24m钢屋架设计.docVIP

设计资料 某工程为跨度24m的单跨双坡封闭式厂房，厂房长54m，采用梯形钢屋架，屋面坡度i=1/10，屋架间距为6m，屋架铰支于钢筋混凝土柱柱顶。屋面材料采用1.5*6m钢筋混凝土大型屋面板，屋面板上设150加气混凝土保温层，再设20水泥砂浆找平层，防水屋面为二毡三油上铺小石子。上弦节间尺寸1.5m，结构重要性系数为0=1.0，地区基本风压w0=0.45kN/m2，基本雪压s0=0.70 kN/m2，冬季室外计算温度-200C，不考虑地震设防。1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 本设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度Lo=L-300=23700mm,端部高度Ho=1990mm，中部高度H=3190mm（为Lo/7.4），屋架构件的几何尺寸长度详见施工图纸GWJ24-A1(跨中起拱L/500)。根据构造地区的计算温度和荷载性质，钢材采用Q235B。焊条采用E43型，手工焊。根据车间长度，屋架跨度和荷载情况，设置上下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，见图1。（放在最后）（参照桌面）2.荷载计算和内力计算 （1）荷载计算 大型屋面板 1.5KN/m2 两毡三油上铺小石子 0.35KN/m2 找平层（2cm厚）0.4KN/m2 150mm加气混凝土保温层0.9KN/m2 悬挂管道 0.10KN/m2 屋架及支撑自重 0.39KN/m2 恒荷载总和 3.64KN/m2 雪荷载 0.7KN/m2 活荷载 0.5KN/m2 可变荷载总和： 0.7KN./m2活荷载与雪荷载两者中取较大植参与组合。由于屋面的风载体型系数，迎风面为-0.6，背风面为-0.5，宾个取风荷载沿高度变化系数为1.25，可得负风压设计值：迎风面：=-1.40.61.250.45=-0.473 KN/m2背风面：=-1.40.5250.45=-0.394 KN/m2由于 垂直于水平面的分力接近于荷载分项系数取1.0的永久荷载，所以受拉杆件在永久荷载和风荷载联合作用下将受压，但压力很小，因此可以不计算荷载产生的内力，只将所有拉杆的长细比控制在250以内。(2) 荷载组合 一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，如果设计时将跨中每侧各2根斜杆均按压杆控制其长细比，可不必考虑半跨荷载作用的情况。节点荷载设计值|：按可变荷载效应控制的组合：Fd=(1.2x3.64+1.4x0.7)x1.5x6=48.2KN（相关的分项系数见p199）按永久荷载效应控制的组合：Fd=（1.35x3.64+1.4x0.7x0.7）x1.5x6=50.4KN故节点荷载取值为50.4KN，支座反力Rd=8x50.4=403.2KN(3)内力计算 用数解法或图解法可解出全跨荷载作用下屋架杆件的内力 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1)内力组合值计算杆内力（KN）全跨Fdx上弦AB000BD-8.662-436.55-436.55DF-13.439-677.33-677.33FH-15.146-763.36-763.36HI-14.649-738.31-738.31下弦ab4.696236.68236.68bc11.442576.68576.68cd14.535732.56732.56de15.052758.62758.62斜腹杆Ba-8.848-445.95-445.95Bb-6.836-344.54-344.54Db-5.424-273.37-273.37Dc3.678185.37185.37Fc-2.444-123.18-123.18Fd1.10555.6955.69Hd0.031.511.51He-1.089-54.89-54.89竖杆Aa-0.5-25.2-25.2Cb-.0009-0.45-0.45Ec-1.00-50.4-50.4Gd-0.999-50.35-50.35Ie2.036102.61102.61上表中内力系数用结构力学求解器算的3. 截面选择腹杆的最大内力445.95KN，查表7.4，选用中间节点板厚度为t=10mm，支座节点板厚度12mm。（1）、上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=763.36kN(压)计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 lox=1508mm ， 屋架平面外根据支撑和内力变化取loy=3000（两块屋面板的宽度）。因为 2lox=loy,故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。设=60，查轴心受力稳定系数表，j =0.807 需要的回转半径：根据需要A、查角钢规格表，选用2L1409010，肢背间距a10mm，则A44.6，按所选角钢进行验算： 满足长细比的要求。双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比lyz由b1/t=140.56x3000/140=12 lyz=3.7x14x（1+0.044）=54.144.3故由lmax=lyz=54.1,按b类查附表4.2得j=0.835上弦杆截面如下：（把上述改了）填板每个节间放一块（满足l1范围内不少于两块），la=75.440x2.56=102.4cm(2)下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力杆计算。N=758.62kN， 选用2L16010010，因故用不等肢角钢，短肢相并。A50.6， 所以满足要求。下弦截面如图：填板每个节间放一块，la=150cm80i=80x2.85=228cm.（3） 支座斜杆按端斜杆Ba最大设计内力设计杆件轴力： 计算长度： 因为，故采用等肢角钢，使。选用2L10010。则:A38.52， 由于，只需求。查表0.771，则: 故所选截面合适。 端斜杆截面如图： 填板各放两块，la=84.5cm40x3.05=122cm.(采用等肢)（4） 斜杆He按最大设计内力设计 杆件轴力: 计算长度：因为，故采用等肢角钢，使。选用2L1258。则:A39.5， 由于，查表=0.755（修改一下）填板各放三块，la=84.6cm80x3.88=310.4cm（5） 竖杆Ie按最大设计内力设计 杆件轴力: 计算长度：因为 ，故可以采用等肢角钢，选用2L808 ，则 A24.6， (修改一下)填板放三块，la=79.75cm80x2.44=195.2cm其余各杆件的截面选择结果见下表 屋架杆件截面选用表杆件名称杆件号计算长度（m）所用截面截面积（）计算应力容许长细比（l）杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数loxloy上弦杆F-G G-H1.50832L140x90x1044.6205150 _每节间1下弦杆de3122L160x100x1050.6150250 _每节间1斜腹杆Ba2.0282.5352L100x1038.52150.6150 _3Bb2.6082.08642L100x831.28165.631503Db2.8692.29522L80x824.6155.631503Dc2.8592.28722L70x513.76134.722503Fc3.1292.50322L70x513.76136.891503Fd3.1192.49522L50x59.658.012503Hd3.3962.71682L50x59.61.572503He2.70723.3842L125x839.5149.531503竖杆Aa1.9901.5922L50x59.668.18150-2Cb2.2901.8322L50x59.61.511502Ec2.5902.0722L70x513.7683.631502Gd2.8902.3122L70x513.7699.701503Ie2.5523.192L180x824.641.712503 （结合excel一起抄写） 4.节点设计采用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。（1） 下弦节点 设Bb杆的肢背和肢尖焊缝hf=6mm和8mm，所需焊缝长度为：肢背l1： 肢尖l2： 取l1=150mm，l2=110mm设Db杆的肢背和肢尖焊缝hf=6mm和8mm,所需要的焊缝长度：肢背L1:肢尖l2： 取l1=120m,l2=90mmbC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm内力差为N=340kN，由斜腹杆焊缝确定的节点板尺寸量得实际节点板长度为340cm，采用hf=6mm，肢背焊缝应力为：（图纸参照书上p202，需满足构造要求）（2） 上弦节点“B” 斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算：N=-445.95kN。设 “Ba”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背：肢尖：取，。为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力，偏心距e=78.8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则=1.22x160=195.2MPa对 N：对M：（上图改一下数据，同时满足构造要求）（3）屋脊节点“I” 拼接杆件一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=-738.31kN。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm。则需焊缝长度为 拼接角钢长总度取2x185+20=390 mm上弦与节点板间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝,节点板长度为500mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为。焊缝应力为：节点形式如图:图12：屋脊节点“J”（将上图改一下，并结合书上p202）9.4下弦跨中节点“e”跨中起拱 50mm，下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2L16010010，下弦按下弦截面面积等强度计算连接焊缝长度：，取=300mm。拼接角钢长度。弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。 设肢背、肢尖焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧需焊缝长度为 肢背：，取=60mm 肢尖，按构造要求，取焊缝长度50mm，取=60mm节点板宽度是由连接竖杆Ie和斜杆He的构造要求所决定的，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸，焊缝强度满足要求。节点形式如图:图13：下弦跨中节点“e”（上图改一下，还有he杆）9.5端部支座节点“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的高度相等，厚度14mm。（1） 支座底板的计算支座反力： 设支座底板的平面尺寸采用，锚栓直径取25mm，锚栓孔直径为50mm，An=62500-50x50x3.14/4=60537.5，验算柱顶混凝土的抗压强度：(取C20混凝土） 支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承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：底板下的平均应力，即=6.66。 两边支承之间的对角线长度，即 系数，由查表确定。为两边支承的相交点到对角线的垂直距离。由此得：查表得0.057。则单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：，取t22mm所以底板尺寸为mm。（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度（即）。由节点图得焊缝长度为495mm，计算长度lw440-16424（mm）（设焊脚尺寸hf8mm