梯形鋼屋架設(shè)計(jì)doc

1、單層工業(yè)廠房屋蓋結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)資料：11由設(shè)計(jì)任務(wù)書的已知條件：某地一機(jī)械加工車間，長(zhǎng)102m，跨度30m，柱距 6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)40/10T中級(jí)工作制橋式吊車，軌頂標(biāo)高18.5m，柱頂標(biāo)高27m，地震設(shè)計(jì)烈度7度。采用梯形鋼屋架，封閉結(jié)合，1.56m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（1.4），上鋪100mm厚泡沫混凝土保溫層（容重為1），三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層（0.4），找平層2cm厚（0.3），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡(jiǎn)支與鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，上柱截面400400mm。鋼筋選用Q235B，焊條采用E43型。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值

2、0.6，雪荷載為：0.35，風(fēng)荷載為：0.45。1.2屋架計(jì)算跨度：1.3跨中及端部高度：本題設(shè)計(jì)為無(wú)檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m軸線處的端部高度，屋架的中間高度：（為），則屋架在29.7處，兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。2.結(jié)構(gòu)形式與布置：屋架形式及幾何尺寸如圖所示：圖1.梯形鋼屋架形式和幾何尺寸 根據(jù)廠房長(zhǎng)度（102m60m）、跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房?jī)啥说臋M向水平支撐設(shè)在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設(shè)置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時(shí)上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的

3、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下圖所示：圖2.桁架上弦支撐布置圖桁圖3.架下弦支撐布置圖圖4.垂直支撐1-1圖5.垂直支撐2-2SC-上弦支撐；XC-下弦支撐；CC-垂直支撐；GC-剛性系桿；LG-柔性系桿3.荷載計(jì)算屋面和荷載與雪荷載不會(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。故取屋面活荷載0.7kN/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m。表 1 荷 載 計(jì) 算 表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）設(shè)計(jì)值（kN/）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.41.351.

4、89三氈四油防水層0.40.41.350.54找平層（厚2cm）0.30.31.350.40510mm厚泡沫混凝土保溫層0.10.11.350.35屋架和支撐自重0.117+0.01130=0.4470.4471.350.603永久荷載總和2.6473.573屋面活荷載0.70.71.40.98積灰荷載0.60.61.40.84可變荷載總和1.31.82設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：3.1.全跨永久荷載 + 全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：3.2.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：3.3.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

5、跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨節(jié)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)圖如圖所示： 圖6.屋架計(jì)算簡(jiǎn)圖由圖解法或數(shù)解法解得F1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F1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)果見(jiàn)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+上弦ABBC、CDDE、EFFG、GHHIIJ、JK0-11.35-18.19-21.53-22.36-22.730-8.49-13.08-14.62-13.98-14.39-0.01-3.45-6.2

6、5-8.46-10.25-10.200-542.31-869.14-1028.72-1068.38-1086.060-504.05-799.19-931.82-948.02-966.64-0.17-421.49-687.31-830.92-886.93-898.010-280.89-436.57-494.47-482.45-495.05-0.26-150.71-260.16-335.37-386.11-386.82-0.26-542.31-869.14-1028.72-1068.38-1086.06下弦abbccddeef6.3315.3620.2122.1221.234.8411.3014.

7、1414.4411.681.834.987.439.3911.68302.45733.92965.651056.921014.39282.83679.03881.51947.84874.01233.53575.50771.60865.12874.01159.37375.24474.92493.03416.9181.62211.99301.60362.59416.91302.45733.92965.651056.921014.39斜腹桿aBBbbDDccFFddHHeeggKgI-11.348.81-7.555.39-4.232.62-1.510.291.532.160.49-8.666.47-

8、5.233.39-2.250.880.22-1.253.404.070.54-3.272.87-2.842.44-2.432.13-2.121.89-2.28-2.32-0.06-541.84420.95-360.75257.54-202.11125.19-72.1513.8673.10103.2123.41-506.51389.28-328.45228.85-172.8898.67-44.95-11.15104.89136.1324.60-418.22330.31-289.31213.29-175.83119.14-83.2840.2811.8531.4614.77 -285.23214.9

9、3-176.07116.82-81.0736.95-2.51-30.7196.13116.8516.61-146.01121.94-114.3392.28-85.7269.24-62.9550.39-50.59-48.201.11-541.84420.95-360.75257.54-202.11125.19-83.2850.39-30.71104.89-50.59136.13-48.2024.60豎桿AaCb、EcGdJgIeKf-0.55-1.00-0.98-0.85-1.420.02-0.54-0.99-0.98-0.90-1.430000000-26.28-47.78-46.83-40.

10、61-67.850.96-26.53-48.37-47.57-42.08-69.090.64-17.69-32.16-31.51-27.33-45.660.64-16.93-31.00-30.63-27.86-44.640.11-2.98-5.43-5.32-4.61-7.710.11-26.53-48.37-47.57-42.08-69.090.96表2 屋 架 構(gòu) 件 內(nèi) 力 組 合 表5.桿件設(shè)計(jì)5.1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)。N-1086.06kN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度在屋架平面外：本屋架為無(wú)檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛

11、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，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。腹桿最大內(nèi)力N-541.84kN，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)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積：需要的回轉(zhuǎn)半徑：，根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L18011012，肢背間距a12mm，則A67.42，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 滿足長(zhǎng)細(xì)比150的要求。由于，只需求。查表0.847，則所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖7.上弦截面5.2下弦桿：整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)

12、力所在的de桿計(jì)算。，（因跨中有通長(zhǎng)系桿），所需截面積為:選用2L18011010，因，故用不等肢角鋼，短肢相并。A56.849.16，取 j=1，則：所以滿足要求。下弦截面如圖：圖8.下弦截面5.3端斜桿aB:桿件軸力： 計(jì)算長(zhǎng)度： 因?yàn)椋什捎貌坏戎卿?，長(zhǎng)肢相并，使。選用2L140908。則:A36.00，由于，只需求。查表0.760，則:所選截面合適。5.4腹桿eggK:此桿在g節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長(zhǎng)桿件。最大拉力： 最大壓力： 再分式桁架中的斜腹桿，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2L635，查角鋼規(guī)格表得A12.29，由于，只需求。查表0.31，則

13、拉應(yīng)力： 5.5豎桿Ie： ，由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L634，其幾何特性為：A9.96，由于，只需求。查表0.39，則:其余各桿件的截面選擇列于如表：表3 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編號(hào)內(nèi)力/kN計(jì)算長(zhǎng)度/cm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)力上弦IJ、JK959.027150.8452.21601001260.112.827.6740.9961.011500.802198.93下弦de946.48523011351601001050.632.8487.6280.8186.6735

14、0148.75腹桿Aa-25.565200.9200.94535.3781.392.29143.892.061500.365130.23aB-541.84253.0253.014090836.004.503.7756.2268.381500.760198.02Bb420.95166.88261.3901220.312.714.2561.5861.48350207.26Cb-51.399178.4223.050610.1521.362.36118.496.051500.5699.94bD-360.75229.1286.4100727.5923.094.5374.363.31500.724182.

15、51Dc257.54229.1286.470513.762.163.31106.0686.53350187.17Ec-51.231196.8246.05047.7941.542.36127.7104.21500.398164.9cF-202.11249.92312.490621.282.794.1289.5875.831500.623152.49Fd125.19249.92312.45047.801.542.51162.29124.46350160.5Gd-51.282215.2269.050816.7341.682.67128.09100.741500.40176.33dH-83.28271

16、.2339.070411.142.183.29124.40103.041500.415176.03He50.39-30.71271.2339.06349.961.963.02138.37112.251500.35287.59Ie-51.180233.6292.05636.6861.752.57134.48113.621500.371206.22eg104.89-44.78230.1454.7663512.2861.943.04118.6149.591500.31132.79gK151.44-42.26230.1454.7663512.2861.943.04118.6149.591500.311

17、26.55Kf0.96314.1314.16349.961.963.02160.26104.012000gI24.06166.6208.35047.801.542.51108.283.035030.85Jg-42.08127.6159.55047.801.542.5182.8663.551500.66980.516.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6.1支座設(shè)計(jì)：支座節(jié)點(diǎn)“a”為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底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14mm。（1）支座底板的計(jì)算：支座反力： 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

18、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，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：式中：底板下的平均應(yīng)力，即=8.49， 兩邊支承之間的對(duì)角線長(zhǎng)度，即 系數(shù)，由查表確定。為兩邊支承的相交點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離。由此得：查表得0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：底板厚度：，取t22mm所以底板尺寸為。（2）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算一個(gè)加肋的連焊縫風(fēng)所承受的內(nèi)力取為加勁肋高度、厚度取與中間節(jié)點(diǎn)板相同（）。采用，驗(yàn)算焊縫應(yīng)力：對(duì)V:對(duì)M:應(yīng)力驗(yàn)算:（3）節(jié)

19、點(diǎn)板、加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算 設(shè)焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點(diǎn)板傳遞。 節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫長(zhǎng)度，所需焊腳尺寸為，取。 每塊加勁肋與底板的連接焊縫長(zhǎng)度為所需焊縫尺寸所以取。節(jié)點(diǎn)如圖:圖9.下弦節(jié)點(diǎn)“a”下弦節(jié)點(diǎn)b已知采用用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，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取180。肢尖： ，取120。設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背： ，取160。肢尖： ，取110?！癈b”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件

20、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360mm445mm。圖10.下弦節(jié)點(diǎn)“b”下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為44.5cm，。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。下弦節(jié)點(diǎn)c設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取120。肢尖： ，取80。設(shè)“cF”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背： ，取100。肢尖： ，取60?！癊c”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)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

21、出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為305mm365mm。 圖11.下弦節(jié)點(diǎn)“c”下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為36.5cm，。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。下弦節(jié)點(diǎn)d設(shè)“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取80。肢尖： ，取40。設(shè)“dH”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背： ，取60。肢尖： ，取40?！癎d”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)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250mm30

22、0mm。圖12.下弦節(jié)點(diǎn)“d”下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為30cm，。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。下弦節(jié)點(diǎn)e設(shè)“He”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取60。肢尖： ，取40。設(shè)“eg”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背： ，取70。肢尖： ，取50。“eI”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)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320mm445mm。圖13.下弦節(jié)點(diǎn)“e” 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊

23、縫長(zhǎng)度為44.5cm，。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。下弦節(jié)點(diǎn)f（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為60cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，則需焊縫長(zhǎng)度為:，取=300mm拼接角鋼長(zhǎng)度不小于2300+12=612mm。（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取=90mm肢尖：，按構(gòu)造要求，取焊縫長(zhǎng)度 50mm，取 =60mm（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸： 按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸: 圖14.下弦節(jié)點(diǎn)“f”焊縫強(qiáng)度滿足要求。下弦節(jié)點(diǎn)g

24、設(shè)“Ig”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取10。肢尖： ，取6。設(shè)“Jg”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取30。肢尖： ，取12。根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)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195mm260mm。圖13.下弦節(jié)點(diǎn)“g”下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為26cm，。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。6.2上弦設(shè)計(jì)上弦節(jié)點(diǎn)“B” “Bb”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“b

25、”相同。已知： 設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按不等肢角鋼短肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）：肢背： ，取200。肢尖： ，取160。 為了便于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)。槽焊縫作為兩條角焊縫計(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)算得到：肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則節(jié)點(diǎn)如圖:圖14.上弦節(jié)點(diǎn)“B”上弦節(jié)點(diǎn)DbD桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“b”相同，即：，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：肢背： ，取160。肢尖： ，取110。Dc桿節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同，即：，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）： 肢背： ，取120。肢尖： ，取80。肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為335mm，則節(jié)點(diǎn)如圖:圖15.上弦節(jié)點(diǎn)“D”上弦節(jié)點(diǎn)FFc桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同，即：，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：