钢结构焊接钢屋架设计书

钢结构课程设计 050610382 刘洋 0 钢结构焊接钢屋架设计书 1 设计资料 根据下列资料选择屋架杆件截面和设计屋架的节点： 屋架跨度 L=30m ,屋架间距 b=6m;屋架支座高度 m; 屋架坡度 i=1/12;屋架上弦间距长度 d=3m. 屋面采用 应力钢筋混凝土屋面板和卷材屋面 (由二毡三油防水层 、 2 水泥砂浆找平层及 8的泡沫混凝土保温层组成 ),屋架选用梯形钢屋架 ,跨中高度 H=架简支在钢筋混凝土柱顶上 0=屋架上弦平面利用屋面板 (用埋固的小钢板和上弦杆焊柱 )代替水平支撑 ,在屋架下弦平面的端部几两侧面端面布置水平及竖直支撑 . 钢结构课程设计 050610382 刘洋 1 设计规范 :钢结构设计规范 (2003);建筑结构荷载(2001). 2 荷载计算 载标准值 : 防水层 (二毡三油上铺小石子 )屋面坡向分布 . 找平层 (2泥砂浆 )屋面坡向分布 . 保温层 (8沫混凝土 )屋面坡向分布 . 预应力混凝土屋面板 (包括灌缝 )屋面 坡向分布 . 屋架自重 (包括支撑 )按经验公式计算 . q= 单位用 m)=30= 因屋面坡度很小 ,故以上各项可直接相加得 : 恒荷载标准值为 :恒载设计值 :活载标准值 : 面均布活荷载 屋面均布荷载 (不上人的屋面 )N/ 雪载 :S=屋面与水平的倾角 a=150,故屋面积雪分布系数 S=N/ 风载 :因 a=150,风载体型系数 屋面为吸力 (故可不考虑风载影响 . 钢结构课程设计 050610382 刘洋 2 活载设计值 :载分项系数 )=N/在屋架内力计算时 ,节点荷载由屋面恒载和均布活载组合而成 m,屋架间距为 6m. 计屋架荷载组合 : (1) 全跨恒载 +全跨活载 屋架上弦节点荷载 :P=( 3 6=(2) 屋架及支撑自重 +半跨屋面板 +半跨荷载 (作用在左半跨 ) P 左 =( 3 6=P 右 =3 6=(3) 全跨恒载 +半跨活载 (作用在左半跨 ) P 左 =( 3 6=P 右 =3 6=经过计算 ,这种荷载组合所产生的杆件内力对本屋架的杆件不起控制作用 ,故未列入。 3 内力计算 图 屋架计算简图 ,杆件内力用各杆件之间的三角关系求得 : 钢结构课程设计 050610382 刘洋 3 图 屋架计算简图 屋架上弦除了承受轴心压力外 ,尚承受节间集中荷载而产生的弯矩 ,其值为 : 第一节间 M=4 2 . 3 30 . 8 2 5 . 3 84 k N m 中间节间 M=4 2 . 3 30 . 6 1 9 . 0 3 54 k N m 中间节间 M= 4 2 . 3 30 . 6 1 9 . 0 3 54 k N m 屋架在上述第一种和第二种荷载组合作用下的计算简图如图 示 屋架弦杆、竖杆和靠近支座斜杆钢结构课程设计 050610382 刘洋 4 的内力均较大 靠近跨中、的斜杆内力可能发生变号 ,故要注意 表中列入控制设计的杆件内力 . 4 杆件截面选择 弦杆截面选择 按受力最大的弦杆设计 ,沿跨度全长截面保持不变 . 上弦杆 N=m. 0050;(由于上弦杆和屋面板埋设小钢板并牢固焊接 ,可代替水平支撑 ,故上弦杆平面外的计算 长度 50 假设 的步骤作用不大 ,可直接估计选出截面进行验算 . 选用 2 160 14 ,A=2= 2= 2= 节点板厚选用 t=12 (1) 按公式验算弯矩作用平面内的稳定性 由第 5 章表 1x= 2x=300 6 1 1 5 04 . 9 2xx 由附录 4查得压杆稳定系数 : ; 2 2 5 22 2 32 . 0 6 1 0 8 6 . 6 1 0 4 7 3 1 . 86 1 1 0Ex k N . 钢结构课程设计 050610382 刘洋 5 此处节间弦杆相当于两端支撑有端弯矩和横向荷载同时作用 ,且使构件产生反向曲率的情况 ,根 据规范等效弯矩系数 . 将以上数据代入下式 ,验算弯矩作用平面内的稳定性 : 1 (1 0 . 8 )m x xx 34233221 0 1 8 . 7 2 1 0 0 . 8 5 1 9 0 3 . 5 1 010187200 . 8 0 1 8 6 . 6 1 0 1 . 0 5 4 6 8 . 8 1 0 (1 0 . 8 )4 7 3 1 . 8 1 01 8 6 . 5 7 / 2 1 5 /N m m f N m m 对于这种 T 形截面压弯杆件 ,还应验算 截面另一侧 ,即 2 ( 1 1 . 2 5 )m x 343233221 0 1 8 . 7 2 1 0 0 . 8 5 1 9 0 3 . 5 1 01 0 1 8 . 7 2 1 08 6 . 6 1 01 . 0 5 1 8 1 . 9 1 0 ( 1 1 . 2 5 )4 7 3 1 . 8 1 01 . 7 4 / 2 1 5 /N m m f N m m 所以可保证弦杆弯矩作用平面内的稳定性 . (2) 按下式验算弯矩作用平面外的稳定性 150 2 1 . 2 1 5 07 . 0 7 由附录 4 查得y=对于双角钢 T 形截面的整体稳定性系数b: 1 0 . 0 0 1 7 235f 2351 0 . 0 0 1 7 2 1 . 2 0 . 9 6235 将以上数据代入下式 ,验算弯矩作用平面外的稳定性 钢结构课程设计 050610382 刘洋 6 11b 3423221 0 1 8 . 7 2 1 0 0 . 8 5 1 9 0 3 . 5 1 00 . 9 6 6 8 6 . 6 1 0 0 . 9 6 4 6 8 . 8 1 01 2 1 . 7 8 3 5 . 9 5 1 5 7 . 7 3 / 2 1 5 /N m m f N m m 所以可保证弦杆弯矩作用平面外的稳定性 . (3) 强度验算 由于上弦杆两端的弯矩比较大 ,同时2 小 尚需按下式验算节点负弯矩截面无翼缘一边的强度 : 22r W 34231 0 1 8 . 7 2 1 0 1 9 0 3 . 5 1 08 6 . 6 1 0 1 . 2 1 8 1 . 9 1 0 221 1 7 . 6 4 8 7 . 2 2 0 4 . 8 4 / 2 1 5 /N m m f N m m 因 D 的弯矩值和 相同 ,而轴心力均小于 了简化制造工作 ,故可采用与 同的截面尺寸而 不必验算 . 上弦杆 =0,M=m; 224 2232 5 3 8 1 0 1 1 6 . 3 / 2 1 5 /1 . 2 1 8 1 . 9 1 0 N m m f N m m 钢结构课程设计 050610382 刘洋 7 图 弦杆截面 图 弦杆截面 弦杆截面选择 按轴心拉杆设计 ,沿全长截面不变 ,截面采用等肢角钢拼合 (图 最大设计拉力 : N= L=600 200要 3 229 7 6 . 1 5 1 0 4 5 . 4 02 1 5 1 0 选用 2 100 12 ,A=2 可满足要求 , = 600 1 9 8 3 5 03 . 0 3 由于 此屋架不受动力作用 ,故可仅验算在竖直平面内的长细比 . 腹杆截面选择 各腹杆截面选择过程从略 ,其结果列于表 表 件内力及截面选择表 杆件 计算长度 设计内力 截面形式与尺寸 截面面积 截面抵抗矩W(回转半径(长细比 稳定系数 计算应力值 名称 编号 M (m) y上弦 300 150 0 + 160 14 1 +C 300 150 61 +D 300 150 61 +结构课程设计 050610382 刘洋 8 E 300 150 61 +300 150 61 弦 00 600 2 100 12 198 111.3 00 1200 198 212.5 00 1200 198 杆 375 375 2 140 10 300 375 2 80 8 328 410 2 80 10 328 410 + 2 80 8 36 420 + 2 63 8 49.4 36 420 + 2 63 8 竖杆 200 200 2 63 8 6 200 250 2 63 8 6 240 300 2 63 8 25 0 2 63 8 0 腹杆 大设计压力 :N=间节点板厚采用 t=12支撑节点板厚度采用 t=43 型 ,角焊缝强度设计160 2/N 件与节点板的连接焊缝 斜杆 N=2 140 10 每个角钢需要的焊缝面积 : 钢结构课程设计 050610382 刘洋 9 2w 3 226 3 4 . 5 1 0 1 9 . 8 32 1 6 0 1 0 角钢为等肢，则角钢肢背和肢尖所 需的焊缝面积各为 : 焊缝布置如下 : 肢背焊缝取 81 3 . 8 8 2 4 . 80 . 7 0 . 8 ,采用 25 肢尖焊缝取 65 . 9 5 1 4 . 20 . 7 0 . 6 , 采用 15杆件均为等肢角钢 ,肢背和肢尖的焊缝面积各按 计算结果综合如表 表 件端部焊缝计算表 杆件 设计内力 角钢尺寸 每个角钢所需的焊缝面积 采用的焊缝尺寸 名称 编号 AAAfhlfhl斜杆 140 10 8 250 6 150 2 80 8 6 200 6 85 2 80 10 6 111 6 48 2 80 8 48 6 48 钢结构课程设计 050610382 刘洋 10 63 8 49 6 48 竖杆 2 63 8 6 70 6 70 2 63 8 6 70 6 70 2 63 8 6 70 6 70 上弦 2 160 14 6 150 6 150 下弦 2 100 12 8 199 6 114 杆与节点的连接焊接 (1) 节点 B 弦杆肢背为塞焊接 ,节点板缩进角钢背 7 点板厚度t=12塞焊缝强度验算 : 设焊角尺寸 2f 12 62 mm102 0 .7 = 3 228 4 . 6 1 0 1 4 . 2 / 0 . 8 1 6 0 1 2 8 /2 0 . 7 6 7 1 0 N m m N m m 弦杆肢尖角焊缝强度验算 : 设焊角尺寸 710 M= N e=100=81498 2 0 = 3 28 1 4 . 9 8 1 0 1 0 2 . 5 /2 0 . 7 8 7 1 0 N m m 262 0 = 3 226 8 1 4 9 8 1 0 8 6 . 6 /2 0 . 7 8 7 1 0 N m m 钢结构课程设计 050610382 刘洋 11 22()1 . 2 2 = 2 2 2 28 6 . 61 0 2 . 5 ( ) 1 2 4 . 7 / 1 6 0 /1 . 2 2 N m m N m m 满足强度要求 . (2) 节点 F (屋 脊节点 ) 拼接角钢采用与上弦相同截面 140 16,需将拼接角钢略为弯折并切去肢背的棱角 ,再将竖直斜切 ,使其传力平顺 条角缝均匀受力 ,当 ,则拼接角钢一侧每条焊缝长度为 : 321 0 1 8 . 7 2 1 0 2 8 . 44 0 . 7 0 . 8 1 6 0 1 0 连接角钢全长取 60 上弦与节点板的连接焊缝 ,按上弦内力 15%与半个节点荷载 合力计算 ,但数值较小 ,故按构造布置 . 竖杆 节点板的连接构造 ,实 有焊缝长度比需要长度大很多 . 跨中屋脊节点和下弦中央节点处是否需要工地拼装焊缝 ,还是整跨制造运到工地安装 ,需视运输和吊装设备而定 ,在此未考虑工地焊缝问题 . (3) 节点 c N 3 224 6 1 . 4 5 1 0 1 4 . 4 22 1 6 0 1 0 肢背焊缝 钢结构课程设计 050610382 刘洋 12 取 1 0 40 .6 . 肢尖焊缝 取 4 . 3 2 1 0 . 30 . 6 0 . 7wl c m(4)节点 f(下弦中央节点 ) 下弦与节点板的连接焊缝 ,按弦杆内力 15%计算 ,但数值不大 ,实际焊缝尺寸由节点构造尺寸决定 . 下弦中央节点的拼接采用 2 150 10 连接角钢 ,接缝一侧每条焊缝长度 (取 3 229 6 9 . 0 5 1 0 3 6 . 14 0 . 7 0 . 6 1 6 0 1 0 ,拼接角钢全长采用 68肢削去 =8+6+5=19将角钢棱角削除 ,如图所示 : 支座节点 屋架支承在钢筋混凝土柱上 ,支座反力 R=423混凝土强度等级为 其抗压强度设计值,避免柱顶面被压坏 ,屋架支座节点的构造除要有节点板外 ,还要有平板式支座底板和加劲肋 支座节点处端斜杆 下弦杆 轴线应交于通过支座中心的竖线上 ,加劲肋对 称地布置在节点板两侧 ,而竖杆 力很小 ,布置时对支座中心竖线略有偏心 ,影响不大 下弦杆与支座底板之间的距离不应小于下弦角钢伸出肢的宽度 ,也不小于 100 150用 120钢结构课程设计 050610382 刘洋 13 需要的支座底板面积 : f = 3 224 2 3 1 0 4 4 5 . 39 . 5 1 0 . 考虑构造要求 ,采用底板平面尺寸 2828固螺栓直径采用 d= 20 板上锚孔直径用 50 则底板净面积 : 2252 8 2 8 2 7 4 5 4 4 5 . 34 c m c m 底板的厚度按屋架反力作用下产生的弯矩计算 ,一般不小于16 20选用 t= 20加劲肋尺寸 ,加劲肋和节点板连接焊缝均应按计算及构造要求决定 ,现采用如图所示 . 最后 ,绘制屋架的施工图 (只绘出主要部分 ),如图及所附材料表 . 钢结构课程设计 050610382 刘洋 14 参考文献 1 赵占彪。钢结构。北京：中国铁道出版社。 2006。 2 魏明钟。钢结构。武汉：武汉理工大