鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) (37)

1、1、題號(hào)88的已知條件是：梯形鋼屋架跨度為30m，長(zhǎng)度102m，柱距6m。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50kN中級(jí)工作制吊車，軌頂標(biāo)高為。冬季最低溫度為-20,地震設(shè)計(jì)烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為。采用×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kPa，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 kN/。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。鋼材采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。要求設(shè)計(jì)鋼屋架并繪制施工圖。2、屋架計(jì)算跨度：3、跨中及端部高度：本例題設(shè)計(jì)為無(wú)

2、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），則屋架在處，兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。2.3.1 結(jié)構(gòu)型式與布置屋架型式及幾何尺寸如圖2.12所示。2 梯形鋼屋架形式和幾何尺寸根據(jù)廠房長(zhǎng)度（102m>60m）、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

3、道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖2.13所示。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2-2SC上弦支撐；XC下弦支撐；CC垂直支撐；GG剛性系桿；LG柔性系桿圖2.13 梯形鋼屋架支撐布置2.3.2 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2.2 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×三氈四油防水層×找平層（厚20mm）××80mm厚泡沫混凝土保溫層

4、××屋架和支撐自重×管道荷載×永久荷載總和屋面活荷載×積灰荷載×可變荷載總和設(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+全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：（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。2.3.3 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2.14所示。(a) (b)(c)圖2.14 屋架計(jì)算簡(jiǎn)圖由圖

5、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)表2.2。表2.3 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、JK00000下弦abbccddeef斜腹桿aBBbbDDccFFddHHeeggKgI豎桿AaCb、EcGdJgIeKf00000002.3.4 桿件設(shè)計(jì)（1） 上弦桿。整個(gè)上弦

6、采用等截面，按IJ、JK桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。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。如圖2.15。 腹桿最大內(nèi)力N-630.83kN，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2L180×110×14，肢背間距a12mm，則

7、A7793，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。圖2.15 上弦截面（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de桿計(jì)算。，（因跨中有通長(zhǎng)系桿），所需截面積為選用2L180×110×12，因，故用不等肢角鋼，短肢相并，如圖2.16。,圖2.16 下弦截面(3)端斜桿aB。 桿件軸力： 計(jì)算長(zhǎng)度：因?yàn)?，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使。選用2L140×90×10。則,因>，只需求，查表得，則所選截面合適。（4）腹桿eggK。此桿在g節(jié)點(diǎn)處不斷開(kāi)，采用通長(zhǎng)桿件。最大拉力：,最大壓

8、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2L63×5，查角鋼規(guī)格表得,因>，只需求，查表得，則拉應(yīng)力：（5）豎桿Ie： N-79.16kN-79160N，由于桿件內(nèi)力較小，按150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2L63×5，其幾何特性為：,因>，只需求，查表得，則其余各桿件的截面選擇計(jì)算過(guò)程不再一一列出，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表2.4。 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2.3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

9、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)“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200mm。肢尖： ,取120mm。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180mm。肢尖： ,取110mm。“Cb”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360mm×445mm。 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較

10、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2.17。表2.4 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、JK180×110×14150下弦de300180×110×12350腹桿Aa19919963×5150aB140×90×10150Bb100×6350Cb50×5150bD287100×7150Dc70×6350Ec50×5150cF90×6150Fd50×5

11、167350Gd50×5150dH70×6150He63×5150Ie63×5150eg63×5150gK63×5150Kf63×52000gI50×5350Jg50×563150圖2.17 下弦節(jié)點(diǎn)“b”（2） 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”相同?！癮B”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算，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210mm。肢尖： ,取180mm。 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊

12、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：，上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為圖2.18 上弦節(jié)點(diǎn)“B”（3） 屋脊節(jié)點(diǎn)“K”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(lái)補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)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，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度

13、為（一條焊縫）拼接角鋼的長(zhǎng)度弦桿桿端空隙，拼接角鋼長(zhǎng)度取620mm。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)算按節(jié)點(diǎn)“B”處槽焊縫驗(yàn)算方法類似，此處驗(yàn)算過(guò)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(zhǎng)度為500mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)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。圖2.19。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2.19 屋脊節(jié)點(diǎn)“K”（4） 支座節(jié)點(diǎn)

14、“a”（圖2.21）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。a、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，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0.0586。則單位寬度的最大彎矩為：底板厚度：，取t22mmb、加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫