1、云南大學(xué)城建學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算書指導(dǎo)教師： 秦云 學(xué)生姓名： 裴博玉 班 級(jí)： 2011級(jí)生物技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 20111070036 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014.7.252014.7.30 2014.8.5 2014.8.8 桁架設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)資料某廠房總長(zhǎng)度108m，跨度可根據(jù)自己的情況從21m和24m兩種情況中選用（同等情況下，前者的評(píng)分將較后者低5分），縱向柱距6m。廠房建筑采用封閉結(jié)合；1.結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房?jī)?nèi)橋式

2、吊車為2臺(tái)50/10t（中級(jí)工作制），鍛錘為2臺(tái)5t。2. 屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：學(xué)號(hào)為單號(hào)的同學(xué)用Q235B鋼，焊條為E43型；雙號(hào)的同學(xué)用Q345A鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載 無(wú)檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（保證三點(diǎn)焊接，考慮屋面板能起到系桿的作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35

3、KN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載0.5kN/m2。屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.40kKN/m2 水泥砂漿找平層 0.50kN/m2 保溫層 0.80kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05KN/m2 水泥砂漿找平層 0.40kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.50kN/m22.結(jié)構(gòu)形式與布置圖2a . 24米跨屋架幾何尺寸桁架支撐布置如圖： 3.荷載計(jì)算屋面坡度i=1/10沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以1/cos=1.005標(biāo)準(zhǔn)永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.40*1.005=0.402 kKN/m2 水泥砂漿找平

4、層 0.50*1.005=0.503kN/m2 保溫層 0.80*1.005=0.804kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05*1.005=0.503KN/m2 水泥砂漿找平層 0.40*1.005=0.402kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.50*1.005=1.508kN/m2屋架及支撐自重： q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m2 共 4.506 kN/m2施工活荷載 0.7 kN/m2積灰荷載 0.5 kN/m2三種荷載組合全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值（按永久荷載為主控制的組合）F=（1.35×4.506+1.4

5、5;0.7×0.7+1.4×0.9×0.5）×6×1.5=66.592kN全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F1.1=4.506×1.35×6×1.5=54.748kN（按永久荷載為主控制的組合）F1.2=4.506×1.2×6×1.5=48.667kN（按可變荷載為主控制的組合）對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F1.3=4.506×1.0×6×1.5=40.554kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載設(shè)計(jì)值F2.1=（0.7×0.7+0.9×

6、;0.5）×1.4×6×1.5=11.844kN （按永久荷載為主控制的組合）F2.2=（0.7+0.9×0.5）×1.4×6×1.5=14.490kN （按可變荷載為主控制的組合）全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F3.1=0.384×1.2×6×1.5=4.147kN對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F3.2=0.384×1.0×6×1.5=3.456kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)計(jì)值：F4=（1.2

7、×1.508+1.4×0.7）×6×1.5=25.106kN 為使用階段荷載情況，為施工階段荷載情況。 圖2b . 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 圖2c. 24米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 圖2 24m跨屋架4.內(nèi)力計(jì)算 桁架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合F×第二種組合第三種組合計(jì)算桿件內(nèi)力/kN全跨左半跨右半跨F1.i×+F2.i×F1.i×+F2.i×F3.i×+F4×F3.i×+F4×上弦AB000000000B

8、C、CD-8.72-6.25-2.47-580.682-580.682DE、EF-13.53-9.04-4.49-900.990-900.990FG、GH-15.26-9.17-6.09-1016.19-1016.19HI-14.71-7.38-7.38-979.568-979.568下弦ac+4.73+3.48+1.25314.980314.980ce+11.53+8.0+3.53767.806767.806eg+14.65+9.34+5.31975.573975.573gi+15.17+8.44+6.731010.2011010.201斜腹桿aB-8.87-6.53-2.34-590.67

9、1-590.671Bc+6.88+4.76+2.12+458.153+458.153cD-5.44-3.14-2.03-362.26-362.26De+3.70+1.90+1.80+246.390+246.390eF-2.46、+0.71-1.75-163.816-163.816Fg+1.11-0.45+1.56+73.91755.44（F1.1，F(xiàn)2.1） 79.25（F1.1，F(xiàn)2.1）-6.39（F3.1，F(xiàn)4）44.07（F3.1，F(xiàn)4）+79.25，-6.39gH+0.02+1.55-1.531.33223.27（F1.3，F(xiàn)2.2）-17.03（F1.1，F(xiàn)2.1）38.98（F3

10、.2，F(xiàn)4）-38.32（F3.1，F(xiàn)4）-38.32，38.98Hi-1.08-2.471.39-71.919-88.38(F1，1 ,F2，1)-42.66(F1，1 ,F2，1)-66.78（F3，1 ,F4）31.16（F3，2 ,F4）-88.3831.16豎桿Aa-0.5-0.50-33.296-33.30Cc、Ee、Gg-1.0-1.00-66.592-66.59Ii0+0.97000注：F=66.592kN,F1.1=54.748kN,F1.2=48.667 kN,F1.3=40.554kN;F2.1=11.844kN,F2.2=14.490kN;F3.1=4.147kN,F3

11、.2=3.456kN,F4=25.106kN。5.桿件設(shè)計(jì)（1） 上弦桿 整個(gè)上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。 N=-1016.19kN=-1016190N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，lox=150.8cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取loy=3×lox=3×150.8=452.4cm由于loy=3lox，故截面宜選擇兩個(gè)不等支角鋼，短肢相并，如下圖：腹桿最大內(nèi)力N=590.671kN ,查表9.6.4，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，查附錄4得=0.807需要截面積：A=N/( f)= 10

12、16190/（0.807×310）=4062.0mm2需要的回轉(zhuǎn)半徑：ix=lox/=150.8/60=2.51cmiy=loy/=452.4./60=7.54cm根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用2125×80×12,A=46.70cm2, ix=3.95cm,iy=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： x = lox/ ix=150.8/3.95=38.18因?yàn)閎1/t=10.42<0.56 loy/ b1=0.56×4524/125=20.27故有 yz=y= loy/iy=452.4/6.

13、23=72.62<=150截面在x和y平面皆屬b類，由于yz >x ,只需求y ，查表得y =0.738N/( yA)= 1016190/（0.738×4670）=294.85N/mm2<310 N/mm2 所選截面合適.（2）下弦桿 整個(gè)下弦采用同一截面，按gi桿件的最大設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)。N=1010.201kN =1010201N ，lox=300cm ，loy=1185cm所需截面積An=N/f=1010201/310=3258.7mm2=32.59 cm2 選用2125×80×12，由于loy >> lox ,故用不等支角鋼，短肢相

14、并，如圖A=46.70cm2 > 32.59cm2 ix=3.95cm , iy=6.23cm,oy = loy/ iy=1185/6.23=190.20<=350考慮下弦有221.5mm栓孔削弱，下弦凈截面面積An=4670-2×21.5×12=4154mm2=N/An=1010201/4154=243.19 N/mm2 <310 N/mm2（3）端斜桿aB 桿件軸力：N=-590.671kN =-590671kN 計(jì)算長(zhǎng)度：lox = loy =253.5cm，由于lox = loy ，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使ixiy。選用2140×9

15、0×10 ，如圖所示：A=44.522cm2，ix=4.47cm , iy=3.74cm , b2/t=90/10=9. x = lox/ ix=253.5/4.47=56.71由于b/t=90/10=9<0.48 loy / b =0.48×2535/90=13.52故 yz=y 1+1.09× b 4/（loy 2t2）=75.32<=150由于yz >x ,只求y =0.718=N/( yA)= 590671/（0.718×4452.2）=184.78 N/mm2 <310 N/mm2所需截面合適（4）Bc桿桿件軸力： N=

16、458.153KN=458153N桿件計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*260.8cm=208.64cm，loy =260.8cm 所需截面積： An=N/f=1477.91mm2 選用2100×7等邊角鋼如圖，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=208.64/3.09=67.52<=350 y = loy/ iy=260.8/4.53=57.57<=350=N/An= 458153/2759.2=166.05 N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（5） cD桿桿件軸力：N=-362.26KN 計(jì)算長(zhǎng)度：

17、lox =0.8*285.9=228.72cm loy=285.9cm選用2100×7等邊角鋼如圖，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=228.72/3.09=74.02<=150 因?yàn)?b/t=100/7=14.29<0.58 loy / b =0.58×2859/100=16.58所以 y = loy/ iy=285.9/4.53=63.11yz=y 1+0.475× b 4/（loy 2t2）=70.59<=150x=0.751=N/( xA)= 362260/（0.751×2

18、759.2）=174.82N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（6）De桿桿件軸力： N=246.390KN=246390N桿件計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*285.9cm=228.72cm，loy =285.9cm 所需截面積： An=N/f=749.81mm2 選用263×5等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=228.72/1.94=117.90<=350y = loy/ iy=285.9/3.04=94.05<=350=N/A= 246390/1228.6=200.55 N/mm2

19、<310 N/mm2所選截面合適。（7）eF桿桿件軸力：N=-163.816KN 計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*312.9=250.32cm loy=312.9cm選用280×5等邊角鋼如圖，A=15.824cm2 ix =2.48cm iy =3.71cmx = lox/ ix=250.32/2.48=100.94<=150 因?yàn)?b/t=80/5=16<0.58 loy / b =0.58×3129/80=22.69所以 y = loy/ iy=312.9/3.71=84.34yz=y 1+0.475× b 4/（loy 2t2）=91.04

20、<=150x=0.549=N/( xA)= 163816/（0.549×1582.4）=188.57N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（8） Fg桿最大拉力：N=79.25KN 最大壓力：N=-6.39KN計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*311.9=249.52cm loy=311.9cm選用263×5等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=249.52/1.94=128.62<=150 因?yàn)?b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.58×3119

21、/63=28.71所以 y = loy/ iy=311.9/3.04=102.60yz=y 1+0.475× b 4/（loy 2t2）=107.58<=150x=0.394=N/( xA)= 6390/（0.394×1228.6）=13.20N/mm2 <310 N/mm2 拉應(yīng)力：=N/A= 79250/1228.6=64.50 N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（9）gH桿最大拉力：N=38.98KN 最大壓力：N=-38.32KN計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*339.6=271.68cm loy=339.6cm選用263×5等

22、邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=271.68/1.94=140.04<=150 因?yàn)?b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.58×3396/63=31.26所以 y = loy/ iy=339.6/3.04=111.71yz=y 1+0.475× b 4/（loy 2t2）=114.61<=150x=0.345=N/( xA)= 38320/（0.345×1228.6）=90.41N/mm2 <310 N/mm2 拉應(yīng)力：=N/A= 38980/12

23、28.6=31.73N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（10）Hi桿最大拉力：N=31.16KN 最大壓力：N=-88.38KN計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*337=269.6cm loy=337cm選用263×5等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=269.6/1.94=138.97<=150 因?yàn)?b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.58×3370/63=31.03所以 y = loy/ iy=337/3.04=110.86yz=y 1+0.475&#

24、215; b 4/（loy 2t2）=113.78<=150x=0.349=N/( xA)= 88380/（0.349×1228.6）=201.12N/mm2 <310 N/mm2 拉應(yīng)力：=N/A= 31160/1228.6=25.36N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（11）豎桿Aa桿件軸力：N=-33.3KN 計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*199=159.2cm loy=199cm內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ix=lox/=159.2/150=1.06cm , iy=loy/=199/150=1.33cm選用263×5等

25、邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=159.2/1.94=82.06<=150 因?yàn)?b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.58×1990/63=18.32所以 y = loy/ iy=199/3.04=65.46yz=y 1+0.475× b 4/（loy 2t2）=70.41<=150由于x > yz,只需求 x ， x=0.675=N/( xA)= 33300/（0.675×1228.6）=40.15N/mm2 <310 N/mm2 （12）

26、豎桿Cc,Ee,Gg：按Gg桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。桿件軸力：N=-66.59KN 計(jì)算長(zhǎng)度： lox =0.8*289=231.2cm loy=289cm內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ix=lox/=231.2/150=1.54cm , iy=loy/=199/150=1.93cm選用263×5等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=231.2/1.94=119.18<=150 因?yàn)?b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.58×2890/63=26.61所以

27、y = loy/ iy=289/3.04=95.07yz=y 1+0.475× b 4/（loy 2t2）=98.48<=150由于x > yz,只需求 x ， x=0.417=N/( xA)= 66590/（0.417×1228.6）=129.98N/mm2 <310 N/mm2 （13）豎桿Ii： 已知N=0KN lox =3190cm loy=3190cm選用十字形截面 263×5等邊角鋼如圖 A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=319/1.94=164.43<=200y = lo

28、y/ iy=319/3.04=104.93<=200 所選截面滿足。表 桿件截面選擇表?xiàng)U件計(jì)算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2計(jì)算長(zhǎng)度回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力 （N/ mm2）名稱編號(hào)loxloyixiyxyxy上弦FG、GH-1016.192125×80×1246.70150.8452.43.956.2338.1872.621500.738294.85下弦gi1010.2012125×80×12 46.7030011853.956.2375.95190.20350243.19斜腹桿aB-590.6712140×90

29、5;1044.522253.5253.54.473.7456.7175.321500.718184.78Bc458.1532100×727.592208.64260.83.094.5367.5257.57350166.05cD-362.262100×727.592228.72285.903.094.5374.0263.111500.751174.82De246.390263×512.286228.72285.901.943.04 117.9094.05350200.55eF-163.816280×515.824250.32312.902.483.7110

30、0.9484.341500.549188.57Fg+79.25，-6.39263×512.286249.52311.901.943.04128.62102.601500.39464.50gH-38.32，39.98263×512.286271.20339.601.943.04140.04111.711500.34690.41Hi+31.16，-88.38263×512.286269.60337.001.943.04138.97110.861500.349201.12豎桿Aa-33.3263×512.286159.20199.001.943.0482.06

31、 65.46 1500.67540.15Cc-66.59263×512.286183.20229.001.943.0494.43 75.33 1500.594129.98Ee-66.59263×512.286207.20259.001.943.04106.80 85.20 1500.511129.98Gg-66.59263×512.286231.20289.001.943.04119.18 95.07 1500.417129.98Ii0263×512.286319.00319.001.943.04164.43104.9320006.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)

32、“c” 見(jiàn)圖各類桿件的內(nèi)力由表查得。用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)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(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為46cm, 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(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。（2）上弦節(jié)點(diǎn)“B” 見(jiàn)圖Bc桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同。aB桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為： 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)，槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)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(yīng)力計(jì)算如下：上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為505mm。選擇：505*290節(jié)點(diǎn)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(shí)槽肯定是安全，可不必驗(yàn)算。肢尖焊縫驗(yàn)算如下：滿足要求。（3）屋脊節(jié)點(diǎn)“I” （見(jiàn)圖）弦桿一般都采用同號(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