梯形鋼屋架課程設(shè)計

PAGEPAGE3目錄一、設(shè)計資料 2二、屋架尺寸及結(jié)構(gòu)形式與選型 2三、荷載計算 31.永久荷載 32.可變荷載 33.荷載組合 4四、內(nèi)力計算 4五、桿件設(shè)計 61.上弦桿 62.下弦桿 73.斜腹桿 84.豎桿 9六、節(jié)點設(shè)計 101.下弦節(jié)點c 102.上弦節(jié)點b 113.屋脊節(jié)點g 124.支座節(jié)點a 13附錄：鋼屋架施工圖梯形鋼屋架課程設(shè)計計算書一、設(shè)計資料：車間柱網(wǎng)布置：長度90m；柱距6m；跨度屋面坡度：1：10屋面材料：預(yù)應(yīng)力大型屋面板荷載靜載：屋架及支撐自重0.35KN/m2;屋面防水層0.4KN/m2；找平層0.4KN/m2;大型屋面板自重（包括灌縫）1.4KN/m2。2)活載：屋面雪荷載0.35KN/m2；積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值1.2KN/m2屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：材質(zhì)Q345B鋼，焊條E50XX系列，手工焊。荷載類型荷載名稱荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）永久荷載三氈四油（上鋪綠豆沙）防水層0.4水泥砂漿找平層0.4保溫層0.7一氈二油隔氣層0.05水泥砂漿找平層0.3預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.4屋架自重0.12+0.11x21=0.351可變荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7積灰荷載1.20雪荷載0.35二、結(jié)構(gòu)形式與選型屋架形式及幾何尺寸如圖所示找平層0.40.4×1.35＝0.54永久荷載總和2.4643.3264屋面活荷載0.70.7×1.4＝0.98積灰荷載1.21.2×1.4=1.68可變荷載總和1.92.66設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：全跨永久荷載＋全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：F=(3.3264+2.66)×1.5×6=53.8776kN全跨永久荷載＋半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：F1=3.3264×1.5×6=29.9376kN半跨節(jié)點可變荷載：F2=2.66×1.5×6=23.94kN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)點屋架自重：F3=0.3564×1.5×6=3.2076kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：F4=(1.89+0.7)×1.5×6=23.31kN1、2為使用節(jié)點荷載情況，3為施工階段荷載情況。四、內(nèi)力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如下：由圖解法或數(shù)解法解得F=1的屋架各桿件的內(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)果如下表：屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合F×1第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力（kN）全跨1左半跨2右半跨3F1×1+F2×2F1×1+F2×3F3×1+F4×2F3×1+F4×3上弦桿AB000000000BC、CD-7.472-5.310-2.162-402.569-350.8385-275.4754-147.7463-74.3664-402.569DE、EF-11.262-7.339-3.923-606.763-512.6406-431.2685-207.2006-127.5736-606.763FG、GH-12.18-6.861-5.319-656.222-528.9215-492.0061-199.0034-163.0593-656.222下弦桿Ac4.1003.0101.090220.8957194.8134148.848683.315938.5607220.8957ce9.7446.6633.081524.977451.2476365.4945186.5733103.0769524.977eg11.9627.3264.636644.477533.5267469.1281209.1432146.4393644.477gh11.7685.8845.884634.0245493.197493.197174.9077174.9077634.0245斜腹桿aB-7.684-5.541-2.043-413.991-362.7104-278.9683-153.81172.2726-413.991Bc5.8083.9601.848312.918268.6939218.1326110.939761.709-55.54312.918cD-4.409-2.533-1.776-237.5437-192.6455-174.5229-73.18832745.553-237.5437De2.7921.2221.570150.4246112.8472121.178337.44154-40.59150.4246eF-1.572-0.047-1.525-84.6946-48.1909-83.5742-6.13790132.917-84.6946Fg0.328-1.0391.36717.6717-15.053442.5463-23.1669-25.6842.5463gH0.7131.913-1.20038.414367.1444-7.380846.87934767.1444堅桿Aa-0.5-0.50-26.9358-26.94-53.87-14.97-29.93-13.2588-3.2076-26.9358Cc-1.0-1.00-53.87776-53.8776-29.93-26.5176-3.2076-53.877Ee-1.0-1.00-53.87776-53.8776-29.93-26.5176-3.2076-53.877Gg-1.0-1.00-53.8777676-26.5176-3.2076-53.877五、桿件設(shè)計（1）上弦桿整個上弦采用等截面，按FG桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計，即N=-656.222KN上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)點軸線長度：l0x=l0=1.508m在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點間的距離，即：=3×1.508=4.524m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。如右圖：腹桿最大內(nèi)力N=-413.991KN，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用設(shè)λ＝60，查Q345鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得φ＝0.732（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b類），則需要截面積為需要回轉(zhuǎn)半徑：查表選用2└100×63×10a=驗算滿足長細(xì)比的要求，查表，則故所選截面合適。（2）下弦桿整個下弦采用等截面，按cd桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計，即N=644.477KN下弦桿計算長度： 下弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。所需截面面積：查表選用2└100×80×6，a=10mm即，且滿足要求。（3）腹桿①aB桿:計算長度：桿件軸力：N=-413.991KN因為，選2└140×90×10所需面積：則（4）豎桿①豎桿Gg:桿件軸力：N=-53.877KN計算長度：內(nèi)力較小按[λ]=150選擇需回轉(zhuǎn)半徑：cm=1.93cm查表選用2└45×4a=8mm即且，查表得屋架桿件截面選擇表桿件名稱桿件編號內(nèi)力（KN）計算長度cm截面規(guī)格截面面積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力或N/A（N/cm2）上弦FGGH-656.222150.8452.42└160×110×1458.232.827.7553.4858.37150.000.74515.127下弦eg644.47730010352└100×80×620.7902.857.70105.26134.42350.00__31.00斜腹Aa-26.9361991992└56×510.831.722.69115.773.98150.000.3457.209aB-413.9912532532└140×90×1044.5224.473.6656.6069.13150.000.66114.067Bc312.918209261.32└100×623.863.14.4467.4258.85350.00--13.115Cc-53.877183.22292└56×510.831.722.69106.5185.3150.000.39212.691cD-237.544229.1286.42└100×623.863.14.4473.964.5150.000.62116.032De150.425229.1286.42└100×623.863.14.4479.364.5350.006.304豎桿Ee-53.877207.22592└56×510.831.722.69120.4796.28150.000.32215.45eF-84.695249.9312.42└100×623.863.14.4480.6170.36150.000.5686.249Fg42.546249.9312.42└56×510.831.722.69145.29116.13350.00--39.293Gg-53.877231.22892└56×510.831.722.69134.42107.43150.000.26718.648gH67.144271.23392└100×623.863.14.4487.8476.35150.000.5175.443六、節(jié)點設(shè)計（1）下弦節(jié)點用E50型焊條角焊縫的抗拉和抗壓、抗剪強度設(shè)計值＝200MPa。下弦節(jié)點“c”設(shè)“Bc”桿的肢背＝8mm和肢尖焊縫為＝6mm.所需的焊縫長度為肢背：，取140mm肢尖：，取90mm。“Cc”桿內(nèi)力很小，桿的肢背＝6mm和肢尖焊縫為＝6mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點板尺寸360mm×460下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為46cm，＝6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差ΔN＝304.08KN，受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為: 焊縫強度滿足要求。焊縫強度滿足要求。2）上弦節(jié)點“B”“Bc”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸同上。NaB=-413.991kN設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖焊縫＝10mm和6mm肢背：,取140mm肢尖：，取120mm節(jié)點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構(gòu)造要求取節(jié)點板用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計算如下：等于二分之一節(jié)點板厚度，，＝10mm,上弦與節(jié)點板焊縫長度為460mm滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為滿足要求。3）.脊節(jié)點“G”設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫＝10mm，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）拼接角鋼長度+弦桿桿端空隙20，拼接角鋼長度取400mm。上弦與節(jié)點板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，驗算如下節(jié)點板長度為360mm，節(jié)點板的寬度為上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15％計算，＝(360/2-10-20)＝150mm4）.支座節(jié)點“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)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板高度相等，厚度ａ．支座底板的計算。支座反力R＝53822×8=431016N。設(shè)支座地板的平面尺寸采用280×400mm，現(xiàn)僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為An=280×320=64960mm支座板底厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將節(jié)點板分為四塊，塊板為兩相鄰邊自由板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為式中，q為底板下的平均應(yīng)力。a1為兩支撐邊之間的對角線β為系數(shù)，由b1/a1查表，b1為兩支撐邊的相交點到對角線a1的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得b2＝85.0mm，b2/a2＝0.49查表得β底板厚度，取t＝20mmｂ．加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算。假定加勁肋受力為屋架支座反力的1/4，即431016/4=107754N,則焊縫內(nèi)力為V=107754NM=107754×55=5826470N·mm設(shè)焊縫＝6mm，焊縫長度＝528－20－12＝496mm，焊縫應(yīng)力為ｃ．節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算。設(shè)焊縫傳遞全部支座反力R=431016N，其中每塊加勁肋各R/4＝107754N，節(jié)點板傳遞R/2＝215508N。節(jié)點板與底板的連接焊縫長度＝2×（280－12）＝536mm，所需焊腳尺寸為，故?。?mm。每塊加勁肋于底板的連接焊縫長度為＝2×（110－20－12）＝156所需焊縫尺寸為=，故?。?mm。其他節(jié)點的計算不再一一列出，見施工構(gòu)造圖。參考文獻:（1）《土木工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計指南》，周俐俐、姚勇等編著，中國水利水電出版社、知識產(chǎn)權(quán)出版社，2006年1月第1版；（2）《鋼結(jié)構(gòu)（上冊）鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》，陳紹蕃、顧強主編，中國建筑工業(yè)出版社，2007年6月第二版；（3）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001），中國建筑工業(yè)出版社，2006年11月第二版；（4）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》