土木工程鋼結(jié)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　屋架鉸支于鋼筋混凝土柱頂，柱的混凝土強(qiáng)度等級為 C25，柱頂截面尺寸為 400mm×400mm。</p><p>　　廠房總長度 120m，柱距和屋架跨度見任務(wù)分組表。</p><p>　　屋面采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板或壓型鋼板，屋面板不考慮作為側(cè)向支撐。<

2、;/p><p>　　上弦平面?zhèn)认蛑伍g距為兩倍節(jié)間長度，下弦平面在柱頂和跨中各設(shè)一道縱向系桿。</p><p>　　屋面坡度見任務(wù)分組表。</p><p><b>　　荷載</b></p><p><b>　　永久荷載：</b></p><p>　　保溫層（泡沫混凝土）：<

3、/p><p>　?。╞）厚80mm 0.50kN/m2</p><p>　　鋼屋架及支撐重（c） （0.12+0.011×跨度）kN/m2</p><p><b>　　可變荷載：</b></p><p><b>　　屋面活荷載<

4、/b></p><p>　?。╠） 0.70kN/m2</p><p>　　梯形鋼屋架的形式、尺寸及內(nèi)力系數(shù)見圖 1所示。</p><p>　　鋼材采用 Q235B 鋼，焊條為 E43XX 系列，手工焊。</p><p><b>　　圖1 鋼屋架形式</b></p><p><b&g

5、t;　　荷載與內(nèi)力計(jì)算</b></p><p><b>　　荷載計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)荷載規(guī)范，屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，取兩者較大值計(jì)算。屋面荷載見下表；</p><p><b>　　荷載組合</b></p><p>　　設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：<

6、;/p><p>　　組合一：久荷載+全跨可變荷載</p><p>　　1.2D+1.4L=4.62 KN/m2</p><p>　　1.2D+1.4×0.7L=4.78/m2</p><p><b>　　所以上弦節(jié)點(diǎn)荷載為</b></p><p>　　P=q×1.5×6=

7、43.02 KN</p><p>　　組合二：全跨永久荷載+半跨可變荷載</p><p><b>　　全跨永久荷載：</b></p><p>　　q=1.35D=1.35×3.03=4.0905 KN/m2</p><p>　　P1=q1×A=4.091×1.5×6=36.81 K

8、N/m2</p><p><b>　　半跨可變荷載</b></p><p>　　q2=1.4×0.7L=0.686KN/m2</p><p>　　P2=q2 ×A=0.686×1.5×6=6.17 KN</p><p>　　組合三：全跨屋架及支撐自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷載&

9、lt;/p><p>　　全跨屋架及支撐自重：</p><p>　　q3=1.0×0.384 KN/m2=0.384 KN/m2</p><p>　　P3=q3×A=0.384×1.5×6=3.46 KN/m2</p><p>　　半跨屋面板重+半跨屋面活荷載：</p><p>　　q

10、4=1.2×1.4+1.4×0.7=2.66KN/m2</p><p>　　P4=q4×A=2.52×1.5×6=23.94KN</p><p><b>　　內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用數(shù)值法計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿的內(nèi)力系數(shù)（單位節(jié)點(diǎn)力分別作用于全跨、左半跨和右半跨）

11、，內(nèi)力計(jì)算見表1所示。</p><p><b>　　桿件截面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　腹桿最大內(nèi)力N=－381.16KN，查表，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選12mm。</p><p><b>　　上弦桿</b></p><p>　　整個(gè)上弦桿采用同一截面，按FG、GH最大內(nèi)力計(jì)

12、算N = -653.90KN</p><p><b>　　上弦桿計(jì)算長度：</b></p><p>　　屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度 ： </p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取 ：</p><p>　　根據(jù)平面內(nèi)外的計(jì)算長度，上弦截面選用2L200×125×16，短肢相并。如圖1所示。<

13、;/p><p><b>　　圖2 上弦截面</b></p><p>　　肢背間距a=12mm，所提供數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　, ，</b></p><p><b>　　剛度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　,滿足</b&g

14、t;</p><p><b>　　，滿足</b></p><p><b>　　整體穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　所以繞y軸彎扭屈曲的換算長細(xì)比為：</p><p>　　，，上弦桿繞y軸彎扭屈曲，按b類截面查表得</p><p><b>　　，所選截面滿足。

15、</b></p><p><b>　　2、下弦桿</b></p><p>　　整個(gè)桿件采用等截面，按de最大內(nèi)力計(jì)算，N=650.46kN （拉力）</p><p>　　計(jì)算長度系數(shù)為1.0，屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度</p><p>　　選用2∟110×7見圖2所示，a=10mm</p>

16、<p><b>　　圖3 下弦截面</b></p><p><b>　　查表，所得數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　A =30.4cm2，ix=3.41cm，iy=4.86cm</p><p><b>　　剛度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　

17、強(qiáng)度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p><b>　　3、端斜桿aB</b></p><p>　　桿件軸力N = －381.16kN，，因?yàn)?，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使 </p><p>　　選用2∟125×14，見圖3所示，

18、</p><p><b>　　y</b></p><p><b>　　圖4 斜桿aB截面</b></p><p><b>　　查表得：</b></p><p><b>　　剛度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　，滿

19、足</b></p><p><b>　　，滿足</b></p><p><b>　　整體穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　所以繞y軸彎扭屈曲的換算長細(xì)比為：</p><p>　　,，上弦桿繞x軸彎扭屈曲，按b類截面查表得</p><p><b>　

20、　所選截面滿足。</b></p><p><b>　　其余各桿如表2所示</b></p><p><b>　　桿件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1．下弦節(jié)點(diǎn)b</b></p><p>　　腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 </p><p&g

21、t;<b>　　（a） Bb 桿 </b></p><p>　　桿件軸力 N?=295.55kN ，截面為2L63×6，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為 ，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b&g

22、t;</p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　

23、（b）bD桿 </b></p><p>　　桿件軸力 N?=-234.03kN ，截面為2L100×10，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配 </p><p>　　系數(shù)分別為 ，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 </p><p>　　肢背焊縫焊腳尺寸取 </p><p><b>　　所需焊縫長度</b><

24、;/p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　（c）

25、Cb桿 </b></p><p>　　桿件軸力 N=159.17kN ，截面為2L50×4，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配 </p><p>　　系數(shù)分別為 ，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值</p><p>　　肢背焊縫焊腳尺寸取 </p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p>

26、<p><b>　　取</b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　(2)節(jié)點(diǎn)詳圖</b&

27、gt;</p><p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，如圖所示，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為 400mm×360mm。</p><p><b>　　圖5 下弦節(jié)點(diǎn)b</b></p><p>　　(3) 下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p>　　下弦

28、與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫長度 ， 所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力</p><p>　　?N?=493.87-202.62 =291.25kN 。下弦桿截面為 2L110x7 ，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm，肢尖與肢背的焊腳尺寸都取.</p><p><b>　　，焊縫計(jì)算長度</b></p><p>　　,取，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為</p>

29、<p><b>　　滿足</b></p><p><b>　　2．上弦節(jié)點(diǎn)B</b></p><p>　?。?）腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p><b>　　Bb桿</b></p><p>　　Bb桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)b相同。</p><

30、;p><b>　　aB桿</b></p><p>　　桿件軸力 N?=－381.16KN，截面為2L125×4 ，節(jié)點(diǎn)板厚12mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為 ，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值</p><p><b>　　所需焊縫長度：</b></p><p><b>　　取</b></p

31、><p><b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　?。?）節(jié)點(diǎn)詳圖</b></p><p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件

32、截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，如圖所示，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為 480mm×360mm。</p><p><b>　　圖6 上弦節(jié)點(diǎn)B</b></p><p>　?。?）上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 長度 l=480mm ，所受的力為左右兩上弦桿的內(nèi)力差?N?

33、= 373.410?.=373。41kN 以及節(jié)點(diǎn)荷載 P?=43.02kN 。上弦桿截面為 2L200×125×16 ，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm。</p><p>　?。╝）上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板的槽焊縫 </p><p>　　上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板的槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載 P，槽焊縫按兩條的角焊縫計(jì)算。屋面傾角 ，節(jié)點(diǎn)荷載 P 的偏心距e? = 30mm 。</p><

34、;p>　　槽焊縫所受的應(yīng)力為?? ??????????????????????????????????????????滿足</p><p>　　上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫?N?上弦肢尖的兩條角焊縫承擔(dān)偏心荷載??N ，偏心距e= 95mm 。</p><p><b>　　取焊腳尺寸 </b></p>&l

35、t;p><b>　　??</b></p><p>　　肢尖焊縫所受的應(yīng)力為 ??????????????????????????????????????????</p><p><b>　　滿足</b></p><p><b>　　4．屋脊節(jié)點(diǎn)I</b&g

36、t;</p><p>　　I節(jié)點(diǎn)與一般上弦節(jié)點(diǎn)的區(qū)別在于節(jié)點(diǎn)處弦桿中斷而需對弦桿進(jìn)行拼接。</p><p>　　拼接角鋼的截面和長度</p><p>　　與e節(jié)點(diǎn)類似，拼接角鋼采用上弦桿同號角鋼，頂部截去棱角，寬度為14mm，垂直肢截去 ，</p><p>　　見下圖所示。拼接角鋼與上弦桿共有4條角焊縫，都位于角鋼的肢尖，承擔(dān)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿中較

37、小的內(nèi)力設(shè)計(jì)值 。上弦桿截面為 2L200×25×16 ，焊腳尺寸取為</p><p>　　所需的拼接角鋼總長度為</p><p>　?。?）腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p><b>　?。╝）Ie桿</b></p><p>　　桿件軸力 N?=83.03kN ，截面為 2L50 ×

38、4，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 </p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　肢尖焊

39、縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　?。?）節(jié)點(diǎn)詳圖</b></p><p><b>　　圖7 屋脊節(jié)點(diǎn)I</b></p>

40、<p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，如圖 6 所示。圖中，屋架右半邊運(yùn)輸單元上的構(gòu)件必須在工地裝配后才能與節(jié)點(diǎn)板焊接，已以工地焊縫代號標(biāo)明。</p><p>　?。?）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p>　　上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板的槽焊縫長度 ，承受節(jié)點(diǎn)荷載 P?=21.51kN ；肢尖焊縫長度? ，承受偏心

41、荷載 0.15N =94.99kN 。上弦桿截面為2L200×25×16 ，節(jié)點(diǎn)板厚 10mm。</p><p>　　上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板的槽焊縫</p><p>　　槽焊縫按兩條 的角焊縫計(jì)算。屋面傾角 ，節(jié)點(diǎn)荷載P的偏心距e?=25mm</p><p><b>　　槽焊縫所受的應(yīng)力為</b></p><p

42、><b>　　滿足</b></p><p>　?。╞）上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p>　　上弦肢尖的兩條角焊縫承擔(dān)偏心荷載0.15N，偏心距e=85mm 。取焊腳尺寸</p><p><b>　　??</b></p><p>　　肢尖焊縫所受的應(yīng)力為 </p><

43、;p>　　??????????????????????????????????????????? 滿足。</p><p><b>　　5．支座節(jié)點(diǎn)a</b></p><p>　　為便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距不小于水平肢的邊長，且不小于 130mm，取160mm。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)板相同，厚度都為 12mm。&l

44、t;/p><p>　?。?）支座底板的尺寸</p><p>　　(a)底板的平面尺寸</p><p>　　支座反力 R?=336.24kN，錨拴直徑d=24mm，錨拴孔直徑，底板的平面尺寸采用 240mm×220mm ，C25混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 。僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：</p><p><

45、b>　　，滿足</b></p><p><b>　　(b)底板的厚度 </b></p><p>　　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，所受應(yīng)力 ，兩支承邊之間的對角線長度以及支承邊交點(diǎn)到對角線的距離分別為 </p><p>　　查表可得??=0.0602 ，則單位寬度的最大彎矩為</

46、p><p><b>　　底板厚度為</b></p><p><b>　　取t=18mm</b></p><p><b>　　（2）節(jié)點(diǎn)板的尺寸</b></p><p>　　腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p><b>　　Aa桿</b>

47、;</p><p>　　桿件軸力 N?=?21.51kN，截面為 2L50×4 ，節(jié)點(diǎn)板厚 12mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為 ，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 </p><p>　　肢背焊縫焊腳尺寸取 </p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　肢尖焊縫焊腳

48、尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　aB桿</b></p><p>　　aB桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)B相同。</p><p>　　(b)下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫ab桿在節(jié)點(diǎn)板處斷開，其焊縫尺寸的計(jì)算與腹桿相同。桿件軸力 N= 20

49、2.62kN 截面為 2L110x7 ，節(jié)點(diǎn)板厚 12mm，肢背和肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)分別為，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 。</p><p><b>　　肢背焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p>

50、<b>　　肢尖焊縫焊腳尺寸取</b></p><p><b>　　所需焊縫長度</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　（c）節(jié)點(diǎn)詳圖 </b></p><p>　　根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間

51、隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，如圖 8 所示。</p><p><b>　　圖8 支座節(jié)點(diǎn)a</b></p><p><b>　?。?）加勁肋的尺寸</b></p><p>　　加勁肋的高度和厚度與節(jié)點(diǎn)板相同，分別為 595mm 和 14mm；底部外邊緣與底板大致齊平，寬度為 100mm；為避免3條互相垂直

52、的角焊縫相交于一點(diǎn)，加勁肋底端角部切除15mm；從軸線交點(diǎn)開始往上，加勁肋的寬度逐漸減小，頂部寬度取為。</p><p>　　加勁肋的平面尺寸見圖所示。</p><p>　　( 4）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p><b>　　一個(gè)加勁肋受力</b></p><p><b>　　焊縫受力</b&g

53、t;</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板和加勁肋厚度都為 14mm，焊腳尺寸取為</p><p><b>　　焊縫計(jì)算長度</b></p><p><b>　　焊縫應(yīng)力 </b></p><p>　　??????????????????????????????????????????</p>

54、<p>　　( 5）加勁肋、節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫</p><p>　　設(shè)焊縫傳遞全部支座反力 R= 399.11kN ，加勁肋和節(jié)點(diǎn)板后 14mm，底板厚 22mm，焊腳尺寸取為</p><p><b>　　焊縫總計(jì)算長度</b></p><p><b>　　焊縫應(yīng)力 </b></p><p