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1、钢结构课程设计一、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m,跨度为27m。车间 内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为一20C。屋面采用1.5mX 6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/mL雪荷 载标准值为0.75kN/，积灰荷载标准值为0.5kN/m屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm X400mm，所用混凝土强度等级为C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235AF，其设计强度f=215kN/,焊条采用E43型，手工焊接。构
2、件采用钢板及热轧钢劲，构件与支 撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000 2X150=26700mm，端部高度：h=2000mm （轴线 处），h=2015mm （计算跨度处）。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。D150B4 ELTILT1 103000 h 30000 1350 :dW心以图1屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。_u O O66p-24颈|心CD uOOo|Mg 气.|L卜 c-io亭rarU J1寸、LG22gLQ2冥（33、GG1xTiG G2 GG2 G GGG12 LG Tso OJrMtzlLGGGGGGGGG:c*2 LGju
3、016Tso2 LG2G G2 LG&G3屋架上弦支撑布置图v5 J26000gI on ,| 而.D D D-.DDJlwel1 2 LG GGL G LMclL GLWDMrM 旧N号屋架下弦支撑布置图GGLGG1GGLGGL垂直支撑垂宜支撑22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。永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子） 找平层（20mm厚水泥砂浆） 保温层（120mm厚泡沫混凝土） 预应力混凝土大
4、型屋面板 钢屋架和支撑自重管道设备自重0.35kN/ 0.02 X 20=0.40kN/ 0.12*6=0.70kN/m2 1.40kN/m 0.12+0.011 X 27=0.417kN/0.10 kN/皿可变荷载标准值总计3.387kN/雪荷载0.75kN/m枳灰荷载0.50kN/m2总计1.25kN/m永久荷载设计值1.2X 3.387=4.0644 kN/（由可变荷载控制）可变荷载设计值1.4X 1.25=1.75kN/m2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=（4.0644+1.75） X 1.5 X 6=52.3296 kN组
5、合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P =4.0644 X1.5X 6=36.59 kN1P2=1.75X 1.5X6=15.75 kN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载P3=0.417X 1.2 X 1.5 X 6=4.5 kNP4=（1.4X 1.2+0.75X1.4） X1.5X6=24.57 kN3.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件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起 中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板， 则可避免内力变号而不
6、用组合三。ll I I J / 一Luu 豆杆件名称全跨左半跨右半跨PxmP1 xm+P2xmP1 xm+P2xmP3xm+P4xmP3xm+P4xm计算内力(KN)AB0 000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD-11.11-8.012.00-616.38-557.79-368.60-246.80-0.85-616.38DE-17.89-12.26-6.79-992.54-886.13-782.75-381.73-247.34-992.54EFG-18.47-12.84-6.79-1024.72-918.31-803.96-398.59-249.95-102
7、4.72GHIJ-20.14-12.19-9.44-1117.37-967.11-915.14-390.14-322.57-1117.37a-b5 934 37U82329 00299 51252 64134 0673 12329 00b-c14 9410 5253828 87745 33647 24325 7119819828 87c-d21 0813 489.161169 521025 88_944 23426 06319 921169 52d-e18.259.809.801012.51852.81852.81322.91322.911012.51Aa-0.50-0.500.00-27.7
8、4-27.74-18.29-14.54-2.25-27.74Ba-11.16-8.22-3.54-619.16-563.59-475.14-252.19-137.20-619.16Bb8.966.293.21497.10446.64388.43194.87119.19497.10Cb-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48Db-7.44-4.88-3.08-412.77-364.39-330.37-153.38-109.16-412.77Dc5 483123304 03261 13252 06103 5391 74304 03Ec-1
9、50-1 500.00-83 22-83 22-54 87-43 61-6 75-83 22E10.730.730.0040.50_40.5026.7021.223940.50c1-4.56-1.78-3.35-252.99-200.45_-230.12-64.25-102.83-252.99F1-100T000.00_-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48G1-3.76-0.98-3.35-208.60-156.06-200.86-41.00-99.23-208.60Gd-2.26-2.9301-125.38-138.05-73.03-82.16262.36
10、-138.05Hd0.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20 000 000.000.000.000.000.000.00-156 06I20 000 000.000.000.000.000.000.000.00J2d2 693 50-0 61_149 24164 5586 8798 10-2 88164.55 -2.88Je0 000 00_0 00_0 000 000 000 000 000 00注：表内负责表示压力；正值表示拉力图3屋架接点图四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-619.16KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚 度取14mm ；其
11、余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1117.37KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度B150.8cm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：lOy =3000cm因为2 lOx 2 lOy,故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4上弦截面设* =60，查轴心受力稳定系数表，=0.807i =2.80cm , i按所选角钢进行验算=7.86m。人lX = oxiX=些=52.9 0.56loy/b1 = 0.56 x 3000/160 = 10.5则：人=3.7结1+ 工)=Q(1 + 3
12、002x142)= 44.4 V 入=150yzt52.7b41.452.7 x164由于 七 、气，只需求出吃疽R，查轴心受力稳定系数表，中* =0.8384岂=lllZE03 =192N/mm2215 N/mm2 所选截面合适。 中 A 0.8384x 6940 x2 .下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lox =4500mm屋架平面外根据支撑布置取loy =13350mm计算需要净截面面积A* = N = 116952 x103 =5439.6 mm2 f 215选用2 L140x 90x 14 （短肢相并），见图5。
13、y图5下弦截面A=6940mm2,2.51cm, i =6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取An= A（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响）N = 1169.52 x 103 =191.7 N/mm2 215 N/mm2A 6100 n*x = L =空0=179.3入=250i2.51* y = Loy =旦至=192.6 * =350所选截面满足要求。i 6.93 y3.端斜杆Ba已知 N=-619.16kN，lox = loy =253.9cm因为I ox = lOy，故采用等肢角钢，使x = i y选用角钢2 L 100x 12,见图6图6端斜杆BaA
14、=4560mm 2,七=3.03cm, = 4.64cm截面刚度和稳定验算Xx =2539 = =83.8入=150i3.03xX y = Ly = 253.9 =54.7入=150iy4.64由于b /t = 10/1.2 = 83.30.58loy/b = 0.58x253.9/10 = 14.73Xyz0.475b 4l2 t2oy)54.7( 1 +0.475 x 104253.92 x1.22)57.5% =r = 0.6624N 619.16 x103 205N/mm2 215 N/mm2 所选截面满足要求。 中 A 0.6624 x 4560x填板放两块，1 a =84.6 cm
15、 103 =208.34 N/mm2 215 N/mm2A 2368Xx = = 209-76 =67.7入=350i3.10X y =上=类22 = 59.1入=350所选截面满足要求。i4.44y填板放两块，1 a =87.4cmV80i x=80X 3.10=248cm5.再分腹杆c1GN = n =-252.991kN, n = n =-208.6kN, L =4174 mm 1 d2G1计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lox =0.8Xl= 0.8X2087=1669.6mm屋架平面外根据支撑布置取loy = 1 (0.75+0.25N ) =4174 (0.75+0.259 )
16、 =4396mmN208.62图9 中竖杆Je图8 再分腹杆c1GA=2386mm2, i =3.10cm, i =4.44cm。*x= L = 166-96 =53.9入=350i3.10x* y = Ly = 43216 = 99 * =350i4.44y由于 b /t = 10/0.6 = 16.7 0.58妇/b = 0.58x439.6/10=25.5*yz0.475b 4l2 t2y)99( 140.475 x104439.62 x0.62)= 105.8乳L yz= 0.5182工 252.99 x103 204.6N/mm2 215 N/mm2所选截面满足要求 中 A 0.51
17、28x 2386yz填板放两块，la =109.9cmV40ix=40X3.10=124cm6.中竖杆Je已知 N=0, 10 0.9l =0.9 x335 = 301.5cm中间竖杆选用2 L75x6的角钢，并采用十字形截面，见图9A=17.6 cm 2, i = 2.45 cm,x0* -。-业 =103.6 40mm，取l =60mm(4)下弦杆与节点板连接焊 缝计算：焊缝受力为左右下弦 杆的内力差N=1828.87-329=499.87KN，设肢尖与肢背的 焊脚尺寸为6mm,所需焊缝 长度为：肢背：-X 499.87 X103L =心=260,取l = 300mm1X 499.87 X
18、103肢尖：i、= - 07 & 况。+12=136，取 1、= 150mm(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11所示图11节点板b尺寸2 .上弦节点B图12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，N=619.16kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为一-X 619.16 X103肢背：i = - 07 10 皿 +20=184.27，取l = 200mm-X 619.196 X103肢尖：i =
19、 07 & 况。+12=165.6，取I = 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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=55.3296kN，焊脚尺寸为5mm所需槽焊缝长度为：l =+10= 52-3296x103 +10=59.51mm ,取 l =65mmw 2x0.7x hf x/f2x0,7x5x160w上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N=619.38-0.0=619.38kN偏心距e
20、 =100-24.3 = 75.7mmN2产 lw设肢尖焊脚尺寸8mm，设需焊缝长度为480mm，则=118.6 N / mm 2616.3x103M6x619.38x103x68.8=116.1N/mm22x0.7x8x (480 -16)bf WF2x0.7x8x (480 -16 )(-f )2 + (T )2 = 1.22f118)2 +116.12 = 150.1N/mm2 160N/mm2V 1.22(4) 节点板尺寸：方法同前，如图13所示图13节点板B尺寸3 .屋脊节点J见图14图14屋脊节点J(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
21、与弦杆之间能够密合，并便于施焊，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。N=1117.37KN，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为lw = 4x07 :- 乂 f + 16 = 17；1 +16 = 327.8mm，取妇=375mmw 4x.7 X f X ff2x0.7x8x160拼接角钢长度取2x375+50 = 800mm(2)弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷 载上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。N=1117.37 x 15% =1167.6kN，设焊脚尺寸
22、为8mm，弦杆一侧焊缝长度为250 mm，N2产 lw167.6 x 1032 x 0.7 x 8 x (250 -16)=64 N / mm 2。=M = 6x 1676x 103 x 688 =124.1N/mm2 f WF 2 x 0.7 x 8 x (250 -16 )2.b . 一 一 124.1 一1(T )2 + (T )2 =- )2 + 642 = 120.2N/mm2 40mm，取l =60mm(4)斜杆J2与节点板连接焊缝的计算N=164.55KN，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：lw-x 164.55 x1032 07 6 160 +1
23、2 = 81.6mm，取T。mm,1 x 164.55 x 103,，一，以肢尖：l = 2 07 5 160 +10 = 50mm，取焊缝长度 l =60mm(4)节点板尺寸：方法同前，如图15所示匚图15节点板J尺寸4 .下弦跨中节点e见图16CDO 1DL 己 31 打L -:-.m-、图16下弦跨中节点e（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，传递内力N=1012.51kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为l =N + 16 = 10125顷03 +16 = 298.5mm，取 l =300mmw 4 x 0.7 x h x fw2 x 0.7 x 8 x
24、160w拼接角钢长度不小于2x 300+12=612mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算:按下弦杆内力的15%计算。n =1012.51x15% = 151.9S设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为2 x151.9 x103肢背：lw = ； 07 6 160 +12 = 87.4mm，取 =90mm1 x151.9 x103肢尖 =；07 6 160 +12 = 49.6mm :，按构造要求，取焊缝长度l 48mm，取 l、=60mm（4）节点板尺寸：方法同前，如图17所示图17节点板e尺寸5 .端部支座节点aMe加劲肋o o CJCO nj图18支座节点a（1）为便于施焊，下弦
25、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160mm。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，厚度同端部节点板为14mm。支座底板计算：支座反力R = 152.3296 x 18.9 + 0.5 x 2 x 52.3296/ 2 = 552.01kN取加劲肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mmx 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为Ac = 280 x （2 x 80 +12） = 59920mm 2验算柱顶混凝土的抗压强度：R 552.01x 103c = = 59920 = 9.2N
26、/mm2 l2 x 0.7 x 6 x (210 16)6 x 4.93 x 106气 2 x 0.7 x 6 x (200 16)2=93.57N / mm 21.22 x 2 x 0.7 x 6 X1982138x 103V(活)2 +仃 fS(6 X 6555 X106加劲肋高度不小于210mm即可 （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=552.01kN节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度: lw = 2 x (300 16 ) + 4 x (100 16 20 ) = 824mm设焊缝尺寸8mm，验算焊缝应力552.01 x 103= 552.01X
27、103= 98.055N/mm2，满足要求1.22 x h l1.22 x 0.7 x 8 x 824（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：N=26.33KN，焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸h = 5mm，焊缝长度l 40mm。 斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，同上肢背：l =170mm，肢尖：l = 140mm 下弦杆与节点板连接焊缝计算：N=244.3KN，设焊缝尺寸8mm，需要焊缝长度为-x 244.3 x 103肢背：l = ； 07 6 160 +12 = 133.18mm，取l =140mm1 x 101.81 x 103肢尖：l = +12 = 37.25mm，l =80mm-2 x 0.7 x 6 x 160-六、施工图（见图纸，略）)2 = 128.3N/mm2 160N/mm22 x 0.7 x 6 x198
