1、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算書姓 名：學(xué) 號：U2009158專業(yè)班級: 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)書一、 設(shè)計(jì)資料及依據(jù)根據(jù)學(xué)號U200915851及次序14得已知條件：某車間跨度為24m，廠房總長度102m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺50/10t中級工作制軟鉤橋式吊車，地區(qū)計(jì)算溫度高于-20，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為18m；采用1.56 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，級防水，卷材屋面，桁架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為450450mm，混凝土強(qiáng)度等級為C25，屋架采用的鋼材為Q

2、235B鋼，焊條為E43型。屋架計(jì)算跨度： 屋架端部高度： 跨度：計(jì)算跨度處高度: 屋架跨中高度:表1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值 荷載類型荷載名稱荷載標(biāo)準(zhǔn)值（）永久荷載改性瀝青防水層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0.5二、 屋架尺寸及支撐布置 屋架形式及尺寸如圖1： 屋蓋的支撐布置如圖2：層架上弦（下弦）支撐布置圖垂直支撐1-1垂直支撐2-2圖2 桁架支撐布置符號說明：GWJ鋼屋架；SC上線

3、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以換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載： 標(biāo)準(zhǔn)可變荷載： 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：2、全跨永久荷載+半跨可變荷載半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：3、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：半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活載：其中，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：（a）(b)(c)圖3 桁架計(jì)算簡圖四、 內(nèi)力計(jì)算由電算先解得F

4、=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，見表2 。表2 桁架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合第二種組合第三種組合桿件計(jì)算內(nèi)力/kN全跨a左半跨b右半跨c上 弦桿ABBCCDDEEFFGGHHI0-9.102-9.102-14.061-14.061-15.804-15.804-15.2650-6.520-6.520-9.398-9.398-9.505-9.505-7.6460-2.622-2.622-4.735-4.735-6.397-6.397-7.6360-551.718 -551.718 -852.308 -8

5、52.308 -957.960 -957.960 -925.288 0 -506.171-506.171-770.052-770.052-846.845-846.845-790.8890-437.411 -437.411 -687.797 -687.797-792.020 -792.020 -679.2750 -198.346 -198.346 -290.934 -290.934 -301.670 -301.670 -254.638 0 -105.459 -105.459 -179.302 -179.302 -240.193 -240.193 -254.385 0-551.718 -551.7

6、18 -852.308-852.308 -957.960 -957.960 -925.288 下弦桿abbccdde4.95112.00115.19115.6983.6458.3009.6908.7101.3263.7075.5847.014 300.105 727.441 920.802 951.534227.067662.155 823.765 828.262 236.160 581.134 751.335 798.349 110.481 254.987 303.224 282.141 54.965 145.030 204.927 241.539 300.105 727.441 920.8

7、02 951.534斜腹桿aB BbbDDccFFddHHe-9.0026.954-5.4723.700-2.4351.0860.061-1.123-6.6274.815-3.4241.898-0.689-0.4721.583-2.497-2.4112.171-2.0791.829-1.7721.582-1.5441.395-545.656421.527-331.685227.246-147.55865.8283.698-68.071-503.761383.785-295.559192.488-116.79838.34530.546-92.308-429.391 383.785 -271.83

8、3191.271 -135.90274.577 -24.615 -23.653 -200.870147.885 -107.634 62.791 -27.915 -6.206 38.183 -65.045 -99.939 84.588-75.435 61.139 -53.842 42.966 -36.67728.129 -545.656421.527-331.685227.246-147.55874.577-6.02638.183-36.677 -92.308 28.129豎桿aAbCcEdGeI-0.500-1.000-1.000-1.0002.038-0.500-1.000-1.000-1.

9、0001.01200.0000.0000.0001.029-30.307 -60.615 -60.615 -60.615 123.533 -30.307 -60.615 -60.615-60.615 105.434 -30.307 -60.615 -60.615-60.615 105.735 -14.315 -28.630 -28.630 -28.630 33.786 -2.345 -4.690 -4.690 -4.690 34.192 -30.307 -30.245 -60.615 -60.489 -60.615 -60.489 -60.615 -60.489 123.533 105.553

10、 注：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、桿件的計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)。上弦桿計(jì)算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度。 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 。 圖4 上弦截面假定60，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。需要截面面積 ：需要回轉(zhuǎn)半徑：兩角鋼之間加 厚填板，查角鋼規(guī)格表，選用，則。驗(yàn)算長細(xì)比： ； ； 滿足長細(xì)比的要求由于大于，熱軋不等邊角鋼短肢組合將繞x軸失穩(wěn)，故由 ，查表得： 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

11、是de桿：所需截面積為: 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,因，故用不等肢角鋼，短肢相并。 滿足要求。圖5 下弦桿截面3.端斜桿aB整下弦桿不變截面，采熱軋不等邊角鋼長肢組合，其中內(nèi)力最大aB桿，桿件軸力: 計(jì)算長度。因?yàn)?，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。選用： ，則圖6 端斜桿截面 由于，熱軋不等邊角鋼長肢組合將繞y軸失穩(wěn)，由查表得 滿足要求。4.斜腹桿Bb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: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： 滿足要求。圖7 斜腹桿Bb截面bD桿整個(gè)bD桿不變

12、截面，采用熱軋等邊角鋼，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力: 選用： 滿足要求。 由于，熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由查表得： 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： 滿足要求。圖9 斜腹桿Dc截面cF桿整個(gè)cF桿不改變截面，采用熱軋等邊角鋼，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力選用： 。由于，熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由查表得： 滿足要求。圖10 斜腹桿cF截面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: 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。

13、選用： 圖11 斜腹桿Fd截面 滿足要求。dH桿整個(gè)dH桿不改變截面，采用熱軋等邊角鋼，其中設(shè)計(jì)內(nèi)力 選用：圖12 斜腹桿dH截面由于，熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由查表得： 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eI桿, 選用： 由于，熱軋等邊角鋼組合將繞x軸失穩(wěn)，故由查表得：滿足要求。圖13 豎桿截面其余各同類桿件截面選擇計(jì)算過程同上，此處略去其計(jì)算過程，僅將結(jié)果列于表2（見下頁）。桿件名稱內(nèi)力設(shè)計(jì)值N（KN）計(jì)算長度（cm）選用截面截面積A（）回轉(zhuǎn)半徑（cm）計(jì)算應(yīng)力（N/）上弦桿 短并150下弦桿 短并350aB長并150Bb350bD150Dc3

14、50cF150Fd350dH150He150Aa150Cb150150EcGd150eI150六、 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，最小焊縫長度不應(yīng)小于8。本設(shè)計(jì)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸可在施工圖中完成，校核各焊縫長度不應(yīng)小于計(jì)算所需的焊縫長度。1. 下弦節(jié)點(diǎn)“b” 圖14 下弦節(jié)點(diǎn)b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8mm和6mm,則所需焊縫長度（考慮起滅弧缺陷）：肢背：，加2后取19cm肢尖：，加2后取11cm斜桿bD與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：肢背：，加2后取15cm肢尖：，加2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

15、，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸,焊縫長度50mm。根據(jù)以上求得的焊縫長度，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:330mm425mm。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: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：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，肢背和肢尖焊縫尺寸分別采用：hf8mm和 hf6mm肢背 ：，取22cm肢尖: ,取16cm為了便于擱置屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣

16、縮進(jìn)上弦肢背8mm，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：上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長度為460mm，則上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為：3屋脊節(jié)點(diǎn)“I”弦桿的拼接一般都采用同號角鋼進(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)板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(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，。每條焊縫長度為（一條焊縫）：拼接角鋼的長度，取650mm圖16

17、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計(jì)算。設(shè)焊腳尺寸為10mm,節(jié)點(diǎn)板長度為500mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為：焊縫應(yīng)力為：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”圖17 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）支座底板的計(jì)算。支座反力: 取加勁肋的寬度為110mm,考慮底板上開孔上開孔，按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm400mm，偏安全的取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：式中，為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對于C25混凝土，。滿足要求。底板的厚度按支座反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊辦的單位寬度的最大彎矩為式中,為底板下的平均應(yīng)力：為兩