21米跨度钢结构课程设计优质资料

1、1设计资料屋面采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板,15mm厚1: 2.5水泥砂浆保护 层,SBC120聚乙烯丙纶双面复合防水卷材防水层,水泥与5%107胶粘结层,20mm厚1： 3水泥砂浆基层,塑料袋装珍珠岩 80厚,上压一层芦苇的保温层, SBC120聚乙烯丙纶单面复合防水卷材隔气层,20mm厚1： 3水泥砂浆找平层, 屋面雪荷载为0.45KN/m22荷载计算2.1永久荷载预应力钢筋混凝土大型屋面板：1.2 1.4 =1.68kN/m2保护层：1.2 0.3 =0.36kN/m2防水层：1.2 0.006 =0.007kN/m2基层：1.2 0.40 =0.480kN/m2保温层：1.

2、2 0.36 =0.422kN/m隔气层：1.2 0.0025 = 0.003kN/m2找平层：1.2 0.40 =0.480kN/m2屋架自重和支撑自重按经验公式跨度l=21m巳=1.2 +1.11 =1.2+1.1x21 拓 35.1kg/m21.2汉 0.351 = 0.4212kN / m2总计：g=3.85 kN /m22.2可变荷载屋面雪荷载：q=1.4 0.45 = 0.63kN / m22.3荷载组合永久荷载可变荷载为主要荷载组合,屋架上弦节点荷载为：F =(g q) 1.5 6 =(3.85 0.63) 1.5 6 = 40.32kN3内力计算桁架杆件的内力,在单位力作用下用

3、图解法图2-1 求得表3-1杆件轴线单位荷载内力F何载内力kN上B-135700C-1508-7.475-301.392弦D-1508-7.475-301.392杆E-1508-11.249-453.560F-1508-11.249-453.560G-1508-12.147-489.767H-1508-12.147-489.767下-Q2850+4.106+165.544弦-Q3000+9.739+392.676杆-Q3000+11.936+481.260-Q3000+11.730+472.954-2528-7.688-309.980斜-2611+5.798+233.775杆-2865-4.3

4、96-177.247-2865+2.776+111.928-3129-1.557-62.778-3129+0.312+12.580-®3399+0.808+32.579竖杆A-2000-0.500-20.160-2289-1.000-40.320-2593-1.000-40.320-2898+0.812+40.320O-3050004截面选择4.1上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面,以最大轴力 G-或H-杆来选择：Nmax =-489.767kN 在屋架平面内的计算长度 © =150.8cm,屋架平面外的计算长度l°y=301.5cmc选用两个不等肢角钢2L100

5、80 10,长肢水平.截面几何特性长肢水平双角钢组成T形截面,节点板根据腹杆最大内力选用板厚 10mm:2A = 34.334cm i2.35cm,i4.78cmox150.82.35= 64.17 : 150 =0.785150.84.78-63.10 : 150 -0.790截面验算:4897670.7854 3433.42= 181.72N /mm2=215N / mm2215大型屋面板与上弦焊牢,起纵横向水平支撑作用,上弦杆其他节间的长细比和稳 定验算均未超过上述值.4.2下弦杆截面选择所需截面面积为:下弦杆也采用相同截面,以最大轴力-Q杆来选择：Nmax二V81.260kN在屋架平面

6、内的计算长度：lox二300cm,屋架平面外的计算长度：lo300cm.AnN481260=2238.4mm选择两个不等肢角钢2 100 63 8,长肢水平截面几何特点： A = 25.168cm2 . 22.384cm2-5 iy"97 “需=l69"35O "49b60.35.另两个节点的下弦杆内力较小,但l°y = 600cm,故须验算其屋架平面外的长细比: y120.8： 350y 4.974.3支座竖杆截面选择杆轴力：N=-20.160kN200194鴛 g：15.,"O.756截面验算：2021030.67 N / mm2 ： f

7、=215N/mm2minA 0.535 1228.6= 103.1 ： 150,x =0.535 y计算长度：lox =loy = 200cm,米用两个等肢角钢2 63 5,组成T型截面截面几何特性：12.286cm2 ix = 1.94cm i y = 2.96cm4.4支座斜杆截面选择杆轴力：N - -309.980kN计算长度：lox "oy = 252.8cm采用两个不等肢角钢2 100 80 8,长肢相拼.截面几何特性： A = 27.888cm2 ix = 3.14cm i3.48cm252 8T2T8°.5 w°.685 “签® 150 y

8、"735截面验算：N248702162S215N/mm2minA 0.685 2788.84.5斜杆截面选择杆轴力：N = 233.775kN计算长度:l°x =0.81 =0.8261.1 = 208.88cmloy=261.1cmN 2337752所需截面：A1087.3cmf 215选用两个等肢角钢2 63 5,组成T形截面截面特性：An = 12.286cm210.873cm2 ix = 1.94cm i y = 2.96cm208.881.94= 107.7 : 350 y261.12.96=88.2 ： 3504.6竖杆截面选择杆轴力：N = -40.320kN

9、计算长度：l°x =o.8l =0.8 228.9 =183.12cm |°y = 228.9cm采用两个等肢角钢2 50 5,组成T形截面.截面几何特性： A =9.606cm2 i1.53cm iy 二 2.45cm183 12“话卄7"50 x 0.438-y228.992.45二 93.4cm ： 150 : y=0.580截面验算：N4032095d215N/mm2min A 0.438 960.64.7斜杆截面选择 杆轴力：N 二-117.247kN计算长度：lox =0.81 =0.8 286. 229.2cmloy=286.5cm采用两个等肢角钢2

10、 75 5,组成T形型截面截面几何特性： A=14.824cm2i 2.33cm iy=3.43cm229 2*98八150o.565286 5»"50 I"664截面验算:N177247211.6N/mm2"=215N/mm2minA 0.565 1482.4xy229.2149.8 ： 350 1.534.9竖杆截面选择杆轴力：N = -40.320kN286.4y2.45= 116.9 ： 350计算长度：lox =0.81 =0.8259.3 =207.44cmloy = 259.3cm采用两个等肢角钢2 50 5,组成T形截面截面几何特性： A

11、=9.606cm23.352cm2ix 二 1.53cm i y = 2.45cm肾135"150x®63259占叽15."斶84.8斜杆截面选择杆轴力：N 177.247kN计算长度：lox =0.81 =0.8 286. 229.2cm loy=286.5cm所需截面：A. £ J77247 =520.6mm2 f215采用两个等肢角钢2 50 5,组成T形型截面ix = 1.53cm iy 二 2.45cm截面几何特性： A=9.606cm25.206cm2截面验算:N40320115.6N/mm2 ： f =215N/mm2minA 0.363

12、960.64.10斜杆截面选择杆轴力：N 62.778kN计算长度：l°x =0.81 =0.8 312.9 =250.32cm I® = 312.9cm采用两个等肢角钢2 63 5,组成T形截面截面几何特性：12.286cm2 i 1.94cm i 2.96cm3129105.8 ： 150 J =0.518x = 25°32 =129.0150：x =0.392y627782:f =215N /mm1.942.96杆轴力：N = 12.580kN计算长度:lox =0.8l =0.8 312.9 =250.32cm loy = 312.9cm截面验算：一627

13、78130.3N/mm2cPminA 0.392 "228.64.11斜杆截面选择所需截面面积为：A = 12580 = 58.5mm2f 215选择两个等肢角钢2 50 5,组成T形截面.截面几何特点：A二9.606cm - 0.585cm50.32300ix = 1.53cm i y = 2.45cm x163.6 ： 350、y127.7 ： 350yx 1.53y 2.454.12竖杆截面选择杆轴力：N = -40.320kN计算长度：lox =0.81 =0.8 289.8 =231.84cm I® = 289.8cm采用两个等肢角钢2 56 5,组成T形截面截面

14、几何特性：A=10.830cm2ix = 1.72cm i 2.69cm231.841.72= 138.4：150 x= 0.366289.82.69= 107.7 ： 150：y = 0.507截面验算：40320110.8N/mm2 ： f = 215N/mm2minA 0.366 1083.04.11斜杆截面选择杆轴力：N h 32.579kN计算长度:lox =0.8l =0.8 339.9 =271.92cm l°y = 339.9cm所需截面面积为：a N = 32579 = 151.5mm2f 215选择两个等肢角钢2 56 5,组成T形截面.截面几何特点：A=10.8

15、30cm2 1.515cm232579339 9ix -1.72cm iy = 2.69cm、158.1 ： 350 y126.4 ： 3501.722.695节点设计各节点的节点板厚一律取10mm,各杆内力如图5-1 所示.u.初g T -叱L5.1下弦节点j设计如下图首先,计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸, 然后按比例绘出节点板形状和尺寸, 后验算下弦与节点板的连接焊缝.焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值:w2f f = 160N / mm设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf =6mm,那么所需焊缝长度为:/0.7N0.7 233775肢冃：lv-121.8mm 取 135mm2hef；2 汉 0.

16、7 汉6汉 160/0.7N0.7 233775肢尖：lw-52.2mm 取 80mm2hefr 27.7X6X160设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf =6mm,那么所需焊缝长度为/0.7N0.7 177247肢冃：I-92.3mm 取 110mm2hef2 x0.7 x6"60/0.7N0.7 177247肢尖：I 39.6mm 取 80mm2hef2 汉 0.7 汉 6"60设杆的肢背和肢尖焊缝均为hf =5mm ,贝q所需焊缝长度为肢背：/0.7N0.7 40320lvw25.2mm 取 180mm2hef2 0.7 5 160肢尖：,/0.7N0.7 40320lww

17、10.8mm 取 180mm2hef；2 0.7 5 160根据上述腹杆焊缝长度,并考虑杆件之间应留有间隙,按比例绘出节点大祥图, 从而确定节点板尺寸为345 280 10mm.下弦与节点板连接的焊缝长度为 345mm hf =6mm,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差 N =392.676 -165.544 = 227.112kN所受较大的肢背处焊缝应力为:0.75 N2helw0.7 2271122 0.7 6 (345 -10)2二 56.49N / mm5.2下弦节点k的设计如图设节点所有焊缝为hf =5mm,所需焊缝长度如下:杆- N = 111.928kN肢背:l/w0.7N2hf0

18、.7 1119282 0.7 5 160=70.0mm取 100mm肢尖:1w0.3N2heff0.3 1119282 0.7 5 160=30.0mm取 80mm杆- N =V0.320kN肢背:l/w0.7N2hf0.7 403202 0.7 5 160=25.2mm取 80mm肢尖:1w0.3N2heffw0.3 403202 0.7 5 160=10.8mm取 80mm杆- N =-62.788kN/0.7 N 0.7 62788肢冃：lvw39.2mm取 80mm2hef2x0.7x5X600.3N0.3 62788肢尖：lw-16.8mm 取 80mm2hef2x0.7x5x160

19、根据上述腹杆焊缝长度,并考虑杆件之间应留有间隙,按比例绘出节点大祥图节点R详图5-2,从而确定节点板尺寸为 285 250 10mm.下弦与节点板连接的焊缝长度为 285mm hf =5mm ,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差.N =481.260-392676 =88.584kN所受较大的肢背处焊缝应力为：0.75 N2helw0.7x885842 0.7 5 (285 -10)2= 32.2N /mm2f fw = 160N / mm2焊缝强度满足要求.5.3下弦节点I的设计如下图设节点所有焊缝为hf =5mm,所需焊缝长度如下:杆- N = 12.580kN肢背:0.7N2heffw0.

20、7 125802 0.7 5 160=7.9mm肢尖:lw皿二 °.3 1258074mm2hef2 0.7 5 160杆- N =40.320kN肢背:l/w0.7N2heffw0.7 403202 0.7 5 160=25.2mm0.3N0.3 403202heffw2 0.7 5 160=32.579kN0.7N0.7 325792heffw2 0.7 5 1600.3N0.3 325792hef；2 0.7 5 160=10.8mm杆-N肢背：I w =20.4mm=8.7mm肢尖：i w肢尖：I w所有焊缝均按构造节点板尺寸确定,焊缝长度均需大于60mm下弦与节点板连接的焊

21、缝长度为 270mm hf =5mm ,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差-N =481.260 - 472945 = 9.315kN所受较大的肢背处焊缝应力为:0.75 ：N0.7 93152helw2 0.7 5 (270 -10) _3.58N /mm ：' ff 一160N/mm焊缝强度满足要求.5.4下弦节点m的设计如下图下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,并便 于施焊,需将拼接 角钢的尖角削除,且截去垂直 肢的一局部宽度一般hf =t+hf +5mm=20mr拼接角钢这局部削弱,可以靠节点板来补偿.接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算设焊缝hf =

22、6mm,那么所需一条焊缝计算长度为472954lw :176.0mm4 0.7 6 160拼接角钢的长度取400mm>176.0< 2=352.0mm屋架分成两个运输单元,设置工地焊缝长度拼接,左半边的弦杆和腹杆与节点板 连接用工厂焊缝,而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝.中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂,为便于工地拼接,在拼接的角钢与右半边斜杆上,设 置螺栓孔叮21.5.作为安装施焊前的定位之用.下弦杆与节点板之间用hf =6mm焊缝满焊.采用节点板210X 180X 90X 10mm所有焊缝均满焊.5.5支座节点h设计宇点详图为了便于施焊,下弦焊与支座底板的距离取 11

23、5mm在节点中央设置加劲肋,加劲肋高度与节点板高度相等.5.5.1支座底板计算支座反力：R=6F=7 40.320 = 282.24kN支座底板的平面尺寸取360 280 = 100800mm2 ,如仅考虑有加劲肋局部的底板承受支座反力,那么实承面积为：280 360 = 100800mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：二282240 =2.8N/mm2 ： fc =10N/mm2An100800式中fc钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值.底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分成4块.每 块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板,每块板的单位宽度最大弯矩为：M - qa12式中

24、q底板所受的均布反力,q =卫=282240 = 2.8N /mm2An 100800：-1 两支承之间的对角线长度,-二(140-5)2 (180-5)2 = 221.0mm:系数,由查课本表5-6确定,d为两支承边的相交点到对角线1的垂线距离,由相似三角形的关系得：d =135 卫5112.0mm211.0b1/a1 =112.0/221.0 =0.51 查表 5-5 得三-0.059M=0.059 2.8 2112 = 7354.8N /mm底板厚度：t f ：f6M / f 7354.8/215 = 14.3mm 取 20mm5.5.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的链接焊

25、缝计算与牛腿焊缝相似,假定一个加劲肋的受力为屋架1支座反力的四分之一,即： 丄282.24 = 70.56kN4焊缝受剪力 V =70.56kN,弯矩：M =70.56 40 = 2822.4kN m,设焊缝hf -5mm,焊缝计算长度 lw = 363 -10 = 353mm焊缝应力为:6M705602hel2lWhe一：f =1.222 0.7 5 353-28.66 28224002 0.7 5 3532-13.4| 13 4五2 乜.62®64N/m齐 f 160N/mm25.5.3节点板,加劲肋与底板的连接焊缝计算 设焊缝传递全部支座反力R=282.24kN,其中每块加11

26、 1 1劲肋各传R 282.24 二 70.56kN,节点板传R 282.24 二 141.12kN4422节点板与底板的连接焊缝lw =2 (280 -10) =540mm,所需焊脚尺寸为hf竺 w 1411202.33mm 采用 hf = 5mmO.7lwffw 0.7 540 160每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：2lw二(80 - 20) 2 = 120mm ,所需焊脚尺R/470560寸为 hfw5.25mm 取 hf = 6mm0.7HlwffW0.7"20x1605.5.4下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算hf = 5mm,那么所需焊缝长度为:肢背：i w0.65N2he

27、f；0.65309980 =侦口口2 0.7 6 160取 165mm肢尖：i w0.35N2heffw°35 133072 二 57.7mm2 0.7 6 160取 80mm支座竖杆N 20.160kN肢背和肢尖焊缝均为hf =5m m,贝U所需焊缝长度为:肢背：i w0.7N0.7 202102heffw二 12.6mm2 0.7 5 160肢尖：i w0.3N0.3 202102heffw5.4mm2 0.7 5 160下弦杆N =165.554kN肢背和肢尖焊缝均为hf = 6mm,那么所需焊缝长度为:肢背：,/0.75N0.75 165554lv-92.4mm 取 110m

28、m2hef；2 0.7 6 160肢尖：,/0.25N0.25 165554lw-30.8mm 取 80mm2hef2 0.7 6 160支座斜杆 N =-309.98kN 肢背焊缝长度为hf = 6mm,肢尖焊缝长度为根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度,全部焊缝满焊.5.5.5上弦节点b设计为了便于在上弦搁置屋面板,节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm用塞焊缝把 上弦角钢和节点板连接起来.槽钢作为两条焊缝计算,这时,强度设计值应乘以 0.8的折减系数.计算时可略去屋架上弦坡度的影响,且假定集中荷载 F与上弦 垂直图-/上弦肢背槽钢焊缝的hf =6mm,节点板的长度为385mm其

29、应力为:的-N2) 沢 0.7 沃 6 汇(395 10)腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算, 可不必再计算,节点板尺寸就是根 据腹杆焊缝长度按比例绘制确定.上弦为了便于搁置屋面板,在角钢再肢间设置 肋板.5.5.6上弦节点d、f的设计两个节点的弦杆内力差值较小,腹杆与节点板的焊缝连接已在下弦节点计算中解 决,根据腹杆焊缝长度决定节点板尺寸图,假定节点荷载由槽钢焊缝承受,(0.5F)22helJ0.75 301392 2(0.5 40320)22汉0.7乂6疋(395 10)= 70.17 : 0.8ffw =128N /mm上弦肢间角焊缝的应力为:.險2的-N2)F (0.5F)2 2h

30、elW二 24.12 ： 160 N / mm0.25 301392 2(0.5 40320)2可不必计算,仅验算肢尖焊缝.家直&详图d 节点： 叫一心=453.560 301.392 =152.168kNN, _N22 0.7hflw263.56N / mm2 0.7 6 (295-10)6(N“ -血归 6 152168 602 22 0.7hflw2 0.7 6 (295-10)= 80.29N/mm2.(二M)2 C,)2 二 80.292 63.562 =102.40N/mm2 ： f=160N/mm2f 节点： 叫N2 =489.767 453.560 =36.21kN2

31、_N22 0.7hflw220.53N / mm2 0.7 6 (220-10)6佩-N2)e _6 36210 602 22 0.7hflw2 0.7 6 (220-10)= 35.12N/mm2CM)2 ( N)2 二 20.532 35.122 = 40.68N/mm2 ：=160N/mm25.4.7 上弦节点 a、c、e、g设计rC*ln *1J、/节点O译图节点Q详图这三个节点的弦杆内力或弦杆两内力差值均等于零,仅承受节点荷载,故均可采用构造焊缝而不必计算.腹杆焊缝已在下弦节点中计算过,节点构造如下图 548上弦节点h设计屋脊节点构造与下弦跨中节点相似,用同号角钢进行拼接,接头一边的焊缝长度 按弦杆的内力计算,采用hf =6mmN4 0.7 hff489.7674 0.7 6 160=182mm2拼接角钢的