鋼結(jié)構(gòu)廠房畢業(yè)設(shè)計-某鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計（全套圖紙及計算書）,鋼結(jié)構(gòu)廠房,畢業(yè)設(shè)計,鋼結(jié)構(gòu),課程設(shè)計,全套,圖紙,計算 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 －、設(shè)計資料 1、題號83的已知條件：梯形鋼屋架跨度27m，長度72m，柱距6m。屋面坡度i＝1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7 kN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.45kN/m2。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50 kN中級工作制吊車，軌頂標(biāo)高為8.500 m。冬季最低溫度為－20℃，地震設(shè)計烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.1g。采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm×400 mm，混凝土標(biāo)號為C25。鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型。 2、屋架計算跨度： Lo=27000－2×150=26700mm 3、跨中及端部高度： 端部高度：h`=1900mm（軸線處），h=1915mm（計算跨度處）。 屋架的中間高度h=3250mm，屋架跨中起拱按Lo/500考慮，取50mm。 二、結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架形式及幾何尺寸見圖1所示，支撐布置見圖2所示。 圖1 屋架形式及幾何尺寸 符號說明：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） 圖2 屋架支撐布置 三、荷載與內(nèi)力計算 1.荷載計算 荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 三氈四油放水層 0.40kN/㎡ 找平層（20mm厚水泥砂漿） 0.02×20=0.40kN/㎡ 保溫層（80mm厚泡沫混凝土） 0.08×6=0.48kN/㎡ 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 鋼屋架和支撐自重 0.12+0.011×27=0.42kN/㎡ 管道設(shè)備自重 0.10 kN/㎡ 總計 3.2kN/㎡` 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 屋面活荷載 0.70 kN/㎡ 屋面積灰荷載 0.6kN/㎡ 總計 1.3kN/㎡ 永久荷載設(shè)計值 1.35×3.2=4.32kN/㎡ 可變荷載設(shè)計值 1.4×1.3=1.82kN/㎡ 2.荷載組合 設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合： ① 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載： F=(4.32+1.82) ×1.5×6=55.26kN ② 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載： F1=4.32×1.5×6=38.9 kN 半跨節(jié)點可變荷載： F2=1.82×1.5×6=16.38 kN ③ 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點屋架及支撐自重： F3 =0.42×1.35×1.5×6=5.10kN 半跨大型屋面板重及活荷載： F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN 3.內(nèi)力計算 本設(shè)計采用程序計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。 桿件名稱 內(nèi)力系數(shù)（F=1） 第一種組合 F*① 第二種組合 第三種組合 計算桿件內(nèi)力（KN) 全跨① 左半跨② 右半跨③ F1*①+F2*② F1*① +F2*③ F3*① +F4*② F3*① +F4*③ 上弦 AB 0 0 0 0.00 0.00 0 .00 0.00 0.00 0.00 BC -11.45 -8.54 -2.91 -582.23 -518.193 -470.057 -278.983 -133.56 -582.23 CD -11.46 -8.54 -2.92 -582.74 -518.582 -470.531 -279.034 -133.87 -582.74 DE -18.37 -13.09 -5.29 -934.11 -826.145 -759.455 -431.802 -230.328 -934.11 EF -18.38 -13.09 -5.29 -934.62 -826.534 -759.844 -431.853 -230.379 -934.62 FG -20.58 -13.41 -7.16 -1046.49 -914.806 -861.368 -451.338 -289.901 -1046.49 GH -20.59 -13.43 -7.17 -1047.00 -915.366 -861.843 -451.906 -290.21 -1047.00 HI -20.39 -11.71 -8.68 -1036.83 -892.884 -866.977 -406.458 -328.193 -1036.83 IJ -20.48 -11.76 -8.72 -1041.41 -896.81 -870.818 -408.209 -329.686 -1041.41 下弦 ab -9.54 -3.61 -5.93 -485.11 -401.781 -421.617 -141.9 -201.826 -485.11 bc -0.3 2.95 -3.25 -15.255 13.5585 -39.4515 74.6685 -85.4775 -85.4775 cd 4.05 5.21 -1.16 205.9425 202.0095 147.546 155.2293 -9.3078 205.9425 de 4.96 4.44 0.52 252.216 230.8068 197.2908 139.9812 38.7276 252.216 斜腹桿 aB -11.11 -8.44 -2.67 -564.943 -504.119 -454.785 -274.666 -125.627 -564.943 Bb 8.98 6.54 2.43 456.633 405.0594 369.9189 214.7262 108.5649 456.633 bD -7.3 -5 -2.3 -371.205 -326.574 -303.489 -166.38 -96.639 -371.205 Dc 5.56 3.4 2.07 282.726 245.2428 233.8713 116.178 81.8241 282.726 cF -2.82 -0.86 -1.96 -143.397 -116.995 -126.4 36.5958 -65.0088 -143.397 Fd 1.61 -0.2 1.81 81.8685 60.8868 78.0723 3.045 54.9633 81.8685 dH -0.25 1.45 -1.7 -12.7125 2.6775 -24.255 36.1785 -45.186 -45.186 He -0.65 -2.26 1.62 -33.0525 -44.595 -11.421 -61.6908 38.5296 -61.6908 eJ 2.13 -1.31 3.44 108.3105 71.6139 112.2264 -22.9743 99.7182 71.6139 豎桿 Aa -0.5 -0.5 0.00 -25.425 -23.715 -19.44 -15.465 -2.55 -23.715 Cb -1.11 -1.08 -0.03 -56.4435 -52.3908 -43.4133 -33.5574 -6.4359 -52.3908 Ec -2.15 -2.1 -0.04 -109.328 -101.547 -83.934 -65.208 -11.9982 -101.547 Gd -1.18 -1.12 -0.06 -60.003 -55.4544 -46.3914 -34.9476 -7.5678 -55.4544 Ie -1.82 -1.47 -0.35 -92.547 -83.3301 -73.7541 -47.2521 -18.3325 -83.3301 四、桿件截面設(shè)計 腹桿最大內(nèi)力，N=-564.943KN，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。 1.上弦桿 整個上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=-1124.83KN 計算長度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=1507mm 屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：=31507=4521mm 根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并，見圖3 圖 3 上弦截面 設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807 需要截面積 ===6483.0 需要回轉(zhuǎn)半徑= ===75.4mm 根據(jù)需要的、、 查角鋼型鋼表，初選 2 L 18011012， A=6714， =31mm ， =87.5mm。 按所選角鋼進(jìn)行驗算： ===48.61＜[λ]=150 ===51.36＜[λ]=150 由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，＝0.847 ==197.8MPa<215MPa 所選截面合適。 2 .下弦桿 整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=521.17KN 計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=3000mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=26700/2=13350mm 計算需要凈截面面積==2424.05,選2L18011012，因為 > , 故用不等肢角鋼，短肢相并，見圖4。 圖 4 下弦截面 A=6742， =31mm，=87.4mm。 =<[ ]=350 =<[]=350 所選截面滿足要求。 3. 端斜桿Ba 已知N＝-606.939kN， ＝＝2456mm。因為＝，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使＝，選用角鋼2 L 1409010 A＝4452.2，＝44.7mm，＝87.4mm 截面剛度和穩(wěn)定驗算： = <[ ]=150 = <[ ]=150 因為 只需求，查表得=0.764 MPa<215 MPa 所選截面滿足要求。 4斜腹桿bD 桿件軸力：N=- -398.799 kN=--398799N 計算長度： ， 因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。 設(shè)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得，則需要的截面積為 需要的回轉(zhuǎn)半徑： ， 根據(jù)需要A，，查角鋼規(guī)格表，選用2L1007，肢背間距a=12mm,則 A=27.592,=3.09cm,=4.53 cm 按所選角鋼進(jìn)行驗算： 滿足長細(xì)比要求。 由于，只需求。查表=0.740，則 故所選截面合適。 5斜腹桿cF 桿件軸力：N=- -154.057 kN=--154057N 計算長度： ， 因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。 設(shè)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得，則需要的截面積為 需要的回轉(zhuǎn)半徑： ， 根據(jù)需要A，，查角鋼規(guī)格表，選用2L906，肢背間距a=12mm,則 A=21.274,=2.79cm,=4.13cm 按所選角鋼進(jìn)行驗算： 滿足長細(xì)比要求。 由于，只需求。查表=0.643，則 故所選截面合適。 6受拉腹桿Dc,Bb桿的確定 試取Dc，Bb桿的截面分別與Cf,bD相同，即腹桿Dc截面為2L706，Bb桿截面2L1006， 對兩桿進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗算： ① 強(qiáng)度驗算： Dc桿：A=16.32 ；；故可以。 Bb桿：A=23.864 ；；故可以。 ② 剛度驗算 Dc桿：；；=2.15cm,=3.33cm 剛度足夠； Bb桿：； =3.1cm,=4.51cm 剛度足夠。 7、豎桿Ec N=-117.455kN=-117455N , 由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為 查型鋼表，選截面和較上述計算的和略大些。選用2∟50×5，其幾何特性為 選用2∟50×5，其幾何特性為 A=9.606，=1.53cm,=2.53cm 因為，只需求，查表得=0.572 19 名稱 桿件編號 內(nèi)力（KN） 計算長度（cm) 截面規(guī)格 截面面積（cm2） 回轉(zhuǎn)半徑（cm) 長細(xì)比 容許長細(xì)比[] 穩(wěn)定系數(shù) 計算應(yīng)力Mpa 上弦 IJ -1124.83 150.7 452.1 2L180×110×12 67.14 3.1 8.75 48.61 51.36 150 0.847 197.8 下弦 de 270.96 300 1485 2L180×110×12 67.42 3.1 8.74 96.77 169.91 350 182.51 腹桿 Aa -27.315 191.5 191.5 2L63×5 12.286 1.94 3.04 102.6 65.5 150 0.538 41.32 aB -606.919 253.4 253.4 2L140×90×10 44.522 4.47 3.74 56.71 67.78 150 0.764 178.43 Bb 490.5774 208.6 260.8 2L100×6 23.864 3.1 4.51 67.29 57.83 350 205.37 Cb -60.6398 183.2 229 2L50×5 9.606 1.53 2.53 119.7 90.5 150 0.493 128.05 bD -398.799 229.5 287 2L100×7 27.592 3.09 4.53 74.3 63.3 150 0.724 199.63 Dc 303.7428 228.7 285.8 2L70×6 16.32 2.15 3.33 106.37 85.83 350 183.73 Ec -117.455 207.2 259 2L50×5 9.606 1.53 2.53 135.4 102.4 150 0.363 336.84 cF -154.057 250.8 312.6 2L90×6 21.274 2.79 4.13 89.89 75.69 350 0.621 116.61 Fd 91.1043 249.5 311.8 2L50×5 9.606 1.53 2.53 167 123.3 350 94.84 Gd -64.4634 231.2 289 2L50×5 9.606 1.53 2.53 151.1 114.2 150 0.304 220.75 dH 45.186 271.6 339.5 2L70×6 16.32 2.15 3.33 151.1 101.95 150 0.304 91.08 He -61.6908 270.8 338.4 2L63×5 12.286 1.94 3.04 139.59 111.32 150 0.347 144.7 Ie -99.4266 255.2 319.1 2L63×5 12.286 1.94 3.04 131.5 104.9 150 0.381 201.4 eJ 116.36 286.3 357.9 2L63×5 12.286 1.94 3.04 118.6 149.25 150 0.31 305.51 屋架桿件截面選擇表 五、節(jié)點設(shè)計 各桿件的內(nèi)力由 查得。設(shè)計步驟：由腹桿內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。 用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值 MPa 各桿件內(nèi)力由表1查得 1. 下弦節(jié)點b （1）斜桿Bb與節(jié)點的連接焊縫計算： 設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為： 肢背：mm，取＝200mm 肢尖：，?。?40mm （2） 斜桿Db與節(jié)點的連接焊縫計算： 設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為： 肢背：，?。?80mm 肢尖：=98.89+12=110.89mm，?。?10mm （3）豎桿Cb與節(jié)點板連接焊縫計算： 因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm。 根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為350mm×470mm。 （4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫驗算： 焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 △N=521.17-85.4775=435.69KN，設(shè)肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為470mm,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： <160MPa （5）節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖7所示 85.4775KN 490.58KN 578.03 KN kkkkKKKkk 398.80KN 60.6393KN 圖 5 節(jié)點板b尺寸 2 .上弦節(jié)點B （1）斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。 N=-606.939KN （2）斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算 設(shè)肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為 肢背： ,取=210mm 肢尖：，取＝180mm （3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算： 為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算時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)力由下面計算得 ， 上弦與節(jié)點板間焊縫長度為470mm，則 MPa<0.8MPa 上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 △N=625.51KN 偏心距 e =110-25.9＝84.1mm 設(shè)需焊縫長度為470mm，則 （4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖8所示 490.5774KN 606.939KN 625.514KN 0 3 .屋脊節(jié)點J （1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算： 弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進(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)點板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。 設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm，則需焊縫長度為 ，取=300mm 拼接角鋼長度取2(300+20)+24＝664mm ( 2 ) 斜桿與節(jié)點板連接焊縫的計算： 設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長度為： 肢背：，取=100 mm 肢尖：，取焊縫長度=60mm 根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為500mm×240mm。 ( 3 ) 弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算： 取節(jié)點板的長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為220 mm。上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載 上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩設(shè)焊腳尺寸為10mm。 （4）中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算 此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm （5）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖9所示 1118.82KNKN 1118.82KNKN 136.9944KN 136.9944KN 圖 9 節(jié)點板J寸 4 .下弦拼接節(jié)點e （1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算 拼接角鋼與下弦桿截面相同，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為 ，取=404+16=420mm 拼接角鋼長度2420+20=860mm （2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算 按下弦桿內(nèi)力的15%計算，設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為 肢背：，取=30mm 肢尖，取 =50mm 606.939KN 27.315KN 5 .端部支座節(jié)點a 521.17KN 圖11 支座節(jié)點a 為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為180mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為14mm。 （1） 支座底板計算 支座反力 取加勁肋的寬度為110mm，考慮底板上開孔，錨栓直徑取d=25mm，錨栓孔直徑為60mm，則所需底板面積：按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力，則 承壓面積： 驗算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：滿足 底板的厚度按支座反力作用下的彎矩計算,節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩邊支承而另兩塊相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為 式中--------底板下的平均應(yīng)力， =8.21MPa --------兩邊支承對角線長， = --------系數(shù)，由決定。為兩邊支承的焦點到對角線的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得 =0.48得＝0.05694寬度的最大彎矩為 M==12943.96N.mm 底板厚度=19.00取t=20 （2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算： 偏安全地假定一個加勁肋的受力為支座反力的1/4，則焊縫受力 . 設(shè)焊縫尺寸為6mm，焊縫長度， （3）節(jié)點板，加勁肋與底板的連接焊縫計算： 設(shè)底板連接焊縫傳遞全部支座反力R=491670N勁肋各傳R/4=122917.5N, 節(jié)點板傳遞R/2=245835N 節(jié)點板與底板連接焊縫總長度：，所需焊角尺寸為 ，故取 每塊加勁肋與底板的連接焊縫總長度為 所需焊縫尺寸為 故取焊縫 （4）下弦桿、腹桿與節(jié)點板的連接焊縫計算： ①豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，焊腳尺寸。 ②斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算，同上。 肢背：=210mm，肢尖：＝180mm ③下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算 N=521.17KN尺寸8mm，肢尖焊縫尺寸6mm需要焊縫長度為 肢背：，取=220m 肢尖：，＝130mm 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 －、設(shè)計資料 1、題號83的已知條件：梯形鋼屋架跨度27m，長度72m，柱距6m。屋面坡度i＝1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7 kN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.45kN/m2。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50 kN中級工作制吊車，軌頂標(biāo)高為8.500 m。冬季最低溫度為－20℃，地震設(shè)計烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.1g。采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm×400 mm，混凝土標(biāo)號為C25。鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型。 2、屋架計算跨度： Lo=27000－2×150=26700mm 3、跨中及端部高度： 端部高度：h`=1900mm（軸線處），h=1915mm（計算跨度處）。 屋架的中間高度h=3250mm，屋架跨中起拱按Lo/500考慮，取50mm。 二、結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架形式及幾何尺寸見圖1所示，支撐布置見圖2所示。 圖1 屋架形式及幾何尺寸 符號說明：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） 圖2 屋架支撐布置 三、荷載與內(nèi)力計算 1.荷載計算 荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 三氈四油放水層 0.40kN/㎡ 找平層（20mm厚水泥砂漿） 0.02×20=0.40kN/㎡ 保溫層（80mm厚泡沫混凝土） 0.08×6=0.48kN/㎡ 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 鋼屋架和支撐自重 0.12+0.011×27=0.42kN/㎡ 管道設(shè)備自重 0.10 kN/㎡ 總計 3.2kN/㎡` 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 屋面活荷載 0.70 kN/㎡ 屋面積灰荷載 0.6kN/㎡ 總計 1.3kN/㎡ 永久荷載設(shè)計值 1.35×3.2=4.32kN/㎡ 可變荷載設(shè)計值 1.4×1.3=1.82kN/㎡ 2.荷載組合 設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合： ① 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載： F=(4.32+1.82) ×1.5×6=55.26kN ② 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載： F1=4.32×1.5×6=38.9 kN 半跨節(jié)點可變荷載： F2=1.82×1.5×6=16.38 kN ③ 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點屋架及支撐自重： F3 =0.42×1.35×1.5×6=5.10kN 半跨大型屋面板重及活荷載： F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN 3.內(nèi)力計算 本設(shè)計采用程序計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。 桿件名稱 內(nèi)力系數(shù)（F=1） 第一種組合 F*① 第二種組合 第三種組合 計算桿件內(nèi)力（KN) 全跨① 左半跨② 右半跨③ F1*①+F2*② F1*① +F2*③ F3*① +F4*② F3*① +F4*③ 上弦 AB 0 0 0 0.00 0.00 0 .00 0.00 0.00 0.00 BC -11.45 -8.54 -2.91 -582.23 -518.193 -470.057 -278.983 -133.56 -582.23 CD -11.46 -8.54 -2.92 -582.74 -518.582 -470.531 -279.034 -133.87 -582.74 DE -18.37 -13.09 -5.29 -934.11 -826.145 -759.455 -431.802 -230.328 -934.11 EF -18.38 -13.09 -5.29 -934.62 -826.534 -759.844 -431.853 -230.379 -934.62 FG -20.58 -13.41 -7.16 -1046.49 -914.806 -861.368 -451.338 -289.901 -1046.49 GH -20.59 -13.43 -7.17 -1047.00 -915.366 -861.843 -451.906 -290.21 -1047.00 HI -20.39 -11.71 -8.68 -1036.83 -892.884 -866.977 -406.458 -328.193 -1036.83 IJ -20.48 -11.76 -8.72 -1041.41 -896.81 -870.818 -408.209 -329.686 -1041.41 下弦 ab -9.54 -3.61 -5.93 -485.11 -401.781 -421.617 -141.9 -201.826 -485.11 bc -0.3 2.95 -3.25 -15.255 13.5585 -39.4515 74.6685 -85.4775 -85.4775 cd 4.05 5.21 -1.16 205.9425 202.0095 147.546 155.2293 -9.3078 205.9425 de 4.96 4.44 0.52 252.216 230.8068 197.2908 139.9812 38.7276 252.216 斜腹桿 aB -11.11 -8.44 -2.67 -564.943 -504.119 -454.785 -274.666 -125.627 -564.943 Bb 8.98 6.54 2.43 456.633 405.0594 369.9189 214.7262 108.5649 456.633 bD -7.3 -5 -2.3 -371.205 -326.574 -303.489 -166.38 -96.639 -371.205 Dc 5.56 3.4 2.07 282.726 245.2428 233.8713 116.178 81.8241 282.726 cF -2.82 -0.86 -1.96 -143.397 -116.995 -126.4 36.5958 -65.0088 -143.397 Fd 1.61 -0.2 1.81 81.8685 60.8868 78.0723 3.045 54.9633 81.8685 dH -0.25 1.45 -1.7 -12.7125 2.6775 -24.255 36.1785 -45.186 -45.186 He -0.65 -2.26 1.62 -33.0525 -44.595 -11.421 -61.6908 38.5296 -61.6908 eJ 2.13 -1.31 3.44 108.3105 71.6139 112.2264 -22.9743 99.7182 71.6139 豎桿 Aa -0.5 -0.5 0.00 -25.425 -23.715 -19.44 -15.465 -2.55 -23.715 Cb -1.11 -1.08 -0.03 -56.4435 -52.3908 -43.4133 -33.5574 -6.4359 -52.3908 Ec -2.15 -2.1 -0.04 -109.328 -101.547 -83.934 -65.208 -11.9982 -101.547 Gd -1.18 -1.12 -0.06 -60.003 -55.4544 -46.3914 -34.9476 -7.5678 -55.4544 Ie -1.82 -1.47 -0.35 -92.547 -83.3301 -73.7541 -47.2521 -18.3325 -83.3301 四、桿件截面設(shè)計 腹桿最大內(nèi)力，N=-564.943KN，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。 1.上弦桿 整個上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=-1124.83KN 計算長度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=1507mm 屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：=31507=4521mm 根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并，見圖3 圖 3 上弦截面 設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807 需要截面積 ===6483.0 需要回轉(zhuǎn)半徑= ===75.4mm 根據(jù)需要的、、 查角鋼型鋼表，初選 2 L 18011012， A=6714， =31mm ， =87.5mm。 按所選角鋼進(jìn)行驗算： ===48.61＜[λ]=150 ===51.36＜[λ]=150 由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，＝0.847 ==197.8MPa<215MPa 所選截面合適。 2 .下弦桿 整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=521.17KN 計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=3000mm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=26700/2=13350mm 計算需要凈截面面積==2424.05,選2L18011012，因為 > , 故用不等肢角鋼，短肢相并，見圖4。 圖 4 下弦截面 A=6742， =31mm，=87.4mm。 =<[ ]=350 =<[]=350 所選截面滿足要求。 3. 端斜桿Ba 已知N＝-606.939kN， ＝＝2456mm。因為＝，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使＝，選用角鋼2 L 1409010 A＝4452.2，＝44.7mm，＝87.4mm 截面剛度和穩(wěn)定驗算： = <[ ]=150 = <[ ]=150 因為 只需求，查表得=0.764 MPa<215 MPa 所選截面滿足要求。 4斜腹桿bD 桿件軸力：N=- -398.799 kN=--398799N 計算長度： ， 因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。 設(shè)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得，則需要的截面積為 需要的回轉(zhuǎn)半徑： ， 根據(jù)需要A，，查角鋼規(guī)格表，選用2L1007，肢背間距a=12mm,則 A=27.592,=3.09cm,=4.53 cm 按所選角鋼進(jìn)行驗算： 滿足長細(xì)比要求。 由于，只需求。查表=0.740，則 故所選截面合適。 5斜腹桿cF 桿件軸力：N=- -154.057 kN=--154057N 計算長度： ， 因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。 設(shè)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得，則需要的截面積為 需要的回轉(zhuǎn)半徑： ， 根據(jù)需要A，，查角鋼規(guī)格表，選用2L906，肢背間距a=12mm,則 A=21.274,=2.79cm,=4.13cm 按所選角鋼進(jìn)行驗算： 滿足長細(xì)比要求。 由于，只需求。查表=0.643，則 故所選截面合適。 6受拉腹桿Dc,Bb桿的確定 試取Dc，Bb桿的截面分別與Cf,bD相同，即腹桿Dc截面為2L706，Bb桿截面2L1006， 對兩桿進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗算： ① 強(qiáng)度驗算： Dc桿：A=16.32 ；；故可以。 Bb桿：A=23.864 ；；故可以。 ② 剛度驗算 Dc桿：；；=2.15cm,=3.33cm 剛度足夠； Bb桿：； =3.1cm,=4.51cm 剛度足夠。 7、豎桿Ec N=-117.455kN=-117455N , 由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為 查型鋼表，選截面和較上述計算的和略大些。選用2∟50×5，其幾何特性為 選用2∟50×5，其幾何特性為 A=9.606，=1.53cm,=2.53cm 因為，只需求，查表得=0.572 19 名稱 桿件編號 內(nèi)力（KN） 計算長度（cm) 截面規(guī)格 截面面積（cm2） 回轉(zhuǎn)半徑（cm) 長細(xì)比 容許長細(xì)比[] 穩(wěn)定系數(shù) 計算應(yīng)力Mpa 上弦 IJ -1124.83 150.7 452.1 2L180×110×12 67.14 3.1 8.75 48.61 51.36 150 0.847 197.8 下弦 de 270.96 300 1485 2L180×110×12 67.42 3.1 8.74 96.77 169.91 350 182.51 腹桿 Aa -27.315 191.5 191.5 2L63×5 12.286 1.94 3.04 102.6 65.5 150 0.538 41.32 aB -606.919 253.4 253.4 2L140×90×10 44.522 4.47 3.74 56.71 67.78 150 0.764 178.43 Bb 490.5774 208.6 260.8 2L100×6 23.864 3.1 4.51 67.29 57.83 350 205.37 Cb -60.6398 183.2 229 2L50×5 9.606 1.53 2.53 119.7 90.5 150 0.493 128.05 bD -398.799 229.5 287 2L100×7 27.592 3.09 4.53 74.3 63.3 150 0.724 199.63 Dc 303.7428 228.7 285.8 2L70×6 16.32 2.15 3.33 106.37 85.83 350 183.73 Ec -117.455 207.2 259 2L50×5 9.606 1.53 2.53 135.4 102.4 150 0.363 336.84 cF -154.057 250.8 312.6 2L90×6 21.274 2.79 4.13 89.89 75.69 350 0.621 116.61 Fd 91.1043 249.5 311.8 2L50×5 9.606 1.53 2.53 167 123.3 350 94.84 Gd -64.4634 231.2 289 2L50×5 9.606 1.53 2.53 151.1 114.2 150 0.304 220.75 dH 45.186 271.6 339.5 2L70×6 16.32 2.15 3.33 151.1 101.95 150 0.304 91.08 He -61.6908 270.8 338.4 2L63×5 12.286 1.94 3.04 139.59 111.32 150 0.347 144.7 Ie -99.4266 255.2 319.1 2L63×5 12.286 1.94 3.04 131.5 104.9 150 0.381 201.4 eJ 116.36 286.3 357.9 2L63×5 12.286 1.94 3.04 118.6 149.25 150 0.31 305.51 屋架桿件截面選擇表 五、節(jié)點設(shè)計 各桿件的內(nèi)力由 查得。設(shè)計步驟：由腹桿內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。 用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值 MPa 各桿件內(nèi)力由表1查得 1. 下弦節(jié)點b （1）斜桿Bb與節(jié)點的連接焊縫計算： 設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為： 肢背：mm，取＝200mm 肢尖：，?。?40mm （2） 斜桿Db與節(jié)點的連接焊縫計算： 設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為： 肢背：，?。?80mm 肢尖：=98.89+12=110.89mm，?。?10mm （3）豎桿Cb與節(jié)點板連接焊縫計算： 因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm。 根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為350mm×470mm。 （4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫驗算： 焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 △N=521.17-85.4775=435.69KN，設(shè)肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為470mm,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： <160MPa （5）節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖7所示 85.4775KN 490.58KN 578.03 KN kkkkKKKkk 398.80KN 60.6393KN 圖 5 節(jié)點板b尺寸 2 .上弦節(jié)點B （1）斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。 N=-606.939KN （2）斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算 設(shè)肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為 肢背： ,取=210mm 肢尖：，取＝180mm （3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算： 為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算時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)力由下面計算得 ， 上弦與節(jié)點板間焊縫長度為470mm，則 MPa<0.8MPa 上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 △N=625.51KN 偏心距 e =110-25.9＝84.1mm 設(shè)需焊縫長度為470mm，則 （4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖8所示 490.5774KN 606.939KN 625.514KN 0 3 .屋脊節(jié)點J （1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算： 弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進(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)點板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。 設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm，則需焊縫長度為 ，取=300mm 拼接角鋼長度取2(300+20)+24＝664mm ( 2 ) 斜桿與節(jié)點板連接焊縫的計算： 設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長度為： 肢背：，取=100 mm 肢尖：，取焊縫長度=60mm 根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為500mm×240mm。 ( 3 ) 弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算： 取節(jié)點板的長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為220 mm。上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載 上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩設(shè)焊腳尺寸為10mm。 （4）中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算 此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm （5）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖9所示 1118.82KNKN 1118.82KNKN 136.9944KN 136.9944KN 圖 9 節(jié)點板J寸 4 .下弦拼接節(jié)點e （1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算 拼接角鋼與下弦桿截面相同，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為 ，取=404+16=420mm 拼接角鋼長度2420+20=860mm （2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算 按下弦桿內(nèi)力的15%計算，設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為 肢背：，取=30mm 肢尖，取 =50mm 606.939KN 27.315KN 5 .端部支座節(jié)點a 521.17KN 圖11 支座節(jié)點a 為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為180mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為14mm。 （1） 支座底板計算 支座反力 取加勁肋的寬度為110mm，考慮底板上開孔，錨栓直徑取d=25mm，錨栓孔直徑為60mm，則所需底板面積：按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力，則 承壓面積： 驗算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：滿足 底板的厚度按支座反力作用下的彎矩計算,節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩邊支承而另兩塊相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為 式中--------底板下的平均應(yīng)力， =8.21MPa --------兩邊支承對角線長， = --------系數(shù)，由決定。為兩邊支承的焦點到對角線的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得 =0.48得＝0.05694寬度的最大彎矩為 M==12943.96N.mm 底板厚度=19.00取t=20 （2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算： 偏安全地假定一個加勁肋的受力為支座反力的1/4，則焊縫受力 . 設(shè)焊縫尺寸為6mm，焊縫長度， （3）節(jié)點板，加勁肋與底板的連接焊縫計算： 設(shè)底板連接焊縫傳遞全部支座反力R=491670N勁肋各傳R/4=122917.5N, 節(jié)點板傳遞R/2=245835N 節(jié)點板與底板連接焊縫總長度：，所需焊角尺寸為 ，故取 每塊加勁肋與底板的連接焊縫總長度為 所需焊縫尺寸為 故取焊縫 （4）下弦桿、腹桿與節(jié)點板的連接焊縫計算： ①豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，焊腳尺寸。 ②斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算，同上。 肢背：=210mm，肢尖：＝180mm ③下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算 N=521.17KN尺寸8mm，肢尖焊縫尺寸6mm需要焊縫長度為 肢背：，取=220m 肢尖：，＝130mm