梯形钢屋架课程设计.doc

1 目录目录 一 设计资料 2 2 二 屋架尺寸及结构形式与选型 2 2 三 荷载计算 3 3 1 永久荷载 3 3 2 可变荷载 3 3 3 荷载组合 4 4 四 内力计算 4 4 五 杆件设计 6 6 1 上弦杆 6 6 2 下弦杆 7 7 3 斜腹杆 8 8 4 竖杆 9 9 六 节点设计 1010 1 下弦节点 C 1010 2 上弦节点 B 1111 3 屋脊节点 G 1212 4 支座节点 A 1313 附录 钢屋架施工图 2 梯形钢屋架课程设计计算书梯形钢屋架课程设计计算书 一 设计资料 1 车间柱网布置 长度 90m 柱距 6m 跨度 21m 2 屋面坡度 1 10 3 屋面材料 预应力大型屋面板 4 荷载 1 静载 屋架及支撑自重 0 35KN m 屋面防水层 0 4KN m 找平层 0 4KN m 大型 屋面板自重 包括灌缝 1 4KN m 2 活载 屋面雪荷载 0 35KN m 积灰荷载标准值 1 2 KN m2 屋面活荷载标准值 2 7 0mkN 5 材质 Q345B 钢 焊条 E50XX 系列 手工焊 荷载类型荷载名称荷载标准值 KN m2 三毡四油 上铺绿豆沙 防水层 0 4 水泥砂浆找平层 0 4 保温层 0 7 一毡二油隔气层 0 05 水泥砂浆找平层 0 3 预应力混凝土屋面板 1 4 永久荷载 屋架自重 0 12 0 11x21 0 351 屋面活荷载标准值 0 7 积灰荷载 1 20 可变荷载 雪荷载 0 35 6 二 结构形式与选型 屋架形式及几何尺寸如图所示 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 上弦横向水平支撑一般设置在房屋两端且间距不宜大于 60m 根据厂房长度 90m 60m 跨 度及荷载情况 设置上弦横向水平支撑 3 道 下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑对应的布置在同一柱间距内 以形成稳定空间 体系 下弦纵向水平支撑不进行布置 垂直支撑设置在上 下弦横向支撑的柱间内 在屋架两端及跨中的竖直面内 系杆沿房屋纵向通长设置 以保证屋架的侧向稳定 三 荷载计算 屋面雪荷载与检修荷载不会同时出现 计算时 取较大的荷载标准值进行计算 故取 屋面活荷载 0 7KN m 进行计算 屋架沿水平投影面积分布的自重 包括支撑 按经验公式计 2 g 0 120 011 k l kN m 算 跨度单位为米 m 屋架沿水平投影面积分布的自重 包括支撑 按经验公式计 2 g 0 120 011 k l kN m 算 跨度单位为米 m 荷载计算表荷载计算表 荷载名称标准值 KN m 设计值 KN m 预应力混凝土大型屋面板自重 1 4 1 4 1 35 1 89 屋架及支撑自重 0 35 0 264 1 35 0 3564 屋面防水层 0 4 0 4 1 35 0 54 4 找平层 0 4 0 4 1 35 0 54 永久荷载总和 2 4643 3264 屋面活荷载 0 7 0 7 1 4 0 98 积灰荷载 1 21 2 1 4 1 68 可变荷载总和 1 92 66 设计屋架时 应考虑以下三种荷载组合 1 全跨永久荷载 全跨可变荷载 1 F 2 F 全跨节点永久荷载及可变荷载 F 3 3264 2 66 1 5 6 53 8776kN 2 全跨永久荷载 半跨可变荷载 1 F 2 F 全跨节点永久荷载 F1 3 3264 1 5 6 29 9376kN 半跨节点可变荷载 F2 2 66 1 5 6 23 94kN 3 全跨屋架 包括支撑 自重 半跨屋面板自重 半跨屋面活荷载 3 F 4 F 2 F 全跨节点屋架自重 F3 0 3564 1 5 6 3 2076kN 半跨节点屋面板自重及活荷载 F4 1 89 0 7 1 5 6 23 31kN 1 2 为使用节点荷载情况 3 为施工阶段荷载情况 四 内力计算 屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下 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 由图解法或数解法解得 F 1 的屋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 屋架构件内力组合表屋架构件内力组合表 内力系数 F 1 第二种组合第三种组合杆件名 称全跨 1 左半 跨 2 右半 跨 3 第一种 组合 F 1 F1 1 F2 2 F1 1 F2 3 F3 1 F4 2 F3 1 F4 3 计算杆 件内力 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 杆 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 杆 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 杆 gH0 71 3 1 91 3 1 20 0 38 414 3 67 144 4 7 3808 46 879 3 4767 144 4 坚 杆 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 杆件设计 1 上弦杆 整个上弦采用等截面 按 FG 杆件的最大设计内力设计 即 N 656 222KN 上弦杆计算长度 在屋架平面内 为节点轴线长度 l0 x l0 1 508m 在屋架平面外 本屋架为无檩体系 并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用 根据 支撑布置和内力变化情况 取为支撑点间的距离 即 0y l 3 1 508 4 524m 0y l 根据屋架平面外上弦杆的计算长度 上弦截面选用两个不等肢角钢 短肢相并 如右 图 腹杆最大内力 N 413 991KN 中间节点板厚度选用 10mm 支座节点板厚度选用 12mm 设 60 查 Q345 钢的稳定系数表 可得 0 732 由双角钢组成的 T 形和十字 形截面均属于 b 类 则需要截面积为 3 2 N656 222 10 A2891 865mm f0 732 310 需要回转半径 0 x x 0y y l1 508 im25 1mm 60 l 4 524 im75 4mm 60 查表选用 2 100 63 10 a 10mm 验算 8 0 x x x 0y y y l1508 m65 6mm i23 0 l 3016 m40mm i75 4 满足长细比的要求 查表 则 150 x 0 714 3 y N656 222 10 297 11MPa 300MPa A0 714 3093 4 故所选截面合适 2 下弦杆 整个下弦采用等截面 按 cd 杆件的最大设计内力设计 即 N 644 477KN 下弦杆计算长度 oxoy l 3000mm l 20700 2 10350mm 下弦截面选用两个不等肢角钢 短肢相并 所需截面面积 2 N644477 A 2078 95mm f310 查表选用 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 满足要求 oy y y l 1035 220 68 350 i4 65 3 腹杆 aB 杆 计算长度 oxoy l l 2530mm 杆件轴力 N 413 991KN 因为 选 2 140 90 10 oxoy l l 9 所需面积 2 N413991 A 3469 441mm f0 555 310 则 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 竖杆 竖杆 Gg 杆件轴力 N 53 877KN 计算长度 oxoy l 0 8l 231 2cm l l 289cm 内力较小 按 150 选择 需回转半径 cm 1 93cm ox x l231 2 i1 54 150 y i 2 A 10830mm 查表选用 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 屋架杆件截面选择表屋架杆件截面选择表 计算长度 cm 回转半径 cm 长细比稳定系数 杆件名 称 杆 件 编 号 内力 KN 0 x l 0y l 截面规格 截面 面积 cm x i y i x y 容许 长细 比 X y 计算 应力 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 竖杆 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 节点设计 1 下弦节点 用 E50 型焊条角焊缝的抗拉和抗压 抗剪强度设计值 200MPa w f f 下弦节点 c 设 Bc 杆的肢背 8mm 和肢尖焊缝为 6mm 所需的焊缝长度为 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 杆内力很小 杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 6mm 按构造要求综合 f h f h 取节点板尺寸 360mm 460mm 下弦与节点板连接的焊缝长度为 46cm 6mm 焊缝所受的力为左右两下弦杆 f h 的内力差 N 304 08KN 受力较大处的肢背出的焊缝应力为 f 0 75 304080 103 58MPa 200MPa 2 0 7 6 460 12 焊缝强度满足要求 焊缝强度满足要求 2 上弦节点 B Bc 杆与节点板的焊缝尺寸同上 NaB 413 991kN 设 aB 杆的肢背和肢尖焊缝 10mm 和 6mm 所需焊缝长度为 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 节点板上边缘缩进上弦肢背 8mm 按构造要求取节点板用槽焊缝把上弦角钢和节 点板连接起来 槽焊缝作为两条焊缝计算 需在强度设计值乘以 0 8 的折减系数 假 定集中荷载 P 与上弦垂直 上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下 等于二分之一节点板厚度 10mm f h f 1 h10mm 5mm 2 f h 上弦与节点板焊缝长度为 460mm 则 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 满足要求 上弦肢尖角焊缝的切应力为 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 满足要求 3 脊节点 G 设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝 10mm 则所需焊缝计算长度为 一条 f h 13 焊缝 w 656222 l117 835mm 4 0 7 10 200 拼接角钢长度 弦杆杆端空隙 20 拼接角钢长度取 400mm f sw l2 l2h 上弦与节点板之间的槽焊缝 假定承受节点荷载 验算如下 节点板长度为 360mm 节点板的宽度为 150mm 上弦肢尖与节点板的连接焊缝 应按上弦内力的 15 计算 360 2 10 20 150mm 焊缝应力为 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 160mm 在节点 中心线上设置加劲肋 加劲肋的高度与节点板高度相等 厚度 12mm 14 支座底板的计算 支座反力 R 53822 8 431016N 设支座地板的平面尺寸采用 280 400mm 现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座 反力 则承压面积为 An 280 320 64960mm 验算柱顶混凝土强度 c n R431016 q6 63MPa f14 3MPa A64960 支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算 节点板和加劲肋将节点板分为四块 块板为两相邻边自由板 每块板的单位宽度的最大弯矩为 1 M a2 q 式中 q 为底板下的平均应力 a1为两支撑边之间的对角线 22 1 12 a 140 110173 4mm 2 为系数 由 b1 a1查表 b1为两支撑边的相交点到对角线 a1 的垂直距离 由相 似三角形的关系 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 加劲肋与节点板的连接焊缝计算 假定加劲肋受力为屋架支座反力的 1 4 即 431016 4 107754N 则焊缝内力为 V 1077