18m跨钢结构课程设计种子选手

1、梯形屋架，建筑跨度为18m，端部高度为1.99m,跨中高度为2.89m,屋架坡度i=1/10,屋架间距为6m,屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400m亦400mm,混凝土采用C20。屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑(如图1-1所示)。屋面采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠岩(r350kg/m3)的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm厚水泥砂浆找平层，屋面雪荷载为0.30kN/m2,钢材采用3号钢。2荷载计算2.1永久荷载预应力钢筋混凝土大型屋面板：1.21.41.68kN/m2三毡四油防水层及及找平层（20mm）:1.20.760.912kN/m2120m

2、nS泡沫混凝土保温层：1.20.420.504kN/m2屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度l=18m）22Pw1.21.1l1.21.11832kg/m1.20.320.384kN/m2.2可变荷载屋面雪荷载：1.40.550.77kN/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（1.680.9120.5040.384）0.771.5638.25kN3内力计算桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法（图2-1）求得表3-1。表3-1杆件轴线单位何载内力F荷载内力（kN）上B-135700C-1508-6.223-238.030弦D-1507-6.223-238.03

3、0杆E-1508-8.996-344.097F-1507-8.996-344.097G-1508-9.105-348.266下-O2850+3.479+133.072弦-O3000+7.961+304.508杆-O3000+9.270+354.578-2530-6.502-248.702斜-2613+4.586+175.415-2864+3.381-129.323杆-3124+1.884+72.063-3124-0.690-26.393-3124-0.463-17.710A-1990-0.500-19.125竖-2290-1.000-38.250杆-2590-1.000-38.250-2890

4、+0.812+31.0594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-杆来选择：Nmax348.266kN在屋架平面内的计算长度lox150.8cm，屋架平面外的计算长度301.5cmc选用两个不等肢角钢2L100806,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8mm）:-_-2A21.274cmix2.40cm,iy4.61cmxloxix150.862.8150x0.79222.40loy150.865.41500.778yiy4.61y截面验算:N348266.2210.4N/mmf215N/mmminA0.7782127.4

5、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下弦杆截面选择下弦杆也采用相同截面，以最大轴力-O杆来选择：Nmax354.578kN在屋架平面内的计算长度：lox300cm，屋架平面外的计算长度：loy300cm所需截面面积为：AnN3545781649.4mm2f215选择两个不等肢角钢290566,长肢水平。截面几何特点：A17.114cm216.494cm2ix1.58cmiy4.42cmx300300189.935067.93501.584.42另两个节点的下弦杆内力较小,但loy600cm，故须验算其屋架平面外的长细比:600y13

6、5.73504.424.3支座竖杆截面选择杆轴力：N杆轴力：N19.125kN计算长度：loxloy199cm,采用两个等肢角钢2635，组成T型截面截面几何特性:199x1.942A12.286cmix截面验算:102150,x0.5421.94cmiy199y2.892.89cm68.9150,y0.75819125minA0.5421228.628.720N/mm2f215N/mm24.4支座斜杆截面选择杆轴力：N248.702kN计算长度：l杆轴力：N248.702kN计算长度：l杆轴力：N248.702kN计算长度：loxloy253cm截面几何特性：A22.222cm2ix3.20

7、cmiy2.58cm253253x79.1150x0.693y98.1150y0.567x3.2y2.58截面验筲N2487021974215N/mm2俶回刁垃昇.19/.4minA0.5672222.24.5斜杆截面选择杆轴力：N175.415kN计算长度：loy261.3cm所需截面：AnN空竺815.88cm2f215选用物个等肢角钢2505，组成T形截面lox0.8l0.8261.3截面特性：An9.606cm28.1071cm2ix1.53cmiy2.38cm采用两个不等肢角钢210063209cm2613109.8350209一136.63507,长肢相拼。x1.53y2.384.

8、6竖杆截面选择杆轴力：N38.250kN计算长度：lox0.8l0.8229183.2cmloy229cm采用两个等肢角钢2505，组成T形截面。截面几何特性：A9.606cm2ix183.2八“cx119.7150x0.4381.531.53cmiy229y2.382.38cm96.2cm150y0.580截面验算:38250minA0.438960.690.91215N/mm24.7斜杆截面选择杆轴力：N129.323kN计算长度：lox0.8l0.8286.4ox229.1cmloy286.4cm采用两个等肢角钢2755，组成T形型截面截面几何特性：A229.1x2.3322.9.606

9、cm3.352cmix截面验算:98.3150x0.5661.53cmiy286.485.23.362.38cm150y0.652minA,一2-一-2154.1N/mmf215N/mm0.5661482.41293234.8斜杆截面选择杆轴力：N72.063kN计算长度:lox0.8l0.8286.4229.1cm扇286.4cm所需截面:An室335.2mm2215采用两个等肢角钢2505，组成T形型截面截面几何特性：A9.606cm2229.1x149.73501.5323.352cm286.4y2.38ix1.53cmiy2.38cm120.33504.9竖杆截面选择杆轴力：N38.2

10、50kN计算长度：lox0.8l0.8259207.2cmloy259cm采用两个等肢角钢2505，组成T形截面截面几何特性：A29.606cm207.2x1.53135.4150x2:3.352cmix2590.364y2.381.53cmiy108.8150截面验算:382502.38cm0.501minA，一2109.4N/mm0.364960.6f215N/2mm4.10斜杆截面选择杆轴力：N26.393kN计算长度：lox0.8l0.8312.4249.9cmy312.4cm采用两个等肢角钢2635,组成T形截面截面几何特性：A249.9x1.94128.8212.286cmix1.

11、94cmiy312.4y2.89150x0.393截面验算:263932.89cm108.11500.504minA0.3931228.6254.7N/mmf215N/mm4.11斜杆截面选择杆轴力：N17.710kN计算长度：lox0.8l0.8312.4249.9cmly312.4cm采用两个等肢角钢2635，组成T形截面截面几何特性：A249.9x4，1.9412.286cm2ix截面验算:128.8minA150x0.3931.94cmiy312.4y2.892.89cm108.11500.50417710236.7N/mm20.3931228.6f215N/mm4.12竖杆截面选择杆

12、轴力：N31.059kN计算长度：lox0.8l0.8289231.2cmloy289cm采用两个等肢角钢2635，组成T形截面截面几何特性:12.286cm2ix1.94cmiy2.89cm231.2x1.94119.2350截面验算:N31059A1228.62892.89100350225.3N/mmf215N/mm2各杆件截面选择结果列表如下表4-15节点设计各节点的节点板厚一律取8mm各杆内力如图5-1所示。杆件计算内力（kN）截面规格截面面积（cm2）计算长度（cm迪转半径（cnj）长细比容许长细比稳定系数应力N/mrn名称编号5.1下弦节点i设计（如图6-2所示）首先，计算腹杆与

13、节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板形状和尺寸，最后验算下弦与节点板的连接焊缝。已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值：w2ff160N/mm肢背：iW肢背：iW肢背：iW0.7N2heffW0.7N2hef；设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf6mm和hf5mm,则所需焊缝长度为:0.717541591.4mm取110mm20.761600.717541550.0mm取80mm20.75160设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf6mm和hf5mm,则所需焊缝长度为肢背：iw肢背：iw肢背：iw0.7N2heffw0.712932320.76

14、16067.4mm取100mm0.7N2heffw0.712932320.7516034.6mm取80mm设杆的肢背和肢尖焊缝均为hf5mm,则所需焊缝长度为肢背：lw0.7N0.738250肢尖：lww2heff0.7N2heffw20.751600.73825020.7516023.9mm取165mm10.2mm取165mm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5-1,从而确定节点板尺寸为3852758mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为385mmhf5mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差N304.508133.072171.436kN所受较大的肢背处焊缝应力

15、为:0.75Nf2helw一_,245.7N/mm20.75(38510)0.7171436w2ff160N/mm5.2下弦节点j的设计（图5-2）设节点所有焊缝为hf5mm,所需焊缝长度如下:杆-N72.063kN肢背：lw肢背：lw肢背：lw0.7N0.772063肢尖：lw2heffw0.3N2heffw20.751600.37206320.7516045.0mm19.3mm杆-N杆-N杆-N38.250kN肢背：lw肢背：lw肢背：lw0.7N0.738250肢尖：lw2heffw0.3N2heffw20.751600.33825020.7516023.9mm10.2mm杆-N杆-N杆

16、-N26.393kN肢背：lw肢背：lw肢背：lw0.7N0.7263932hef；20.7516016.5mm肢尖：lW醇2heff0.326393,7.1mm20.75160所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大丁60mm下弦与节点板连接的焊缝长度为320mmhf5mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差N354.578304.50850.07kN所受较大的肢背处焊缝应力为:0.75N2helw0.75007020.75(32010)-217.3N/mmwff160N/mm焊缝强度满足要求。5.3下弦节点k的设计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

17、便丁施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般hfthf5mm），拼接角钢这部分削弱，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（如图5-3）354578设焊缝hf6mm,则所需一条焊缝计算长度为lw131.9mm40.76160拼接角钢的长度取400mm131.%2=263.8mm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，为便丁工地拼接，在拼接的角钢与右半边斜杆上，设置螺栓孔21.5。作为安装施焊前的定位之用。下弦杆与节点板之间用hf5mm焊缝

18、满焊。斜杆-和竖杆-的内力均很小，肢背与肢尖焊缝hf5mm,施焊长度均可按构造采用，至少60mm采用390X290X8mm所有焊缝均满焊，焊缝长度均大丁所需长度。5.4支座节点h设计为了便丁施焊，下弦焊与支座底板的距离取130mm在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。5.4.1支座底板计算支座反力：R6F638.25229.5kN支座底板的平面尺寸取401280112280mm2,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则实承面积为：28011030800mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：2295007.45N/mm2fc10N/mm2An30800式中fc钢筋混凝土轴心抗压强度的设

19、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：Mqa12式中q底板所受的均布反力,qR22950027.45N/mmAn308001两支承之间的对角线长度，11两支承之间的对角线长度，11两支承之间的对角线长度，1(1465)2802162mm系数，由ba查课本表5-6确定，加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：b18014169.6mm162b1/a169.6/1620.43查表5-5得0.04722Mqa-20.0477.4516229189N/mm底板厚度：t*

20、6M/fJ69189/21516mm取20mm5.4.2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缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的四分之一，即：1229.50057.375kN4焊缝受剪力V57.375kN，弯矩：M57.375402295kNm,设焊缝hf5mm，焊缝计算长度lw39110381mm焊缝应力为：N2helw6M22lWhef1.22573755737557375n21.520.7538162295000213.620.7538122/M、22()Nf2/M、22()Nf2/M、22()Nf/13.6、22,()21.51.22124.3462

21、.324.22N/mm2ffw160N/mm25.4.3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=229.5kN,其中每块加1111劲肋各传1R1229.557.375kN，节点板传1R1229.5114.75kN4422节点板与底板的连接焊缝lw节点板与底板的连接焊缝lw节点板与底板的连接焊缝lw2(28010)540mm,所需焊脚尺寸为114750R/2hf1.90mm米用hf5mm0.7lwff0.7540160每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：lw(802010)2100mm,所需焊脚尺寸为hf脚尺寸为hf脚尺寸为hfR/40.7lwffw573750.7100160

22、5.12mm取hf6mm5.4.4下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆N133.072kN肢背和肢尖焊缝均为hf6mm,则所需焊缝长度为:肢背：iw0.75Nw2heff0.7513307220.7516074.3mm肢尖：lw0.25N2heffw0.2513307220.7516024.8mm支座斜杆N248.702kN肢背焊缝长度为hf6mm，肢尖焊缝长度为hf5mm,则所需焊缝长度为:肢背：lw0.75Nw2heff0.7513307220.7616074.3mm肢尖：lw0.25N0.25133072w24.8mm2hef：20.75160支座竖杆N19.125kN肢背和肢尖焊缝均为

23、hf5mm,则所需焊缝长度为:肢背：lw0.7N2heffw0.71912520.7516011.95mm肢尖：lw0.3N2heffw0.31912520.751605.12mm根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大丁所需焊缝长度，全部焊缝满焊。5.4.5上弦节点b设计为了便丁在上弦搁置屋面板，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hf4mm，节点板的长度为435mm其应力为：22k1(N1N2)(0.5F)75.440.

24、8f：128N/mm75.440.8f：128N/mm0.752380362(0.538250)220.74(43510)上弦肢问角焊缝的应力为：k2(Ni疆)2(0.5F)20.252380362(0.538250)226.26160N/mm2helW20.74(43510)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。上弦为了便丁搁置屋面板，在角钢再肢间设置肋板。5.4.6上弦节点d、f的设计344.097238.030106.067kN344.097238.030106.067kN344.097238.030106.067kN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，可不必计算，仅验算肢尖焊缝。d节点：N1N2N1N220.7hflwN1N220.7hflwN1N220.7hflw10606720.75(32510)一一一.248.10N/mm6N|610606760254.97N/mm220.7hflw220.75(32510)2,M、2,N、2222w2(f)(f).48.105