华科钢结构课程设计90分

1、1、2、3、设计资料 结构形式和布置荷载计算 4、5、内力计算杆件设计7、135.1. 上弦杆5.2. 下弦杆5.3 端斜杆 aB 5.4 腹杆 eg-gk5.5 腹杆 Bb、bD、 Dc、cF、Fd、 dH、 He、gI6、5.6 竖杆 Ie节点设计 1)下弦节点下弦节点下弦节点b”c”d”10104)5)下弦节点“ 上弦节点“ 节点“ g” 屋脊节点“ K ”e”B”101.1.1.1.1.1.8)填板设计支座节点“ a”121、设计资料上柱截面尺寸为6 度，屋 n级防水，卷材屋面，450M50mm,混Q235B 钢，焊条为 E43 型。某车间跨度为30m,厂房总长度102m,柱距6m,车

2、间内设有两台50/10t中级工作 制软钩桥式吊车，地区计算温度高于-20r，无侵蚀性介质，地震设防烈度为 架下弦标高为18m;采用1.5 ）6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板， 桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上， 凝土强度等级为C25。屋架采用的钢材及焊条为：屋面坡度 i 1/12，端部高度为 1.98米。0.4kN/m220.4kN/m20.9kN/m21.4kN/m20.10N/m20.120+0.011L)kN/m2荷载（标准值）： 永久荷载： 改性沥青防水层20厚 1 :2.5水泥砂浆找平层150 厚加气混凝土保温层 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 悬挂管道0.40 kN

3、/m20.5kN/m20.7kN/m20.7kN/m2屋架和支撑自重为 可变荷载 基本风压： 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 积灰荷载不上人屋面活荷载 （可变荷载可按水平投影面积计算） 桁架的计算跨度为：在 30m 轴线处端部高度：h01.980m桁架的中间高度：3.230m在 29.7m 处的端部高度：h11.9925m桁架的跨中起拱 60mm（=L/500 ）。查表得：拉杆容许长细比 350 ，压杆容许长细比 150。2、结构形式和布置桁架形式及几何尺寸如图所示。图1桁架形式及几何尺寸 桁架支撑布置如图2所示。图2桁架支撑布置符号说明：SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑;GG

4、-刚性系杆；LG-柔性系杆3、荷载计算沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/ cosJ1 122 /12 1.0035换算成沿水平投影的分布荷载。屋架和支撑的自重按经验公式Pw0.120.011 L计算（L为跨度，单位为m）。标准永久荷载：改性沥青防水层1.00350.4kN/m20.4014kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层1.00350.4kN/m20.4014kN/m2150厚加气混凝土保温层1.00350.9kN/m20.9032kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.00351.4kN/m21.4049kN/m2悬挂管道0.1kN/m2屋架和支撑自重0.120 0.011

5、30kN/m2 220.45kN/m共3.6609kN/m2标准可变荷载基本雪压不与屋面活荷载同时考虑，由数据知，屋面活荷载大于基本雪压，故取屋 面活荷载计算。0.4kN/m20.7kN/m20.7kN/m2基本风压：积灰荷载：不上人屋面活荷载：设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1. 全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合） 全跨节点荷载设计值：3.2. 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：对结构有利时：F.3 1.0 3.6609 1.5 6 32.95kN半跨节点可变荷载设计值:4、示:33全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全

6、跨节点桁架自重设计值:半跨节点屋面板自重及活载设计值:图3桁架计算简图内力计算由结构力学求解器计算出F 1的桁架各杆件的内力系数,内力系数计算简图如图所然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1。杆件名称内力系数第一种组合FX第二种组合第三种组合F3.i +F4池F3.i +F4庖全跨左半跨右半跨F1.i +F2.i F1.i +F2.i AB0000.000000BC、CD-11.6-8.41-3.2-720.59DE、EF-18.95-13.06-5.89-1177.17上弦FG、GH-22.71-14.63-8.09-1410.75HI-23.82-13.91-9.91-147

7、9.70IJ、JK-24.32-14.42-9.91-1510.76ab6.434.751.68399.43be15.7411.144.6977.77下弦cd21.1314.127.021312.60de23.4714.4791457.96ef22.811.411.41416.34aB-11.47-8.48-2.99-712.52Bb9.166.472.69569.02bD-7.75-5.12-2.62-481.43De5.833.472.36362.16斜腹cF-4.51-2.22-2.29-280.16杆Fd2.990.912.08185.74dH-1.80.24-2.03-111.82-

8、75.83-115.8732-1.54-57.3462He0.56-1.31.8634.79-9.88857.7192-28.8647.25eg1.373.62-2.2585.10133.0921.2593.32-48.32表1.桁架杆件内力组合表计算杆件内力-720.59-1177.17-1410.75-1479.70-1510.76399.43977.771312.601457.961416.34-712.52569.02-481.43362.16-280.16185.74-115.87町 57.72峪-1.54-28.86-48.32gK2.114.36-2.25131.07170.76

9、gi0.680.68042.2442.24Aa-0.5-0.50-31.06Cb、Ec-1.06-1.040-65.85Gd、Jg-1-10-62.12Ie-1.5-1.50-93.18Kf000054.16竖杆114.63-45.32.J170.76M 45.03JA 314r -31.06133.09一-45.32固冲上建童空-65.85-62.12-93.185、杆件设计5.1. 上弦杆整个上弦杆采用等截面，按上弦杆中内力最大值设计。N=1510.76kN=1510760N（压力）上弦杆的计算长度：在桁架平面内为节间轴线长度，lox=1505mm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，

10、取 loy=3X1505=4515mm截面选用两个不等肢的角钢，短肢相并。设 60，查表（课本P407附录4）得0.807 。需要截面面积:需要的回转半径：ix仏 鬻m 25.08mm，iyox虹笫5畀75.25mm8),选用 2L 200X125X14,下弦杆的计算长度：在桁架平面内为节间轴线长度,根据计算所得的A、ix、iy查角钢规格表（课本附录A=8773mm2, ix=35.44mm, iy=97.3mm,宽厚比为14.29,按所选角钢进行验算:截面在x和y平面皆属于b类，由于55.36>42.47,只求y即可。查表得 y=0.840。所选截面符合要求。5.2. 下弦杆整个下弦杆

11、采用等截面，按下弦杆中内力最大值设计。N=1457.96kN=1457960N（拉力）/lox=3000mm在桁架平面外,loy=14850mm需要截面面积：查角钢规格表（课本附录 8）,选用 2L200X125X14, A=8773mm2, ix=35.44mm, iy=97.3mm,按所选角钢进行验算：考虑下弦有栓孔削弱，下弦净截面面积取 7000mm2计算所选截面符合要求。5.3端斜杆aB杆件轴力：计算长度lox loy 254.7cm。因为匚loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix iy。选用 2L140X90X14, A=60.91cm2, ix=4.42cm, iy=3.89cm

12、,b2/t=90/14=6.43。因为b2/t=6.43<0.48loy/b2=0.48 X547mm/90mm=13.58所以因 yz x ,只求 y 0.7437,所需界面合适。5.4 腹杆 eg-gk此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：Ngk 170.76kN，另一段 Neg 133.09kN最大压力：Neg 48.32kN，另一段 Ngk 45.32kN再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距: 在桁架平面外的计算长度ley 选用2L700,由附录8得:A 13.75cm, ix 2.16cm , iy 3.39cm, b/t 70mm/5mm 14因

13、为 所以查表得 y 0.3825拉应力：所需截面合适。5.5腹杆Bb、bD、De、cF、Fd、dH、He、gl并。Bb杆:拉力N Bb569.02kN , l0x 203.76cm ,l0y 254.7cm ,l0yl0x1.25 ,选择二等边角钢相Af569020 N215N/mm222646.6mm，选用 2L75X10,截面几何特性:所需截面合适。bD杆:压力NbD 481.43kN,l0x选用2L 90X10,因为所以yz y（1所需截面合适。Dc杆:A 2825mm2>2646.6mm2ix=2.26em , iy=3.69cm、/、 vJL/10y36 Bb杆载面223.4c

14、m ,l0y由附录8得:40.475b ）loyt22792mm42.8mm279.2cm4（1 27說m9T0；'mm2）7.84 1502 mm拉力 Ndc 362.16N , l0x223.4cm,l0y279.2cm , “1.25，选择二等边角钢相并。l0xAf362160N215N /mm21684.47mm2，选用2175X0,截面几何特性:A 2825mm2>1684.47mm2ix=2.26cm , iy=3.69cm所需截面合适。cF杆:压力Ncf 280.16kN ,l0x240.5cm ,l0y 300.6cm选用2L90X10,由附录8得:因为所以yz

15、y（1 幣）谿（1 爲75 90；7 2）72.66 150 l0yt42.8mm3006 mm 10 mm因 x yz ,只求 x 0.637 ,X所需截面合适。Fd杆:拉力 NFd 185.74kN , 240.5cm,l0y 300.6cm , ®1.25，选择二等边角钢相并。l0xNA fy185740N2215N/mm863.9mm2，选用2L 50>5,截面几何特性:2 2A 961mm >863.9mm2ix=1.53cm , iy=2.61cm所需截面合适。J(<J刃巧yI杆歲面压力选用因为所以dH杆:NdH 115.87kN,l0x258cm ,l

16、0y 322.5cm2L900,由附录8得:U|DyS13 UH扌千歲而yz y(10.475b4、3225mm “loyt2 )42.0mm (320：275 90丁2 2)83.18 3225 mm 6 mm150yz，只求 x 0.605 ,所需截面合适。He杆:压力 NHe 28.86kN , h 258cm,l0y3225cm，节点板厚度选用14mm.设80，查附录4得0.688需要截面面积：需要的回转半径:根据计算所得的A、ix、iy查角钢规格表（课本附录8）,选用2L 900, A=2127mm2,ix=27.9mm, iy=42.0mm,因为宽厚比b/t=15，按所选角钢进行验

17、算:所以yz y(1兰字)竺5mm(1半啤曲kyt242.0mm32252mm2 62mm2因 x yz ,只求 x 0.605 ,)83.18 弋Jy314 He杆裁面50丿弋2-90疵拉应力:所需截面合适。gI 杆:拉力Ng,45.03kN , lox 176.32cm,l0y 220.4cm , ®1.25，选择二等边角钢相0yl0x并。Af215黑 209.44mm2，选用2匚50截面几何特性:A 961mm2 >209.44mm2ix=1.53cm , iy=2.61cm所需截面合适。5.6竖杆le所有竖杆采用等截面，按竖杆中内力最大值设计。N=93.18kN=931

18、80N（压力）上弦杆的计算长度:lox=0.8l=0.8X3000mm=2400mm,loy=l=3000mm由于杆件内力较小，按=150计算，所需的回转半径为：根据计算所得的ix、iy查角钢规格表（课本附录 8），选用2L63X5, A=1229mm2,ix=19.4mm, iy=31.2mm,宽厚比b/t=12.6,按所选角钢进行验算:截面在x和y平面皆属于b类，由于123.7>99.4,只求x即可。查表得 x=0.418。所选截面符合要求。所有杆件计算结果列于下表中： 表2.杆件截面选择表杆件名称计算杆件内力截面规格连接方式上弦AB02L 200X 125X 14短肢相并BC、CD

19、-720.59DE、EF-1177.17FG、GH-1410.75HI-1479.7IJ、JK-1510.76下弦ab399.432L 200X 125X 14短肢相并bc977.77cd1312.6de1457.96ef1416.34斜腹杆aB-712.522L 140X 90X 14长肢相并bB569.022L 75 X 10bD-481.432L 90 X 10Dc362.162L 75 X 10cF-280.162L 90 X 10Fd185.742L 50X5dH-115.872L 90X6He57.722L 90X6-28.86eg133.092L 70X5-48.32gK170.

20、762L 70X5-45.32gi45.032L 50X5竖杆Aa-31.062L 63X5Cb、Ec-65.85Gd、Jg-62.12Ie-93.18Kf0十字形6、节点设计（1）下弦节点“ b”图17下弦节点“ b”用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw 160N/mm2。设“ Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf 8mm和6mm ,则所需的焊缝长度为: 设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝分别为8mm和6mm,贝U所需的焊缝长度为:Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按照构造确定，取 hf 5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有建徐以及制作和装配等误差，按比 例绘出节点详图，从而确

21、定节点板尺寸为 413mm 498mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 49.8cm, hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N 977.77kN 399.43kN 578.34kN ,受力较大的肢背处的焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。(2)下弦节点“ C”图18下弦节点C用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw 160N/mm2。设“ De”杆的肢背和肢尖焊缝hf 8mm和6mm ,则所需的焊缝长度为:设“ cF”杆的肢背和肢尖焊缝分别为8mm和6mm,则所需的焊缝长度为:Ec”杆的内力很小，焊缝尺寸可按照构造确定，取 hf 5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之

22、间应有建徐以及制作和装配等误差，按比例绘 出节点详图，从而确定节点板尺寸为 345mm 412mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 41.2cm, hf=6mmo焊缝所受的力为左右两下弦杆的 内力差 N 13126kN 977.77kN334.83kN ,受力较大的肢背处的焊缝应力为：焊缝强度满足要求。(3)下弦节点“ d” 血唤图19甲弦节点 d用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值/ f设“Hd”杆的肢背和肢尖焊缝杆的肢背和肢尖焊缝dhf口6mm，Gd”杆的内力很小，焊缝尺寸s-ioo根据上面求得的焊缝长度，并考虑 出节点详图，从而1下弦与节点板连接的焊缝长度为|为 8和 6mif

23、定缝长度为:wf°沁0U所需的焊缝长度为：160N/mm。设“ Fd”应:有建徐以及制作和装配等误差，按比例绘/XI石确定节点板尺'为330mm。焊缝所内力差 N 1457.96kN觀312.6kN” l45.36kN：受力较大的肢背 焊缝强度满足要求。74147 1加7(4)下弦节点“ e”图20下弦节点e用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw 160N/mm2。设“ He”杆的肢背和肢尖焊缝hf 6mm和6mm，则所需的焊缝长度为:设“eg”杆的肢背和肢尖焊缝分别为6mm和6mm，贝U所需的焊缝长度为:Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按照构造确定，取 hf

24、5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有建徐以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 282mm 393mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 33cm, hf=6m m。焊缝所受的力为左右两下弦杆的 内力差N 1457.96kN 1312.6kN145.36kN ,受力较大的肢背处的焊缝应力为：焊缝强度满足要求。(5)上弦节点“ B”入_芒戊图21上弦节点R设aR杆的肢尖和肢1背焊缝分别-为8mm和杆与节点板的焊缝尺寸与根据求得的焊缝长度,bB汶可应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例'K-720. 59kN、而确厅“ b”.度，并 确定节点_140；汨绘

25、出节点详图，从由于上弦板上需搁置屋 弦角钢和节点板连接起 减系数。上弦肢背槽焊缝长度 上肢肢背槽焊缝和卢I372mm X535mmo寸为：节点板上边缘缩进上弦肢背计算，2但强度设计值要乘以焊缝作为两条角焊上肢肢尖角焊缝剪应力: 满足要求。二门巳52kX(6)节点“g”535mm。=559.02k图22节点g8mm。用槽焊缝逢把上0.8的折f=205N/mm2, t 应增大 J215/2051.02倍，t 取 22mm。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw 160N/mm2。设“gl”杆的肢背和肢尖焊缝hf 6mm和6mm，则所需的焊缝长度为:设“eg”杆的肢背和肢尖焊缝分别为

26、 6mm和6mm,贝U所需的焊缝长度为:Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按照构造确定，取 hf 5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有建徐以及制作和装配等误差，按比例绘 出节点详图，从而确定节点板尺寸为183mm 193mm。对于eg-gK杆，焊缝所受的力为左右两杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为：N 170.76kN 133.09kN37.67kN，该内力很小，焊缝尺寸可按照构造确定，取 hf 5mm。(7)屋脊节点“ K”图22节点K弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，将角钢的尖角削除，截去垂直肢的宽度为(t+hf+5mm)。设焊缝hf=10mm,则所需焊缝计算长度为：拼接角钢

27、的长度取700mm>2X337mm=674mm。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，取上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝为10m m,节0.15 1510760N260N / mm2126.7N/mm2点板长度取600mm，焊缝应力：2 0.7 10mm (300mm 30mm)0.15 1510760 N 96mm 622 0.7 10mm (300mm 30mm)M fN)2 (T)2 (60N/mm2)2()2 119.9N/mm2 160N/mm2假设上弦与节点板之间的槽焊缝承受节点荷载，取焊缝长度为节点板长度的一般，即 300mm。上弦肢背槽焊缝长度为300mm。上肢肢尖焊缝取6mm。设

28、gK杆的肢尖和肢背焊缝分别为6mm和8mm，贝U所需的焊缝长度为：由焊缝确定节点板的宽度为 260mm，节点板尺寸为260mm>600mm。由于桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置螺 栓孔方便工地拼接，屋脊节点左半边的上弦、斜腹杆和竖杆有节点板连接用工厂焊接， 而右边的上弦、斜腹杆与节点板连接在工地焊接。（8）支座节点“ a”图23节点a160m m。在节点16mm。为了方便施焊，下弦杆角钢水平肢的地面与支座底板的净距离取 的中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度为1）支座底板的计算支座反力： R 10F 621.2kN支座底板的平面尺寸采用280mmM00mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座 反力，则承压面积为280mmX234mm=65520mm2。柱顶混凝土的抗压强度：R621200N 7 9.48N / mm2 fc 11.9N/mm2 （C25 混凝土）A 65520mm2底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板的加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板