鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)——鋼屋架設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　學(xué)院：建筑工程學(xué)院</b></p><p><b>　　班級(jí)：</b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　姓名：</b&

2、gt;</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p>　　2012.05.27</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)——鋼屋架設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　1、某車(chē)間的跨度27m，柱距為6m，廠房總長(zhǎng)度為240m，

3、屋面采用1.5m6m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），屋面的坡度為。</p><p>　　2、屋架采用梯形鋼屋架，其屋架支承于鋼筋混凝土柱頂。</p><p>　　3、屋架的計(jì)算跨度：</p><p>　　4、屋架的中間高度：=3.340m</p><p>　　5、在26.7m的兩端高度為：=2.005m</p&g

4、t;<p>　　6、在27m軸線(xiàn)處端部高度為：=1.990m</p><p>　　7、混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，鋼材采用Q235-B級(jí)，焊條采用E43型，手工焊。</p><p>　　8、根據(jù)車(chē)間長(zhǎng)度、跨度及荷載情況，在車(chē)間兩端5.5m開(kāi)間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設(shè)置橫向水平支撐的同一開(kāi)間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個(gè)屋架用系桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設(shè)

5、三道通長(zhǎng)系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點(diǎn)處及屋架支座出的系桿為剛性系桿（圖2）。</p><p><b>　　柱網(wǎng)布置圖</b></p><p>　　符號(hào)說(shuō)明：GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）； CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿）</p><p>　　備注：某車(chē)間所設(shè)計(jì)的屋蓋無(wú)吊車(chē)、無(wú)天窗、無(wú)振動(dòng)設(shè)備，

6、不必進(jìn)行有關(guān)這些的計(jì)算。</p><p><b>　　二、結(jié)構(gòu)形式與布置</b></p><p>　　屋架形式及尺寸如下圖所示:</p><p><b>　　三、荷載計(jì)算</b></p><p>　　荷 載 計(jì) 算 表</p><p>　　設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮以下三種荷載

7、組合情況：</p><p>　　（1）第一種荷載組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載</p><p>　　全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：</p><p>　?。?）第二種荷載組合：全跨永久荷載+半跨可變荷載</p><p><b>　　全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：</b></p><p><b>　　半

8、跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：</b></p><p>　?。?）第三種荷載組合：全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載:</p><p><b>　　全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：</b></p><p>　　半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：</p><p>　　備注：上述三種荷載組合，其中（1）、（2）種組合為使用階

9、段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。</p><p><b>　　四、內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　屋架在上述3種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖三個(gè)圖所示。</p><p>　　用電算先解得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、右半跨），</p><p>　　然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組

10、合，計(jì)算結(jié)果詳細(xì)見(jiàn)表：</p><p><b>　　架桿件內(nèi)力組合表</b></p><p><b>　　五、桿件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?）上弦桿</b></p><p>　　整個(gè)上弦采用等截面，按IJ、JK截面最大內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì)：</p>&

11、lt;p>　　內(nèi)力N=-1220.86kN</p><p><b>　　上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：</b></p><p>　　在屋架平面內(nèi)：為節(jié)點(diǎn)間軸線(xiàn)的長(zhǎng)度：</p><p><b>　　=150.7cm</b></p><p><b>　　在屋架平面外：</b></p&

12、gt;<p>　　根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距距離=150.73=452.1cm，因?yàn)?3，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼短肢相并（如圖所示）。腹桿最大內(nèi)力，N=615.49kN，查表可知，節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用14mm。設(shè)=60，查表可知 =0.807</p><p>　　所需面積 A== 需要的回轉(zhuǎn)半徑：</p><p>

13、　　===2.51cm ===7.54cm</p><p>　　根據(jù)所需要的A，，查角鋼表，選用2L180×110×12，肢背間距a＝12mm，則A＝67.42，，</p><p>　　按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： </p><p>　　滿(mǎn)足長(zhǎng)細(xì)比≤＝150的要求。</p><p>　　由于，只需求。查表＝0.847，則

14、</p><p><b>　　=<215</b></p><p>　　所以所選用的截面2L180×110×12符合上弦桿的要求。上弦截面如圖所示：</p><p><b>　?。?）下弦桿</b></p><p>　　整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的de桿計(jì)算。&l

15、t;/p><p><b>　　，</b></p><p>　　（因跨中有通長(zhǎng)系桿），所需截面積為:</p><p>　　選用2L180×110×10，因，故用不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　A＝56.8>54.28，，</p><p>　　選用截面滿(mǎn)足要求。下弦截

16、面如圖：</p><p><b>　　（3）端斜桿aB</b></p><p><b>　　桿件軸力：</b></p><p>　　計(jì)算長(zhǎng)度：==253.0cm，因?yàn)?，所以采用不等肢角鋼長(zhǎng)肢相并，使得和相近，故選用2L160×100×10。</p><p>　　截面幾何特征：A

17、=50.63 =5.14cm =4.12cm</p><p>　　==<[]=150，===61.40<[]=150</p><p><b>　　查表</b></p><p><b>　　==<215</b></p><p>　　選用2L160×100

18、5;10作為端桿aB滿(mǎn)足要求。上弦截面如圖所示：</p><p>　　（4）腹桿cf-fG</p><p>　　腹桿cf-fG在f節(jié)點(diǎn)處不斷開(kāi)，采用通長(zhǎng)桿件。</p><p><b>　　,</b></p><p>　　再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距</p><p>　

19、　，在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：</p><p>　　選用2L160×12，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　A＝74.89，，</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.332，則:</p><p>　　=

20、==97.54<215</p><p>　　所以所選用的2L160×12的角鋼符合截面要求。</p><p><b>　?。?）豎桿Ec</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為</p><p&

21、gt;　　查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L63×10，其幾何特性為：</p><p><b>　　A＝23.3，，</b></p><p>　　===110.2<[]=150</p><p>　　===84.36<[]=150</p><p>　　由于>，查表可知=0.516

22、</p><p>　　===70.49<215</p><p>　　所以選用的截面2L63×10符合要求</p><p>　　其它桿件的截面選擇具體請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)附表：</p><p>　　屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表</p><p><b>　　六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p&g

23、t;<p>　　采用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。</p><p><b>　　1.下弦節(jié)點(diǎn)“b”</b></p><p>　　設(shè)bB桿的肢背和肢尖焊縫，所需焊縫長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>　　肢尖：<

24、;/b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　設(shè)bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　　取

25、，。</b></p><p>　　bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。</p><p>　　根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長(zhǎng)度為340mm，，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差△N＝Nbc-Nab＝823.89-328.22＝495.67kN。驗(yàn)

26、算肢背焊縫的強(qiáng)度：</p><p>　　圖11：下弦節(jié)點(diǎn)“b”</p><p><b>　　2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”</b></p><p>　　斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn)b中Bb桿計(jì)算相同。斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=-450.4kN。</p><p>　　設(shè)aB桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6

27、mm。所需焊縫長(zhǎng)度為</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫驗(yàn)算：</p><p>　　為了便于在上弦上擱置大型屋面板

28、，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以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P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得到：</p><p>　　肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則</p><p><b>　　

29、節(jié)點(diǎn)如圖:</b></p><p>　　圖12：上弦節(jié)點(diǎn)“B”</p><p><b>　　3.屋脊節(jié)點(diǎn)“J”</b></p><p>　　弦桿一般用與上弦桿同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。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。</

30、p><p>　　N=-1220.86kN。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm。則需焊縫長(zhǎng)度為</p><p><b>　　,取</b></p><p>　　拼接角鋼長(zhǎng)度取800>2×360=720mm</p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫,應(yīng)按上弦內(nèi)力的1

31、5%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫,節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為。</p><p><b>　　焊縫應(yīng)力為：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)形式如圖:</b></p><p>　　圖12：屋脊節(jié)點(diǎn)“J”</p><p>　　4.下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”</p><p

32、>　　跨中起拱 50mm，下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L180×110×10，，焊縫長(zhǎng)度：</p><p>　　，取=420mm。拼接角鋼長(zhǎng)度。弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。</p><p>　　設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為</p><p>　　肢背：，取=90mm<

33、/p><p>　　肢尖，按構(gòu)造要求，取焊縫長(zhǎng)度60mm，取=60mm</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸。</p><p><b>　　焊縫強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。</b></p><p>　　5.端部支座節(jié)點(diǎn)“a”</p><p>　　為了便于

34、施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線(xiàn)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14mm。</p><p>　?。?）支座底板的計(jì)算 </p><p>　　支座反力： </p><p>　　設(shè)支座底板的平面尺寸采用，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。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：&

35、lt;/p><p>　　式中：－混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)C20混凝土，。</p><p>　　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：－底板下的平均應(yīng)力，即=8.63。</p><p>　　－兩邊支承之間的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，即

36、</p><p>　?。禂?shù)，由查表確定。</p><p>　　為兩邊支承的相交點(diǎn)到對(duì)角線(xiàn)的垂直距離。由此得：</p><p>　　查表得＝0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：</p><p><b>　　底板厚度：</b></p><p><b>　　，取t＝22mm</b&g

37、t;</p><p>　　所以底板尺寸為mm。</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　焊縫長(zhǎng)度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點(diǎn)板高度。由節(jié)點(diǎn)圖得焊縫長(zhǎng)度為440mm，計(jì)算長(zhǎng)度lw＝440-12-15＝413（mm）（設(shè)焊腳尺寸hf＝8mm），每塊加勁肋近似的按承受R/4計(jì)算，R/4作用點(diǎn)到焊縫的距離為e＝（140-8）/2＝66 mm

38、。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>　?。?lt;/b></p><p>　　＝38.9N/mm2＜</p><p><b>　　滿(mǎn)足要求。</b></p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板、加勁肋

39、與底板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　設(shè)焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點(diǎn)板傳遞。</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫長(zhǎng)度，所需焊腳尺寸為</p><p><b>　　，取。</b></p><p>　　每塊加勁肋與底板的連接焊縫長(zhǎng)度為</p><p><b>　

40、　所需焊縫尺寸</b></p><p>　　所以取。 節(jié)點(diǎn)形式如圖：</p><p>　　圖14：端部支座節(jié)點(diǎn)“a”</p><p><b>　　6.節(jié)點(diǎn)板計(jì)算</b></p><p>　　（1）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(wú)豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，受壓

41、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10。所有與豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，c/t均小于或等于15，因而節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定均能保證。</p><p>　?。?）所有節(jié)點(diǎn)板在拉桿的拉力作用下，也都滿(mǎn)足要求，因而節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度均能保證。此外，節(jié)點(diǎn)板邊緣與腹桿軸線(xiàn)間的夾角均大于15°，斜腹桿與弦的夾角均在30°～60°之間，節(jié)點(diǎn)板的自由邊長(zhǎng)度與厚度之比均小于60，都滿(mǎn)足構(gòu)造要求，節(jié)點(diǎn)