課程設計梯形鋼屋架設計(21m跨)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設計計算書梯形鋼屋架設計（21m跨）一、設計資料某地區(qū)某金工車間。采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架?？缍葹?1 m，柱距6 m,廠房長度為144 m，廠房高度為15.7 m。車間內(nèi)設有兩臺150/520 kN中級工作制吊車，計算溫度高于 -20 。采用三氈四油防水屋面上鋪小石子設計荷載標準值0.4 kN/m2，水泥砂漿找平層設計荷載標準值0.4 kN/m2，泡沫混凝土保溫層設計荷載標準值0.1 kN/m2，水泥砂漿找平層設計荷載標準值0.5 kN/m2， 1.5 m×6.0 m預應力混凝土大型屋面板設計荷載標準值1.4 kN/m2。屋面積灰荷載0.35 kN/m2，屋面活荷載0

2、.35 kN/m2，雪荷載為0.45 kN/m2，風荷載為0.5 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，柱截面為400 mm×400 mm，砼標號為C20。二、屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置1、鋼材及焊條選擇根據(jù)建造地區(qū)（北京）的計算溫度和荷載性質(zhì)及連接方法，鋼材選用Q235-B。焊條采用E43型，手工焊。2、屋架形式及尺寸本設計采用無檁屋蓋，1/10，采用梯形屋架。屋架跨度為=21000 mm屋架計算跨度為-30020700 mm，端部高度取2000 mm ，（1/16 1/12），（通常取為2.0 2.5 m）中部高度取+0.52000 + 0.1×21000/23

3、050 mm，屋架桿件幾何長度見附圖1所示，屋架跨中起拱42 mm（ = /500考慮）。 為使屋架上弦承受節(jié)點荷載，配合寬度為1.5 m的屋面板，采用上弦節(jié)間長度為3.0 m。附圖1：屋架桿件幾何長度（單位：mm）3、屋蓋支撐布置根據(jù)車間長度、屋架跨度和荷載情況，設置四道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房兩端的橫向水平支撐設在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設置剛性系桿保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設置剛性系桿以傳遞山墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端共設四道垂直支撐。在屋脊節(jié)點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設置通長的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點處設

4、置一道縱向通長的柔性系桿，支撐布置見附圖2。圖中與橫向水平支撐連接的屋架編號為GWJ-2，山墻的端屋架編號為GWJ-3，其他屋架編號均為GWJ-1。附圖2：屋面支撐布置圖（單位：mm）三、荷載和內(nèi)力計算1、荷載計算 屋架和支撐自重按照經(jīng)驗公式=(0.12+0.011)=(0.12+0.011×21)0.35 kN/m2荷載計算匯總表項目名稱標準值kN/m2設計值kN/m2備注1防水層（三氈四油）0.40.48沿屋面坡向分布2水泥砂漿找平層0.40.48沿屋面坡向分布3泡沫砼保溫層0.10.12沿屋面坡向分布4水泥砂漿找平層0.50.6沿屋面坡向分布5預應力混凝土大型屋面板1.41.6

5、8沿屋面坡向分布6屋架和支撐自重0.350.42沿水平分布恒荷載累計3.153.787屋面均布活荷載0.350.49沿水平面分布，計算中取二者中的較大值8雪荷載0.450.639積灰荷載0.350.49活荷載累計0.81.12由于屋面坡度不大，對荷載的影響較小，未予考慮。風荷載為吸力，重屋蓋可不考慮。2、荷載組合計算屋架桿內(nèi)力時，應考慮如下三種荷載組合：正常使用階段：“全跨恒荷載+全跨屋面均布活荷載”和“全跨恒荷載+半跨屋面均布活荷載”，恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設計值及分別為：3.78×1.5×634.02 kN1.12×1.5×610.08 kN施

6、工階段：“全跨屋架及支撐自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷載”，這時只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒荷載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載與雪載數(shù)值較大的）即可能出現(xiàn)在左半跨，也可能出現(xiàn)在右半跨，取決于屋面板的安裝順序。當從屋架兩端對稱安裝屋面板時，則不必考慮此種荷載組合。施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設計值和分別為：0.42×1.5×63.78 kN（1.68+0.63）×1.5×620.79 kN3、內(nèi)力計算 首先計算出荷載作用下各桿力系數(shù)。根據(jù)算得的節(jié)點荷載（、）和桿力系數(shù)，計算各桿件內(nèi)力并組合得出各桿件的最不利內(nèi)力組合。桿力系數(shù)計算模型四

7、、桿件截面選擇 1、上弦部分：最大內(nèi)力桿件：FG = -537.14 KN、GH = -537.14 KN 屋架上弦截面統(tǒng)一不變，取上弦最大設計桿力計算。l0x1508 mm(屋架平面內(nèi))，l0yl13000 mm(屋架平面外)（考慮大型屋面板能起到一定的支撐作用，故一般取兩塊屋面板的寬度，但不大于3.0 m，未考慮屋面板之間灌縫處理的寬度）。根據(jù)計算，腹（斜）桿最大設計內(nèi)力NaB -337.37 kN，查表（課程設計指導書 表5）,得中間節(jié)點板厚度t10 mm，支座節(jié)點板厚t12 mm。選擇跨中斜腹桿截面時均按壓桿考慮并控制長細比不大于150,即：150。 按穩(wěn)定條件計算所需毛截面面積：查（

8、鋼結(jié)構(gòu)第二版 武漢理工大學出版社）表5.3知由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬b類。角鋼厚度16 mm，取215 N/mm2 ，假設80，由附表4-2查得0.710，需要的截面面積：需要的回轉(zhuǎn)半徑為 上弦采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的T形截面。根據(jù)需要的、查附表7-5，選用2140×90×10（短邊相連）：44.6 cm2，2.56 cm，6.77 cm（節(jié)點板厚10 mm）。驗算 ，=0.826故 驗算對稱軸y的穩(wěn)定承載力： 換算長細比查附表4-2，0.794；故，所以滿足要求。填板間距為， 2、下弦部分：最大內(nèi)力桿件：cd = -527.88 KN 屋架下弦截面統(tǒng)一不

9、變，取下弦最大設計桿力計算。3000 mm，20700/210350 mm，需要的凈截面面積為：選用2140×90×10（短邊相連）：44.6 cm2，2.56 cm，6.77 cm驗算：在節(jié)點設計時，將位于下弦桿連接支撐的螺栓孔設置在節(jié)點板范圍內(nèi)且使螺栓孔中心距節(jié)點板邊緣距離100 mm，故計算桿件強度可不考慮截面的削弱，按毛截面驗算（350，查表5.1） 故 所以滿足要求。填板間距為， 3、端斜桿部分：最大內(nèi)力桿件：aB = -337.37 KN 2575 mm，2575 mm，需要的凈截面面積為 選用2140×90×8（長邊相連）：36 cm2，4

10、.50 cm，3.63 cm ，150（查表5.2）驗算： 換算長細比查附表4-2，0.692；故所以滿足要求。設2塊填板，間距為，4、斜腹桿部分：桿件內(nèi)力：dH = -46.82 KN3399 mm，3399 mm，需要的凈截面面積為 選用280×5：15.82 cm2，2.48 cm，3.63 cm ，150（查表5.2）驗算： 換算長細比，查附表4-2，0.584；故所以滿足要求。設2塊填板，間距為，5、豎桿部分：桿件內(nèi)力：Gd = -42.78 KN 桿件截面統(tǒng)一不變，0.80.8×2898 = 2318 mm，2898 mm，選用280×5：15.82

11、cm2，2.48 cm，3.63 cm ，150（查表5.2）驗算： 換算長細比，查附表4-2，0.665；故所以滿足要求。設2塊填板，間距為，其余各桿的具體參數(shù)選擇見下表。連接垂直支撐的豎腹桿，使連接不偏心，宜采用兩個等邊角鋼組成的十字形截面，其斜平面計算長度為，其它腹桿除A a和B a外，。共有3種規(guī)格的角鋼。五、節(jié)點設計 在確定節(jié)點板的形狀和尺寸時，需要腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度。先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計算公式為：角鋼肢背所需焊縫長度：角鋼肢尖所需焊縫長度：如斜腹桿a B，設計桿力N337.37 kN，設肢背與肢尖的焊腳尺寸各為，。因a B桿系為2140×90&#

12、215;8不等邊角鋼，并長肢相連，取，。則：其它腹桿所需焊縫長度的計算結(jié)果見下表。因其他腹桿受力較小，焊縫長度可以按照構(gòu)造取值：，1、下弦節(jié)點“b”按計算B b、b D桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸（附圖）。焊腳尺寸，焊縫承受節(jié)點相鄰弦桿的內(nèi)力差。肢背焊縫長度：肢尖焊縫長度：即可滿足要求。填板寬度需滿足，還需滿足斜腹桿的焊縫長度要求，故取填板寬度為510 mm。驗算肢背焊縫的強度：滿足要求。肢尖部分的焊縫應力更小，也可滿足要求。豎桿b C下端應伸至距下弦肢尖20 mm處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點板滿焊。下弦 b節(jié)點2、上弦節(jié)點“B” 按上表所列腹桿B a、b B所需

13、焊縫長度，節(jié)點板縮進上弦角鋼背，縮進7 mm，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸（附圖）。焊腳尺寸，焊縫承受節(jié)點集中荷載垂直于屋面的分量及相鄰弦桿的內(nèi)力差，實際上因不大，可按構(gòu)造滿焊。假設驗算焊縫的強度：查表得出滿足要求。上弦節(jié)點“B”3、下弦中央拼接節(jié)點“e” （1）拼接角鋼計算 因節(jié)點兩側(cè)下弦桿內(nèi)力相等，使用一側(cè)弦桿內(nèi)力代入計算即可。拼接角鋼采用與下弦相同的截面2140×90×10，設與下弦的焊縫的焊腳尺寸，豎直肢應切去，節(jié)點一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計算長度為：拼接角鋼需要的長度為：為保證拼接節(jié)點處的剛度，故取。（2）下弦與節(jié)點板的連接焊縫計算 下弦與節(jié)點板

14、的連接焊縫按代入計算。取焊腳尺寸，節(jié)點一側(cè)下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長度、分別為：肢背焊縫長度：肢尖焊縫長度： 下弦節(jié)點“e”4、屋脊節(jié)點“H”（1）拼接角鋼計算按上弦桿內(nèi)力計算拼接角鋼與上弦的焊縫。拼接角鋼采用與上弦相同的截面2140×90×10，設與上弦的焊縫的焊腳尺寸，豎直肢應切去，節(jié)點每側(cè)與上弦的每條焊縫所需計算長度為：拼接角鋼需要的長度為：為保證拼接節(jié)點處的剛度,故取。（2）上弦與節(jié)點板間焊縫計算 上弦與節(jié)點間在節(jié)點兩側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點荷載P與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力。由于屋架采用1：10的放坡，坡度過小可以近似地認為，該合力的數(shù)值為：設焊腳尺寸，每條焊縫所需要

15、長度為：屋脊節(jié)點“H”5、支座節(jié)點“a”（1）底板計算：底板承受屋架的支座反力,柱采用C20砼，砼的軸心抗壓強度設計值，所需底板凈面積為：錨栓直徑，錨栓孔布置為50 mm，栓孔面積為：所需底板面積為 按構(gòu)造要求采用底板面積為，錨栓墊板采用-100×100×20，孔徑26 mm 。底板承受的實際應力： ，查表5.8，則所需底板厚度：按照構(gòu)造取，底板尺寸為 -400×400×20。（2）加勁肋與節(jié)點板的焊縫計算： 焊縫長度等于加勁肋高度，也是節(jié)點板的高度，厚度取節(jié)點板厚度。擬定加勁板斷面為-532×195×12，設焊腳尺寸，焊縫計算長度，每個加勁肋近似的傳遞支座反力的1/4。則焊縫所受剪力V及彎矩M為： 焊縫強度驗算 滿足要求。（3）加勁肋、節(jié)點板與底板的焊縫計算： 設，實際的焊縫總長度：驗算：滿足要求。支座節(jié)點“a”6、節(jié)點板計算（1）節(jié)點板在受壓腹桿的壓力作用下的計算 所有無豎桿相連的節(jié)點板，受