架米用梯

2、形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為450M50mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25,屋架采用的鋼材為 Q235B鋼，焊條為E43型。屋架計(jì)算跨度：Lg L 300 24000 300 23700mm屋架端部高度：H。1900mm跨度：i。110計(jì)算跨度處高度：H 1900 1200 150 12000 1915mm1屋架跨中高度：h01900 120003100mm10表1荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載類型荷載名稱何載標(biāo)準(zhǔn)值（kN m ）永久何載改性瀝青防水層0.420厚1:2.5水泥砂漿找平層0.4150泡沫混凝土保溫層0.90:預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.40懸掛管道0.10屋架和支撐自

3、重0.12+0.011x24=0.384可變荷載基本風(fēng)壓0.40積灰荷載0.7不上人屋面活荷載0.7基本雪壓0.5屋架尺寸及支撐布置屋架形式及尺寸如圖1：1 J|rI.IoI1丁，,1330戸I 'I I3>'0.3000二o-7U屋蓋的支撐布置如圖2:圖 置dasM rJ-rASLeuf uulrlH2 _h L垂直支撐 1-1垂直支撐2-2圖2桁架支撐布置符號(hào)說(shuō)明：GW鋼屋架；SC-上線支撐；XC-下弦支撐;CC-垂直支撐；GC-剛性系桿；LG-柔性系桿三、荷載計(jì)算屋面活載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，從資料可知屋面活載大于雪荷載，故取屋面活載計(jì)算。沿屋面斜面分布的永久荷載乘

4、以1/ cos、.102 平 /10 1.005換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載:改性瀝青防水層20厚 1: 2.5水泥砂漿找平層150厚加氣混凝土保溫層 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（1.0051.0051.005（包括灌縫）1.005屋架和支撐自重懸掛管道1.0050.000120.4kN/m20.4kN/m0.9kN/m 221.4 kN/m 220.384 kN/m20.402kN/m20.402kN/m0.905kN/m 221.407kN/m20.386kN/mkN/m 2共3.537kN/m21.354.775 kN/m 2標(biāo)準(zhǔn)可變荷載:不上人屋面活載積灰荷載1.4+1.40

5、.7kN/m20.7kN/m20.98kN/m20.98kN/m2共 1.96kN/m 2設(shè)計(jì)桁架時(shí)應(yīng)考慮一下三種荷載組合:1、全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載：F （4.775 1.96）1.5 6 60.615kN2、全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：F1 4.775 1.5 6 42.975kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：F2 1.96 1.5 6 17.64kN3、全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重：F3 1.35 0.386 1.5 6 4.690kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活載：F4 (1.2 1.4 0.98) 1.5 6 23.94kN其中，

6、1、2為使用階段荷載情況，3為施工階段荷載情況。計(jì)算詳圖如下:(c)圖3桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖四、內(nèi)力計(jì)算由電算先解得F=1時(shí)的桁架各桿的內(nèi)力系數(shù)(F=1作用于全跨、左半跨和右半跨)，然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，見(jiàn)表2。表2桁架桿件內(nèi)力組合表內(nèi)力系數(shù)(F=1)桿件名 稱全跨a左半跨b右半 跨c第一種 組合F a第二種組合第三種組合片 aF1 aFa aF3 aF2 bF2 cF4 bF4cAB000000000BC-9.102-6.520-2.622-551.718-506.171-437.411-198.346-105.459-551.718CD-9.102-6.520-2.622-551.

7、718-506.171-437.411-198.346-105.459-551.718上DE-14.061-9.398-4.735-852.308-770.052-687.797-290.934-179.302-852.308弦EF-14.061-9.398-4.735-852.308-770.052-687.797-290.934-179.302-852.308桿FG-15.804-9.505-6.397-957.960-846.845-792.020-301.670-240.193-957.960GH-15.804-9.505-6.397-957.960-846.845-792.020-3

8、01.670-240.193-957.960HI-15.265-7.646-7.636-925.288-790.889-679.275-254.638-254.385-925.288ab4.9513.6451.326300.105227.067：236.160110.48154.965300.105下be12.0018.3003.707727.441662.155581.134254.987145.030727.441弦cd15.1919.6905.584920.802823.765751.335303.224204.927920.802桿de15.6988.7107.014951.53482

9、8.262798.349282.141241.539951.534aB-9.002-6.627-2.411-545.656-503.761-429.391-200.870-99.939-545.656Bb6.9544.8152.171421.527383.785383.785147.88584.588421.527bD-5.472-3.424-2.079-331.685-295.559-271.833-107.634-75.435-331.685De3.7001.8981.829227.246192.488191.27162.79161.139227.246斜eF-2.435-0.689-1.

10、772-147.558-116.798-135.902-27.915-53.842-147.558腹Fd1.086-0.4721.58265.82838.34574.577-6.20642.96674.577桿-6.026dH0.0611.583-1.5443.69830.546-24.61538.183-36.67738.183-36.677He-1.123-2.4971.395-68.071-92.308-23.653-65.04528.129-92.30828.129aA-0.500-0.5000-30.307-30.307-30.307-14.315-2.345-30.307豎桿bC-

11、1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615eE-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615dG-1.000-1.0000.000-60.615-60.615-60.615-28.630-4.690-60.615el2.0381.0121.029123.533105.434105.73533.78634.192123.533-30.245-60.489-60.489-60.489105.553注：F 60.615kN;Fi 42.975kN; F217.

12、64kN;F34.690kN; F423.94kN五、桿件設(shè)計(jì)1上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，不改變截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)，即按 FG、GH桿件的 計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)。N 957.960kN=957960N上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度l0x 150.7cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取l0y 2 15°.7cm 301.4cm因?yàn)閘0y 2 l0x，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并腹桿最大內(nèi)力，N=545.656kN（壓），由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考表可知：中間支座節(jié)點(diǎn)板厚度取12mm,支座節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取14mm。*入2口60 X100X12圖4上弦截面假定入二6

13、0,雙角鋼組合截面繞x和y軸穩(wěn)定性均屬于b類截面。查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，得= 0.807 o需要截面面積957960N0.807 215N/mm225521.2mm需要回轉(zhuǎn)半徑:ixl0x150.7cm602.51cm， iyl0y301.4cm5.02cm兩角鋼之間加12mm厚填板，查角鋼規(guī)格表，選用602160 100 12，則2A GO.hcgix 2.82cm，iy 7.82cml°x150.7x空53.44150驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比：ix2.82；l0yly301.438.54 1507.82滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求由于x大于y ,熱軋不等邊角鋼短肢組合將繞x軸失穩(wěn)，故由53.44，查

14、表得：x 0.840N 9579602189.72N/mm215N/mmxA 0.840 6011滿足要求。2下弦桿整個(gè)下弦桿不改變截面，采熱軋不等邊角鋼短肢組合，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力最大弱。選用2L160 100是 de 桿:Nde951.534kN951534Nl0x 300cm，l°y 240030 /21185cm所需截面積為：A Nn f951534N4425.7mm 244.26cm22215N/mm連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100mm可不考慮螺栓孔削10,因l°ylox，故用不等肢角鋼，短肢相并。2A=50.63cm44.26cm2, ix2.82cm

15、， iy 7.78cml0xx ixl0xy iy3002.2356.23134.2 190.2 350350NdeA951534線 187.94N/mm2215N mm25063mm滿足要求。3.端斜桿aB整下弦桿不變截面，采熱軋不等邊角鋼長(zhǎng)肢組合，其中內(nèi)力最大aB桿,桿件軸力：N 545.656kN545656N計(jì)算長(zhǎng)度l0x = l0y=245.5cm。因?yàn)閘0x = l0y，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使i選用：2 140 90 10 ,則圖6端斜桿截面A=44.522cm2, ix4.47cm，iy 3.74cml0xx ix245.54.4754.92 150l0yy -ly245

16、.53.7465.64 150由于xy，熱軋不等邊角鋼長(zhǎng)肢組合將繞y軸失穩(wěn)，由y查表得0.776NA滿足要求。4斜腹桿545656N222157.94N/mm2215N mm20.776 4452.2mm2Bb桿整個(gè)Bb桿不改變截面，采用熱軋等邊角鋼組合，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力NBb 421.527kN， l0x 254.0cm， l0y 254.0cm連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100mm可不考慮螺栓孔削弱。選用：2L100 72A=27.59cm , ix3.09cm，iy 4.53cml0x254.0xix3.09l0y254.0y-iy4.53NBb421527A2759滿足要求。

17、82.2 56.4 350350152.78 N mm2<215N mm202|_lOOx7y圖7斜腹桿Bb截面bD桿整個(gè)bD桿不變截面，采用熱軋等邊角鋼，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力NbD 331.685kN, l0x278.80.8223.04cm， l0y 278.8cm2 906A=21.27cm 2, ixl0x223.04xix2.79l0y278.8yly4.14N331685A27592.79cm，79.94 67.34 y，選用:ly4.14cm150150120.2 N mm2<215N mm2滿足要求。由于x熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由X查表得:0.688331685N

18、bDA174.7 N/mm2<215N/mm20.688 2759滿足要求。圖8斜腹桿bD截面Dc桿整Dc桿不變截面，采用熱軋等邊角鋼組合，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力NDc 227.246kN，l0x 278.8 0.8223.04cm，l0y 278.8cm連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100mm可不考慮螺栓孔削弱l0yJ278874.75 3503.73NdcA滿足要求。227.246 120.94 N mm2<125N mm2 1879選用：2 806218.79cm，ix 2.47cm， iy 3.73cml0xix223.04 90.30 3502.472L§0x

19、6DeeF桿整個(gè)eF桿不改變截面，采用熱軋等邊角鋼，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力243.6cm, l0y 304.5cmNcF 147.558kN，l0x 304.5 0.8218.79cm ,ix 2.47cm，iy 3.73cml0xix243.62.4798.62 150l0yiy304.53.7381.64 150選用：2_806。由于X y，熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由X查表得：0.5640879 139.21N mm2<215N mm2圖10斜腹桿cF截面滿足要求Fd桿整個(gè)Fd桿不改變截面，采用熱軋等邊角鋼組合，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力NFd 74.577kN， l0x 304.5 0.8 243

20、.6cm，l0y 304.5cm連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100mm可不考慮螺栓孔削弱選用：2706圖11斜腹桿Fd截面2A 16.32cm , ix 2.15cm, iy 3.33cml0xx Ix243.62.15113.3 350l0yy Iy304.591.443.33350NFdA74577163245.70 N mm2<215N mm2 滿足要求。dH桿整個(gè) dH桿不改變截面，米用熱軋等邊角鋼，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力NdH 38.183kN，l0x 330.9 0.8264.72cm， l0y 330.9cm選用：263 4y263 x 4圖12斜腹桿dH截面29.96

21、cm， Ix1.96cm，ly3.02cm由于xl0x264.72135.06lxl0ylyNdH1.96330.9109.571503.02150y，熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由x查表得:0.36538183105.03N mm2<215N mmA 0.365 996滿足要求。5.豎桿整個(gè)豎桿不改變截面，采用熱軋等邊角鋼，設(shè)計(jì)內(nèi)力最大的是el桿,NeI 123.533kN，l0x 310.0 0.8 248.0cm， l0y 310.0cm選用：28062A 18.79cm， ix 2.47cm， iy 3.73cml0xlx248.02.47100.4 150l0yly3103

22、.7383.1 150由于xy，熱軋等邊角鋼組合將繞X軸失穩(wěn)，故由x查表得：0.552 叫 123533119.10N mm2<215N mm2A 0.552 1879滿足要求。圖13豎桿截面其余各同類桿件截面選擇計(jì)算過(guò)程同上， 此處略去其計(jì)算過(guò)程，僅將結(jié)果列 于表2 （見(jiàn)下頁(yè)）桿件 名稱內(nèi)力 設(shè)計(jì)值N（KN）計(jì)算長(zhǎng)度（cm）選用截面截面積2 A（ cm ）回轉(zhuǎn)半徑（cm）max入min計(jì)算應(yīng)力（N/ mm2）l 0xl 0yixiy上弦桿-957.960150.7301.4216010012 短并60.112.827.8253.441500.840189.72下弦桿951.534300

23、1185216010010 短并50.632.827.78190.2350187.94aB545.656245.5245.52L140 90 10 長(zhǎng)并44.524.473.7465.641500.776157.94Bb421.527254.0254.0九 100 727.593.094.5382.2350152.78bD-331.685223.0278.8290 621.272.794.1479.941500.688174.70De227.246223.0278.82匕0 618.792.473.7390.30350120.94cF-147.558243.6304.5280 618.792.

24、473.7398.621500.564139.21Fd74.577243.6304.520 616.322.153.33113.335045.70dH38.183264.7330.9263 49.961.963.02135.061500.365105.03He-92.308264.7330.9270 616.322.153.33123.121500.420134.67Aa-30.307191.5191.52L70 616.322.153.3389.101500.62829.57Cb-60.615176.0220.020 616.322.153.3381.861500.67659.14200.0

25、250.020 616.322.153.3393.021500.60161.80Ee-60.615Gd-60.615224.0280.0±70 616.322.153.33110.191500.60175.79el123.533248.0310.02匕0 618.792.473.73100.41500.552119.10:160N / mm2。六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 各桿件內(nèi)力由表查得，最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于8hf。本設(shè)計(jì)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸可在 施工圖中完成，校核各焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于計(jì)算所需的焊縫長(zhǎng)度。1.下弦節(jié)點(diǎn)“ b”圖14下弦節(jié)點(diǎn)b42L527k

26、N60.615kN19C331.B85kN8 150JQOJOSkN727.411 kN斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算:設(shè)肢背與肢尖的焊縫尺寸分別為8mn和6mm則所需焊縫長(zhǎng)度（考慮起滅弧缺陷）：肢背：I w0.7NBb2heffW0.7 421527165mm，力卩 2hf后取 19cm2 0.7 8 160肢尖：丨w0.3N2heffw0.3 42152794.1mm，加 2hf 后取 11cm2 0.7 6 160斜桿bD與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算:肢背：lw 匹 °7 331685129.6mm,加2hf后取 15cm2he ffw2 0.7 8 160肢尖：I0.3NbD2hfw

27、0.3 3316852 0.7 6 16074.1mm，加 2hf 后取 9cm豎桿Cb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸hf 5mm ,焊縫長(zhǎng)度|w>50mm根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隔和制作裝配等誤差，按比例作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)板尺寸。節(jié)點(diǎn)板尺寸 ：330mmx 425mm下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：焊縫受力為節(jié)點(diǎn)板兩側(cè)下弦桿的內(nèi)力差：N 727.441 300.105 427.336kN設(shè)肢尖與肢背尺寸6mm受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為:88.4kN/mm2 <160kN/mm20.75 4273362 0.7 6

28、415 12焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)“ B”圖15上弦節(jié)點(diǎn)B斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫尺寸，與下弦節(jié)點(diǎn)“ b”相同斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫尺寸按上訴同樣方法計(jì)算，NaB 545.656kN肢背和肢尖焊縫尺寸分別采用：hf = 8mn和hf = 6mm肢背:l0.65NaB2hfw0.65 545656 c197.9mm,取 22cm2 0.7 8 160肢尖:l0.35NaB2heffw0.35 5456562 0.7 6 160142.1mm,取 16cm為了便于擱置屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣縮進(jìn)上弦肢背 8mn,上弦角鋼與 節(jié)點(diǎn)板間用槽焊連接.焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘

29、以 0.8的折 減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響， 而假定集中荷載F與上弦垂直。上 弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得：h'f 2 節(jié)點(diǎn)板厚度 2 12 6mm，hf 10mm上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm則K(N1 NJ2(£云22 0.7hflwJ(0.75 551718)2 (f°622)22 0.7 6 (460 12)110.02N/mm2 0.8ffw 0.8 160 128N/mm2上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為：阿 N2 (詁9 J(0.25 551718)2 (薯2!)22 0.7h'fiw：2 0.7 10 (460 12)22.35N

30、/mm2 160N/mm23屋脊節(jié)點(diǎn)“ I ”弦桿的拼接一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接。 為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼 被連接的弦桿和便于施焊，需切去肢尖角。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板 來(lái)補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫為10mm拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接桿的最大內(nèi)力計(jì)算,N 925.288kN。每條焊縫長(zhǎng)度為（一條焊縫）：9252884 0.7 10 160206.54mm拼接角鋼的長(zhǎng)度 L 2 (206.54 10) 20 453.1mm，取 650mm圖16屋脊節(jié)點(diǎn)I上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15

31、%計(jì)算。設(shè)焊腳尺寸為10mm,節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：50010 20 220mm焊縫應(yīng)力為:0.15 9252882 0.7 10 22045.07N/mm26昱2helW0.15 925288 100 23.62 0.7 10 220293.89N/mm2N f45.072293.891.22289.19N/mm <160N/mm滿足強(qiáng)度要求因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個(gè)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、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫， 而右半 邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。4.支座節(jié)點(diǎn)“ a”為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座 底板間的距離不應(yīng)小于下弦伸出肢的寬度，故取驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度:為220mm在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，如勁肋 的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相同，厚度同端部節(jié)點(diǎn)板 為 14mm（1）支座底板的