三峡大学钢屋架计算书.doc

钢结构设计书第一部分 钢结构课程设计任务书一. 课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计二. 设计资料已知条件：梯形钢屋架跨度为24m，长度72m，柱距6m。该车间内设有两台200/500kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.500m。冬季最低温度为-20,地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值为0.7kPa，雪荷载标准值为0.5KN/,积灰荷载标准值为0.6KN/。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm，混凝土标号为C20。钢筋采用Q235B级，焊条采用E43型。要求设计钢屋架并绘制施工图。屋架计算跨度：L。=L-300=23700mm 屋架端部高度：H。=1990mm计算跨度处高度: h2005中间处高度:h=3190m三.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示，屋架支撑布置见图2所示（下弦支撑采用与上弦支撑同样布置） 图1.屋架形式及几何尺寸第二部分、钢屋架设计计算 层架上弦（下弦）支撑布置图 垂直支撑1-1 垂直支撑2-2符号说明：GWJ(钢屋架)；SC（上线支撑）；XC(下弦支撑)；CC(垂直支撑)；GC(刚性系杆)；LG（柔性系杆）图2 屋架支撑布置图3. 荷载计算 1.荷载计算屋架几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2）所示。屋面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0.7kN/进行计算。荷载名称标准值设计值预应力混凝土面板1.4 1.41.35=1.89三毡四油防水层 0.4 0.41.35=0.54找平层 0.0220=0.4 0.41.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保温0.086=0.48 0.481.35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.01124=0.384 0.3841.35=0.518管道荷载 0.1 0.11.35=0.135永久荷载总和 3.164 4.271屋面活荷载 0.7 0.71.4=0.98积灰荷载 0.6 0.61.4=0.84可变荷载总和 1.3 1.822荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合组合一：全跨恒荷载全跨活荷载屋架上弦节点荷载P（4.271+1.82）1.5654.819 kN/m2组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=4.2711.5638.439 kN/m221.821.5616.38 kN/m2组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载30.5181.564.622 kN/m24（1.89+0.98）1.5623.31kN/m2由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，。屋架各杆件内力组合见下表(1)。杆件名称内力系数 p=1组合一组合二组合三计算内力（KN)全跨1左半跨2右半跨3P1P11+P22P11+P23P31+P42P31+P43上弦杆AB00000/00/00BCD-9.32-5.99-2.48-510.91-456.37/-398.87-183.08/-101.26-510.91DEF-16.02-10.91-4.5-878.20-794.50/-689.50-329.00/-179.58-878.20FGH-20.03-13.73-6.09-1098.02-994.83/-869.69-413.43/-235.34-1098.02HI-22.34-15.07-7.38-1224.66-1105.57/-979.61-455.43/-276.18-1224.66下弦杆a-b4.673.741.25256.00240.77/199.99108.95/50.91256.00b-c12.6910.033.55695.65652.08/545.94292.96/141.91695.05c-d17.7913.805.33975.23909.87/771.14404.61/207.18975.23d-e20.8915.836.761145.171062.29/913.72466.39/254.961145.17斜腹杆Ba-8.82-7.06-2.35-483.50-454.67/-377.52-205.69/-95.90-483.50Bb8.016.412.13439.10412.89/342.79186.76/86.99439.10Db-6.52-4.98-2.05-357.42-332.19/-284.20-146.48/-78.18-357.42Dc5.724.371.80313.56291.45/249.36128.53/68.62313.56Fc-4.4-3.09-1.74-241.20-219.75/-197.63-92.54/-61.07-241.20Fd3.932.761.56215.44196.27/176.6282.66/54.69215.44Hd-2.73-1.58-1.53-149.66-130.82/-130.00-49.56/-48.39-149.66He2.471.431.38134.50118.37/117.5544.85/43.68135.40竖杆Aa-0.5-0.50-27.41-27.41/-19.22-13.99/-2.33-27.41Cb-1.0-1.00-54.82-54.82/-38.44-27.97/-4.66-54.82Ec-1.0-1.00-54.82-54.82/-38.44-27.97/-4.66-54.82Gd-1.0-1.00-54.82-54.82/-38.44-27.97/-4.66-54.82Ie3.651.331.33200.09162.09/162.0948.02/48.02200.093.杆件截面设计腹杆最大内力，N=483.50KN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度取12MM,其余节点板与垫板厚度取10MM.1.上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N-1224.66kN上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度lox150.8cm；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取loy2150.8301.6cm.因为loy2lox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。图3.上弦截面假定60，双角钢组合截面绕x和y轴稳定性均属于b类截面。查轴心受压构件的稳定系数表，得0.807需要截面面积A1224660/（0.807215）7058.4mm2 需要的回转半径为：ix1508/6025.1mm iy3016/6050.3mm根据A、ix、iy查不等肢角钢规格表,选用2L18011014,A7793cm2, iix3.08cm, iiy8.80cm.按所选角钢进行验算：x1508/30.848.96 150 y3016/8834.27 150（满足要求）由于xy，只需求y查附表用内插法得x0.8471224660/(0.8477793)=185.54N/mm2215 N/mm2 所选截面合适。2下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N1145.17kN。按下弦支撑布置情况：Lox3000mm,Loy11850mm计算下弦截面净面积：An1145170/2155696mm2 选用2L18011012（短肢相并,见图）, ix3.10cm iy8.74cmx300/3.1=96.77=350;y1185/8.74=135.5850mm.根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。节点板尺寸:360mm415mm下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差N=695.05-256.00=439.05KN.设肢尖与肢背尺寸6mm, =0.75439050/20.76(415-12)=97.2716.Mp本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。2.上弦节点B（图）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=483.50KN肢背和肢尖焊缝分别采用：hf8mm和 hf6mm肢背 (0.65483500)/(20.78160)175.37mm，取200mm肢尖 (0.35483500)/(20.76160)125.91mm,取150mm为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接.焊缝可按两条焊缝计算，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：上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则上弦肢尖角焊缝的切应力为，3屋脊节点K（图）弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角。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。设焊缝为10mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算，N=1460.6KN .每条焊缝长度为：1224.661000/（40.710160）273.4mm，拼接角钢总长L=2（273.4+10）+20=586.8mm，取650mm上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15计算。,设焊脚尺寸为10mm,取节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为（500/2-10-20）=220mm, f(0.151224660)/(20.710220)59.64N/mm2f6(601)/(20.7102202)136.80N/mm2127.01N/mm2160 N/mm2满足强度要求。中弦杆与节点板的连接焊缝计算：此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸为5mm，焊缝长度大于或等于50mm.4.支座节点a（图）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板间的距离不应小于下弦伸出肢的宽度，故取为220mm，在节点中心线上设置加劲肋，如劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。（1）支座底板的计算。支座反力R548190kN 取加劲肋的宽度为110mm,考虑底板上开孔上开孔，按构造要求取底板尺寸为280400，偏安全的取有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为验算柱顶混凝土的抗压强度：R/A=548190/655208.37 N/mm2fc=12.5 N/mm2,满足要求底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两边支承而另两相邻边自由的板，每块办的单位宽度的最大弯矩为M=a 式中 =8.37 a=172.6mm 由b/a=0.45查得为0.048M=0.05868.37172.6172.614611.83N.mm底板厚度t20.19mm,取t22mm.加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力V=548190/4137047.5NM=Ve137047.5658908087.5N.mm设焊脚尺寸为6m