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1、钢结构课程设计、设计资料 1、已知条件：梯形钢屋架跨度 30m，长度 72m，柱距 6m。该车间内设有两台 200/50 kN 中级工作制吊车，轨顶标高为 8.000 m。冬季最低温度为20，地震设计烈度为 6 度，设计基本地震加速度为 0.1g。采用 1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度 i1/10。屋面活荷载标准值为 kN/m2，雪荷载标准值为 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400 mm400 mm，混凝土标号为C25。钢材采用 Q235B 级，焊条采用 E43 型。2、屋架计算跨度：Lo=302=29.7m，3、跨中及
2、端部高度：端部高度：h=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。屋架的中间高度h=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取60mm。二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图 1 所示，支撑布置见图 2 所示。图 1 屋架形式及几何尺寸 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）图 2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值 SBS 改型沥青油毡防水层 找平层（20mm 厚水泥砂浆）20=保温层（100mm
3、厚水泥珍珠岩）6=隔气层（冷底子油）kN/混凝土大型屋面板（包括灌浆）钢屋架和支撑自重 +30=管道设备自重 kN/总计 可变荷载标准值 屋面活荷载 kN/积灰荷载 总计 永久荷载设计值 =可变荷载设计值 =2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载：F=+6=全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：F1=6=kN 半跨节点可变荷载：F2=6=kN 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重：F3=6=半跨大型屋面板重及活荷载：F4=+6=3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆
4、件的内力系数，见表1。杆件名称 内力系数（F=1）第一种组合 F*第二种组合 第三种组合 计算杆内力（K全跨 左半跨 右半跨 F1*+F2*F1*+F2*F3*+F4*F3*+F4*上弦 AB 0 0 BC CD DE EF FG GH HJ IJ JK 下弦 ab bc cd de ef 斜腹杆 aB Bb bD Dc cF Fd dH He eg gK gI 竖杆 Aa 0 Cb Ec-1 0 Gd 0 Jg 0 Ie 0 Kf 0 0 四、杆件截面设计 腹杆最大内力，N=，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取 12mm。1.上弦杆 整个上弦杆采用相
5、同一截面，按最大内力计算，N=计算长度：屋架平面内取节间轴线长度Oxl=1507mm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度：Oyl=4521mm 根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 3 图 3 上弦截面 设=60，查轴心受力稳定系数表，=需要截面积*A=fN.=10*45.1246=2mm 需要回转半径*xi=mmlox1.2560507.1 *yi=mmlox4.7560524.4 根据需要的*A、*xi、*yi 查角钢型钢表，初选 2 L ，A=77932mm，xi=308mm，yi=88mm。按所选
6、角钢进行验算：x=xoxil=96.483081507=150 y=yoyil=41.51884524=150 由于 xy，只需求出y，查轴心受力稳定系数表，y 59.1917793847.01065.12643ANyMPaOxl,故用不等肢角钢，短肢相并，见图 4。图 4 下弦截面 A=67422mm，xi=31mm，yi=87.4mm。x=xoxil77.96313000=350 y=91.1694.8714850yoyil=350 所选截面满足要求。3.端斜杆 Ba 已知 N，OxlOyl2456mm。因为OxlOyl，故采用不等肢角钢，长肢相并，使xiyi，选用角钢 2 L 14090
7、10 A2mm，xi44.7mm，yi87.4mm 截面刚度和稳定验算：x=94.547.442456xoxil=150 y=66.654.372456yoyil=150 因为xy 只需求y，查表得y=46.1852.4452764.01083.6303ANyMPa215 MPa 所选截面满足要求。4.再分腹杆 eg-gK 此杆在 g 节点处不断开，采用通长杆件。拉力：44.151gkNKN，74.115egNkN 压力：52.50egNkN，11.48gkNKN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Oxl=2250=2250=1800mm 屋架平面外根据支撑布置取：Oyl=1（+21NN）
8、=450（+52.5011.48）=4446.3mm 选用 2 L 635，见图 5。图 5 再分腹杆 egK 图 6 中竖杆 Kf A=2mm，xi=19.4mm，yi=30.4mm。x=xoxil78.924.191800=150 y=25.1464.303.4446yoyil=150 因为xy 只需求y，查表得y=，则 5.1286.122832.01052.503ANyMPa215 MPa 拉应力：MPaMPaAN21526.1236.12281044.1513所选截面满足要求 5.竖杆 Ie N，llx8.00 30522442mm，mmlly30520 由 于 杆 件 内 力 较
9、小，按=150选 择，需 要 的 回 转 半 cmlioxx63.11502.244 cmlioyy03.21502.305 查型钢表，选用 2 L 63 5,其几何特性为 A=2mm mmix4.19 mmiy4.30 15088.12594.12.244cmilxoxx 15039.10004.32.305cmilyoyy 因为yx 只需求x，查表得x=，则 MPaMPaANx2157.1586.1228406.01016.793 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 2 名称 杆件编号 内力（KN）计算长度（cm)截面规格 截面面积（cm2）回转半径（cm)长细比 容许长细比
10、稳定系数 计算应力 Mpa xl0 yl0 xi yi x y x y 上弦 IJ JK 2L18011014 150 下弦 de 300 1485 2L18011012 350 腹杆 Aa 199 199 2L635 150 aB 2L1409010 150 Bb 2L1006 350 Cb 229 2L505 150 bD-420 287 2L1007 150 Dc 2L706 350 Ec 259 2L505 150 cF 2L906 350 Fd 2L505 167 350 Gd 289 2L505 150 dH 2L706 150 He 2L635 150 Ie 2L635 150
11、eg 2L635 150 屋架杆件截面选择表gk 2L635 150 Kf 2L635 200 0 gI 2L505 350 Jg 2L505 63 150 五、节点设计 用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 160wffMPa 各杆件内力由表 1 查得 1.下弦节点 b（1）斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背：33.1981633.18216087.024900907.027.0wfewfhNlmm，取wl200mm 肢尖：mmfhNlwfew4.121124.10916067.024900903.023
12、.0，取wl 120mm（2）斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背：mmlw06.1801606.16416087.024200007.0，取wl180mm 肢尖：16067.024200003.0 wl=+12=105.75mm，取wl110mm（3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸fh=5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为457mm340mm。（4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：焊缝受力为左右下弦杆
13、的内力差 N=，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm，所 需 焊 缝 长 度 为457mm,受 力 较 大 的 肢 背 处 的 焊 缝 应 力 为：MPaf79.100)12457(67.021033.50275.03 160MPa（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图7 所示 图 7 节点板 b 尺寸 2.上弦节点 B（1）斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同。（2）斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算 设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为 肢背：
14、mmfhNlwfew20320183160107.026308307.027.0，取wl210mm 肢尖：mmfhNlwfew48.1761228.16416067.026308303.023.0，取wl 180mm（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得 mmhf6122121节点板厚度，mmhf10 上弦与节点板间焊缝长度为470mm，则 17.02wflhP14470
15、67.0255629MPa156wfff 上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=偏心距 e=84.1mm 设需焊缝长度为 470mm，则 MPalhNwef18.100)20470(107.026311302 MPalhMwff33.112)20470(107.021.8463113067.026222 MPaMPaff16062.14018.100)22.133.112()()22.1(2222（4）节点板尺寸：方法同前，如图 8 所示 图 8 节点板 B 尺寸 3.屋脊节点 K （1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于
16、施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm，则需焊缝长度为 wffwfhNl7.04mm24.3022024.282160107.041264450，取wl=300mm 拼接角钢长度取 2(300+20)+24664mm(2)斜杆与节点板连接焊缝的计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm，所需焊缝长度为：肢背：mmlw88.901216067.021514407.0，取wl=100 mm 肢尖：mmlw501016057.021514403.0，取焊缝长度wl=60mm 根据上面求
17、得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为500mm240mm。(3)弦杆与节点板的连接焊缝计算：取 节 点 板 的 长 度 为 500mm，则 节 点 一侧 弦 杆 焊 缝 的 计 算长 度 为20102/500220 mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 wflhP7.02MPafMPawff16.1568.006.18220107.0255629 上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为 10mm。MPalhNwef58.61220107.0215.01264450215.0
18、 MPalhMwef24.141220107.021.84126445015.062622 MPaMPaff16013.13158.61)22.124.141()()22.1(2222 （4）中竖杆与节点板的连接焊缝计算 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸fh=5mm（5）节点板尺寸：方法同前，如图 9 所示 图 9 节点板 K 尺寸 4.下弦跨中节点 f（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为 mmfhflwffw40416087.0421510042.677.04，取wl=404+16=420mm 拼接角钢长度
19、2420+20=860mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算 按下弦杆内力的 15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为 肢背：mmlw27.1041216067.0215.011810007.0，取wl=110mm 肢尖mmlw54.511216067.0215.011810003.0，取wl=60mm（3）节点板尺寸：方法同前，如图 10 所示 图 10 节点板 f 尺寸 5.端部支座节点 a 图 11 支座节点 a 为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为 180mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，
20、厚度同端部节点板为 14mm。（1）支座底板计算 支座反力NR5562901055629 取加劲肋的宽度为 110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取 d=25mm，锚栓孔直径为60mm，则所需底板面积：222.473294/6014.35.12556290mmfRc锚栓孔缺口面积按构造要求取底板尺寸为 280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则 承压面积：265520)141102(280mmAc 验算柱顶混凝土的抗压强度：MPafMPaARcn5.1249.865520556290满足 底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支
21、承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 22M 式中-底板下的平均应力，=2-两边支承对角线长，2=mm6.172110)2/14140(22-系数，由22/b决定。2b为两边支承的焦点到对角线2的垂直距离。由相似三角形的关系，得 mmb8.846.1721101332 22/b=，查表得，则单位宽度的最大弯矩为 M=32.148216.17249.82mmN 底板厚度215/32.148216/6fM=20.34mm,取 t=22mm（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的 1/4，则焊缝受力 NV5.1390724556290 mmNVe
22、M5.90397122/1105.139072.设焊缝尺寸为 6mm，焊缝长度mmlw4961220528，MPaMPaff16056.40)49667.025.139072()49667.0222.165.9039712()()22.1(22222（3）节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力 R=556290N，其中每块加劲肋各传 R/4=，节点板传递 R/2=278145N。节点板与底板连接焊缝总长度：mmlw5602802，所需焊角尺寸为mmflRhwfwf6.322.11605607.027814522.17.02，故取mmhf6 每块加劲肋与底板的连接焊缝
23、总长度为mmlw156)1220110(2 所需焊缝尺寸为mmRhf52.622.11601567.05.13907222.11601567.04 故取焊缝mmhf8（4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算：竖杆与节点板的连接焊缝计算，焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸mmhf5。斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，同上。肢背：wl=210mm，肢尖：wl180mm 下弦杆与节点板连接焊缝计算 N=，设肢背焊缝尺寸 8mm，肢尖焊缝尺寸 6mm 需要焊缝长度为 肢背：mmlw2001616087.021013.3527.03，取wl=200mm 肢尖：mmlw871216067.021013.3523.03，wl90mm 六、施工图（见施工图纸）