梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì).doc

1 目錄目錄 一 設(shè)計(jì)資料 2 2 二 屋架尺寸及結(jié)構(gòu)形式與選型 2 2 三 荷載計(jì)算 3 3 1 永久荷載 3 3 2 可變荷載 3 3 3 荷載組合 4 4 四 內(nèi)力計(jì)算 4 4 五 桿件設(shè)計(jì) 6 6 1 上弦桿 6 6 2 下弦桿 7 7 3 斜腹桿 8 8 4 豎桿 9 9 六 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 1010 1 下弦節(jié)點(diǎn) C 1010 2 上弦節(jié)點(diǎn) B 1111 3 屋脊節(jié)點(diǎn) G 1212 4 支座節(jié)點(diǎn) A 1313 附錄 鋼屋架施工圖 2 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書 一 設(shè)計(jì)資料 1 車間柱網(wǎng)布置 長度 90m 柱距 6m 跨度 21m 2 屋面坡度 1 10 3 屋面材料 預(yù)應(yīng)力大型屋面板 4 荷載 1 靜載 屋架及支撐自重 0 35KN m 屋面防水層 0 4KN m 找平層 0 4KN m 大型 屋面板自重 包括灌縫 1 4KN m 2 活載 屋面雪荷載 0 35KN m 積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值 1 2 KN m2 屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 2 7 0mkN 5 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 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 永久荷載 屋架自重 0 12 0 11x21 0 351 屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0 7 積灰荷載 1 20 可變荷載 雪荷載 0 35 6 二 結(jié)構(gòu)形式與選型 屋架形式及幾何尺寸如圖所示 1 9 9 0 1350 2 2 9 0 2 5 9 0 2 8 9 0 3 0 4 0 26 13 28 64 31 24 25 30 28 64 31 24 33 90 1507 5 1507 5 1507 5 1507 51507 51507 5 1507 5 150 A ac eg h B C D F G H 15007 10500 3 上弦橫向水平支撐一般設(shè)置在房屋兩端且間距不宜大于 60m 根據(jù)廠房長度 90m 60m 跨 度及荷載情況 設(shè)置上弦橫向水平支撐 3 道 下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支撐對應(yīng)的布置在同一柱間距內(nèi) 以形成穩(wěn)定空間 體系 下弦縱向水平支撐不進(jìn)行布置 垂直支撐設(shè)置在上 下弦橫向支撐的柱間內(nèi) 在屋架兩端及跨中的豎直面內(nèi) 系桿沿房屋縱向通長設(shè)置 以保證屋架的側(cè)向穩(wěn)定 三 荷載計(jì)算 屋面雪荷載與檢修荷載不會同時出現(xiàn) 計(jì)算時 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 m 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) 2 g 0 120 011 k l kN m 算 跨度單位為米 m 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) 2 g 0 120 011 k l kN m 算 跨度單位為米 m 荷載計(jì)算表荷載計(jì)算表 荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值 KN m 設(shè)計(jì)值 KN m 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板自重 1 4 1 4 1 35 1 89 屋架及支撐自重 0 35 0 264 1 35 0 3564 屋面防水層 0 4 0 4 1 35 0 54 4 找平層 0 4 0 4 1 35 0 54 永久荷載總和 2 4643 3264 屋面活荷載 0 7 0 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(jì)屋架時 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 1 F 2 F 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載 F 3 3264 2 66 1 5 6 53 8776kN 2 全跨永久荷載 半跨可變荷載 1 F 2 F 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載 F1 3 3264 1 5 6 29 9376kN 半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載 F2 2 66 1 5 6 23 94kN 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 3 F 4 F 2 F 全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重 F3 0 3564 1 5 6 3 2076kN 半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載 F4 1 89 0 7 1 5 6 23 31kN 1 2 為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況 3 為施工階段荷載情況 四 內(nèi)力計(jì)算 屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡圖如下 5 c b a 2 F2 F2 F2 F2 F2 F 2 2 F3 3 F2 2 F F3 F3 F3 F3 F3 F3 4 F F3 4 F F3 4 F F3 4 F F3 4F F3 4 2 1 F F2 F2 F2 F2 F2 F 2 2 F1 2 F 2 2 F1 1 F2 2 F 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 C G F E D B A d cba 1 F1 F 1 F1 F 1 F 1 F 1 F 1 F 1 F 1 F F 2 F2 1990 2590 4 F 4 F 4 F 4 F 4 F 4 F F2 2 F4 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(jìn)行組合 計(jì)算結(jié)果如下表 屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表 內(nèi)力系數(shù) F 1 第二種組合第三種組合桿件名 稱全跨 1 左半 跨 2 右半 跨 3 第一種 組合 F 1 F1 1 F2 2 F1 1 F2 3 F3 1 F4 2 F3 1 F4 3 計(jì)算桿 件內(nèi)力 kN 6 AB000000000 BC CD 7 47 2 5 31 0 2 16 2 402 56 9 350 83 85 275 47 54 147 74 63 74 366 4 402 56 9 DE EF 11 2 62 7 33 9 3 92 3 606 76 3 512 64 06 431 26 85 207 20 06 127 57 36 606 76 3 上 弦 桿 FG GH 12 1 8 6 86 1 5 31 9 656 22 2 528 92 15 492 00 61 199 00 34 163 05 93 656 22 2 Ac4 10 0 3 01 0 1 09 0 220 89 57 194 81 34 148 84 86 83 315 9 38 560 7 220 89 57 ce9 74 4 6 66 3 3 08 1 524 97 7 451 24 76 365 49 45 186 57 33 103 07 69 524 97 7 eg11 9 62 7 32 6 4 63 6 644 47 7 533 52 67 469 12 81 209 14 32 146 43 93 644 47 7 下 弦 桿 gh11 7 68 5 88 4 5 88 4 634 02 45 493 19 7 493 19 7 174 90 77 174 90 77 634 02 45 aB 7 68 4 5 54 1 2 04 3 413 99 1 362 71 04 278 96 83 153 81 1 72 272 6 413 99 1 Bc5 80 8 3 96 0 1 84 8 312 91 8 268 69 39 218 13 26 110 93 97 61 709 55 54 312 91 8 cD 4 40 9 2 53 3 1 77 6 237 54 37 192 64 55 174 52 29 73 188 3 27 45 553 237 54 37 De2 79 2 1 22 2 1 57 0 150 42 46 112 84 72 121 17 83 37 441 5 4 40 59 150 42 46 eF 1 57 2 0 04 7 1 52 5 84 694 6 48 190 9 83 574 2 6 1379 01 32 917 84 694 6 Fg0 32 8 1 03 9 1 36 7 17 671 7 15 053 4 42 546 3 23 166 9 25 68 42 546 3 斜 腹 桿 gH0 71 3 1 91 3 1 20 0 38 414 3 67 144 4 7 3808 46 879 3 4767 144 4 堅(jiān) 桿 Aa 0 5 0 50 26 935 8 26 94 53 87 14 97 29 93 13 258 8 3 2076 26 935 8 Cc 1 0 1 00 7676 7 53 877 53 87 29 9326 517 6 3 207653 877 Ee 1 0 1 00 53 877 76 53 87 76 29 93 26 517 6 3 2076 53 877 Gg 1 0 1 00 53 877 7676 26 517 6 3 2076 53 877 五 桿件設(shè)計(jì) 1 上弦桿 整個上弦采用等截面 按 FG 桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì) 即 N 656 222KN 上弦桿計(jì)算長度 在屋架平面內(nèi) 為節(jié)點(diǎn)軸線長度 l0 x 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(diǎn)間的距離 即 0y l 3 1 508 4 524m 0y l 根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)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(diǎn)板厚度選用 10mm 支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用 12mm 設(shè) 60 查 Q345 鋼的穩(wěn)定系數(shù)表 可得 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 3 2 N656 222 10 A2891 865mm f0 732 310 需要回轉(zhuǎn)半徑 0 x x 0y y l1 508 im25 1mm 60 l 4 524 im75 4mm 60 查表選用 2 100 63 10 a 10mm 驗(yàn)算 8 0 x x x 0y y y l1508 m65 6mm i23 0 l 3016 m40mm i75 4 滿足長細(xì)比的要求 查表 則 150 x 0 714 3 y N656 222 10 297 11MPa 300MPa A0 714 3093 4 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(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì) 即 N 644 477KN 下弦桿計(jì)算長度 oxoy l 3000mm l 20700 2 10350mm 下弦截面選用兩個不等肢角鋼 短肢相并 所需截面面積 2 N644477 A 2078 95mm f310 查表選用 2 100 80 6 a 10mm 即 且 22 xy A 21 274cm20 785cm i2 40cm i4 69cm ox x x l300 125 350 i2 40 滿足要求 oy y y l 1035 220 68 350 i4 65 3 腹桿 aB 桿 計(jì)算長度 oxoy l l 2530mm 桿件軸力 N 413 991KN 因?yàn)?選 2 140 90 10 oxoy l l 9 所需面積 2 N413991 A 3469 441mm f0 555 310 則 2 xy A 36 078cm i 2 59 i 6 73 xyx 97 838 37 652 0 675 x N252570 137 2Mpa 310Mpa A0 675 2460 4 豎桿 豎桿 Gg 桿件軸力 N 53 877KN 計(jì)算長度 oxoy l 0 8l 231 2cm l l 289cm 內(nèi)力較小 按 150 選擇 需回轉(zhuǎn)半徑 cm 1 93cm ox x l231 2 i1 54 150 y i 2 A 10830mm 查表選用 2 45 4 a 8mm 即 2 xy A 10 83cm i 1 72cm i 2 69cm 且 xoxx l i 231 2 1 72 134 42 150 查表得 yoyy l i 289 2 69 107 43 150 x 0 267 22 x N A 53877 0 267 1083 186 32N mm 310 N mm 屋架桿件截面選擇表屋架桿件截面選擇表 計(jì)算長度 cm 回轉(zhuǎn)半徑 cm 長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù) 桿件名 稱 桿 件 編 號 內(nèi)力 KN 0 x l 0y l 截面規(guī)格 截面 面積 cm x i y i x y 容許 長細(xì) 比 X y 計(jì)算 應(yīng)力 y N A 或 N A N c m 10 上弦 FG GH 656 2 22 150 8 452 4 2 160 1 10 14 58 23 2 8 2 7 7 5 53 48 58 3 7 150 0 0 0 745 15 12 7 下弦 eg 644 4 77 300 103 5 2 100 8 0 6 20 79 0 2 8 5 7 7 0 105 2 6 134 42 350 0 0 31 00 Aa 26 93 6 1991992 56 510 83 1 7 2 2 6 9 115 7 73 9 8 150 0 0 0 3457 209 aB 413 9 91 253253 2 140 9 0 10 44 52 2 4 4 7 3 6 6 56 60 69 1 3 150 0 0 0 661 14 06 7 Bc 312 9 18 209 261 3 2 100 6 23 863 1 4 4 4 67 42 58 8 5 350 0 0 13 11 5 Cc 53 87 7 183 2 2292 56 510 83 1 7 2 2 6 9 106 5 1 85 3 150 0 0 0 392 12 69 1 cD 237 5 44 229 1 286 4 2 100 623 863 1 4 4 4 73 964 5 150 0 0 0 621 16 03 2 斜腹 De 150 4 25 229 1 286 4 2 100 623 863 1 4 4 4 79 364 5 350 0 0 6 304 Ee 53 87 7 207 2 2592 56 510 83 1 7 2 2 6 9 120 4 7 96 2 8 150 0 0 0 32215 45 eF 84 69 5 249 9 312 4 2 100 6 23 863 1 4 4 4 80 61 70 3 6 150 0 0 0 5686 249 Fg 42 54 6 249 9 312 4 2 56 510 83 1 7 2 2 6 9 145 2 9 116 13 350 0 0 39 29 3 Gg 53 87 7 231 2 2892 56 510 83 1 7 2 2 6 9 134 4 2 107 43 150 0 0 0 267 18 6 48 豎桿 gH 67 14 4 271 2 3392 100 623 863 1 4 4 4 87 84 76 3 5 150 0 0 0 517 5 44 3 六 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 1 下弦節(jié)點(diǎn) 用 E50 型焊條角焊縫的抗拉和抗壓 抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 200MPa w f f 下弦節(jié)點(diǎn) c 設(shè) Bc 桿的肢背 8mm 和肢尖焊縫為 6mm 所需的焊縫長度為 f h f h 11 肢背 取 140mm w w e f 0 7N0 7 312918 lmm 2h f2 0 7 8 200 122 23 肢尖 取 90mm w w e f 0 3N0 3 312918 lmm 2h f2 0 7 6 200 55 878 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 f h f h 取節(jié)點(diǎn)板尺寸 360mm 460mm 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為 46cm 6mm 焊縫所受的力為左右兩下弦桿 f h 的內(nèi)力差 N 304 08KN 受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為 f 0 75 304080 103 58MPa 200MPa 2 0 7 6 460 12 焊縫強(qiáng)度滿足要求 焊縫強(qiáng)度滿足要求 2 上弦節(jié)點(diǎn) B Bc 桿與節(jié)點(diǎn)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 所需焊縫長度為 f h 12 肢背 取 140mm w w e f 0 65N0 65 413991 lmm 2h f2 0 7 10 200 96 105 肢尖 取 120mm w w e f 0 3N0 3 413991 lmm 2h f2 0 7 6 200 86 248 節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背 8mm 按構(gòu)造要求取節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié) 點(diǎn)板連接起來 槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算 需在強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)算如下 等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度 10mm f h f 1 h10mm 5mm 2 f h 上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長度為 460mm 則 222 112 f w w f P53877 k NN 0 75 402569 2 1 222 1 22 2 0 7h l2 0 7 5 460 12 111 72MPa 0 8f160MPa 滿足要求 上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為 222 112 f w w f P53877 k NN 0 25 402569 2 1 222 1 22 2 0 7h l2 0 7 7 460 12 32 56MPa 0 8f200MPa 滿足要求 3 脊節(jié)點(diǎn) 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(jì)算長度為 一條 f h 13 焊縫 w 656222 l117 835mm 4 0 7 10 200 拼接角鋼長度 弦桿桿端空隙 20 拼接角鋼長度取 400mm f sw l2 l2h 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)算如下 節(jié)點(diǎn)板長度為 360mm 節(jié)點(diǎn)板的寬度為 150mm 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 360 2 10 20 150mm 焊縫應(yīng)力為 w l N f f 2 N2222 f f 0 15656222 46 873MPa 2 0 7 10 150 6 0 15 656222 76 4 143 244MPa 2 0 7 10 150 143 244 46 873 126 42MPa200MPa 1 221 22 M M 4 支座節(jié)點(diǎn) 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(diǎn) 中心線上設(shè)置加勁肋 加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等 厚度 12mm 14 支座底板的計(jì)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 驗(yàn)算柱頂混凝土強(qiáng)度 c n R431016 q6 63MPa f14 3MPa A64960 支座板底厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算 節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將節(jié)點(diǎn)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 1 M a2 q 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 22 1 12 a 140 110173 4mm 2 為系數(shù) 由 b1 a1查表 b1為兩支撐邊的相交點(diǎn)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 0 0586 2 1 M a0 0586 8 11 173 4 14289 49N m 2 q 底板厚度 取 t 20mm 6M6 14289 49 t16 63mm f310 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)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 1077