鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計-5

工力09-2辛利偉小組鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計2- 普通梯形鋼桁架設(shè)計成員：普通梯形鋼桁架設(shè)計1、設(shè)計資料某廠房跨度為30m，總長90m，柱距6m，采用普通梯形鋼桁架、1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，20mm厚水泥砂漿找平，上鋪60mm泡沫混凝土保溫層，二氈三油防水層；屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面500×500，混凝土強度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計算溫度高于-20℃，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺20t（中級工作制）。屋面活荷載標準值為0.7kN/m2，雪荷載標準值為0.5kN/m2，積灰荷載標準值為0.75kN/m2桁架計算跨度：l0=30-2*0.15=29.7m跨中及端部高度：桁架的中間高度：h=3.490m在29.7m的兩端高度：h0=2.005m在30m軸線處端部高度：h0=1.990m桁架跨中起拱60mm（≈L/500）。結(jié)構(gòu)形式與布置桁架形式及幾何尺寸如圖（1-1）圖1-1桁架支撐布置如圖（1-2）圖1-2載荷計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(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載應(yīng)乘以換算為沿水平投影分布的荷載。桁架沿水平方向投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式（Pw=0.12+0.011*跨度）計算，跨度單位為m。標準永久荷載：預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.005*1.4kN/m2=1.407kN/m2二氈三油防水層1.005*0.35kN/m2=0.352kN/m2找平層（厚20mm）1.005*0.02m*20kN/m2=0.402kN/m280mm厚泡沫混凝土保溫層1.005*0.06m*6kN/m2=0.362kN/m2桁架和支撐自重0.12kN/m2+0.011*30kN/m2=0.45kN/m2共2.973kN/m2標準可變荷載：屋面活荷載0.8kN/m2積灰荷載0.6kN/m2設(shè)計桁架時，應(yīng)考慮以下三種載荷組合：全跨永久載荷+全跨可變載荷（按永久載荷為主控制的組合）全跨節(jié)點荷載設(shè)計值：F=（1.35*2.973kN/m2+1.4*0.7*0.8kN/m2+1.4*0.9*0.6kN/m2）*1.5m*6m=49.981kN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F1.1=1.35*2.973kN/m2*1.5m*6m=36.12kN（按永久荷載為主的組合）F1.2=1.2*2.937kN/m2*1.5m*6m=32.11kN（按可變荷載為主的組合）對結(jié)構(gòu)有利時：F1.3=1.0*2.973kN/m2*1.5m*6m=26.76kN半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值：F2.1=1.4*（0.7*0.8kN/m2+0.9*0.6kN/m2）*1.5m*6m=13.86kN（按永久荷載為主的組合）F2.2=1.4*（0.8+0.9*0.6）kN/m2*1.5m*6m=16.88KN（按可變荷載為主的組合）全跨桁架包括支撐+半跨屋面板面自重+半跨屋面活荷載（按可變?yōu)楹奢d為主的組合）全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時F3,1=1.2*0.45kN/m2*1.5m*6m=4.86kN對結(jié)構(gòu)有利時F3,2=1.0*0.45kN/m2*1.5m*6m=4.05kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值F4=(1.2*1.4kN/m2+1.4*0.77kN/m2)*1.5m*6m=25.2kN（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。計算詳圖見圖1-3圖1-3內(nèi)力計算由計算先解得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。桿件設(shè)計（1）上弦桿整個上弦采用等截面，按IJ、JK桿件之最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。N=1567.0kN=1567000N上弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度，l0x=150.8cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化的情況，取L0y=3*150.8=452.4cm因為l0y=3l0x，故截面宜選兩個不等肢角鋼，短肢相并（見圖1-3）圖1-3需要的回轉(zhuǎn)半徑：腹桿最大內(nèi)力N=-774.8kN，節(jié)點板厚度選用14mm，制作節(jié)點板厚度選用16mm。設(shè)λ=60，φ=0.807。需要截面積：，根據(jù)需要的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表，選2L200*125*14，A=75.824cm2，ix=3.57cm，iy=9.61cm、b1/t=200cm/12cm=16.67，按所選角鋼進行演算：因為b1/t=16.67>0.56l0y/b1=0.56*4524cm/200cm=12.67所以截面在x和y平面皆屬b類，由于λyz<λx，只需求φy。查表得φy=0.831。所需截面合適。（2）下弦桿整個下弦采用同一截面，按最大設(shè)計值計算。?Nde=1452.9kN=1452900Nl0x=300cm，l0y=1485cm所需截面積為：選用2L180*110*12，因l0y?l0x，故用不等肢角鋼，短肢相并（圖1-4）圖1-4A=67.424cm2>67.41cm2ix=3.10cm，iy=8.76cmλ0y=l0y/iy=1485cm/8.76cm=169.5<[λ]=350考慮下弦有2Φ21.5mm的栓孔削弱，下弦凈截面面積：An=6742.4mm2-2*21.5*12mm2=6226.4mm2（3）端斜桿aB（圖1-5）圖1-5桿件軸力：N=-774.8kN=774800N計算長度l0x=l0y=253.5cm。因為l0x=l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix≈iy。選用2L140*90*10，A=44.522cm2，ix=4.47cm，iy=3.74cm，b2/t=90/10=9。因為b2/t=9<0.48l0y/b2=0.48*2535mm/90mm=13.52所以因λyz>λx，只求φy=0.718，所需截面合適。（4）腹桿eg-gk（圖1-6） 圖1-6此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力：Ngk=150.2kN，另一段Neg=137.4kN再分式桁架中得斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距：l0x=230.1cm選用2L70*5，得：A=13.75cm，ix=2.16cm，iy=3.31cm，b/t=70mm/5mm=14因為b/t=14<0.58l0y/b=0.58*4537.5cm/7cm=37.6所以φy=0.345拉應(yīng)力：（5）豎桿Ie（圖1-7）圖1-7N=-89.3kN=-89300Nl0x=0.8l=0.8*319cm=255.2cml0y=l=319cm內(nèi)力較小，按[λ]=150選擇,需要的回轉(zhuǎn)半徑為:,查型鋼表,選截面的ix和iy較上述計算的ix和iy略大些。選用2L63*5，截面幾何特性：A=12.286cm2，ix=1.94cm，iy=3.04cm，b/t=63mm/5mm=12.6因為b/t=12.6<0.58l0y/b=0.58*3190/63=29.37所以因λx>λyz,只求φx=0.381，其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出，現(xiàn)將計算結(jié)果列于桿件截面選擇表中。（見表1）節(jié)點設(shè)計下弦節(jié)點“b”（t=16mm）（見圖1-8）用43型焊條焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值=160N/mm2。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖的焊縫，hf=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為肢背：加2hf取27cm肢尖：加2hf取16cm設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖的焊縫，hf=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為肢背：加2hf取25cm肢尖：加2hf取15cm設(shè)“Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf=5mm肢背：加2hf取6cm肢尖：加2hf取4cm考慮桿件之間應(yīng)用間隙和裝配等誤差，應(yīng)取節(jié)點板尺寸為450cm*500cm下弦節(jié)點板連接的焊縫尺寸長度為50cm，hf=6mm焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差△N=952.1—302.5=649.6KN受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為Τf=焊縫強度滿足要求圖1-8（2）下弦節(jié)點“c”（t=18mm）用43型焊條焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值=160N/mm2。設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖的焊縫均取hf=5mm，則所需的焊縫長度為肢背：加2hf取27cm肢尖：加2hf取13cm設(shè)“cF”桿的肢背和肢尖的焊縫均取hf=5mm，則所需的焊縫長度為肢背：加2hf取24cm肢尖：加2hf取12cm設(shè)“cE”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf=5mm肢背：加2hf取5cm肢尖：加2hf取4cm考慮桿件之間應(yīng)用間隙和裝配等誤差，應(yīng)取節(jié)點板尺寸為450cm*500cm下弦節(jié)點板連接的焊縫尺寸長度為50cm，hf=6mm焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差△N=1311.2—952.1=359.1KN受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為Τf=焊縫強度滿足要求（3）下弦節(jié)點“d”（t=18mm）用43型焊條焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值=160N/mm2。設(shè)“dF”桿的肢背和肢尖的焊縫均取hf=5mm，則所需的焊縫長度為肢背：加2hf取15cm肢尖：加2hf取8cm設(shè)“dH”桿的肢背和肢尖的焊縫均取hf=5mm，則所需的焊縫長度為肢背：加2hf取24cm肢尖：加2hf取7m設(shè)“dG”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf=5mm肢背：加2hf取5cm肢尖：加2hf取4cm考慮桿件之間應(yīng)用間隙和裝配等誤差，應(yīng)取節(jié)點板尺寸為330cm*380cm下弦節(jié)點板連接的焊縫尺寸長度為38cm，hf=6mm焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差△N=1442.9—1311.2=141.7KN受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為Τf=焊縫強度滿足要求。（4）上弦節(jié)點“B”（t=14mm）（見圖1-9）"Bb"桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”時相同則所需焊縫長度為：肢尖：27cm肢背：16cm“aB”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算肢背：hf=10mm加2hf取26cm肢尖：hf=8mm加2hf取18cm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)，計算時可略去桁架上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫的盈利計算如下：1/2*節(jié)點板厚度=1/2*14=7mm=10mm上弦節(jié)點的焊縫長度為550mm上弦肢尖角焊縫的剪應(yīng)力為圖1-9（5）屋脊節(jié)點“K”（見圖1-10）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿肢尖能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截取垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm），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hf=10mm，則所需焊縫長度為（一條焊縫）拼接角鋼長度取800mm>2*350.6=701.2mm上弦與節(jié)點板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點載荷，演算略。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hf=10mm，節(jié)點板長度為60cm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為，焊縫應(yīng)力因桁架的跨度較大，需將行家分成兩個運輸單元，在屋背節(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)點板連接用工廠焊接，而有半邊的上弦、斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊接，腹桿與節(jié)點板連接焊縫計算方法與以上幾個節(jié)點相同。圖1-10支座節(jié)點“a”（圖1-11）為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底部與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為16mm。支座底板的計算支座反力：R=10F=507000N支座底板的平面尺寸