钢结构设计作业-文档(1)

1、学 院 铜陵市电视广播大学 专 业 土木工程 年 级 2014秋土木本科班 姓 名 汪鎏磷 指导教师 2016年5月13日一、屋架形式及几何尺寸屋架跨度为24m，屋架形式、几何尺寸如附图所示。 二、支撑布置 由于厂房长度有120米，故在厂房两端和中间开间设置上、下弦横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在上、下弦水平支撑节间端部设置系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余为柔性系杆。凡与支撑连接的屋架编号为WJ-1， 其余屋架为WJ-2。（见下图） 支撑布置图三、杆件截面设计 腹杆最大内力，N=96.689KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板厚度取8mm；其余节点板与垫

2、板厚度去6mm。1、上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=110.627KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度Lox =1844mm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支持作业，取上弦横向水平支撑的节间长度：Loy=3675mm。因为2Loxloy，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见下图 6设=120，查轴心受力稳定系数表，=0.437需要截面积 =127.101×103/（0.437×215）=1353需要回转半径=Lox/=1844/120=1.54 cm=loy/=3675/120=3.06cm根据需要的、 查角钢型钢表，初选 2 L

3、 90565，A=1442mm2 =1.59cm ， =4.32cm。按所选角钢进行验算x= Lox/=1844/15.9=116=150y= loy/=3675/43.2=85=150由于b/t=90/5=180.56loy/b=0.56×3675/90=22.87则： yz=y故=x=0.458，有因为N/（A）=127.101×103/（0.458×1442）=192N/mm2215N/mm2所选截面合适。2、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=-127.615KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Lox =3675 屋架平面外根据支撑布置取

4、Loy=7500mm。设=120，查轴心受力稳定系数表，=0.437需要截面积 =127.615×103/215=594mm2初选 2 L 90565，A=1442mm2 =1.59cm ， =4.32cm。按所选角钢进行验算，取An=AN/An=-127.615×103/1442=-88N/mmx= Lox/=3675/15.9=231=250y= loy/=7500/43.2=174=350所选截面合适。63、端斜杆Ba 已知N=96.689KN，Lox=loy=2540mm，故采用等肢角钢使=。初选用2L70×5，见下图。 6A=1376mm，=2.16cm

5、，=3.24cm。x= Lox/=2540/21.6=118=150；y= loy/=2540/32.4=78=150。 由于b/t=70/5=140.58Loy/b=0.58×2540/70=21，则yz=y1+0.475×b4/（Loy2t2）=84所以=x=0.447 N/(A)=96689/（0.447×1376）=157N/mm2215N/mm2所选截面满足要求。填板放两块：La=84.7cm40 =40×2.16=86.4cm4、斜杆Bb已知N=-55.79KN ，计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Lox=0.8×L=0.8

6、15;2540=2032mm，屋架平面外根据支撑布置取Loy=2540mm。选用2L70×5，见下图。 8A=1376mm，=2.16cm，=3.24cm。N/A=-55.79×103/1376=-40.5N/mm2215N/mm2x= Lox/=2032/21.6=90=350；y= loy/=2540/32.4=78=350。所选截面满足要求。填板放两块，La=84.7cm80=80×2.16=172.8cm5、中竖杆Cb已知N=19.067KN，L0=0.9×1906=1715.4mm，选用2L45×5的等肢角钢，并采用十字型截面，见下图

7、。6 A=858mm，=1.37cm， ox= Lo/=1715.4/13.7=125=150；所以=x=0.411 N/(A)=19067/（0.411×858）=54N/mm2215N/mm2所选截面满足要求。填板放三块：La=47.7cm40iox =40×1.37=54.8cm其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见下表：四、节点设计 用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=160N/mm2各杆件内力表由下表查得，最小焊缝长度不应小于8hf。1、下弦节点b见下图 （1）、斜杆Bb与节点的连接焊缝计算： N=-55.79KN，设肢背与肢尖的焊角尺

8、寸分别为5mm和4mm。所需焊缝长度为： 肢背： +10=43mm，取60mm16杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（mm）选用截面截面积A（mm2）回转半径（mm）计算应力（N/）填板(块)上弦杆127.10118443675短肢相并2L90×56×5144215.943.21161500.4581922下弦杆-127.61536757500短肢相并2L90×56×5144215.9 43.2231350/-882Aa9.53416001600T型截面2L45×585813.721.81171500.453252Ba96.689254025

9、40T型截面2L70×5137621.632.41181500.4471572Bb-55.7920322540T型截面2L70×5137621.632.490350/-40.52Cb19.0671715.41906十字型截面2L45×585813.721.81251500.411543Db26.02622082760T型截面2L70×5137621.632.41021500.54235 2Dc13.70222082760T型截面2L70×5137621.632.41021500.542222Ec-2.0211770.42213十字型截面2L45

10、×585813.721.8129150/-2.44Fc13.70222082760T型截面2L70×5137621.632.41021500.542222Fd26.02622082760T型截面2L70×5137621.632.41021500.54235 2Gd19.0671715.41906十字型截面2L45×585813.721.81251500.411543Hd-55.7920322540T型截面2L70×5137621.632.490350/-40.52He96.68925402540T型截面2L70×5137621.632

11、.41181500.4471572Ie9.53416001600T型截面2L45×585813.721.81171500.453252肢尖： +8=27mm，取60mm（2）、斜杆Db与节点的连接焊缝的计算：N=26.026KN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和4mm。所需焊缝长度为：肢背： +10=25.5，取80mm肢尖： +8=18，取80mm（3）、竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N=19.067KN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和4mm。所需焊缝长度为：肢背： +10=21，取60mm肢尖： +8=15，取60mm（4）、下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下

12、弦杆的内力差N=127.615-69.93857.677KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为5mm，所需焊缝长度为： 肢背： +10=44，取70mm肢尖： +10=27，取70mm（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。如下图所示： 2、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=96.689kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为5mm和4mm。所需焊缝长度为肢背： +10=68，取80mm肢尖： +8=44，取80mm（3）上弦杆与节点板连接焊

13、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6mm。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=19.067kN，焊脚尺寸为5mm所需槽焊缝长度为:+10=+10=27mm ,取=70mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=110.627-0.0110.627kN偏心距 e =56-12.543.5mm设肢尖焊脚尺寸5mm，需焊缝长度为370mm，则 （4）节点板尺寸：方法同前，如下图所示 、3、上弦节点C （1）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算： N =

14、19.067kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=4mm焊缝长度8=32mm，取=60mm（2）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0.5t+2=7mm。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=19.067KN，焊脚尺寸为5mm 所需槽焊缝长度为:+10=+10=27mm , 取=80mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=0。故按构造即可=80mm 见下图 4、上弦节点D 斜腹杆Db与节点板的连接焊缝在节点

15、b中已经计算过，在这不再计算。（2）斜杆Dc与节点板连接焊缝计算，N=13.702KN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=4mm焊缝长度8=32mm，取=80mm（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0.5t+2=6mm。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=19.067kN，焊脚尺寸为5mm 所需槽焊缝长度为:+10=+10=27mm , 取=70mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=127.101-

16、110.627=16.474kN偏心距 e =56-12.543.5mm设肢尖焊脚尺寸6mm，设需焊缝长度为330mm，则 见下图：5、上弦节点A 腹杆与节点板的连接焊缝：A-a竖腹杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸由构造要求：取 ，则焊缝计算长度：肢背： ；肢尖： ； 由构造要求：肢尖与肢背焊缝的实际长度应为：45+2×5=55mm 取焊缝实际长度=60mm。 、上弦杆与节点板的连接焊缝尺寸： 节点集中力大小：P=19.067/2=9.534KN 假定上弦肢背塞焊缝均匀地承担了集中力P，节点板缩进5mm 焊脚尺寸mm ，由节点详图量得实际焊缝长度=140mm ,则焊缝计算长度=1402&#

17、215;3=134mm 。 肢背塞焊缝： 肢尖焊缝： 由于弦杆角钢肢尖焊缝承担的轴力N=0, 因此不再计算。 6、屋脊节点E 、腹杆与节点板的连接焊缝： 由于腹杆E-c内力较小焊缝尺寸可按构造取用。 肢尖与肢背焊缝的实际长度=60mm。 、拼接角钢的构造和计算：拼接角钢采用与上弦杆截面形式为：2 L90×56×5。拼接角钢与上弦杆间连接焊缝焊脚尺寸=5mm, 为了便于两者紧贴和施焊以保证焊缝质量，切去短肢角钢竖肢2=t+hf+5=6+5+5=16mm 。拼接角钢的连接焊缝共有4条，承担上弦杆的轴心里设计值N=110.627KN。按强度条件，每条焊缝的长度： >40mm

18、。拼接角钢总长度=59×2+4×5=59×2+4×5=138mm, 取=180mm。、拼接接头每侧上弦杆与节点板的连接焊缝： 节点集中力大小：÷2 =9.534KN ，节点板缩进5mm, 肢背塞焊缝mm, 由节点详图量得实际焊缝长度=106mm , 肢背塞焊缝： 焊缝计算长度=1062×3=103mm 。肢尖焊缝： 焊缝计算长度=1102×5=102mm 焊脚尺寸=5mm 。 肢尖焊缝承受节间内力差N=0.15×110.627=16.6KN 和偏心弯矩M= ×e=16.6×(45+5)÷

19、;1000=0.83KN·m . 由上面节点的计算可知此焊缝受力太小，可不用验算即可满足要求。 7、下弦节点c 、腹杆与节点板的连接焊缝： 由于腹杆D-c与腹杆c-F的内力相等，只需计算其中一个。腹杆D-c与节点板的连接焊缝尺寸： 结果同上弦节点D节点的计算，肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸， =80mm。腹杆E-c与节点板的连接焊缝尺寸： 结果同上弦节点E节点的计算，肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸，=60mm。、下弦杆与节点板的连接焊缝尺寸： 焊缝承受的节间内力差N=0.15×127.615=19.14KN由于内力较小焊缝尺寸可按构造取用。 肢尖与肢背焊缝的实际长度=60mm。 8、 支座节点a 、端竖杆A-a， 端斜杆a-B， 及下弦杆a-b与节点板间的连接焊缝计算：端竖杆A-a与节点板的连接焊缝尺寸与A节点相同肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸 ，=60mm 。端斜杆a-B与节点板的连接焊缝尺寸与B节点相同下弦杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸 ， 。a-b与节点板的连接焊缝尺寸：焊缝承受的轴心拉力设计值Nab=69.938KN由构造要求：取 ，则焊缝计算长度：肢