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XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 梯形钢屋架 计计 算算 书书 学生姓名 XXX 班级 名称 专业名称土木工程 指导教师XXX XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 目录 1 设计资料.1 1.1 基本资料.1 1.2 荷载标准值.1 2 结构形式与布置.1 2.1 屋架形式1 2.2 屋架尺寸的确定1 2.3 钢材和焊条的选用3 2.4 屋盖支撑布置3 3 荷载计算3 3.1 恒活荷载计算3 3.2 荷载组合.4 4 内力计算.4 5 杆件截面设计5 5.1 上弦杆截面计算5 5.2 下弦杆截面计算6 5.3 斜杆截面计算7 5.3.1 斜杆 aB7 5.3.2 斜杆 Bc 7 5.3.3 斜杆 cD8 5.3.4 斜杆 De.8 5.3.5 斜杆 eF .8 5.3.6 斜杆 Fg.9 5.4 竖杆截面计算9 5.4.1 竖杆 Aa.10 5.4.2 竖杆 Cc.10 5.4.3 竖杆 Ee .10 5.4.4 竖杆 Gg11 6 节点设计.12 6.1 下弦 c 节点12 6.2 上弦 B 节点.14 6.3 屋脊 G 节点.15 6.4 支座 a 节点16 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 1 1 设计资料 1.1 基本资料 某厂房总长度 90m,跨度L18m,屋盖体系为无檩体系,纵向柱距 6m。 结构形式:钢筋混凝土柱,梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为 C25,屋 面坡度i=L/10;L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C,无侵蚀性介质,不考 虑地震设防,屋架下弦标高为 18m; 屋盖结构为无檩体系:采用 1.56.0m 预应力混凝土屋板(考虑屋面板 起系杆作用)屋面活荷载:施工活荷载标准值为 0.8kN/m2,雪荷载的基本雪压 标准值为S0=0.5kN/m2,施工活荷载与雪荷载不同时考虑,而是取两者的较大值; 积灰荷载 0.8 kN/m2 1.2 荷载标准值 屋面各构造层的荷载标准值: 三毡四油(上铺绿豆砂)防水层 0.4kN/m2 水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 保温层 0.5 kN/m2(按选题) 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 2 结构形式与布置 2.1 屋架形式 屋面材料为预应力混凝土大型屋面板,采用无檩屋盖体系,梯形钢屋架, 屋面坡度i=L/10 ,L为屋架跨度。 2.2 屋架尺寸的确定 屋架计算跨度屋架端部高度取: 。mmll1770030018000300 0 HO=2000mm XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 2 屋架高跨比:。屋架跨中起拱。16 . 0 17700 2885 0 l H ,36500/mmlf 为了使屋架节点受荷,配合屋面板 1.5m 宽,腹杆体系大部分采用下弦节间 水平尺寸为 3.0m 的人字形式,上弦节间水平尺寸为 1.5m,屋架几何尺寸及内 力值如图所示。 1 9 9 0 1350 2 2 9 0 2 5 9 0 2 8 9 0 261 3 286 4 312 4 253 0 286 4 312 4 1507.5 1507.5 1507.5 1507.51507.51507.5 150 A a ceg B C DF G 图图 1 18m 跨屋架几何尺寸跨屋架几何尺寸 A a + 3. 470 0.000-6.221 -8. 993 -9.102 -9. 102 -6 .5 02 -3.3 82 -0 .6 90 -0 .4 62 +4.7 39 +1 .8 84 -0 .4 62 -1 .0 -1 .0 + 0 .8 1 2 -0 .5 + 7. 962+ 9.279 + 9. 279 ce g B C D E F G0. 5 1. 0 1. 0 1. 01. 0 1.0 1. 0 图图 2 18m 跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 A aceg eca + 2. 537 0.000 -4.371 -5. 636 -4. 551-3. 357-1. 8500.00 -4 .7 54 -1 .8 62 + 0.6 15 + 1.1 70 + 1.3 44 + 1.5 81 + 3.1 58 + 0.5 40 -1 .6 32 -1 .30 5 -1 .52 0 -1 .74 8 - 1 .0 - 1 .0 + 0 .4 0 6 0 .0 0 0 .0 0 - 0 .5 + 5.325+ 5.312 + 3. 967+ 2. 637 + 0. 933 B C D E F G F E D C B A 0.5 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 图图 3 18m 跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 3 2.3钢材和焊条的选用 根据计算温度、荷载性质和连接方法,屋架刚材采用 Q235 沸腾钢,要求 保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率 和冷弯实验四项机械性能及硫(S) 、 磷(P) 、碳(C)三项化学成分的合格含量。焊条采用 E43 型,手工焊。 2.4 屋盖支撑布置 根据厂房长度、跨度及荷载情况,设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱 网采用封闭结合,厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间,该水平支撑的规格 与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系 杆,以保证安装时上弦杆的稳定,在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性 系杆,以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间,于屋架跨中和两端各 设一道垂直支撑。 3 荷载计算 3.1 恒活荷载计算 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现,计算时,取较大的荷载标准值进行计 算。故取屋面活荷载0.8kN/进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重 2 m (包括支撑)按经验公式计算,跨度 L 单位为 m,荷 2 L)kN/m 0.011(0.12g 载计算结果见表 1。 表 1 荷载计算表荷载计算表 荷载名称标准值(kN/) 2 m设计值(kN/) 2 m 预应力混凝土大型屋面 板 1.45 1.451.21.74 三毡四油上铺绿豆砂防 水层 0.4 0.41.20.48 水泥砂浆找平层 0.4 0.41.20.48 保温层 0.5 0.51.20.6 找平层 0.3 0.31.20.36 屋架和支撑自重 0.12+0.01118=0.31 8 0.3181.20.382 三毡二油隔气层 0.05 0.051.20.06 永久荷载总和永久荷载总和 3.4183.4184.1024.102 屋面活荷载 0.8 0.81.41.12 积灰荷载 0.8 0.81.41.12 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 4 可变荷载总和可变荷载总和 1.61.62.242.24 3.2 荷载组合 设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况: 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:kNF078.5765 . 1)24 . 2 102 . 4 ( 全跨永久荷载 + 半跨可变荷载 全跨节点永久荷载:kNF918.3665 . 1102 . 4 1 半跨节点可变荷载:kNF16.2065 . 124 . 2 2 全跨屋架(包括支撑)自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载: 全跨节点屋架自重:kNF438 . 3 65 . 1382 . 0 3 半跨节点屋面板自重及活荷载:kNF74.2565 . 1)12 . 1 74. 1 ( 4 、为使用节点荷载情况,为施工阶段荷载情况。 4 内力计算 由图解法或数解法解得 F1 的屋架各杆件的内力系数(F1 作用于全跨、 左半跨和右半跨) 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合,计算结果见表 2。 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 5 表 2 屋架杆件内力组合表屋架杆件内力组合表 内力系数(F=1)内力组合值 第二种组合第三种组合 杆件名称全跨 左半 跨 右半 跨 第一种 组合 F F1 + F2 F1 + F2 F3 + F4 F3 + F4 计算杆 内力 (kN) AB 000000000 BC -6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08 CD -6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08 DE -8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3 EF -8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3 上 弦 FG -9.102-4.551-4.551-519.52-427.78-427.78-148.4-148.4-519.52 ac3.472.5370.933198.06179.25146.9177.2335.95198.06 ce7.9625.3252.637454.46401.29347.1164.4495.25454.46 下 弦 eg9.2795.3123.967529.63449.65422.54168.63134.01529.63 斜 aB-6.502-4.754-1.748-371.12-335.88-275.28-144.7-67.35-371.12 腹 杆 Bc4.7393.1581.581270.49238.62206.8397.5856.99270.49 cD-3.382-1.862-1.52-193.04-162.39-155.5-59.56-50.75-193.04 De 1.8840.541.344107.5380.4496.6520.3841.07107.53 eF-0.690.615-1.305-39.38-13.08-51.7813.46-35.96-39.38 Fg -0.462-1.6321.17-26.37-49.966.53-43.628.53-26.37 Aa -0.5-0.50-28.54-28.54-18.46-14.59-1.72-28.54 Cc -1-10-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08 Ee -1-10-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08 竖 杆 Gg 0.8120.4060.40646.3538.1638.1613.2413.2446.35 5 杆件截面设计 5.1 上弦杆截面计算 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 6 整个上弦采用等截面,按 FG 杆件的最大设计内力设计,即 N=519.52KN 上弦杆计算长度:在屋架平面内:, 0x0 ll1.508m 0y l2 1.5083.016m 上弦截面选用两个不等肢角钢,短肢相并。腹杆最大内力 N=371.12 KN,中 间节点板厚度选用 10mm,支座节点板厚度选用 12mm 设 60,0.807,截面积为 2 3 2994 215807 . 0 1052.519 mm f N A 需要回转半径: 0x x 0y y l1.508 im25.1mm 60 l 3.016 im50.3mm 60 根据需要的A 、 ix 、iy ,查角钢型钢表,选用 2,A = 50.6 10100160 c , ix = 2.85 cm , iy = 7.78cm。 按所选角钢进行验算:,5385 . 2 8 . 150 0 xxx il 3978 . 7 6 . 301 0 yyy il 满足长细比:的要求。150 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 842 . 0 x 22 3 /215/121 5060842 . 0 1052.519 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.2 下弦杆截面计算 整个杆件采用同一截面,按最大内力计算,N=529.63kN (拉力) 计算长度:屋架平面内取节间轴线长度cml x 300 0 屋架平面外根据支撑布置取cml y 600 0 计算需要净截面面积 2 3 4 . 2463 215 1063.529 mm f N An 选用 216010010(短肢相并) ,A =50.60 c , ix = 2.85 cm , iy =7.78cm 按所选角钢进行截面验算,取。AAn XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 7 350105 85 . 2 300 0 x x i l 35077 78 . 7 600 0 y y i l 22 3 /215/105 5060 1063529. mmNfmmN A N 所选截面满足要求。 5.3 斜杆截面计算 5.3.1 斜杆 aB N = -371.12kN (压力),l0x = l0y = l =251.6 cm因为l0x = l0y,故采 用不等肢角钢,长肢相并,使ix = iy 选用 21409010, A = 44.6 c , ix = 2.56 cm , iy = 6.84cm 属于b类截面15098 56 . 2 6 . 251 0 x x x i l 属于b类截面15037 84 . 6 6 . 251 0 y y y i l 满足长细比:的要求。150 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 568 . 0 x 22 3 /215/ 5 . 146 4460568 . 0 1012.371 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.3.2 斜杆 Bc N = 270.49kN(拉力) ,l0x = 0.8l = 208.1cm, l0y = l =260.1 cm 计算需要净截面面积 2 3 1258 215 1049.270 mm f N An 选用 2638, A = 19.02 c , ix = 1.90 cm , iy = 3.10 cm XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 8 xx y y 12 图 4 斜杆Bc截面 验算: 350110 90 . 1 1 . 208 0 x x x i l 35084 10 . 3 1 . 260 0 y y y i l 22 3 /215/142 1902 1049.270 mmNfmmN A N 所选截面满足要求。 5.3.3 斜杆 cD N =-193.04kN (压力),l0x =2247mm l0y = l =2809mm 选用 2807, ,A =21.72mm2 , ix =2.46cm , iy = 3.75cm 属于b类截面15091 46 . 2 7 . 224 0 x x x i l 属于b类截面15075 75 . 3 9 . 280 0 y y y i l 满足长细比:的要求。150 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 614 . 0 x 22 3 /215/145 2172614 . 0 1004.193 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.3.4 斜杆 De N =107.53kN(拉力) ,l0x = 0.8l = 224.7cm, l0y = l =280.9 cm 计算需要净截面面积 2 3 500 215 1053107. mm f N An 选用 2565,A =10.82 c , ix =1.72 cm , iy =2.77 cm XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 9 验算: 350131 72 . 1 7 . 224 0 x x x i l 350101 77 . 2 9 . 280 0 y y y i l 22 3 /215/99 1082 1053.107 mmNfmmN A N 所选截面满足要求。 5.3.5 斜杆 eF N =-39.38kN (压力),l0x =259.5cm l0y = l =324.3cm 选用 2636,见图 5 所示,A =14.58c , ix = 1.93cm , iy = 3.06cm xx y y 12 图 5 斜杆eF截面 验算 150135 93 . 1 5 . 259 0 x x x i l 150106 06 . 3 3 . 324 0 y y y i l 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 365 . 0 x 22 3 /215/74 1458365 . 0 1038.39 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.3.6 斜杆 Fg N =-26.37kN (压力),l0x =241.8cm l0y = l =302.3cm 选用 2807,A =21.72c , ix = 2.46cm , iy = 3.75cm 属于b类截面15098 46 . 2 8 . 241 0 x x x i l XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 10 属于b类截面15081 75 . 3 3 . 302 0 y y y i l 满足长细比:的要求。150 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 568 . 0 x 22 3 /215/21 2172568 . 0 1037.26 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.4 竖杆截面计算 5.4.1 竖杆 Aa N =-28.54kN (压力),,l0x = l0y =l=201.25cm 选用 26310, ,A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面150106 88 . 1 25.201 0 x x x i l 属于b类截面15066 07 . 3 25.201 0 y y y i l 满足长细比:的要求。150 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 517 . 0 x 22 3 /215/67.23 2332517 . 0 1054.28 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.4.2 竖杆 Cc N =-57.08kN (压力),,l0x =1800mm l0y =2250mm 选用 26310, A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面15096 88 . 1 180 0 x x x i l 属于b类截面15073 07 . 3 225 0 y y y i l 满足长细比:的要求。150 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 11 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 581 . 0 x 22 3 /215/42 2332581 . 0 1008.57 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.4.3 竖杆 Ee N =-57.08kN (压力), l0x =2000mm l0y =2500mm 选用 26310, A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面150106 88 . 1 200 0 x x x i l 属于b类截面15081 07 . 3 250 0 y y y i l 满足长细比:的要求。150 由于只需求出,查轴心受压构件的稳定系数表, yx x min 517 . 0 x 22 3 /215/47 2332517 . 0 1008.57 mmNfmmN A N x 所选截面合适。 5.4.4 竖杆 Gg N =46.35kN (拉力), l0x =2400mm l0y =3000mm 2 3 219 215 1003.47 mm f N An 选用 26310, A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 350128 88 . 1 240 0 x x x i l 35098 07 . 3 300 0 y y y i l 满足长细比:的要求。350 22 3 /215/87.19 2332 1035.46 mmNfmmN A N 所选截面合适。 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 12 表 3 屋架杆件截面选择表 计算长度回转半径长细比系数 min (N/m) 杆件 杆内力 kN loxloy 截面形式及 角钢规格 截面积 (m) ix(mm) iy(mm) max 容许长 细比 上弦 -519.5215053010 短肢相并 2L1601001 0 506028.577.8531500.842121 下弦 529.6330006000 短肢相并 2L1601001 0 506028.577.8105350105 aB-371.1225162516 长肢相并 2L1409010 446025.668.4981500.568146.5 Bc270.4920812601 2L638 190219.031.0110350142 cD-193.0422472809 2L807 217224.637.5911500.614145 De107.5322472809 2L565 108217.227.713135099 eF-39.3825953243 2L636 145819.330.61351500.36574 斜腹杆 Fg-26.3724183023 2L807 217224.637.5981500.56821 Aa-28.542012.52012.5 十字形 2L6310 233218.830.71061500.51724 Cc-57.0818002250 十字形 2L6310 233218.830.7961500.58142 Ee-57.0820002500 十字形 2L6310 233218.830.71061500.51747 竖杆 Gg46.3524003000 十字形 2L6310 233218.830.712835020 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 13 6 节点设计 6.1 下弦 c 节点 先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸,即 hf和 lw 。然后根 据 lw的大小比例绘出节点板的形状和大小,最后验算下弦杆与节点板的连接焊 缝。 选用 E43 焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/m,实际所f w t 需的焊脚尺寸可由构造确定。 (1)Bc 杆的内力 N=270.49KN,采用三面围焊,肢背和肢尖焊缝 hf=6mm,所需 要的焊缝长度为:mmlw63 3 NflhN w ffwf 84.10329916022 . 1 26367 . 07 . 0 33 肢背,取mm fh NN l w ff w 14512 16067 . 02 92.516491049.2707 . 0 7 . 02 2/7 . 0 3 3 1 150mm 肢尖,取mm fh NN l w ff w 6812 16067 . 02 92.516491049.2703 . 0 7 . 02 2/3 . 0 3 3 80mm (2)cD 杆的内力 N=193.04KN,采用三面围焊,肢背与肢尖的焊缝 hf=6mm,所 需要的焊缝长度为:mmlw80 3 NflhN w ffwf 4 .. 1 28067 . 07 . 0 33 肢背,取mm fh NN l w ff w 8412 16067 . 02 2 . 655871004.1937 . 0 7 . 02 2/7 . 0 3 3 100mm 肢尖,取 60mmmm fh NN l w ff w 1512 16067 . 02 2 . 655871004.1933 . 0 7 . 02 2/3 . 0 3 3 (1) 竖杆 cC 杆的内力 N=-57.08KN,采用三面围焊,焊缝尺寸可按构造确定 取 hf=8mm。所需要的焊缝长度为:mmlw63 3 NflhN w ffwf 12. 1 26387 . 07 . 0 33 因为,所以按两面侧焊缝计算。 3 3 2 342481008.573 . 022NNNk XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 14 肢背,取 40mmmm fh N l w ff w 3 . 3816 16087 . 02 1008.577 . 0 7 . 02 7 . 0 3 肢尖,取 40mmmmlw6216 16087 . 02 1008.573 . 0 3 (4)下弦杆焊缝验算 下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。 N454.46198.06256.4kN 肢背焊缝验算,hf8mm, f11N/mm2160N/mm2焊缝强度满足要求。 1601087 . 02 10 4 . 25675 . 0 3 根据节点放样,得节点板尺寸为 310360,节点图如下图所示。 图 6 下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件hf(mm) 肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm) Bc6 147mm 取 150mm 6 70mm 取 80 mm cD6 90mm 取 100mm 6 18mm 取 60 mm De5 114mm 取 120mm 5 55mm 取 70mm eF6 74mm 取 80mm 6 38mm 取 60mm Fg5 53mm 取 60mm 5 28mm 取 60mm 6.2 上弦 B 节点 aB 杆 N-371.12kN,采用三面围焊,设肢背和肢尖 hf = 8mm, NflhN w ffwf 62.30607316022 . 1 214087 . 07 . 0 33 XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 15 因为,所以按两面侧焊缝计算。 3 3 2 2597841012371.35 . 0 22NNNk lw116142,取 lw1150mm 16087 . 02 1012.37165 . 0 3 lw21676,取 lw280m 16087 . 02 1012.37135 . 0 3 上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件hf(mm)肢背 (mm)hf(mm)肢尖 (mm) aB8 144mm 取 150mm 8 78mm 取 80mm Bc6 174mm 取 180mm 6 82mm 取 90 mm cD6 139mm 取 150mm 6 66mm 取 70 mm De5 114mm 取 120mm 5 55mm 取 70mm eF6 74mm 取 80mm 6 38mm 取 60mm Fg5 53mm 取 60mm 5 28mm 取 60mm 考虑搁置檩条,节点板缩进上弦肢背 7mm,用槽焊缝连接,槽焊缝按两条角焊 缝计算,P47.92kN。mmthf52/102/ 节点板尺寸为 285 417 设肢尖焊缝=5mm,假定集中荷载 P 与上弦垂直,忽略 f h 屋架上弦坡度影响。 肢背焊缝验算: 22 2222 1 /1281608 . 08 . 0/115 40757 . 02 )22 . 1 2/92.47() 5 . 39375 . 0 ( 7 . 02 )22 . 1 2/()( mmNfmmN lh PNK w f wf f 肢尖焊缝验算: 22 2222 2 /1281608 . 08 . 0/40 40757 . 02 )22 . 1 2/92.47() 5 . 39325 . 0 ( 7 . 02 )22 . 1 2/()( mmNfmmN lh PNK w f wf f 6.3 屋脊 G 节点 (1)弦杆一般都采用同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密 合,且便于施焊,需要将拼接角钢的尖角削除,并截去垂直肢的一部分宽度 (一般为 t+hf+5mm) 。拼接角钢的部分削弱,可以借助节点板来补偿。接头一边 的焊缝长度按弦杆内力计算。 设 gG 杆与节点板的焊缝尺寸为:肢背 hf=8mm,lw1=(0.6546.35103) /(20.78160)+16=32mm,取 lw1=40mm, XX 大学课程设计(计算书)大学课程设计(计算书) 16 肢尖 hf=8mm,lw2=(0.3546.35103)/(20.78160)+16=24mm。取 lw2=40mm。 设焊缝高度 hf=8mm,则所需要焊缝计算长度为:lw=(519.52103) /(40.78160)+16=194mm。取 lw =210mm。拼接角钢长度 600mm2210=420

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