鋼結(jié)構(gòu)18m梯形屋架設(shè)計(jì)實(shí)例

1、 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目某廠房總長度90m，跨度為18m，屋蓋體系為無檁屋蓋。縱向柱距6m。1. 結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，屋架下弦標(biāo)高為18m。2. 屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：Q345鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載（1）無檁體系：采用1.56.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q

2、為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載為0.7kN/m2屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.45kN/m2水泥砂漿找平層 0.7kN/m2保溫層 0.4 kN/m2(按附表取)預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kN/m2附 圖 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨單位荷載幾何尺寸作用下各桿件的內(nèi)力值 (c) 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置 根據(jù)車間

3、長度、屋架跨度和荷載情況，設(shè)置上、下弦橫向水平支撐、垂直 支撐和系桿，見下圖。因連接孔和連接零件上有區(qū)別，圖中給出W1、W2和W3 三 種編號(hào)（a）上弦橫向水平支撐布置圖 （b）屋架、下弦水平支撐布置圖 1-1、2-2 剖面圖 2.荷載計(jì)算三氈四油防水層 0.45 kN/m2 水泥砂漿找平層 0.7kN/m2 保溫層 0.4kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撐自重 0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷載總和 3.318kN/m2 活荷載 0.7kN/m2 積灰荷載 0.7kN/m2 可變荷載總和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，對(duì)荷載影響小，未予以考慮。

4、風(fēng)荷載對(duì)屋面為吸力，重屋面可不考慮。3.荷載組合 1.全跨永久荷載+全跨可變荷載 可變荷載效應(yīng)控制的組合： F=(1.23.318+1.40.7+1.40.90.7)1.56=52.59kN永久荷載效應(yīng)控制的組合： F=(1.353.318+1.40.70.7+1.40.90.7)1.56=54.43kN 故F=54.43KN 2.全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨永久荷載設(shè)計(jì)值： F1=1.353.3181.56=40.31kN 半跨可變荷載設(shè)計(jì)值： F2=(1.40.7+1.40.90.7)1.56=16.76kN屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱桿件編號(hào)單位內(nèi)力作用時(shí)的內(nèi)力系數(shù)組合1組合2計(jì)算內(nèi)里

5、全跨A左半跨B右半跨CFAF1A+F2CF1A+F2B上弦AB0.000.000.000.000.000.000.00BC、CD-6.221-4.317-1.85-338.61-281.77-323.12-338.12DE、EF-8.993-5.636-3.357-489.49-417.15-345.23-489.49FG-9.102-4.551-4.551-495.42-443.18-443.18-495.42下弦ac3.4702.5370.933188.87155.51182.17188.87ce7.9625.3252.637433.37365.14410.20433.37eg9.2795

6、.3123.967505.06441.64463.07505.06斜腹桿aB-6.502-1.754-1.748-353.90-291.39-291.49-353.90Bc4.7393.1581.581257.94217.53243.96257.94cD-3.382-1.862-1.520-184.08-161.80-167.54-184.08De1.8840.5401.344102.3298.4789.99102.32eF-0.6900.615-1.305-37.47-49.69-17.51-49.69Fg-0.462-1.6321.170-25.090.99-45.98-45.98豎桿Aa

7、-0.5-0.50.00-27.16-20.16-28.54-28.54Cc-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Ee-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Gg0.8120.4060.40644.2039.5439.5444.204. 截面選擇按腹桿最大內(nèi)力N=-353.9kN查表選用中間節(jié)點(diǎn)板厚度t=10mm，荷載支座節(jié)點(diǎn)板厚度t=12mm。 1. 上弦 整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)里計(jì)算： 假定=60,對(duì)于雙角T形鋼，當(dāng)繞x.y軸失穩(wěn)時(shí)屬于類b截面，由附表查得 x= 0.735 ，需要的截面幾何量： A=N/minf=49

8、54.2 / (0.735310)=21.74cm ix=lox/=150.75/90=2.51cm iy=loy/=300/90=5.0cm 由附表選用2L8010,A=30.26cm,ix=2.42cm,iy=3.74cm x=lox/ix=150.75/2.26=62.290 y=loy/iy=300/3.54=80.21=150 雙角T鋼型截面繞對(duì)稱軸（y）軸應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長細(xì)比yz b/t=8.0y 故由max=yz=81.94，按b類查附表得=0.553 =N/A=4954.2/(0.63230.26)=296.06N/mmf=310N/mm因截面無孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋

9、制鋼翼緣和腹板，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定填板每個(gè)節(jié)間放一塊（滿足l1范圍內(nèi)不少于兩塊）,la=75.38cm40i=402.42=96.8cm 2.下弦 下弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算：Nmax=505.06kN,lox=300cm,loy=900cm，連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100cm(eg節(jié)間)，可不考慮螺栓孔削弱。需要的截面幾何量： A=N/f=5050.6/310=16.29cm ix=lox/=300/350=0.86cm iy=loy/=1500/350=2.57cm由附表選用2L757，A=20.26cm,ix=2.30cm,iy=3.47cm x=lox/ix=300

10、/2.30=130.43=350 y=loy/iy=900/3.47=259.37=350 =N/A=249.29N/mmf=310N/mm填板每個(gè)節(jié)間放一塊，l1=150cm80i=802.30=184cm 3.斜腹桿 （1）桿件aB:N=-353.90kN,lox=loy=253.0cm 假設(shè)=80，對(duì)于雙角T形鋼，當(dāng)繞x.y軸失穩(wěn)時(shí)屬于類b截面，由附表 查得x= 0.574 ，需要的截面幾何量： A=N/minf=3539.0 / (0.574310)=19.82cm ix=lox/=253.0/80=3.16cm iy=loy/=3.16cm 由附表選用2L1006,A=23.86cm

11、,ix=3.10cm,iy=4.44cm x=lox/ix=253.0/3.10=81.61=150 y=loy/iy=253.0/4.44=56.98 雙角T鋼型截面繞對(duì)稱軸（y）軸應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長細(xì)比yz b/t=16.70.58loy/b=14.67,故按下式計(jì)算 yz=3.9b(1+loyt/18.6b)/t=71.20x 故由max=x=81.61，按b類查附表得=0.563 =N/A=3539.0/(0.56323.86)=263.45N/mmf=310N/mm 因截面無孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗(yàn)算局 部穩(wěn)定填板放兩塊,la=84.30cm40i=403

12、.1=124cm (2)桿件Bc:N=257.94kN,lox=0.8l1=0.8/261.3=209.04cm,loy=261.3cm 需要的截面幾何量： A=N/f=2579.4/310=8.32cm ix=lox/=209.04/350=0.60cm iy=loy/=261.3/350=0.75cm 由附表選用2L634，A=9.96cm,ix=1.96m,iy=2.94cm x=lox/ix=209.04/1.96=106.65=350 y=loy/iy=261.3/2.94=88.88=350 =N/A=258.98N/mmf=310N/mm 填板放兩塊，l1=87.1cm80i=8

13、01.96=156.8cm.（3）桿件Ee:N=-50.07kN,lox=0.8l1=0.8259.0=207.20cm,loy=259.0cm。內(nèi)里較小 可按選擇截面，需要的截面幾何量： ix=lox/=207.20/150=1.38cm iy=loy/=259.0/150=1.73cm 由附表選用2L506,A=11.38cm,ix=1.51cm,iy=2.48cm x=lox/ix=207.20/1.51=137.22=150 y=loy/iy=259.0/2.21=104.44=150 雙角T鋼型截面繞對(duì)稱軸（y）軸應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長細(xì)比yz b/t=8.330.58loy/b=29.

14、93,故按下式計(jì)算 yz=y（1+0.475b/loyt）=105.72x 故由max=x=137.22，按b類查附表得=0.260 =N/A=500.7/(0.26011.38)=166.04N/mmf=310N/mm 因截面無孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗(yàn)算局 部穩(wěn)定填板放四塊,la=51.8cm40i=401.51=55.2cm 其余桿件截面選擇見表，注意連接垂直支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜 平面計(jì)算長度lo=0.9l,其他腹桿除Aa外，lox=0.8l. 物價(jià)桿件截面選用表 桿件名稱桿件號(hào)內(nèi)里設(shè)計(jì)值（kN）計(jì)算長度(cm)所用截面截面積(cm）計(jì)算應(yīng)力(N/

15、mm)容許長細(xì)比桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫填板數(shù)loxloy上弦FG-495.42150.75300.002L801028.26274.35150_每節(jié)間1下弦eg505.06300.001500.02L75720.26249.29350 _每節(jié)間1 斜腹桿aB-353.90253.0253.02L100623.86263.451506-1604-1202Bc257.94209.04261.302L6349.96258.983504-1704-902cD-184.08229.12286.402L90621.28169.281506-904-703De102.32229.12286.402L3

16、044.56224.363504-704-403eF-49.69249.92312.402L56816.74130.761506-404-304Fg-45.98249.92312.402L56816.74121.01506-404-304豎桿Aa-28.54199.0199.02L45610.16121.081506-404-303Cc-57.07183.2229.02L45610.16209.591506-404-303Ee-57.07207.20259.02L50611.38166.041506-404-304Gg44.202890.9=260.13656.7665.382006-404-

17、303 5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)”c”先算腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：Bc桿肢背及肢尖的焊縫的焊腳尺寸取hf1=hf2=4mm，則所需的焊縫長度（考慮起滅弧缺陷）： 肢背 lw1=257940/(30.74200)+24= 161.54mm,用170mm; 肢尖 lw2=257940/(60.74200)+24=84.77mm,用90mm. 腹桿Cc和cD的桿端焊縫同理計(jì)算，其次驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫，內(nèi)力差 N=Nce-Nac=433.37-188.87=244.5kN75.76kN .由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點(diǎn)板量得節(jié)點(diǎn)板長度是52.0cm,角焊縫計(jì)算長度lw=52.0-1.2=50.8

18、cm,采用hf=6mm,肢背焊縫應(yīng)力為： 1=244500/(30.76508)=38.20N/mmff=200N/mm 下線節(jié)點(diǎn)“c”（2）上線節(jié)點(diǎn)“B” 腹板aB,Bc的桿端焊縫計(jì)算同上。這里驗(yàn)算上線與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：節(jié)點(diǎn) 板縮進(jìn)8mm 肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載： Q=54.43kN,hf=t/2=5mm,lw1=lw2=48.0-1.0=47.0cm =54430/(20.75470)=16.55N/mmff=1.22200=244N/mm 肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差N=NAB-NBC=338.12-0=338.12kN74.31kN,偏 心距e=8-2.5=5.5cm偏心力矩M=Ne

19、=338.125.5=18.60kNm,采用 hf=10mm,則 對(duì)N：=338120/(20.710508)=47.54N/mm 對(duì)M：f=6M/(2helw)=618600000/(20.710 508)=30.89N/mm 則焊縫強(qiáng)度為：（f/f）f=53.86N/mm280.43cm,墊板采用-10010012，孔徑26mm,實(shí)際底板凈面積為: An=784-245-3.145/4=724.4cm底板實(shí)際應(yīng)力： q=3271.8/724.4=4.52N/mm a1=(14-0.5)+(14-0.6)=18.92cm b1=13.513.4/18.92=9.45cm b1/a1=9.45/18.92=0.50,查表得=0.056，則： M=qa=0.0564.52189.2=9060.85Nmm 所需底板厚度： t6Mmax/f=69060.85/205=16.28mm 用t=18mm,底