梯形鋼屋架鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

1、大威整理XXXXXX學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書題 目 梯形鋼屋架 班 級 XXXXXXXX 姓 名 XXXXXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師 XX 成 績 目錄1 設(shè)計資料11.1 結(jié)構(gòu)形式11.2 屋架形式和幾何尺寸12 桁架支撐布置23 荷載計算33.1 全跨永久荷載+全跨可變荷載43.2 全跨永久荷載+半跨可變荷載43.3 全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載44 內(nèi)力計算55 桿件設(shè)計65.1 上弦桿65.2 下弦桿75.3 端斜桿aB85.4 腹桿95.4.1 Bb桿95.4.2 bD桿95.5 豎桿Aa,Cb,Ec,Gd.105.6 其余各桿件的截面見表5-1106 節(jié)點

2、設(shè)計126.1 下弦節(jié)點“b”（圖6-1）126.2 上弦節(jié)點“B”(圖6-2)136.3 屋脊節(jié)點“I”（圖6-3）146.4 支座節(jié)點“a”（圖6-4）156.4.1 支座底板的計算166.4.2 加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算176.4.3 節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算176.5 下弦中央節(jié)點“e”（圖6-5）17參考文獻19遼寧工程技術(shù)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計1 設(shè)計資料1.1 結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為24m，柱距為6m，廠房總長度為90m。車間內(nèi)設(shè)有一臺50t、一臺20t中級工作制軟鉤橋式吊車，冬季室外最低溫度-20。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，上鋪泡

3、沫混凝土保溫層和二氈三油防水層。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7KN/m2,雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5 KN/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值1.2KN/m2。桁架采用梯形鋼桁架，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為450mm 450mm,混凝土強度等級為C25。鋼材采用Q235B級，焊條E43型，手工焊。1.2 屋架形式和幾何尺寸屋面材料為大型屋面板，故采用無檁體系平破梯形屋架。屋架計算跨度 L02400030023700mm；24m端部高度取 H=1990mm，23.7m端部高度 H=2005mm中部高度取 H=3190mm。屋架幾何尺寸如圖1-1所示：圖1-1 24米跨屋架幾何尺寸2 桁架支撐布置根據(jù)廠房長度（

4、90m），跨度及載荷情況，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，廠房兩端的橫向水平支撐設(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)置了剛性與柔性細桿，以保證安裝上弦桿的穩(wěn)定性。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。梯形屋架支撐布置圖如下圖2-1所示: 桁架及桁架上弦支撐布置 桁架下弦支撐布置圖 圖2-1 桁架支撐布置圖符號說明：SC-上弦支撐；XC-下弦支撐；CC-垂直支撐；GG-剛性細桿；LG-柔性細桿。3 荷載計算屋面活荷載與雪載一般不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。沿屋面斜面分布的永久荷

5、載應(yīng)乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久載荷：預(yù)應(yīng)力湖北凝土大型屋面板1.0051.4=1.407二氈三油防水層1.0050.35=0.352找平層厚20mm1.0050.02m20=0.402泡沫混凝土保溫層1.0050. 45=0.452桁架和支撐自重0.12+0.01124=0.384管道荷載 0.182共計: 3.179標(biāo)準(zhǔn)可變活荷載：屋面活荷載（大于雪荷載0.5）0.7積灰荷載1.2設(shè)計桁架時，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（按永久荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點荷載設(shè)計值：F=(1.353.179+1.40.70.7+1.40.91.2)1.5m6m

6、=54.41KN3.2 全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：=1.353.1791.5m6m= 38.62KN（按永久載荷為主的組合）=1.2 3.1791.5m6m= 34.33KN（按可變載荷為主的組合）對結(jié)構(gòu)有利時：=1.03.1791.5m6m28.61KN半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值：=1.4(0.70.7+0.91.2)1.5m6m =19.78KN(按永久載荷為主的組合)=1.4(0.7+0.91.2)1.5m6m=22.43KN（按可變載荷為主的組合）3.3 全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主的組合）全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：對

7、結(jié)構(gòu)不利時：=1.20.3841.5m6m=4.15KN對結(jié)構(gòu)有利時：=1.00.3841.5m6m=3.46KN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值：=(1.21.4+1.40.7)1.5m6m=23.94KN3.1,3.2為使用階段的荷載情況，3.3為施工階段荷載的情況。計算詳圖見圖3-1（桁架內(nèi)力計算圖）。 （a） (b) (c)圖3-1 桁架內(nèi)力計算圖 4 內(nèi)力計算由PKPM軟件先解得F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1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)力進行組合，計算結(jié)果見表4-1（桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表）。表4-1桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表桿件名稱 內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種

8、組合第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力（KN)全跨左半跨右半跨FF1+F2F1 +F2F3 +F4F3 +F4上弦AB000000000BC，CD-8.71-6.24-2.47-508.75-508.75DE，EF -13.52-9.04-4.48-789.70-789.70FG，GH -15.25-9.17-6.08-890.75-890.75HI-14.76-7.38-7.38-862.13-862.13下弦ab 4.693.461.23273.94273.94bc 11.487.983.51670.54670.54cd14.609.32529852.79852.79de 15.138.42

9、6.71883.74883.74斜腹桿aB-8.86-6.52-2.34-517.51-517.51Bb6.874.762.11401.27401.27bD-5.44-3.40-2.03-317.75-317.75Dc3.701.901.80216.12216.12cF-2.46-0.71-1.75-143.69-143.69Fd1.12-0.451.5665.4234.35 (F1,1,F2,1)74.11(F1,1,F2,1)-6.9(F3,2,F4)41.99 (F3,1,F4)-6.9074.11dH0.021.55-1.531.1735.45 (F1,2,F2,2)-33.75 (F

10、1,3,F2,2)37.19(F3,1,F4)-36.56 (F3,1,F4)-36.5637.19He-1.08-2.471.3963.08-92.48(F1,2,F2,2)-14.22(F1,1,F2,1)-63.61(F3,1,F4)29.54(F3,2,F4)-92.4863.08豎桿Aa-0.50-0.500.00-29.21-29.21Cb-1.00-1.000.00-58.41-58.41Ec-1.00-1.000.00-58.41-58.41Gd-1.00-1.000.00-58.41-58.41Ie1.940.970.97113.32113.32注：F=58.41KN ; F

11、1,1=38.62KN ; F1,2=34.33KN ; F1,3=28.61KN ; F2,1=19.78KN;F2,2=22.43KN ; F3,1=4.15KN ; F3,2=3.46KN ; F4=23.94KN.5 桿件設(shè)計5.1 上弦桿整個上弦架采用等截面，按FG、GH桿件之最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。N= 890750 N （受壓）上弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。阂驗?，故截面宜采用兩個不等肢角鋼，短肢相并。腹桿aB最大內(nèi)力=517.51 kN，查表9.6.4，中間節(jié)點版厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度用14mm。設(shè)=60查附錄4得

12、。需要截面積： 需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表，選用， ，按所選角鋼進行驗算： 滿足長細比的要求。截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于 ，只要求 ，查表得。所需截面合適5.2 下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按de桿最大設(shè)計值計算。，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得所需截面積： 根據(jù)所需截面積查表選用，不等肢角鋼，短肢相并。，考慮下弦桿有221.5mm的栓孔削弱，下弦凈截面面積：所需截面適合。5.3 端斜桿aB桿件軸力：計算長度。因為，故采用不等邊角鋼，長肢相并，使。設(shè)=80，查附錄4得，需要的回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)需要的，查角鋼規(guī)格表，選用2L1409010。 ，。又所選截面合適。5.

13、4 腹桿5.4.1 Bb桿桿件軸力： 所需截面積： 桿件計算長度： ，選用2L758等邊角鋼， 滿足長細比的要求。 滿足要求。 5.4.2 bD桿桿件軸力：計算長度： 設(shè)=100查附錄4得所需的 ，選用2L7510，由于，只求，查附錄4，得所選截面滿足。5.5 豎桿Aa,Cb,Ec,GdAa,Cc,Ee,Gg都受壓，各個豎桿采用同類截面，按Gg桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。，內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，查型鋼表，選截面和較上述計算的和略大些。選用2L635，由于，只求，查附錄4，得，所選截面滿足。5.6 其余各桿件的截面見表5-1桿件截面選擇表19桿件計算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2

14、計算長度/cm回轉(zhuǎn)半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力/(N/mm2)名稱編號上弦FG、GH-890.75 2L1601001260.11150.8452.42.827.5453.48601500.807183.63下弦de883.74 2L1601001050.6330011852.857.78105.26152.31350190.75斜腹桿aB-517.51 2L140901044.522 253.5 253.5 3.16 3.16 56.71 75.32 150 0.718 161.89Bb401.272L75823.01208.6260.82.283.5791.5173.053501

15、74.39bD-317.75 2L751028.25228.7285.92.263.61101.2080.651500.547 205.62Dc216.12 2L50611.38228.7285.91.512.56 151.47111.68350189.91cF-143.692L75514.82250.3312.92.323.50107.9094.891500.587165.17Fd74.11 2L63512.286250.3312.91.943.04128.62105.7535061.13dH 37.19 2L63512.286271.2339.01.943.04139.79114.6135

16、030.27He-92.482L63512.286271.2339.01.943.04139.79114.611500.349214.68豎桿Aa-29.21 2L63512.286159.2199.01.943.0488.0665.461500.48748.82Cb-58.41 2L63512.286183.2229.01.943.0494.4375.331500.440108.05Ec-58.41 2L63512.286207.2259.01.943.04106.8185.201500.396120.06Gd-58.41 2L63512.286231.2289.01.943.04119.1

17、898.471500.336141.49Ie 113.322L63512.286255.23192.452.45104.16130.2035092.24表5-1桿件截面選擇表6 節(jié)點設(shè)計6.1 下弦節(jié)點“b”（圖6-1）各類桿件的內(nèi)力由表4-1桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表查得。這類節(jié)點的設(shè)計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算與腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸，即和，圖6-1 “b”節(jié)點板布置圖然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀與尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點版的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為：設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫

18、長度為：“Cb”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為36cm,所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。6.2 上弦節(jié)點“B”(圖6-2)圖6-2 “B”節(jié)點板布置圖 Bb桿（2L 756）與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。即肢背，肢尖aB（2L1409010）桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫

19、把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：上弦與節(jié)點板間焊縫長度為505mm。同書上。節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽肯定是安全，可不必驗算。肢尖焊縫驗算如下：滿足要求。6.3 屋脊節(jié)點“I”（圖6-3）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)焊縫，則所需焊縫計算長度

20、（一條焊縫）：拼接角鋼的長度取。上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點板長度為40cm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為，焊縫應(yīng)力為： 圖6-3 “I”節(jié)點板布置圖 因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊縫。 腹桿Hg與節(jié)點板的連接焊縫的計算長度與以上幾個節(jié)點相同。6.4 支座節(jié)點“a”（圖6-4）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取160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加

21、勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為14mm。圖6-4 “a”節(jié)點板布置圖6.4.1 支座底板的計算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，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280180mm2=50400mm2。驗算柱頂混凝土的抗壓強度：式中，為混凝土強度設(shè)計值，對C25混凝土，底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，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，為底板下的平均應(yīng)力：為兩支承邊之間的對角線長度：為系數(shù)，由b1/a1查表8.4.1而定，b1為兩支承邊的相交點到對角線

22、a1的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得：，查表8.4.1得底板厚度：又根據(jù)構(gòu)造要求，桁架跨度，取。6.4.2 加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算與牛腿焊縫相似。偏于安全的假定一個加勁肋的受力為桁架支座反力的1/4，即：則焊縫內(nèi)力為：， 設(shè)焊縫，焊縫計算長度，則焊縫應(yīng)力為：6.4.3 節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算設(shè)節(jié)點板與底板的連接焊縫的焊腳尺寸為6mm，焊縫傳遞全部支座反力，加勁肋、節(jié)點板與底板的連接焊縫長度之和： 滿足要求6.5 下弦中央節(jié)點“e”（圖6-5）焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取，肢背和肢尖的。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為185mm360mm。 圖 6-5 下弦中央