普通梯形钢屋架设计.doc

内蒙古工业大学 钢结构课程设计 普通梯形钢屋架设计说明书 1 目目 录录 一 设计资料一 设计资料 2 2 二 设计布骤二 设计布骤 2 2 三 设计内容三 设计内容 3 3 1 杆件尺寸 4 2 结构形式与布置 4 3 屋架荷载计算 4 4 内力计算 5 5 杆件的截面选择 6 6 节点设计 14 四 参考文献 四 参考文献 2121 2 普通钢屋架设计普通钢屋架设计 一 设计资料一 设计资料 1 设计一房屋跨度为 18m 的钢屋架 房屋平面尺寸为 18m 84 m 地区雪压 0 80KN m2 积灰荷载 0 50KN m2 分项系数为 1 4 地震设防烈度为 8 0 2g 2 钢材选用钱 Q235B 焊条采用 E43 型 手工焊 上弦坡度 i 1 10 端部高度 H0 1 215m 每端支座缩进 0 15m 下弦起拱 500 L 36mm 3 荷载 SBS 沥青改性卷材 0 40KN m2 20mm 厚水泥砂浆找平层 0 40KN m2 100mm 厚水泥珍珠岩保温层 0 4KN m3 冷底子油隔气层 0 05KN m2 混凝土大型屋面板 包括灌浆 1 4KN m2 二 设计步骤二 设计步骤 1 确定屋架的形式和几何尺寸 确定节点尺寸以及计算各杆件长度 绘制屋架的 几何尺寸图 2 屋架杆件的内力组合 荷载组合 计算在单位力作用左半跨的杆件内力系数 并绘制内力系数图 3 杆件截面选择 按轴心受力构件 拉或压 进行设计 4 焊缝计算 焊缝在轴心力作用下的强度计算 5 节点设计 根据节点板的几何尺寸 计算焊缝的实际长度 根据计算焊缝的实 际长度绘制节点图 6 绘制屋架施工图 3 3 设计内容设计内容 1 杆件尺寸 桁架计算跨度 m 7 1715 0 218 0 l 桁架的中间高度 m1 2 h 在 17 7m 的两端高度 m215 1 h 在 18m 轴线处端部高度 m2 1 h 桁架跨中起拱 36mm 500L 2 2 结构形式与布置结构形式与布置 桁架形式与几何尺寸如图 1 所示 图图 1 1 桁架形式及桁架形式及荷载作用荷载作用 3 3 屋架荷载计算屋架荷载计算 屋面和荷载与雪荷载不会同时出现 计算时 取较大的荷载标准值进行计算 故取屋面活荷载 0 8kN 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 2 m 计算 跨度单位为 m 2 L kN m 0 011 0 12g 4 按永久荷载效应作用的组合 荷荷 载载 计计 算算 表表 荷载名称 标准值 kN 2 m设计值 kN 2 m 混凝土大型屋面板 包括灌 浆 1 4 1 4 1 35 1 89 SBS 沥青改性卷材 0 40 4 1 35 0 54 20mm 厚水泥砂浆找平层 0 40 4 1 35 0 54 100mm 厚水泥珍珠岩保温层 0 040 04 1 35 0 054 屋架和支撑自重 0 12 0 011 18 0 318 0 318 1 35 0 4293 永久荷载总和 2 6083 5208 屋面活荷载 0 8 0 8 1 4 0 7 0 784 积灰荷载 0 5 0 5 1 4 0 7 可变荷载总和 1 31 82 Fd 3 5208 1 82 1 5 6 44 413kN 屋面活荷载分项系数为 1 4 组合系数为 0 7 积灰荷载分项系数为 1 4 组合系数为 0 9 故节点荷载取为 44 413kN 支座反力为 6Fd 266 4 4 4 内力计算内力计算 内力分析中 通常作如下假定 1 所有荷载都作用在节点上 2 各杆轴线在节点处都能相交于一点 3 所有节点均为理想铰接 设计桁架时 考虑以下组合 全垮恒荷载 全垮活荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载 KN4 413465 1 82 15208 3 F 内力计算 杆端内力值 乘子 1 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 244 266000 0 00000000 0 00000000 244 266000 0 00000000 0 00000000 5 2 522 850363 0 00000000 0 00000000 522 850363 0 00000000 0 00000000 3 579 064153 0 00000000 0 00000000 579 064153 0 00000000 0 00000000 4 579 064153 0 00000000 0 00000000 579 064153 0 00000000 0 00000000 5 522 850363 0 00000000 0 00000000 522 850363 0 00000000 0 00000000 6 244 266000 0 00000000 0 00000000 244 266000 0 00000000 0 00000000 7 22 2600000 0 00000000 0 00000000 22 2600000 0 00000000 0 00000000 8 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 9 421 786646 0 00000000 0 00000000 421 786646 0 00000000 0 00000000 10 421 786646 0 00000000 0 00000000 421 786646 0 00000000 0 00000000 11 574 656410 0 00000000 0 00000000 574 656410 0 00000000 0 00000000 12 574 656410 0 00000000 0 00000000 574 656410 0 00000000 0 00000000 13 556 324791 0 00000000 0 00000000 556 324791 0 00000000 0 00000000 14 556 324791 0 00000000 0 00000000 556 324791 0 00000000 0 00000000 15 574 656410 0 00000000 0 00000000 574 656410 0 00000000 0 00000000 16 574 656410 0 00000000 0 00000000 574 656410 0 00000000 0 00000000 17 421 786646 0 00000000 0 00000000 421 786646 0 00000000 0 00000000 18 421 786646 0 00000000 0 00000000 421 786646 0 00000000 0 00000000 19 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 20 22 2600000 0 00000000 0 00000000 22 2600000 0 00000000 0 00000000 21 345 444290 0 00000000 0 00000000 345 444290 0 00000000 0 00000000 22 236 013428 0 00000000 0 00000000 236 013428 0 00000000 0 00000000 23 44 4120000 0 00000000 0 00000000 44 4120000 0 00000000 0 00000000 24 153 353851 0 00000000 0 00000000 153 353851 0 00000000 0 00000000 25 72 7755556 0 00000000 0 00000000 72 7755556 0 00000000 0 00000000 26 44 4120000 0 00000000 0 00000000 44 4120000 0 00000000 0 00000000 27 11 9067176 0 00000000 0 00000000 11 9067176 0 00000000 0 00000000 28 41 8235962 0 00000000 0 00000000 41 8235962 0 00000000 0 00000000 29 66 3007714 0 00000000 0 00000000 66 3007714 0 00000000 0 00000000 30 41 8235962 0 00000000 0 00000000 41 8235962 0 00000000 0 00000000 31 11 9067176 0 00000000 0 00000000 11 9067176 0 00000000 0 00000000 32 44 4120000 0 00000000 0 00000000 44 4120000 0 00000000 0 00000000 33 72 7755556 0 00000000 0 00000000 72 7755556 0 00000000 0 00000000 34 153 353851 0 00000000 0 00000000 153 353851 0 00000000 0 00000000 35 44 4120000 0 00000000 0 00000000 44 4120000 0 00000000 0 00000000 36 236 013428 0 00000000 0 00000000 236 013428 0 00000000 0 00000000 37 345 444290 0 00000000 0 00000000 345 444290 0 00000000 0 00000000 6 5 杆件的截面选择 1 上弦杆 整个上弦采用等截面 按最大内力 N 574 656410kN 计算 L0 x 1508mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 压杆 150 因 L0Y L0 x 2 故采用短边相拼的不等 边角钢 T 形截面 整体稳定系数按 b 类查 经计算选用规格为 160 10014 A 6940mm2 ix 28mm iy 78 6mm 可得到 x 1508 28 53 9 150 y 3000 78 6 38 2 150 由 max 53 9 查得 b 类 0 838 即代入稳定条件 N A 574 656410 103 0 838 6940 98 8N mm2 215 N mm2 满足要求 2 下弦杆 整个上弦采用等截面 按最大内力 N 579 064153kN 计算 L0 x 3000mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 拉杆 350 采用短边相拼的不等边角钢 T 形截 面 不考虑空洞削弱 整体稳定系数按 b 类查 需要的净截面面积为 An N f 579 064153 103 215 2693 mm2 选用规格为 110 70 10 A 3440mm2 ix 19 6mm iy 55 3mm 可得到 x 3000 19 6 153 06 350 y 3000 55 3 54 25 350 N A 579 064153 103 3440 168 33N mm2 215N mm2 满足要求 填板每个节间放一块 L1 150cm 80i 80 1 96 5 53 2 299 6cm 7 上悬杆截面 下悬杆截面 3 腹杆 21 杆 NaB 345 444290kN L0 x 1914mm L0Y 3000mm 需要的净截面面积为 An N f 345 444290 103 215 1607 mm2 选用 10080 8 A 2780mm2 ix 31 5mm iy 35 6mm 长肢相拼 可得到 x 1914 31 5 60 76 150 y 3000 35 6 84 27 150 由 max 60 76 查得 b 类 0 766 即代入稳定条件 N A 345 444290 103 0 766 2780 162 22 N mm2 215 N mm2 满足要求 2222 杆杆 N 236 013428kN L0 x 2013mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 拉杆 350 需要的净截面面积为 An N f 236 013428 103 215 1098 mm2 选用 80 6 A 1880mm2 ix 24 7mm iy 37 3mm 可得到 x 2013 24 7 81 5 350 y 3000 37 3 80 43 350 8 N A 236 013428 103 1880 125 6N mm2 215 N mm2 满足要求 23 杆杆和 26 杆杆都为压杆轴力相同 由于 L L23 23 L26 所以只验算 26 杆件 N 44 4120000kN L0 x 1800mmL0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 压杆 150 需要的净截面面积为 An N f 44 4120000 103 215 207mm2 选用 45 4 A 698mm2 ix 13 8mm iy 23 2mm 可得到 x 1800 13 8 130 4 150 y 3000 23 2 128 8 150 由 max 130 4 查得 b 类 0 37 即代入稳定条件 N A 44 4120000 103 0 37 698 172 N mm2 215 N mm2 满足要求 24 杆杆 N 153 353851kN L0 x 2235mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 压杆 150 需要的净截面面积为 An N f 153 353851 103 215 714 mm2 选用 75 5 A 1482mm2 ix 23 2mm iy 35mm 可得到 x 2235 23 2 96 4 150 y 3000 35 85 7 150 由 max 96 4 查得 b 类 0 578 即代入稳定条件 N A 153 35385 103 0 578 1482 179 03 N mm2 215 N mm2 满足要求 2525 杆杆 N 72 7755556kN L0 x 2225mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 拉杆 350 需要的净截面面积为 An N f 72 7755556 103 215 338 mm2 选用 56 4 A 878mm2 ix 17 3mm iy 27 4mm 可得到 x 2225 17 3 128 6 350 y 3000 27 4 109 5 350 9 N A 72 7755556 103 878 82 9N mm2 215 N mm2 满足要求 2727 杆杆 N 11 9067176kN L0 x 2425mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 压杆 150 需要的净截面面积为 An N f 11 9067176 103 215 56 mm2 选用 56 4 A 878mm2 ix 17 3mm iy 27 4mm 可得到 x 2425 17 3 140 1 150 y 3000 27 4 109 5 150 由 max 140 1 查得 b 类 0 341 即代入稳定条件 N A 11 9067176 103 0 341 878 39 8N mm2 215 N mm2 满足要求 2828 杆杆 N 41 8235962kN L0 x 2415mm L0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 压杆 150 需要的净截面面积为 An N f 41 8235962 103 215 195 mm2 选用 56 4 A 878mm2 ix 17 3mm iy 27 4mm 可得到 x 2415 17 3 139 9 150 y 3000 27 4 109 5 150 由 max 139 9 查得 b 类 0 345 即代入稳定条件 N A 41 8235962 103 0 345 878 138 1 mm2 215 N mm2满足要求 满足要求 8 2929 杆 N 66 3007714 kN L0 x 2100mmL0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 拉杆 350 需要的净截面面积为 An N f 66 3007714 103 215 309 mm2 选用 40 4 A 618mm2 ix 12 2mm iy 21 2mm 可得到 x 2100 12 2 172 1 350 y 3000 21 2 141 5 350 N A 66 3007714 103 618 107 28N mm2 215N mm2 10 满足要求 9 7 7 杆 N 22 2600000 kN L0 x 1215mmL0Y 3000mm Q235 钢 f 215N mm2 拉杆 350 需要的净截面面积为 An N f 22 2600000 103 215 104 mm2 选用 40 4 A 618mm2 ix 12 2mm iy 21 2mm 可得到 x 1215 12 2 99 6 350 y 3000 21 2 141 5 350 N A 22 2600000 103 618 36N mm2 215N mm2 满足要求 其余各杆的具体参数选择见下表 表表 2 2 杆件截面选择表杆件截面选择表 计算长度计算长度 mm mm 回转半径回转半径 mm mm 长细比长细比稳定系数稳定系数 杆件杆件 内力设计内力设计 值值 kN kN 几何几何 长度长度 mm mm L0 xL0Y 截面形式截面形式 与规格与规格 截面截面 面积面积 mm mm2 2i ix xi iy yx y x y 应力应力 设计设计 值值 N mmN mm2 2 8 8 1414 574 656 410 150815083000 160100 14 69402878 653 938 20 83898 8 弦弦 杆杆 1 1 4 4 579 06 4153 300030003000 110 70 10 344 0 19 6 55 3 153 06 54 2 5 168 33 2121 345 444 290 191 4 191 4 3000 100 80 8 278 0 31 5 35 6 60 7 6 84 2 7 0 76 6 162 22 2222236 013 428 201 3 201 3 3000 80 6 137 6 21 6 32 4 93 1 94 93 125 6 2424 153 353 851 223 5 223 5 3000 75 5 148 2 23 2 3596 485 7 0 578 179 03 252572 7755 556 222 5 222 5 3000 56 4 878 17 3 27 4 128 6 109 5 82 9 斜斜 杆杆 2727 11 9067 176 242 5 242 5 3000 56 4 878 17 3 27 4 140 1 109 5 0 34 1 39 8 11 6 节点设计 1 杆件与节点板的焊缝计算 在确定节点板的形状和尺寸时 需要腹杆与节点板间连接焊缝的长度 先算出各 腹杆杆端需要的焊缝尺寸 其计算公式为 角钢肢背所需焊缝长度 1 l 1 1 1 2 20 7 f w ff N lh hf 角钢肢尖所需焊缝长度 2 l 2 2 2 2 20 7 f w ff N lh hf 可计算出各杆件 hf lw 值 表表 3 3 腹杆焊缝计算表腹杆焊缝计算表 需要焊缝 mm2 采用焊缝 mm 计算时 lw按值 10 双角钢角焊缝计算公式 fwf 160N mm2 杆件 内力设 计值 N kN hf1lw1 hf2lw2 hf1 lw1hf2 lw2 角钢背 2828 41 8235 962 241 5 241 5 3000 56 4 878 17 3 27 4 139 9 109 5 0 34 5 138 1 7 7 22 2600 000 121 5 121 5 3000 40 4 618 12 2 21 2 99 6 141 5 36 2323 44 4120 000kN 150 0 150 0 3000 45 4 698 2626 44 4120 000kN 180 0 180 0 3000 45 4 698 13 8 23 2 130 4 128 8 172 竖竖 杆杆 2929 66 3007 714 210 0 210 0 3000 40 4 618 12 2 21 2 172 1 141 5 107 28 12 320 N 344 6 N 746 7 N 640 N 2121 345 44 4290 10025408 1266 90 2222236 01 3428 7383168 936 53 2424 153 35 3851 4792056 805 41 斜 杆 其 他 112 竖杆 112 hf1lw1 1 2 0 7 w f k N f 1 224 N k 角钢尖 hf2lw2 2 2 0 7 w f k N f 2 224 N k k1 k2 hf1lw1 hf2lw2 等边角钢 0 7 0 3 320 N 746 7 N 不等边角钢 0 65 0 35 344 6 N 640 N 长边连接 不等边角钢 0 75 0 25 298 7 N 896 N 短边连接 表示 hflw 350 mm2 用角焊缝 5 80mm 表表 4 4下弦杆焊缝计算表下弦杆焊缝计算表 需要焊缝 mm采用焊缝 mm lw 10 组合说明节 点 N1 KNN2 KN N KN hf1lw1 298 7 N hf2lw2 896 N hf1 lw1hf2 lw2 下 弦 杆 110 70 10 表示 hf1lw1 500 13 mm2 用 角焊缝 5 80 1 244 266 000 244 26 6000 8182736 1375 80 2244 266 000 522 850 363 278 58 4363 9333115 1705 80 3 522 850 363 579 064 153 56 213 79 188635 805 80 4 579 064 153 579 064 153 0005 805 80 表表 5 5 上弦杆角钢肢尖焊缝计算表上弦杆角钢肢尖焊缝计算表 焊缝长度 mm节点 N1 KNN2 KN N KN lLw 10 需要 hf2 mm 采用 hf2 mm 90 421 7866 46 421 786 646 14123908 4510 11 421 7866 46 574 6564 10 152 873203107 528 13 574 6564 10 556 3247 91 18 32302206 898 14 556 3247 91 556 3247 91 02102001 986 每侧焊缝 按 0 15NMAX 14 说明 10 12 的 N 0 故不列出 hf2 6mm 2 节点设计 钢桁架一般在节点处设置节点板 把汇交于节点的各杆件都与节点板相连接 形 成桁架的节点 各杆件把力传给节点板并互相平衡 一般杆件把全部内力 N 传给节点 板 而在节点处连续的杆件则把两侧的内力差传给节点板 当节点上作用有荷载时 则传给节点的力为 N 或 P 有局部弯矩的杆件则还要传递弯矩和剪力 6 节点设计节点设计 1 节点 8 如图 2 因为 8 杆内力为 0 所以按构造要求设计焊缝 按画图时为满足腹杆焊缝长度所 确定的节点板实际宽度设计焊缝长度 l 150mm 焊脚尺寸 hf 6mm 15 图图 2 2 2 节点 9 如图 3 弦杆肢背为塞焊缝 节点板厚度为 10 mm 塞焊缝强度验算 设焊脚尺寸 6 400 fw hmm lmm 40067 02413 44 7 02lwhpf 弦杆肢尖角焊缝强度验算 设焊脚尺寸 且N 273 2kN 6 400 fw hmm lmm 3 2 3 22 22 273 2 7019124 273 2 10 81 3 2 0 72 0 7 6 400 66 19124 10 85 4 160 2 0 72 0 7 6 400 N f w m fw MNekN mm N N mm h l M N mmN mm h l 图图 3 3 16 3 节点 C 如图 4 因为节点 C 两侧为 0 所以按构造要求设计焊缝 按画图时为满足腹杆焊缝长度确 定的节点板实际宽度设计焊缝长度 l 170mm 焊脚 图图 4 4 4 节点 K 屋脊节点 如图 5 17 图图 5 5 竖杆 Kk 杆端焊缝按构造取为 6mm 和 80mm 上弦与节点板的连接焊缝 f h w 和l 角钢肢背采用塞焊缝 并假定仅受屋面板传来的集中荷载 一般可不作计算 角钢肢 尖焊缝应取上弦内力的 15 进行计算 即N 产 0 150 15 1007 16151 074NKN 生的偏心弯矩 M Ne 151 074 10380 12085920Nmm 现取节点板尺寸如图所示 设肢尖焊脚尺寸 hf2 10mm 则焊缝计算长度 lw2 200 2 10 6 174mm 验算肢尖焊缝强度 22 22 2222 6 2 0 72 0 7 ffwfw MN h lh l 2 2 3 2 6 12085920151 074 10 1 22 2 0 7 6 1742 0 7 6 174 156 N mm2 160 N mm2 满足 w f f 拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算 设角焊缝焊脚尺寸 hf t 2 10 2 8mm 则接头一侧需要的焊缝计算长度为 18 281 0 mm 4 0 7 w w ff N l h f 3 1007 16 10 4 0 7 8 160 拼接角钢的总长度为 mm 取 1 222281 02 810210606 9 6 wf llha 610lmm 拼接角钢竖肢需切去的高度为 5108624 f thmm 取 即竖肢余留高度为 75 25mm mm 5 节点 a 支座节点 如图 6 根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝 节点板采用 为便于施焊 取底板380 12 440 上表面至下表面的距离为 160 且在支座中心线处设加劲肋 高度与节点mm90 10 板相同 亦为 440 mm 底板计算 支座反力 根据构造需要 取底板尺寸为21106 5RFkN 280mm 柱采用混凝土 N mm2 作用于底板的应力为380mm 20C9 5 c f N mm2 N mm2 3 216 5 10