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文档简介
一、基本资料1.课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计2.设计资料1、车间柱网布置图(L240m),柱距6m。2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶(砼等级为C20),采用梯形钢屋架。3、屋面采用1.56m的预应力钢筋混凝土大型屋面板(屋面板不考虑作为支撑用)。3.设计要求1)屋架自重(120+11L)N/m2;2)屋面基本荷载表:荷载类型序号荷载名称重量永久荷载1预应力钢筋混凝土屋面板(包括嵌缝)1.50kN/m22防水层0.38 kN/m23找平层20mm厚0.40 kN/m25支撑重量0.80k N/m2可变荷载1活载0.70kN/m22积灰荷载0.80k N/m22. 依檐口高度:III:H0=2.0m 3. 屋架坡度i:1/114. 厂房跨度L=24m二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置本题为无檩屋盖方案,i=1/11,采用梯形屋架。屋架计算跨度为L0=L-300=23700mm,端部高度取H0=2000mm,中部高度取H=3100mm,屋架杆件几何长度见附图1(跨中起拱按L/500考虑)。根据计算温度和荷载性质,钢材选用Q235-B。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。桁架支撑布置如图:符号说明:SC:上弦支撑; XC:下弦支撑; CC:垂直支撑GG:刚性系杆; LG:柔性系杆三、荷载和内力计算1、荷载计算:恒荷载预应力混凝土大型屋面板(含灌缝) 1.5KN/m2 防水层 0.38 KN/m2 找平层(20mm厚) 0.8KN/m2 支撑重量 1.40 KN/m2 恒载总和 3.08KN/m2 活荷载 活荷载 0.70KN/m2积灰荷载 0.80KN/m2 荷载总和 1.1KN/m22、荷载组合:永久荷载荷载分项系数:=1.2:;屋面荷载荷载分项系数=1.4;组合系数:=0.7;积灰荷载分项系数:=1.4,=0.91)节点荷载设计值=(3.081.2+1.40.7+1.40.90.8)1.56=50.6KN2)考虑以下三种荷载组合(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载效应控制的组合)全跨节点荷载设计值:=(3.081.2+1.101.4)1.56=47.12KN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载=3.081.561.2=33.26KN半跨可变荷载:=1.101.561.4=13.86KN(3)全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重设计值:=(0.8+0.3841.35)1.56=14.39KN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值:=(1.51.35+0.71.4)1.56=27.05KN四、内力计算荷载组合(1)计算简图如图3.1,荷载组合(2)计算简图如图3.2,荷载组合(3)计算简图如图3.3.图 3.1 荷载组合(1)图 3.2 荷载组合(2)图 3.3 荷载组合4.3由结构力学求解器先解得F=1的桁架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、走半跨和右半跨)。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合,计算结果见附表1 18 / 18F =47.12 F1=33.26 F2=13.86 F3=14.39 F4=27.05杆件名称内力系数(F=1)第一种组合第二种组合第二种组合杆件计算内力(kN)全跨左半跨右半跨FF1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦杆AB0000.000.000.000.000.000.00BC-9.662-7.135-2.528-455.27-420.25-251.45-338.46-207.42-455.27CD-9.712-7.184-2.528-457.63-422.59-252.57-340.55-208.14-457.63DE-15.35-10.72-4.621-723.29-659.12-408.19-520.51-345.88-723.29EF-7.690-5.380-2.310-362.35-330.34-204.42-261.03-173.14-362.35FG-17.753-11.452-6.300-836.52-749.19-485.84-575.55-425.88-836.52GH-17.779-11.479-6.300-837.75-750.43-486.42-576.68-426.25-837.75HI-16.796-9.118-7.678-791.43-685.01-484.37-496.54-449.38-791.43下弦杆ab5.6304.2453.684265.29246.09178.34199.66180.67265.29bc13.1249.4405.512618.40567.34371.46452.70337.95618.40cd16.87911.3687.000795.34718.96476.46560.62432.24795.34de17.43710.4388.750821.63724.63514.06542.66487.61821.63斜腹杆aB-9.885-7.452-2.433-465.78-432.06-255.05-350.53-208.06-465.78Bb7.4005.3032.097348.69319.62194.90254.70163.21348.69bD-6.265-4.148-2.117-295.21-265.87-169.92-206.09-147.42-295.21Dc4.2902.4691.821202.14176.91121.70130.74110.99202.14cF-3.124-1.306-1.818-147.20-122.01-95.70-81.46-94.13-147.20Fd1.6850.0751.60979.4057.0860.6626.3467.7779.40dH0.5822.176-1.59327.4249.52-9.9769.19-34.72-69.19He-1.596-3.0381.442-75.204-95.190-33.097-105.1416.04-105.14竖杆Aa-0.500-0.5000.000-23.56-23.56-11.13-21.17-7.20-23.56Cb-1.006-1.0060.000-47.40-47.40-22.39-42.59-14.48-47.40Ec-1.003-1.0030.000-47.26-47.26-22.33-42.47-14.43-47.26Gd-2.003-2.0030.000-94.38-94.38-44.59-84.81-28.82-94.38Ie2.1051.1850.91999.1986.4460.0863.4155.1599.19五、截面选择腹杆最大轴力为465.78KN,查表7.4,选用中间节点板厚t=10mm,支座节点板厚t=12mm。1.上弦整个上弦不改变截面,按最大内力计算。Nmax=-837.75KN,lox=150.6cm,loy=300.0cm (l1取两块屋面板宽度)。选用2L14010,A=54.7cm2,=4.34cm,=6.05cm双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按弯扭屈曲计算长细比由于所以由查b类截面的填板每节间放一块(满足范围内不少于两块)2.下弦整个下弦也不改变截面,按最大内力计算。Nmax=821.63KN, ,连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm(de节间),可不考虑螺栓孔的削弱。选用2L18011010,因,故用不等肢角钢,短肢相并,A=56.8cm2,=3.13cm,=8.56cm填板每节间放一块3.腹杆 杆件a-B:NaB=-465.78KN,lox= loy=2528mm;NBb=348.69KN,lox= loy=2528mm选2L1409010,(长支相接) A=44.6cm2,=4.47cm,=3.73m 由于所以由查b类截面的填板放两块 杆件B-b:N=348.69KN ,lox=0.8 l=0.82601=2081,loy=2601mm选用2L806 , A=18.8 cm2,3.84, 3.65。 杆件D-b:N=348.69KN ,lox=0.8 l=0.82601=2081,loy=2601mm选用2L806 , A=21.2 cm2,3.84, 3.65。 杆件B-F:N=-574.56KN,lox=366.3cm,loy=366.3cm。选用2L18011010(长肢相并),A=56.8cm2,=5.81cm,=4.23cm由于 , 故由查表得,填板放两块。 杆件B-G:N=301.06KN,lox=302.4cm,loy=378cm。选用2L636,A=14.58cm2,=1.93cm,=2.91cm填板放两块。 杆件D-G、D-H:N=-119.36KN,lox=333.6cm,loy=417.3cm。选用2L806,A=18.8cm2,=2.47cm,=3.58cm由于 , 故由查表得(b类截面)填板四块桁架杆件截面选择表杆 件名 称杆件号内力设计值N(KN)计算长度(cm)选用截面截面积A(cm2)计算应力(N/mm2)容许长细比稳定系数杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝(mm)填板数l0xl0y上弦杆G-HH-I-837.75150.6300.021401054.7188.91500.8102下弦杆d-e821.63300.01185021801101056.8133.73501腹杆Aa-23.56200.0200.0263512.327.81500.6912aB-465.78252.8252.82140901044.6174.61500.5982bB348.69208.12601280618.8185.53504bC-47.401772221525059.684.41500.5852bD-29.519852481280618.8231.61500.6782cD202.1428312265290621.295.33504cE-47.262040255025059.698.31500.501cF-147.2024543068270513.7201.81500.5324dF79.4245430682170513.757.8350dG-94.3822602825270513.7121.51500.565dH-69.1926573321263512.3119.21500.436eH-105.26483310270513.7159.81500.481eI99.1931003100270513.772.2350六、节点设计1.下弦节点“b”有E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝,则所需的焊缝长度为:B-b为长支相接,取角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为。 肢背:,取16cm 肢尖: ,取12cm设“Db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为,Db为等肢相接,取角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为。所需的焊缝长度为: 肢背:,取14cm 肢尖: ,取8cm“Cb”杆的内力很小,只需要按构造确定焊缝,取。 根据上面求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板的尺寸为310mm400mm。 下弦与节点板的连接的焊缝长度为400mm,。焊缝所受的左右两下弦杆的内力差为,肢背的力最大,取肢背进行计算,则肢背处的焊缝应力为: 焊缝强度满足要求。2.上弦节点B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Bb”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为,B-b为长支相接,取角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为所需的焊缝长度为: 肢背: ,取16cm 肢尖: ,取10cm考虑焊缝长度,同时为了在上弦搁置屋面板,节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm,选择节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝: 忽略桁架上弦坡度的影响,假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载,肢尖承受左右弦杆的内力差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ,=8mm由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm,承受荷载为Q=Fd=50.6KN肢尖由焊缝承担弦杆内力差N=455.27-0=455.27KN,偏心距e=14-2.5=11.5cm,偏心力矩M=Ne=455.2711.5=56.15KNm,采用hf=10mm,则对N:对M:故焊缝强度满足要求。3.下弦节点“c”设“Dc”杆的肢背和肢尖焊缝,则所需的焊缝长度为: 肢背:,加后取12cm 肢尖: ,加后取6cm设“Fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为,所需的焊缝长度为: 肢背:,加后取10cm 肢尖: ,由于焊缝计算长度不得小于和40mm,肢尖焊缝长度取6cm。“Cb”杆的内力很小,只需要按构造确定焊缝,取。节点板取265mm315mm,取,下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm,焊缝受左右弦杆的内力差为,受力较大的肢背处的剪应力为:焊缝强度满足要求。4.下弦节点“d”设“F-d”杆的肢背和肢尖焊缝,则所需的焊缝长度为: 肢背:,计算长度取48mm,加后取7cm 肢尖: ,计算长度取48mm,加后取6cm设“Hd”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为,所需的焊缝长度为: 肢背: ,计算长度取48mm,加后取7cm 肢尖: ,计算长度取48mm,加后取6cm。“Cb”杆的内力为-47400N,。肢背:,焊缝长度取6cm,肢尖的力比肢背的小,肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm285mm,由于d点左右两端的拉力值相差不大,可只按构造确定其焊角尺寸为。5.下弦节点“e”腹杆“eH”计算内力为-105640N,肢背的焊缝长度为:,加后取7cm肢尖:2220.8mm+48mm+152=503.6mm,合适。2)弦杆与节点板的连接焊缝计算根据腹杆的内力,取节点板尺寸为300mm550mm,上弦与节点板之间的槽焊,假定承受节点荷载,计算长度为550mm-2x15mm-4,=5mm,故计算长度为500mm,节点荷载为50.6kN,焊缝承受的剪应力:,满足。上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%,设肢尖的焊缝=8mm,则节点一侧弦杆的计算长度为:,焊缝应力为:(对杆H-I)偏心距为:e=140-25=115mm 8.支座节点“a” 腹杆“aB”的焊缝尺寸同节点“B”肢背:,肢尖:。节点板的厚度为12cm,所确定
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