24米跨廠房桁架設計-鋼結構課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設計資料1</b></p><p><b>　　二、結構簡圖2</b></p><p><b>　　三、荷載計算4</b></p><p><b>　　四、內(nèi)力計算

2、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>　　鋼結構課程設計</b></p><p><b>　　一、設計資料</b></p>

3、<p>　　廠房縱向長度90m，縱向柱距6m。采用鋼桁架屋架屋架跨度為24m。</p><p><b>　　結構采用梯形。</b></p><p>　　屋架采用Q235B鋼材，構件選用熱軋角鋼。節(jié)點采用焊接，焊條為E43型。</p><p>　　屋蓋結構采用型鋼檁條，壓型鋼板作屋面板，荷載為：</p><p&g

4、t;　　屋架及支撐自重標準值：</p><p>　　q=0.12+0.011L,L以m為單位，q以kN/m2為單位</p><p>　　屋架鋪設管道荷載標準值：0.20kN/m2</p><p>　　屋面自重標準值：0.35kN/m2</p><p>　　屋面活荷載標準值：0.50kN/m2</p><p>　　積灰荷

5、載：1.20kN/m2</p><p>　　二、結構形式及支撐布置</p><p>　　繪出屋架屋面的橫向支撐及檁條圖</p><p>　　對鋼屋架進行內(nèi)力、桿件截面尺寸的計算，并進行最不利內(nèi)力組合；設計一個下弦節(jié)點、一個上弦節(jié)點、支座節(jié)點、屋脊節(jié)點及下弦中央節(jié)點。</p><p><b>　　結構形式及支撐</b>&l

6、t;/p><p><b>　　桁架支撐布置</b></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><b>　　桁架

7、及屋蓋</b></p><p>　　沿屋面分布的永久荷載乘以1/cosa=1.006換算為沿水平投影面分布的荷載。</p><p><b>　　荷載標準值</b></p><p>　　按屋面水平投影計算的永久荷載標準值</p><p><b>　　標準永久荷載：</b></p>

8、;<p>　　屋面自重 1.006*0.35=0.352kN/m2</p><p>　　管道荷載 0.20kN/m2</p><p>　　屋架和支撐自重 0.120+0.011x24=0.384kN/m2</p><p>　　__

9、___________________________</p><p>　　共 0.936kN/m2</p><p><b>　　標準可變荷載：</b></p><p>　　屋面活荷載 0.50kN/m2</p><p>　　積灰荷載

10、 1.20kN/m2</p><p>　　_____________________________</p><p>　　共 1.7kN/m2</p><p>　　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>

11、<p>　　全跨屋架和支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載</p><p>　　（1）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：</p><p>　　F1=(1.35*0.936+1.4*0.7*0.50+1.4*0.9*1.2）*1.5*6=29.39</p><p>

12、　　F2=(1.2*0.936+1.4*0.5+1.4*0.9*1.2)*1.5*6=30.02</p><p>　　F3=(1.2*0.936+1.4*0.7*0.5+1.4*1.2)*1.5*6=29.63 取F2=30.02</p><p>　　（2）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>

13、;<b>　　對結構不利時：</b></p><p>　　F12=1.35*0.936*1.5*6=11.37 （按永久荷載效應控制的組合）</p><p>　　F12=1.2*0.936*1.5*6=10.11 （按可變荷載效應控制的組合）</p><p><b>　　對結構有利時：</b></p><

14、;p>　　F13=1.0*0.936*1.5*6=8.42 取F12=11.37</p><p>　　半跨可變荷載設計值：</p><p>　　F21=1.4*（0.7*0.50+0.9*1.2）*1.5*6=18（按永久荷載效應控制的組合）</p><p>　　F22=1.4*（0.50+0.9*1.2）1.5*6=19.89（按可變荷載效應控制的

15、組合）</p><p>　　F22=1.4*（0.7*0.50+1.2）1.5*6=19.53 取F22=19.89 </p><p>　　（3）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><b>　　對結構不利時：</b

16、></p><p>　　F31=1.2*0.384*1.5*6=4.15</p><p><b>　　對結構有利時：</b></p><p>　　F32=1.0*0.384*1.5*6=3.46 取F31=4.15</p><p>　　半跨節(jié)點屋面板自重+半跨節(jié)點屋面活荷載設計值：</p><

17、p>　　F4=（1.2*0.35+1.4*0.50)*1.5*6=10.08</p><p><b>　　內(nèi)力計算</b></p><p><b>　　桁架內(nèi)力組合表 </b></p><p><b>　　桿件設計</b></p><p><b>　?。?）上弦

18、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(nèi)力設計。</p><p>　　N=458.1052kN=458105N</p><p><b>　　上弦桿計算長度：</b></p><p>　　在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：</p><p><b

19、>　　=150.8cm</b></p><p>　　在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，?。?lt;/p><p>　　=150.8*2=301.6cm</p><p>　　節(jié)點板厚度選用8mm，支座節(jié)點板厚度用10mm</p><p>　　設=80，選用角鋼，為b類截面，查表得0.688。</p><p

20、><b>　　需要截面積：</b></p><p><b>　　需要的回轉半徑：</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　選用不等邊角鋼短邊相并，根據(jù)需要的A、、查角鋼規(guī)格表，選用</p><p>　　2∟125*80*8，A=31.98cm2

21、，=2.28cm，=6.00cm，，按所選角鋼進行驗算：</p><p><b>　　==66.14＜ </b></p><p><b>　　∵13.5</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.

22、787。</p><p>　　==208.78<f=215N/mm2</p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　?。?）下弦桿</b></p><p>　　整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力設計值設計。</p><p>　　N=45

23、5.4034kN=455403N</p><p><b>　　設=130 ，</b></p><p><b>　　需要的凈截面面積為</b></p><p>　　選用2∟90*56*8，A=22.366，=1.56cm，=4.54cm，由于，故用不等肢角鋼短肢相并</p><p>　　==192.3

24、<,=261＜</p><p><b>　　2236mm2</b></p><p>　　=455403/2236=203.67＜</p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p><b>　?。?）斜腹桿Ba</b></p><p&g

25、t;　　桿件軸力： N=266.277kN=266277N</p><p>　　計算長度=253.5，因為，故采用不等值角鋼長肢相并。使設=60，查表得。</p><p>　　*=15.35cm2</p><p>　　=4.23cm選用2∟80*50*7，A=19.76cm2，=2.86cm，=2.34cm，，按所選角鋼進行驗算：

26、</p><p>　　==88.6cm＜ </p><p>　　∵b2/t=7.14>0.48loy/b2=5.07</p><p>　　∴ =37.48＜ </p><p>　　截面和界面都為b類截面，由于＞，只需要求。查表的=0.631。</p><p><b

27、>　　=213.6＜</b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　　腹桿Bc</b></p><p>　　腹桿拉力設計值為 N=206.54kN</p><p>　　A=N/f=206540/215=9.6cm2<

28、;/p><p>　　選用2∟75*5，A=14.82，=2.33，=3.37，按所選截面進行驗算：</p><p>　　平面內(nèi)的計算長度和平面外的計算長度分別為</p><p>　　=0.8*260.8=208.64cm, =l=260.8cm</p><p>　　=208.64/2.31=89.5＜ ,=260.8/3.38=77.4＜ &l

29、t;/p><p><b>　　==140＜f=</b></p><p><b>　　故所選截面合適。</b></p><p><b>　?。?）腹桿Dc</b></p><p>　　腹桿壓力設計值：N=-163.309KN</p><p>　　平面內(nèi)的計算長

30、度和平面外的計算長度分別為</p><p>　　=0.8*285.9=228.72cm, ==285.9cm</p><p>　　設=100，查表得0.555。</p><p>　　=0.8*285.9/1000=2.29cm =285.9/100=2.86cm</p><p>　　A===13.69cm2</p><p

31、>　　選用2∟75*5,A=2*7.41=14.82cm2, ix=2.33cm,iy=3.37cm</p><p>　　=228.72/2.33=98.16＜ </p><p>　　∵b/t=15>0.58/b=2.21</p><p><b>　　∴=58.7＜ </b></p><p>　　由于，

32、只求，查得=0.61</p><p>　　==180.64＜f=</p><p><b>　　（6）腹桿De</b></p><p>　　桿件軸力： N=111.074kN=111074N </p><p>　　所需截面積： N/f=111074/215*=2.17cm2&

33、lt;/p><p>　　桿件計算長度： lox=0.8*285.9=228.72cm , loy=285.9cm，</p><p>　　截面的回轉半徑： =0.8*285.9/100=2.29cm =285.9/100=2.86cm</p><p>　　選用2∟75*5,A=2*7.41=14.82cm2, ix=2.33cm,iy=3.37cm</

34、p><p>　　=228.72/2.33=98.2＜ ,=285.9/3.37=84.8＜ </p><p><b>　　滿足長細比的要求。</b></p><p><b>　　所選截面滿足。</b></p><p><b>　?。?）Fe桿 </b></p>&

35、lt;p>　　軸力：N=-73.849kN=73849N（受壓）</p><p>　　桿件計算長度： lox=0.8*312.9=250.32cm , loy=312.9cm</p><p><b>　　設λ=100，</b></p><p>　　選用2L70×5等邊角鋼，，，</p><p><

36、b>　　，</b></p><p>　　由于，只求，查附錄4，得，</p><p><b>　　所選截面滿足。</b></p><p><b>　　（8）腹桿Fg</b></p><p>　　桿件軸力： N=33.322kN=33322N &l

37、t;/p><p>　　所需截面積： N/f=33322/215*=1.55cm2</p><p>　　桿件計算長度： lox=0.8*311.9=249.5cm , loy=311.9cm，</p><p><b>　　設λ=100，</b></p><p>　　截面的回轉半徑： =0.8*311.9

38、/100=2.49cm =311.9/100=3.11cm</p><p>　　選用2∟80*5,A=2*7.91=14.38cm2, ix=2.48cm,iy=3.56cm</p><p>　　=249.5/2.48=107.8＜ ,=311.9/3.56=92.55＜ </p><p><b>　　滿足長細比的要求。</b></p

39、><p><b>　　所選截面滿足。</b></p><p><b>　　(9)腹桿Hg</b></p><p>　　桿件軸力： N=31.057kN=31057N </p><p>　　所需截面積： N/f=31057/215*=0.82cm2</

40、p><p>　　桿件計算長度： lox=0.8*339.6=271.68cm , loy=339.6cm，</p><p><b>　　設λ=130，</b></p><p>　　截面的回轉半徑： =0.8*339.6/130=2.09cm =339.6/130=2.61cm</p><p>　　選用2∟75*

41、7,A=2*10.16=20.32cm2, ix=2.30cm,iy=3.40cm</p><p>　　=271.68/2.30=94.64＜ ,=339.6/3.40=99.88＜ </p><p><b>　　滿足長細比的要求。</b></p><p><b>　　所選截面滿足。</b></p>&l

42、t;p><b>　?。?0）腹桿Hi</b></p><p>　　桿件軸力： N=-32.4216kN=32422N </p><p>　　所需截面積： N/f=32422/215*=1.51cm2</p><p>　　桿件計算長度： lox=0.8*337=249.5cm ,

43、 loy=337cm，</p><p><b>　　設λ=130，</b></p><p>　　截面的回轉半徑： =0.8*337/130=2.07cm =337/130=2.59cm</p><p>　　選用2∟70*5,A=2*7.12=13.75cm2, ix=2.16cm,iy=3.16cm</p><p>　　

44、=0.8*337/2.16=124.81＜,=337/3.16=106.6＜ </p><p><b>　　滿足長細比的要求。</b></p><p><b>　　所選截面滿足。</b></p><p><b>　　（11）豎桿</b></p><p>　　各個豎桿采用同類截

45、面，按Gg桿件的最大設計內(nèi)力設計。Ii</p><p>　　豎桿拉力設計值： N=31.26kN </p><p>　　A=N/f=31260/215=1.45cm2</p><p>　　桿件計算長度： lox=0.8*289=231.2cm , loy=289cm，</p><p><b>　　設λ=130，&

46、lt;/b></p><p>　　截面的回轉半徑=0.8*289/130=1.78cm =289/130=2.22cm</p><p>　　選用2∟63*5，并采用十字形截面A=9.96，ix=1.96，iy=2.87，按所選截面進行驗算：</p><p>　　=231.2/1.96=117.96＜,</p><p>　　=289/2.

47、87=99.65＜ </p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　故所選截面合適。 </b></p><p><b>　　各桿件的截面</b></p><p><b>　　節(jié)點設計</b></p><p&

48、gt;　　6.1下弦節(jié)點“c”（圖6.1）</p><p>　　各類桿件的內(nèi)力由表4.1查得。</p><p>　　這類節(jié)點的設計步驟是：先根據(jù)復桿的內(nèi)力計算與復桿與節(jié)點版連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點版的形狀與尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點版的連接焊縫。</p><p>　　用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。設“Bc”桿的肢背和肢尖

49、焊縫和，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　設“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造要求取</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為。</p><p>　　下弦與節(jié)點板連接的焊縫長

50、度為34cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，，受力較大的肢背處焊縫應力為：</p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　6.2上弦節(jié)點“B”(圖6.2)</p><p>　　Bc桿（2L 75×5）與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“c”相同。即肢背，肢尖</p><p>　　aB

51、（2L80×50×7）桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算, 設aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度設計值應乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應力為：</p&

52、gt;<p>　　上弦與節(jié)點板間焊縫長度為400mm。</p><p>　　節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽肯定是安全，可不必驗算。肢尖焊縫驗算如下：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　6.3屋脊節(jié)點“I”（圖6.3）</p><p>　

53、　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，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，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。</p><p>　　設焊縫，則所需焊縫計算長度（一條焊縫）：</p><p><b>　　,取80mm</b></p><p><b&

54、gt;　　拼接角鋼的長度取。</b></p><p>　　上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內(nèi)力的15%計算。設肢尖焊縫，節(jié)點板長度為40cm，則節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為，焊縫應力為：</p><p>　　因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點板連接

55、用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊縫。</p><p>　　腹桿Hg與節(jié)點板的連接焊縫的計算長度與以上幾個節(jié)點相同。</p><p>　　6.4支座節(jié)點“a”（圖6.4）</p><p>　　為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為12mm。</p&g

56、t;<p>　　6.4.1支座底板的計算</p><p>　　支座反力： </p><p>　　支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm×350mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280×180mm2=50400mm2。</p><p>　　驗算柱頂混凝土的抗壓強度：</p&

57、gt;<p>　　式中，為混凝土強度設計值，對C30混凝土，</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，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：</p><p>　　式中，為底板下的平均應力：</p><p>　　為兩支承邊之間的對角線長度：</p><p

58、>　　β為系數(shù)，由b1/a1查表8.4.1而定，b1為兩支承邊的相交點到對角線a1的垂直距離。由相似三角形的關系，得：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　查表8.4.1得β=0.050</p><p><b>　　底板厚度：</b></p><p>　　根據(jù)構造要求，

59、桁架跨度，，取。</p><p>　　6.4.2加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算</p><p>　　加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算與牛腿焊縫相似。偏于安全的假定一個加勁肋的受力為桁架支座反力的1/4，即：</p><p><b>　　則焊縫內(nèi)力為：， </b></p><p>　　設焊縫，焊縫計算長度，則焊縫應力為：<

60、/p><p>　　6.4.3節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算</p><p>　　設焊縫傳遞全部支座反力，加勁肋、節(jié)點板與底板的連接焊縫長度之和</p><p>　　6.5下弦中央節(jié)點“h”（圖6.5）</p><p>　　Hh桿的內(nèi)力為0，焊縫尺寸可按構造要求取，肢背和肢尖的。</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長

61、度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為185mm×360mm。</p><p>　　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，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊接長度按弦桿內(nèi)力計算。</p><p>　　設焊縫，則所需焊縫計算長