鋼結(jié)構(gòu)梯形屋架設(shè)計(jì)指導(dǎo)書副本

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書土木教研室2012.51. 設(shè)計(jì)背景1.1設(shè)計(jì)資料某地區(qū)一金加工車間。廠房總長(zhǎng)度為150,柱距6m，跨度為24m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)中級(jí)工作制橋式吊車。屋面采用1.5m6.0m預(yù)應(yīng)力大型屋面板,屋面坡度為i=1:10，上鋪120mm厚泡沫混凝土保溫層和三氈四油防水層等。屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為,雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為, 積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為。 屋架采用梯形鋼屋架, 其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上。 柱頭截面為, 所用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。1.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì),鋼材采用,其設(shè)計(jì)強(qiáng)度,焊條采用E43型,手工焊接。構(gòu)件采用鋼板及熱軋型鋼, 構(gòu)件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計(jì)

2、算跨度:, 端部高度: (軸線處), (計(jì)算跨度處), 屋架跨中起拱。2. 結(jié)構(gòu)形式與布置2.1屋架形式及幾何尺寸 屋架形式及幾何尺寸見圖 1所示.圖1 屋架形式及幾何尺寸2.2屋架支撐布置屋架支撐布置見圖2所示。由于屋架的縱向長(zhǎng)度為150mm，所以在屋架的兩端以及縱向和處各設(shè)置一道支撐。屋架上弦支撐布置圖屋架下弦支撐布置圖垂直支撐1-1垂直支撐1-1符號(hào)說明：GWJ-(鋼屋架)：SC-（上弦支撐）；XC-（下支撐）； CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）LG-（柔性系桿）圖2屋架支撐布置圖3. 荷載與內(nèi)力計(jì)算3.1荷載計(jì)算屋面可變荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn),故取兩者較大的活荷載計(jì)算.永久荷載

3、標(biāo)準(zhǔn)值 防水層(三氈四油上鋪小石子) 找平層(厚水泥砂漿) 保溫層(厚泡沫混凝土) 0.7預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40鋼屋架和支撐自重 管道設(shè)備自重 0.10 總計(jì) 3.33可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 屋面可變荷載 0.70 積灰荷載 0.5 總計(jì) 1.2 永久荷載設(shè)計(jì)值 可變荷載設(shè)計(jì)值 3.2荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí),應(yīng)考慮以下三種組合：組合一:全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載P=(4.00+1.68)×1.5×6=51.12kN/m2組合二:全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載P1=4.00×1.5×6=36.00kN/m2 P2=1.68

4、5;1.5×6=15.12kN/m2組合三：全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載P3=1.2×0.38×1.5×6=4.10kNP4=(1.2×1.4+1.4×0.7)×1.5×6=23.94kN3.3內(nèi)力計(jì)算本設(shè)計(jì)采用圖解法計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對(duì)桿件計(jì)算主要起控制作用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號(hào)。但如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對(duì)稱均勻鋪設(shè)屋面板，則可避免內(nèi)力變號(hào)而不用組合三。4. 桿件截面設(shè)計(jì)4.1屋架桿件

5、內(nèi)力組合表腹桿最大內(nèi)力，N=458.76kN(壓)，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考表可知：支座節(jié)點(diǎn)板厚度取14mm；其余節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取12mm。表1 屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（P=1）組合一組合二組合三計(jì)算內(nèi)力（kN）全跨左半跨右半跨P×上弦桿ABC-0.67-0.670.0012-34.25-34.25 -24.10-18.79 -2.72-34.25CDE-14.06-9.59-4.47-718.75-651.16 -573.75-287.23 164.66-718.75EFG-14.06-9.59-4.47-718.75-651.16 -573.75-287.23 164.

6、66-718.75GHJ-15.19-7.83-7.36-776.51-665.23 -658.12-249.73 238.48-776.51下弦桿ab8.646.192.45441.68404.63 348.08183.61 94.08441.68cd15.139.096.04773.45682.12 636.00279.65 206.63773.45斜腹桿Ad0.810.81-0.001541.4041.41 29.1422.71 3.2941.41Cd-10.25-7.1-3.15-523.98-476.35 -416.63-212.00 -117.44-523.98ad-11.11-7

7、.96-3.15-567.94-520.32 -447.59-236.11 -120.96-567.94Ce6.744.222.52344.55306.45 280.74128.66 87.96344.55be6.013.492.52307.23269.13 254.46108.19 84.97307.23Ee0.80.8040.9040.90 28.8022.43 3.2840.90Ef0.730.73037.3237.32 26.2820.47 3.0037.32bf-2.39-0.18-2.21-122.18-88.76 -119.46-14.11 -62.71-122.18Gf-1.5

8、80.62-2.21-80.77-47.51 -90.308.36 -59.39-90.30 8.36Gg-0.017-1.811.79-0.87-27.98 26.45-43.40 42.78-43.40 42.79gc-0.67-2.461.79-34.25-61.32 2.94-61.64 40.11-61.64 40.11gJ0.720.72036.8136.81 25.9220.19 2.9536.81豎桿Aa-1.02-1.020.00096-52.14-52.14 -36.71-28.60 -4.16-52.14Bd-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -

9、4.10-51.12De-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12Eb-2-20-102.24-102.24 -72.00 -56.08 -8.20-102.24Ff-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12Hg-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12Jc0.930.4650.46547.5440.51 40.5114.95 14.9547.54注：表內(nèi)負(fù)值表示壓力；正值表示拉力。4.2上弦桿整個(gè)上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=776.51kN（壓）計(jì)算長(zhǎng)度

10、屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度 屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取因?yàn)?，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并，上弦桿截面見圖3。圖3 上弦截面設(shè)，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù) 查角鋼型鋼表，選用2，,。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 滿足剛度要求。由于，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表， 所選截面合適。4.3下弦桿整個(gè)下弦桿采用用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=773.45KN(拉)計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度 屋架平面外根據(jù)支撐布置取計(jì)算需要凈截面面積 選用2（短肢相并），下弦桿截面見圖4。圖4 下弦截面A=3942，。按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點(diǎn)板邊緣距離大于100

11、mm，則不計(jì)截面削弱影響） 所選截面滿足要求。4.4端斜桿ad已知N=567.94kN（壓），因?yàn)?，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使，選用角鋼2，端斜桿截面見圖5。圖5 端斜桿截面截面驗(yàn)算 所選截面滿足要求。4.5中豎桿Jc已知 N=47.54kN（壓） m根據(jù)螺栓排列要求，中間豎桿最小應(yīng)選用263（）的角鋼，并采用十字形截面，見圖6。圖6 中豎桿截面 查表得所選截面滿足要求。其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見表2。4.6桿件截面選擇表表2 桿件截面選擇表?xiàng)U件內(nèi)力kN截面規(guī)格面積（）計(jì)算長(zhǎng)度（cm）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)力（N/mm）名稱編號(hào)上弦-776.512140×90

12、×1252.80150.8301.62.546.8159.371500.811-181.34下弦773.452125×80×1039.426006002.266.11265.48350196.21斜腹桿Ad41.41T形截面263×512.29131.0163.71.942.9667.535033.69Cd-523.98長(zhǎng)肢相并2125×80×1039.42193.22.263.3185.481500.652-203.87ad-567.94長(zhǎng)肢相并2125×80×1039.42173.82.263.3176.915

13、00.707-203.78ce344.55T形截面270×616.32150.9188.62.153.2670.2350211.12be307.23T形截面270×616.32150.9188.62.153.2670.2350188.25Ee40.90T形截面263×512.29166.9208.61.942.9686.035033.28Ef37.32T形截面263×512.29151.2189.01.942.9677.935030.37bf-122.18T形截面280×618.80167.3209.12.473.6567.71500.765-

14、84.95Gf-90.308.36T形截面280×618.80167.3209.12.473.6567.71500.765-62.794.45Gg-43.4042.79T形截面263×512.29166.6208.21.942.9685.91500.648-54.4934.82gc-61.6440.11T形截面263×512.29166.6208.21.942.9685.91500.648-77.3932.6gJ36.81T形截面263×512.29184.4230.51.942.9695.135029.95豎桿Aa-52.14T形截面263×

15、512.29201.5201.51.942.96103.91500.529-80.2Bd-51.12T形截面245×58.5884.81061.372.2661.91500.797-74.76De-51.12T形截面245×58.581041301.372.2675.91500.714-83.45Eb-102.24T形截面263×512.292082601.942.96107.21500.510-163.12Ff-51.12T形截面245×58.581041301.372.2675.91500.714-83.45Hg-51.12T形截面245×

16、58.581281601.372.2693.41500.598-99.63Jc47.54十字形截面263×512.29288288=2.45117.5535085.965. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值各桿內(nèi)力由表1查得。最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于8。5.1下弦節(jié)點(diǎn)b（見圖7）圖7 下弦節(jié)點(diǎn)“b”（1）斜桿eb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=307.23kN設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：+12=165.2mm，取=170mm肢尖：+10=100.5mm，取=110mm（2）斜桿fb與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算：N=122.18kN設(shè)肢

17、背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長(zhǎng)度為 肢背 肢尖 (3) 豎桿Eb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=102.24kN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長(zhǎng)度為 肢背 肢尖 （4）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差，設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸為6mm。所需焊縫長(zhǎng)度為： 肢背 肢尖 （5）節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比例作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)板尺寸。本設(shè)計(jì)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸可在施工圖中完成，校核各焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于計(jì)算所需的焊縫長(zhǎng)度。5.2 上弦節(jié)點(diǎn)C（見圖8） 圖8 上弦節(jié)點(diǎn)“C”（1）斜桿ce與節(jié)點(diǎn)板

18、連接焊縫計(jì)算，N=307.23kN設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：+12=183.8mm，取=190mm肢尖：+10=111.5mm，取=120mm（2）斜桿cd與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，N=523.98kN。設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長(zhǎng)度 肢背 肢尖 （3）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，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。設(shè)焊角尺寸為6mm。 假定集中荷載P由槽焊縫承受，P=51.8

19、4kN 所需槽焊縫長(zhǎng)度為 取上弦肢尖焊縫受力為左右上弦弦桿的內(nèi)力差 偏心距 e=90-21.2=68.8mm設(shè)肢尖焊腳尺寸8mm，需焊縫長(zhǎng)度為500mm ,則（4）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，在施工圖上確定。5.3屋脊節(jié)點(diǎn)J（見圖9）圖9 屋脊節(jié)點(diǎn)“J”（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：弦桿一般用與上弦桿同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。 拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。 拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。N=776.51KN設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm 。則需焊縫長(zhǎng)度為取 拼接角鋼長(zhǎng)度取（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫，假設(shè)承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。 N=776.51×15%=116.5kN, 設(shè)焊腳尺寸為8，弦桿一側(cè)焊縫長(zhǎng)度為200,（3）中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=47.54kN此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸焊縫長(zhǎng)度5.4下弦跨中節(jié)點(diǎn)c（見圖10）圖10 下弦跨中節(jié)點(diǎn)“c”（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞弦桿內(nèi)力N=773.45kN設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8。則需焊縫長(zhǎng)