梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì).doc

梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料（1） 題號(hào)80，屋面坡度1：16，跨度30m，長(zhǎng)度96m，柱距6m，地點(diǎn)：哈爾濱，基本風(fēng)壓：0.45kN/m,基本雪壓：0.45 kN/m（2） 采用1.5m6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保護(hù)層，卷材屋面，屋面坡度i=1/16。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7kPa，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.45 kN/m，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 kN/m。（3） 混凝土采用C20，鋼筋采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。（4） 屋架計(jì)算跨度：=30m-20.15m=29.7m（5） 跨中及端部高度：采用無(wú)檁體系屋蓋方案，緩坡梯形屋架。 取屋架在29.7m軸線處的高度 取屋架在30m軸線處的端部高度 屋架的中間高度 屋架跨中起拱按考慮，取60mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架形式及幾何尺寸如下圖：梯形鋼屋架支撐布置如下圖：1、 荷載計(jì)算屋面荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)取較大值進(jìn)行計(jì)算，故取屋面活荷載0.7 kN/m進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，跨度單位為米（m）。荷載計(jì)算表如下：荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）設(shè)計(jì)值（kN/m）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.41.35=1.89三氈四油防水層0.40.41.35=0.54找平層(厚20mm)0.220=0.40.41.35=0.5480厚泡沫混凝土保護(hù)層0.086=0.480.481.35=0.648屋架和支撐自重0.12+0.011030=0.450.451.35=0.608管道荷載0.10.11.35=0.135永久荷載總和3.234.361屋面活荷載0.70.71.4=0.98積灰荷載0.60.61.4=0.84可變荷載總和0.31.82設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：（3）全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨接點(diǎn)屋面板自重及活荷載：（1）、（2）為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4、內(nèi)力計(jì)算 屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下:由數(shù)解法解得F=1時(shí)的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)(F=1作用于全跨左半跨和右半跨).然后進(jìn)行組合,如下表:桿件名稱內(nèi)力系數(shù)(F=1)第一種組合F第二種組合第三種組合計(jì)算桿件內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨F1+F2F1F2F3F4F3F4上弦AB000000000BC、CD-11.94-8.98-3.42-6664.21-615.73-527.93-297.27-158.82-664.21DE、EF-19.97-14.39-6.83-1110.91-1019.51-895.68-480.93-285.65-1110.91FG、GH-24.43-16.61-9.57-1359.02-1230.92-1115.61-562.67-380.83-1359.02HI-26.05-16.31-11.92-1449.14-1289.59-1217.69-563.78-450.39-1449.14IJ、JK-26.55-16.76-12.00-1476.95-1316.59-1238.62-578.14-455.19-1476.95下弦ab6.564.951.95364.93338.55289.41163.7486.25364.93bc16.4412.065.34914.54842.80732.72401.44227.86914.54cd22.5815.788.301256.101144.721022.20531.11337.901256.10de25.5516.6910.831421.321276.191180.21570.86419.501421.32ef25.4013.9514.021412.981225.431226.57499.27507.071414.98斜腹桿aB-11.55-8.85-3.31-642.51-598.29-507.54-291.77-148.68-642.51Bb9.436.953.04524.58483.96419.91231.10130.11524.58bD-8.12-5.67-3.01-451.71-411.58-368.01-190.87-122.16-451.71Dc6.324.062.76351.58314.56293.26139.44105.86351.58cF-5.00-2.80-2.70-278.15-242.11-240.47-99.67-97.09-278.15Fd3.501.462.50194.70161.29178.3256.8683.72194.70dH-2.27-0.27-2.45-126.28-93.52-129.23-19.39-75.70-126.28He1.00-0.862.2855.6325.1676.60-16.7464.3676.60-16.74eg0.883.17-2.8148.9586.46-11.4986.69-67.7786.69-67.77gK1.633.92-2.8090.68128.1918.11110.17-63.41128.19-63.41gI0.680.610.0937.8336.6828.1619.486.0437.83Aa-0.5-0.50-27.81-27.81-19.62-15.65-2.74-27.81豎桿Cb、Ec-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Gd-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Jg-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Ie-1.47-1.430-81.77-81.12-57.70-44.98-8.04-81.77Kf0000000005、 桿件設(shè)計(jì)（1） 上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按IJ、JK桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即 N= -1476.95kN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度，即屋架平面外：由于屋架為無(wú)檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支持布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距離，即 =3m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并，如圖：腹桿最大內(nèi)力N= -642.51kN，查表得中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用14mm。 設(shè)=60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬b類），則需要的截面積為:需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用218011016，肢背間距a=12mm，則：A=8827.8，=30.6mm，=88.4mm驗(yàn)算： 由于=150，所以滿足細(xì)長(zhǎng)比要求。 因?yàn)?，只需求，查表?0.861，則故所選截面符合要求。（2） 下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面,按最大內(nèi)力所在的桿計(jì)算. N=1421.32kN,mm(因跨中有通長(zhǎng)系桿),所需截面為:選用218011012,因,故用不等肢角鋼,短肢相并,如下圖 故所選截面符合要求。(3) 端斜桿aB桿件軸力: N= -642.51kN計(jì)算長(zhǎng)度: 因?yàn)?故采用不等肢角鋼,長(zhǎng)肢相并,使.選用21409010,則 A=44.522cm， 因?yàn)?，只需要求，查表?.769，則所以所選截面符合要求。（4）腹桿此桿可在g點(diǎn)處不斷開(kāi)，采用通桿。最大拉力： 最大壓力： 在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距，在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：選用2635，查表有：因，只需求，查表得=0.365，則符合要求（5）豎桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大。選用2635，其幾何特征為因，只需求，查表得=0.481，則符合要求。（6）斜腹桿選用2505，其幾何特征為符合要求。（7）豎桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為選用2505，其幾何特征為因，只需求，查表得=0.745，則符合要求。（8）斜腹桿選用2635，其幾何特征為符合要求。 （9）斜腹桿 選用210010，則：A=3852.2，=30.5mm，=46mm驗(yàn)算： 故所選截面符合要求。（10）腹桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為選用2505，其幾何特征為因，只需求，查表得=0.478，則符合要求。 （11）斜腹桿 設(shè)=80，查得需要的截面積為:需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用210010，則：A=3852.2，=30.5mm，=46mm驗(yàn)算：因，只需求，查表得=0.747，則符合要求。（12） 斜腹桿 選用2906，則：A=2128，=27.9mm，=41.2mm驗(yàn)算： 故所選截面符合要求。（13）腹桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為選用2505，其幾何特征為因，只需求，查表得=0.426，則符合要求。（14）斜腹桿 設(shè)=80，查得需要的截面積為:需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用2906，則：A=2128，=27.9mm，=41.2mm驗(yàn)算：因，只需求，查表得=0.770，則符合要求。（15）腹桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為選用2505，其幾何特征為符合要求。 （16）腹桿選用2505，其幾何特征為因，只需求，查表得=0.378，則符合要求。 （17）斜腹桿 設(shè)=80，查得需要的截面積為:需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用2906，則：A=2128，=27.9mm，=41.2mm驗(yàn)算：因，只需求，查表得=0.645，則符合要求。（18）腹桿選用2505，其幾何特征為因，只需求，查表得=0.536，則符合要求。33桿件編號(hào)內(nèi)力(kN)計(jì)算長(zhǎng)度截面規(guī)格截面面積回轉(zhuǎn)半徑(cm)長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力IJ、JK-1476.95150.330021801101688.283.068.8449.1233.941500.861190.7de1421.32300148521801101267.423.18.7496.77169.70350210.8Aa-27.81157.8197.225059.6091.532.53103.078.01500.53654.0aB-642.51250.6250.62140901044.5224.473.7456.0667.001500.764187.7Bb524.58200.5250.621001038.523.054.6065.7354.48350138.2Cb-55.63172.0215.025059.6061.532.53112.485.01500.478121.15bD-451.17215.92269.921001038.523.054.6070.7958.671500.747156.97Dc351.58215.92269.9290621.282.794.1277.4065.50350165.20Ec-55.63187.04233.825059.6061.532.53122.290.621500.426135.94cF-278.15228.56285.7290621.282.794.1381.9269.341500.770169.75Fd194.70228.56285.725059.6061.532.53149.4112.9350202.69Gd-55.63202.0252.525059.6061.532.5313299.81500.378153.20dH-126.28241.44301.8290621.282.794.1286.5473.31500.64592.0He76.60-14.50214.4301.8263512.281.943.04124.4579.421500.414150.60Ie-81.77217.0271.3263512.281.943.04111.8889.241500.481138.37eg86.46-67.77208.6417.2263512.281.943.04107.53135.031500.365151.12gK128.19-63.41208.641702263512.281.943.04107.53135.031500.365151.12Kf9.45693349349263512.282.452.45142.449142.4492007.7gI37.84156.9196.125059.6061.532.53102.5477.5135039.40Jg-55.63108.5135.625059.6061.532.5370.9053.601500.74577.736、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(1) 下弦節(jié)點(diǎn)b用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫為，則所需的焊縫長(zhǎng)度為 設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為設(shè)“Cb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：610mm435mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為61cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿足要求。(2) 下弦節(jié)點(diǎn)c用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫為，則所需的焊縫長(zhǎng)度為 設(shè)“cE”桿的肢背和肢尖焊縫，因其內(nèi)力較?。?55.63kN）則所需的焊縫長(zhǎng)度按照構(gòu)造設(shè)置為40mm。設(shè)“Cb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：590mm370mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為59cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿足要求。(3) 下弦節(jié)點(diǎn)d用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“dF”桿的肢背和肢尖焊縫為，則所需的焊縫長(zhǎng)度為 設(shè)“dG”桿的肢背和肢尖焊縫，因其內(nèi)力較?。?55.63kN）則所需的焊縫長(zhǎng)度按照構(gòu)造設(shè)置為40mm。設(shè)“Cb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：280mm530mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為53cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿足要求。(4) 下弦節(jié)點(diǎn)e用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“eH”桿的肢背和肢尖焊縫為，則所需的焊縫長(zhǎng)度為 設(shè)“eI”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度 設(shè)“Cb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為 按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：265mm530mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為53cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿足要求。節(jié)點(diǎn)詳圖如圖所示：（5）下弦拼接節(jié)點(diǎn)f拼接角鋼與下弦桿的連接計(jì)算機(jī)拼接角鋼總長(zhǎng)度的確定。拼接角鋼與下弦桿之間每邊有4條角焊縫連接，可近似認(rèn)為4條角焊縫均勻傳力。拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫按下弦截面積等強(qiáng)度計(jì)算，即拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫最大承受的內(nèi)力值為，A為下弦角鋼截面總面積。則在拼接節(jié)點(diǎn)一邊每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為 每條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度 拼接角鋼的總長(zhǎng)度 （6）上弦節(jié)點(diǎn)“B”“bB”桿肢背焊縫長(zhǎng)度230mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度110mm。設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為530mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為160MPa節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（7）上弦節(jié)點(diǎn)“D”“bD”桿肢背焊縫長(zhǎng)度200mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度100mm?！癱D”桿肢背焊縫長(zhǎng)度160mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度100mm。為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為500mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為160MPa節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（8）上弦節(jié)點(diǎn)“H”“dH”桿肢背焊縫長(zhǎng)度70mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度50mm?！癳H”桿肢背焊縫長(zhǎng)度50mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度40mm。為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為450mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為160MPa節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（9）上弦節(jié)點(diǎn)“F”“cF”桿肢背焊縫長(zhǎng)度130mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度80mm?！癲F”桿肢背焊縫長(zhǎng)度100mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度70mm。為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為435mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為160MPa節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（10）上弦節(jié)點(diǎn)“I”“eI”桿肢背焊縫長(zhǎng)度50mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度40mm?！癵I”桿肢背焊縫長(zhǎng)度40mm，肢尖焊縫長(zhǎng)度40mm。節(jié)點(diǎn)詳圖如圖所示：（11）上弦節(jié)點(diǎn)“J、A、C、E、G”為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為345mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為160MPa（12）屋脊節(jié)點(diǎn)“K”設(shè)拼接角鋼與收壓弦桿之間的角焊