鋼結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架設(shè)計(jì)

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目：鋼結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：建筑工程與力學(xué)學(xué)院年級(jí)專業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 目錄1、 設(shè)計(jì)資料.32、 結(jié)構(gòu)形式與布置.33、 荷載計(jì)算.54、 內(nèi)力計(jì)算.65、 桿件設(shè)計(jì).86、 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).15梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書一、設(shè)計(jì)資料1、廠房的跨度分別取、，長度為，柱距。車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)中級(jí)工作制吊車。梯形屋架，屋架端高分別為、1.7、1.8、1.9、2.0，屋面坡度分別為i=1/9，1/10、1/11、1/12，屋架支撐在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400400，混凝土標(biāo)號(hào)為c25；計(jì)算溫度最低20。采用1.56預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土

2、大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三氈四油綠豆砂防水層，20厚1：3水泥砂漿找平層，80厚泡沫混凝土保溫層。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5。由于屋面坡度小、重型屋面，不考慮風(fēng)荷載。2、屋架計(jì)算跨度 3、跨中及端部高度：本題設(shè)計(jì)為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，屋面坡度為i=1/10，屋架在18軸線處的端部高度，屋架的中間高度h=2.800m，則屋架在處，兩端的高度為。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖1所示。根據(jù)廠房長度、跨度及荷載情況，設(shè)置了兩道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間。在所有柱間的上弦平面設(shè)置了剛性與

3、柔性系桿，以保證安裝時(shí)上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖2所示。圖1 梯形鋼屋架形式和幾何尺寸桁架上弦支撐布置圖桁架下弦支撐布置圖垂直支撐1-1垂直支撐2-2圖2 梯形鋼屋架支撐布置sc-上弦支撐；xc-下弦支撐；cc-垂直支撐；gc-剛性系桿；lg-柔性系桿三、荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。該廠房屋面活荷載與該地區(qū)的雪荷載均為，故取進(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（）。表1荷載計(jì)

4、算表荷 載 名 稱標(biāo) 準(zhǔn) 值（kn/m2）設(shè) 計(jì) 值（kn/m2）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=0.5420mm厚找平層0.0220=0.40.41.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保溫層0.086=0.480.481.35=0.648屋架和支撐自重0.12+0.01118=0.3180.3181.35=0.429管道荷載0.10.11.35=0.135永久荷載總和3.0984.182屋面活荷載0.50.51.4=0.7積灰荷載0.50.51.4=0.7可變荷載總和1.01.4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

5、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+半跨屋面活荷載半跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：四、內(nèi)力計(jì)算屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡圖如圖3所示。由圖解法解得f=1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）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果如表2所示。圖3 屋架計(jì)算簡圖表2屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（f=1）第一種組合f第二種組合第二種組合桿件計(jì)算內(nèi)力（kn）全跨左半跨右半跨f1+ f2f1+ f2f3+ f4f3+ f4上弦桿ab000000000bc-6.6

6、9-4.70-1.99-336.09-311.02-276.87-135.38-72.21-336.09cd-6.69-4.70-1.99-336.09-311.02-276.87-135.38-72.21-336.09de-9.45-5.92-3.53-474.75-430.27-400.16-174.47-118.76-474.75ef-9.45-5.92-3.53-474.75-430.27-400.16-174.47-118.76-474.75fg-9.41-4.70-4.7-472.74-413.39-413.39-145.88-145.88-472.74下弦桿ab3.782.761

7、.02189.90177.05155.1278.9338.37189.90bc8.455.652.8424.51389.23353.32164.3297.89424.51cd9.665.534.13待添加的隱藏文字內(nèi)容3485.30433.26415.62166.19133.56485.30斜腹桿ab-6.67-4.88-1.79-335.09-312.53-273.60-139.50-67.47-335.09bb4.733.151.58237.63217.72197.9491.6855.09237.63db-3.3-1.79-1.5-165.79-146.76-143.11-54.46-47

8、.70-165.79cd1.740.441.387.4171.0381.8716.9737.0287.41fc-0.520.73-1.25-26.12-10.37-35.3215.01-31.14-35.32df-0.62-1.721.1-31.15-45.01-9.48-42.4923.25-45.01豎桿aa-0.5-0.50-25.12-25.12-18.82-13.59-1.93-25.12bc-1-10-50.24-50.24-37.64-27.17-3.86-50.24ec-1-10-50.24-50.24-37.64-27.17-3.86-50.24dg1.080.540.545

9、4.2647.4547.4516.7616.7654.26五、桿件設(shè)計(jì)1、上弦桿整個(gè)上弦桿采用等截面，按de、ef桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，即上弦桿計(jì)算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度，即在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐節(jié)點(diǎn)間的距離，即根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。如圖4所示。 腹桿最大內(nèi)力，查表，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用 10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。設(shè)，查q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的t形和十字形截面均屬于類），則需要的截面積為圖4 上弦截面需要的回轉(zhuǎn)半徑：

10、，根據(jù)需要的、查角鋼規(guī)格表，選用21258012，肢背間距，則，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：，滿足長細(xì)比的要求。雙角鋼t型截面繞對(duì)稱軸（軸）應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長細(xì)比，故應(yīng)按下式計(jì)算故由，按類查附表，得填板每個(gè)節(jié)間放一塊（滿足桁架平面外計(jì)算長度范圍內(nèi)不少于兩塊），。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。，所需截面積為： 選用21258012，因，故用不等肢角鋼，短肢相并，如圖5所示。圖5 下弦截面，填板每個(gè)節(jié)間放一塊，。3、斜端桿桿件軸力： 計(jì)算長度： 因?yàn)?，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。選用21409014，如圖6所示，則圖6 端斜桿ab截面，故按下式計(jì)算：，故由按類查表得填板放兩

11、塊，。4、腹桿 ，由于桿件內(nèi)力較小，可按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：查型鋼表，選用28010，如圖7所示，則，圖7 腹桿fd截面，只需求，查表得，則填板放三塊，于5、豎桿 ，由于桿件內(nèi)力較小，可按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：查型鋼表，選用2564，如圖8所示，則， 圖8豎桿ec截面，只需求，查表得，則填板放三塊，小于6、跨中豎桿查型鋼表，選用2564，采用十字形截面，如圖9所示，則，十字 形截面：， 填板放2塊， 圖9 跨中豎桿gd截面其余各桿件的截面選擇計(jì)算過程不再一一列出，現(xiàn)將表列于表3。表3屋 架 桿 件 選 擇 表計(jì)算應(yīng)力n/an/mm2132.3103.754.169.378.5101.58

12、9.147.0122.0116.9149.061.8穩(wěn)定系數(shù)y0.793x0.7670.5290.5640.6150.6150.4690.3440.344容許長細(xì)比150350150150350150150350150150150350長細(xì)比y48.7143.765.762.6066.177.873.473.492.4113.5113.581.8x67.4133.9104.053.9681.798.690.890.8114.1140.2140.2115.6回轉(zhuǎn)半徑（cm）iy6.166.162.743.813.742.743.743.742.672.672.673.08ix2.242.241.

13、734.422.421.732.422.421.731.731.732.18截面面積（cm2）46.846.88.786130.268.7830.2630.268.788.788.788.78截面規(guī)格125801212580125641409014801056480108010564564564564計(jì)算長度（cm）loy300885180238.5247.3213.3274.6274.6246.7303.1303.1252lox150.9300180238.5197.8170.6219.7219.7197.4242.5242.5252內(nèi)力（kn）-474.75485.30-25.12-335

14、.09237.63-50.24-165.7987.41-50.24-35.32-45.0154.26桿件編號(hào)de、efcdaaabbbbcbddccecffdgd名稱上弦下弦腹桿六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”各桿件的內(nèi)力由表2查得。設(shè)計(jì)步驟：由腹桿內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。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)“”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為（按不等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）肢背：，取。肢尖： ，取。設(shè)“”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為肢背：，取。肢尖：，

15、取?！啊睏U的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。圖10 下弦節(jié)點(diǎn)“b”根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為，。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。該節(jié)點(diǎn)如圖10所示。2、上弦節(jié)點(diǎn)“b”“”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“”相同。“”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算得設(shè)“”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為肢背：，取。肢尖：，取。 圖11 上弦節(jié)點(diǎn)“b”驗(yàn)算上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差

16、，偏心距，偏心力矩，采用，則對(duì):對(duì):則焊縫強(qiáng)度為：3、屋脊節(jié)點(diǎn)“g”“gd”桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取肢背和肢尖和，取。弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般為）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫長度為（一條焊縫）拼接角鋼的長度弦桿桿端空隙，拼接角鋼長度取280mm。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算與節(jié)點(diǎn)“b”處槽焊縫驗(yàn)算方法類似，此處驗(yàn)算過程略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的

17、15%計(jì)算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫，取節(jié)點(diǎn)板長度為300mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為，焊縫應(yīng)力為因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算方法與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同。圖12 屋脊節(jié)點(diǎn)“g”4、下弦跨中節(jié)點(diǎn)“d” “gd”桿桿端焊縫與屋脊節(jié)點(diǎn)“g”相同，取，。“fd”桿內(nèi)力，內(nèi)力較小，焊縫尺寸按構(gòu)造確定，取肢背和肢尖，。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：，設(shè)肢背和肢尖，則肢背焊縫： 肢尖焊縫： 圖13 下弦跨中節(jié)點(diǎn)“d”拼接角鋼采用與下

18、弦桿相同截面，即21258012，除倒棱外，豎肢需切去?？山普J(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，即拼接角鋼截面面積則在拼接節(jié)點(diǎn)一邊每條焊縫的計(jì)算長度為拼接角鋼的長度弦桿桿端空隙，拼接角鋼長度取520mm。因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的下弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的下弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。5、 支座節(jié)點(diǎn)a為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的地面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度12mm。支座底板的計(jì)算。支座反力為設(shè)支座底板的平面尺寸采用，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)c25混凝土，。支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分為四塊，每塊