钢结构课程设计计算书--焊接梯形钢屋架设计.docxVIP

汕头大学土木系2010 级课程设计 学号： 2010111031 钢结构课程设计计算书设计题目： 焊接梯形钢屋架设计 专 业：土木工程 班 级：2010级 姓 名：卢嘉昇 指导教师：喻 莹 完成日期：2013年 1 月 2 日1. 设计资料（1） 广东某厂房总长度90m，跨度21，纵向柱距6m。（2） 钢筋混凝土柱，柱的混凝土强度等级为C30，上柱截面尺寸400400，梯形钢屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度。（3） 屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。（4） 屋架形式、几何尺寸如附图所示。屋面坡度i=1/10。（5） 屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；（6） 屋面做法及荷载标准值：无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷 载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层 按附表1取 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40KN/m2 可变荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35KN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载根据不同学号按附表1取值。（7） 钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16m，运输高度为3.85m，工地有足够的起重安装条件。（8） 桁架计算跨度：（9） 跨中及端部高度：桁架的中间高度： 在的两端高度： 在轴线处端部高度： 桁架跨中起拱2. 屋架支撑布置3. 桁架形式及几何尺寸图4. 荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以。换算为沿水平投影分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度的单位为。标准永久荷载：预应力混凝土大型屋面板 三毡四（上铺绿豆砂）油防水层 水泥砂浆找平层 保温层 桁架和支撑自重 合计 标准可变荷载：屋面活荷载 积灰荷载 设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载控制的组合）全跨节点荷载设计值： （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时： （按永久荷载控制的组合） (按可变荷载控制的组合)对结构有利时：半跨节点可变荷载设计值： （按永久荷载为主的组合） （按可变荷载为主的的组合）（3） 全跨桁包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）全跨节点桁架自重设计值:对结构有利时，对结构不利时，半跨节点屋面板自重及活荷载设计值： （1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。5. 内力计算由点算先机的F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如下表。桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力全跨（1）左半跨（2）右半跨（3）上弦AB000000000BC、CD-7.47-5.31-2.16-378.34-378.34DE、EF-11.26-7.34-3.92-570.30-570.30FG、GH-12.18-6.86-5.32-616.89-616.89下弦Ac4.103.011.09207.66207.66ce9.746.663.08493.31493.31eg11.967.334.64605.75605.75gh11.765.885.88595.62595.62斜腹杆aB-7.69-5.64-2.04-389.48-389.48Bc5.813.961.85294.26294.26cD-4.41-2.63-1.78-223.36-223.36De2.791.221.57141.31141.31eF-1.57-0.05-1.53-79.52-79.52Fg0.33-1.041.3716.71-9.9536.19-23.8634.05gH0.792.13-1.3440.0166.087.5453.99-29.58竖杆Aa-0.50-0.500-25.32-25.32Cc-1.00-1.000-50.65-50.65Ee-1.00-1.000-50.65-50.65Gg-1.00-1.000-50.65-50.65 注:F=50.648kN;F1,1=35.402kN;F1,2=31.469kN;F1,3=26.224kN;F2,1=15.246kN;F2,2=17.892kN;F3,1=3.791kN;F3,2=3.78kN;F4=23.940kN。6. 杆件设计（1） 上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG、GH杆件之最大设计内力设计。上弦杆的计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力为，查表9.6.4.节点板厚度选用，支座节点板厚度用。设，查附录4得。需要的截面面积：需要的回转半径： 根据需要的、查角钢规格表（附录8）。选用。，按所选角钢进行计算：因为所以 截面在平面皆属b类，由于，只需求。查表得。所需截面合适。（2） 下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算。，所需截面面积为：选用用不等肢角钢，短肢相并。考虑下弦有的栓孔削弱，下弦净截面面积： 满足要求（3） 端斜杆aB杆件轴力： 计算长度因为,故采用不等肢角钢,长肢相并,使得。选用。因为 所以 因为，只求。所以截面合适。（4） 腹杆gH最大拉力：最大压力：在桁架平面内的计算长度在桁架平面外的计算长度选用，截面几何特性： 因为所以截面在平面皆属b类，由于，只需求。查表得。压应力： 拉应力： 所选截面满足要求。（5） 竖杆Gg内力较小，按选择，需要的回转半径为：查型钢表，选用，截面几何特性： 因为所以因为，只求其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，将计算结果列于表中。23杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm3计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数j应力名称编号上弦FG,GH-616.8902*125*80*1039.424150.75301.52.266.1166.749.351500.771202.95下弦eg605.7502*140*90*836.07630010352.5876.73115.96153.8350183.36腹 杆aB-389.4832*100*80*827.8882532533.143.4980.5780.391500.684204.18Bc294.2652*90*621.27209.04261.32.794.0574.9264.52350138.35cD-223.3582*90*621.27229.12286.42.794.0582.1278.181500.674155.80De141.3082*70*513.75229.12286.42.163.24106.0788.4350102.77eF-79.5172*70*513.75249.92312.42.163.24115.7100.931500.460125.72Fg-23.85636.1952*63*512.29249.92312.41.942.96128.82108.781500.39349.39gH-29.58466.0782*63*512.29271.23391.942.96139.79117.511500.34669.60Aa-25.3242*63*512.29200.5200.51.942.96103.3572.781500.53438.59Cc-50.6482*63*512.291832291.942.9694.4381.781500.59169.73Ee-50.6482*63*512.29207.22591.942.96106.891.41500.51280.49Gg-50.6482*63*512.29231.22891.942.96131.4101.131500.44193.457. 节点设计（1） 下弦节点“c”各杆件内力通过内力表查得。采用E43型焊条。其角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取肢尖：，加后取设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取肢尖：，加后取“Cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为下弦与节点板连接的焊缝长度为为。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为：焊缝强度满足要求。（2） 上弦节点“B”各杆件内力通过内力表查得。“Bc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算。设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取肢尖：，加后取根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上线坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：上弦与节点板间焊缝长度为510mm。上弦肢尖角焊缝的剪应力为：焊缝强度均满足要求。（3） 屋脊节点“K”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。设焊缝，则所需焊缝计算长度为： 拼接角钢的长度，取。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝， 节点板长度为360mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为：因桁架的跨度较大，需将桁架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用哪个工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。（4） 支座节点“a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取150mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为12mm。 支座底板的计算。支座反力：支座底板的平面尺寸采用280mm400mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,实际承压面积为280mm232mm=64960mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度:式中fc为混凝土强度设计值,对C20混凝土,fc=10N/mm2。底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中为底板下的平均应力：a1为两支承边之间的对角线长度:为系数,由b1/a1查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点